อะไรคือไดโอดวัคคัม

อะไรคือไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศ?

คำนิยามของไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศ

ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทหนึ่งที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศระหว่างสองขั้วไฟฟ้า: แคทโอดและแอนาด. แคทโอดเป็นกระบอกโลหะที่เคลือบด้วยวัสดุที่ปล่อยอิเล็กตรอนเมื่อถูกความร้อน ในขณะที่แอนาดเป็นกระบอกโลหะกลวงที่รวบรวมอิเล็กตรอนจากแคทโอด สัญลักษณ์ของไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศแสดงดังต่อไปนี้.

ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศถูกประดิษฐ์โดยเซอร์จอห์น อัมโบรส เฟลมิงในปี 1904 และยังเป็นที่รู้จักในชื่อเฟลมิงวาล์วหรือวาล์วเทอร์มิออนิก เป็นหลอดสุญญากาศแรกและเป็นบรรพบุรุษของอุปกรณ์หลอดสุญญากาศอื่น ๆ เช่นไตรโอด, เทโตรด, และเพนโตรด ซึ่งใช้งานอย่างกว้างขวางในวงจรไฟฟ้าในครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศมีความสำคัญในการพัฒนาวิทยุ, โทรทัศน์, เรดาร์, การบันทึกและทำซ้ำเสียง, เครือข่ายโทรศัพท์ระยะไกล, และคอมพิวเตอร์แบบอะนาล็อกและดิจิตอลในช่วงแรก.

หลักการทำงาน

ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศทำงานบนหลักการของการปล่อยอิเล็กตรอนแบบเทอร์มิออนิก ซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกจากผิวโลหะที่ถูกความร้อน เมื่อแคทโอดถูกความร้อน อิเล็กตรอนจะหลุดเข้าสู่สุญญากาศ แรงดันบวกบนแอนาดจะดึงดูดอิเล็กตรอนเหล่านี้ ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าจากแคทโอดไปยังแอนาดในทางเดียว.

อย่างไรก็ตาม หากแรงดันบวกที่นำไปยังแอนาดไม่เพียงพอ แอนาดจะไม่สามารถดึงดูดอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากแคทโอดเนื่องจากสายไฟร้อน ผลคือ อิเล็กตรอนบางส่วนจะสะสมในพื้นที่ระหว่างแคทโอดและแอนาด สร้างคลาวด์ของประจุลบเรียกว่า space charge คลาวด์ประจุลบจะเป็นอุปสรรคที่ป้องกันการปล่อยอิเล็กตรอนจากแคทโอดและลดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร.

หากแรงดันที่นำไปยังแอนาดและแคทโอดเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป อิเล็กตรอน space charge จะถูกดึงดูดไปยังแอนาดและสร้างพื้นที่ว่างสำหรับอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาใหม่ ดังนั้น เมื่อแรงดันระหว่างแอนาดและแคทโอดเพิ่มขึ้น เราสามารถเพิ่มอัตราการปล่อยอิเล็กตรอนและทำให้กระแสไฟฟ้าในวงจรเพิ่มขึ้น.

เมื่อแรงดันที่แอนาดเพียงพอที่จะกลางประจุ space charge หมดแล้ว จะไม่มีอุปสรรคใด ๆ สำหรับการปล่อยอิเล็กตรอนจากแคทโอด จากนั้นลำแสงของอิเล็กตรอนจะเริ่มไหลอย่างอิสระจากแคทโอดไปยังแอนาดผ่านพื้นที่สุญญากาศ ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลจากแอนาดไปยังแคทโอดด้วยค่าสูงสุด ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแคทโอด นี่เรียกว่า saturation current.

ในทางตรงกันข้าม หากแอนาดถูกทำให้มีประจุลบเมื่อเทียบกับแคทโอด จะไม่มีการปล่อยอิเล็กตรอนจากแอนาดเนื่องจากมันเย็น ไม่ร้อน ตอนนี้ อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคทโอดที่ถูกความร้อนจะไม่สามารถไปถึงแอนาดเนื่องจากการขับไล่ของแอนาดที่มีประจุลบ คลาวด์ประจุลบจะสะสมระหว่างแอนาดและแคทโอด ด้วยเหตุนี้ อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาใหม่จะถูกขับไล่กลับไปยังแคทโอด และไม่มีการปล่อยอิเล็กตรอนเกิดขึ้น ดังนั้น ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร ดังนั้น ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลในทางเดียว: จากแคทโอดไปยังแอนาด.

เมื่อไม่มีแรงดันใด ๆ ที่นำไปยังแอนาด ตามทฤษฎี ควรไม่มีกระแสไฟฟ้า แต่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางสถิติของความเร็วของอิเล็กตรอน บางอิเล็กตรอนยังคงไปถึงแอนาด กระแสไฟฟ้าเล็ก ๆ นี้เรียกว่า splash current.

