Šta je vakumski diod?

Šta je vakuum dioda?

Definicija vakuum diode

Vakuum dioda je tip elektronskog uređaja koji kontroluje tok električne struje u visokom vakumu između dva elektroda: katoda i anoda. Katoda je metalni cilindar prekrit materijalom koji emituje elektrone kada se zagrije, dok je anoda prazan metalni cilindar koji prikuplja elektrone sa katode. Simbol vakuum diode prikazan je ispod.

Vakuum diodu je 1904. godine izumio Sir John Ambrose Fleming, i poznata je kao Flemingova ventilna čelika ili termionska ventila. Bila je to prva vakuum cevična i prethodnik drugih vakuum cevičnih uređaja, poput trioda, tetroda i pentoda, koje su široko koristili u elektronici prve polovine 20. veka. Vakuum diode su bile ključne za razvoj radija, televizije, radara, snimanja i reprodukcije zvuka, daljinskih telefonskih mreža, i analognih i ranih digitalnih računara.

Princip rada

Vakuum dioda funkcioniše na principu termionske emisije, gde elektroni emituju s zagrijanog metalnog površina. Kada se katoda zagrije, elektroni pobjegavaju u vakuum. Pozitivna napona na anodi privlači ove elektrone, omogućavajući tok struje od katode do anode u jednom smjeru.

Međutim, ako pozitivna napona primenjena na anodu nije dovoljno jaka, anoda ne može privući sve elektrone emitovane sa katode zbog topljive niti. Rezultat je da se neki elektroni nakupljaju u prostoru između katode i anode, formirajući oblak negativnog naboja poznat kao prostorni naboj. Prostorni naboj djeluje kao barijera koja sprječava daljnju emisiju elektrona sa katode i smanjuje tok struje u krugu.

Ako se primijenjena napona između anode i katode postepeno poveća, sve više prostornih nabojnih elektrona privlači se ka anodi i stvara prazninu za daljnje emitovane elektrone. Tako, s povećanjem napona između anode i katode, možemo povećati stopu emisije elektrona i stoga tok struje u krugu.

Na nekom trenutku, kada sve prostorne nabojne elektrone neutralizuje napona na anodi, više nema prepreka za emisiju elektrona sa katode. Tada se počinje slobodno proticati snop elektrona od katode do anode kroz prostor. Rezultat je da struja protiče od anode do katode na svojoj maksimalnoj vrijednosti, koja zavisi samo od temperature katode. To se naziva nasitna struja.

S druge strane, ako se anoda učini negativnom u odnosu na katodu, nema emisije elektrona sa nje jer je hladna, a ne topla. Sada, emitovani elektroni sa zagrijane katode ne dosegnu anodu zbog odbijanja negativne anode. Jak prostorni naboj će se nakupiti između anode i katode. Zbog ovog prostornog naboja, svi daljnji emitovani elektroni biće odbačeni natrag na katodu, i stoga neće doći do emisije. Stoga, nema toka struje u krugu. Dakle, vakuum diode dopuštaju tok struje samo u jednom smjeru: od katode do anode.

Kada se na anodu ne primijeni napona, idealno, ne bi trebalo biti nikakvog toka struje. Međutim, zbog statističkih fluktuacija brzine elektrona, neki elektroni ipak dosegnu anodu. Ova mala struja poznata je kao splašna struja.

V-I karakteristike

V-I karakteristike vakuum diode pokazuju vezu između napona primijenjenog između anode i katode (V) i toka struje kroz krug (I). V-I karakteristike vakuum diode prikazane su ispod.

Veličina prostornog naboja zavisi od broja elektrona koje emituje katoda, što je utjecano temperaturom katode i radnom funkcijom. Radna funkcija je minimalna energija potrebna da se elektron ukloni iz metala. Metali s nižom radnom funkcijom trebaju manje toplote da emituju elektrone, što ih čini efikasnijima za tu svrhu.

Ova regija karakteristika poznata je kao regija nasitne struje, kao što je prikazano na slici. Nasitna struja ne zavisi od napona na anodi, već samo od temperature katode.

Kada se na anodu ne primijeni napona, ne bi trebalo biti nikakvog toka struje, ali u stvari, postoji mala struja zbog statističkih fluktuacija brzine nekih elektrona. Neki elektroni su dovoljno energični da dosegnu anodu čak i kada nema napona na anodi. Mala struja uzrokovana ovim fenomenom poznata je kao splašna struja.

Tipovi vakuum dioda

• Rektifikatorska dioda

• Detektorska dioda

• Zener dioda

• Varactor dioda

• Schottky dioda

Primene vakuum dioda

• Primene visoke snage

• Primene visokih frekvencija

• Primene visokih temperatura

• Audio primene

Zaključak

Vakuum dioda je tip elektronskog uređaja koji kontroluje tok električne struje u visokom vakumu između dva elektroda: katode i anode. Katoda emituje elektrone kada se zagrije topljivom nitko