คุณสมบัติ V-I

คุณสมบัติ V-I ของไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันที่นำไปยังแอนาดและแคทโอด (V) และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจร (I) คุณสมบัติ V-I ของไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศแสดงดังต่อไปนี้.

ขนาดของ space charge ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนที่แคทโอดปล่อยออกมา ซึ่งได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิและความสามารถในการทำงานของแคทโอด ความสามารถในการทำงานคือพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการนำอิเล็กตรอนออกจากโลหะ โลหะที่มีความสามารถในการทำงานต่ำกว่าจะต้องการความร้อนน้อยกว่าในการปล่อยอิเล็กตรอน ทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับวัตถุประสงค์นี้.

พื้นที่นี้ของคุณสมบัติเรียกว่าพื้นที่ satuasi ตามที่แสดงในรูป saturation current ไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันที่แอนาดและขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแคทโอดเท่านั้น.

เมื่อไม่มีแรงดันใด ๆ ที่นำไปยังแอนาด ตามทฤษฎี ควรไม่มีกระแสไฟฟ้า แต่ในความเป็นจริง มีกระแสไฟฟ้าเล็ก ๆ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางสถิติของความเร็วของอิเล็กตรอนบางส่วน บางอิเล็กตรอนมีพลังงานเพียงพอที่จะไปถึงแอนาดแม้จะไม่มีแรงดันที่แอนาด กระแสไฟฟ้าเล็ก ๆ ที่เกิดจากปรากฏการณ์นี้เรียกว่า splash current.

ประเภทของไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศ

• ไดโอดรีฟายเออร์

• ไดโอดตรวจจับ

• ไดโอดแซนเนอร์

• ไดโอดวาราคเตอร์

• ไดโอดช็อตต์กี

การใช้งานของไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศ

• การใช้งานกำลังสูง

• การใช้งานความถี่สูง

• การใช้งานอุณหภูมิสูง

• การใช้งานเสียง

สรุป

ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทหนึ่งที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศระหว่างสองขั้วไฟฟ้า: แคทโอดและแอนาด แคทโอดปล่อยอิเล็กตรอนเมื่อถูกความร้อนโดยสายไฟหรือฮีทเตอร์อ้อม ในขณะที่แอนาดรวบรวมอิเล็กตรอนจากแคทโอด ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศทำงานบนหลักการของการปล่อยอิเล็กตรอนแบบเทอร์มิออนิก และอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลในทางเดียว: จากแคทโอดไปยังแอนาด.

ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศถูกประดิษฐ์โดยเซอร์จอห์น อัมโบรส เฟลมิงในปี 1904 และใช้งานอย่างกว้างขวางในวงจรไฟฟ้าในครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศมีความสำคัญในการพัฒนาวิทยุ, โทรทัศน์, เรดาร์, การบันทึกและทำซ้ำเสียง, เครือข่ายโทรศัพท์ระยะไกล, และคอมพิวเตอร์แบบอะนาล็อกและดิจิตอลในช่วงแรก ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศได้ถูกแทนที่ด้วยไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ เนื่องจากขนาดเล็ก, การใช้พลังงานต่ำ, ความเชื่อถือได้สูง, และราคาต่ำ อย่างไรก็ตาม ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศยังคงใช้งานในบางพื้นที่ที่มีข้อได้เปรียบเหนืออุปกรณ์โซลิดสเตต เช่น การใช้งานกำลังสูง, ความถี่สูง, อุณหภูมิสูง, และการใช้งานเสียง.

ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศสามารถแบ่งประเภทตามเกณฑ์ต่าง ๆ เช่น ช่วงความถี่, กำลังไฟ, ประเภทแคทโอด/สายไฟ, การใช้งาน, พารามิเตอร์เฉพาะ, และฟังก์ชันเฉพาะ ตัวอย่างของประเภทของไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศได้แก่ ไดโอดรีฟายเออร์, ไดโอดตรวจจับ, ไดโอดแซนเนอร์, ไดโอดวาราคเตอร์, และไดโอดช็อตต์กี.

ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศเป็นอุปกรณ์ที่ง่ายแต่มีความสำคัญที่ได้เล่นบทบาทสำคัญในประวัติศาสตร์และการพัฒนาวงจรไฟฟ้า ยังคงมีความเกี่ยวข้องในวันนี้สำหรับการใช้งานบางอย่างที่ต้องการคุณสมบัติและประสิทธิภาพที่เป็นเอกลักษณ์ ไดโอดไฟฟ้าในสุญญากาศเป็นเครื่องยืนยันถึงความคิดริเริ่มและนวัตกรรมของวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่สำรวจโอกาสและศักยภาพของหลอดสุญญากาศ.