Điốt chân không là gì?

Diode chân không là gì?

Định nghĩa Diode chân không

Diode chân không là loại thiết bị điện tử kiểm soát dòng điện trong môi trường chân không cao giữa hai điện cực: catôt và anôt. Catôt là một xy-lanh kim loại được phủ một chất phát ra electron khi được làm nóng, trong khi anôt là một xy-lanh kim loại rỗng thu thập electron từ catôt. Biểu tượng của diode chân không được thể hiện dưới đây.

Diode chân không được phát minh bởi Sir John Ambrose Fleming vào năm 1904 và còn được gọi là van Fleming hoặc van nhiệt điện. Đây là ống chân không đầu tiên và tiền thân của các thiết bị ống chân không khác như triốt, tetrot và pentot, được sử dụng rộng rãi trong điện tử trong nửa đầu thế kỷ 20. Diode chân không đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của radio, truyền hình, radar, ghi âm và tái tạo âm thanh, mạng điện thoại đường dài, và máy tính tương tự và số sớm.

Nguyên lý hoạt động

Diode chân không hoạt động dựa trên nguyên lý phát xạ nhiệt điện, nơi electron được phát ra từ bề mặt kim loại nóng. Khi catôt được làm nóng, electron thoát ra vào môi trường chân không. Một điện áp dương ở anôt thu hút những electron này, cho phép dòng điện chảy từ catôt đến anôt theo một hướng.

Tuy nhiên, nếu điện áp dương áp dụng cho anôt không đủ mạnh, anôt không thể thu hút tất cả electron phát ra từ catôt do dây đốt nóng. Kết quả là, một số electron tích tụ trong không gian giữa catôt và anôt, tạo thành đám mây điện tích âm gọi là điện tích không gian. Điện tích không gian hoạt động như một rào cản ngăn chặn việc phát xạ thêm electron từ catôt và giảm dòng điện trong mạch.

Nếu điện áp giữa anôt và catôt được tăng dần, ngày càng nhiều electron điện tích không gian được kéo về anôt và tạo ra khoảng trống cho electron phát ra tiếp theo. Do đó, với sự tăng lên của điện áp giữa anôt và catôt, chúng ta có thể tăng tốc độ phát xạ electron và do đó tăng dòng điện trong mạch.

Ở một điểm nào đó, khi tất cả điện tích không gian được trung hòa bởi điện áp anôt, không còn trở ngại nào cho việc phát xạ electron từ catôt. Sau đó, một chùm electron bắt đầu chảy tự do từ catôt đến anôt qua không gian. Kết quả là, dòng điện chảy từ anôt đến catôt ở giá trị tối đa, phụ thuộc chỉ vào nhiệt độ của catôt. Điều này được gọi là dòng điện bão hòa.

Trái lại, nếu anôt được làm âm so với catôt, không có electron nào được phát ra từ nó vì nó lạnh, không nóng. Bây giờ, electron phát ra từ catôt đã được làm nóng không thể đến anôt do sự đẩy lùi của anôt âm. Một điện tích không gian mạnh sẽ tích tụ giữa anôt và catôt. Do điện tích không gian này, tất cả electron phát ra tiếp theo bị đẩy trở lại catôt, và do đó không có phát xạ xảy ra. Vì vậy, không có dòng điện chảy trong mạch. Do đó, diode chân không cho phép dòng điện chảy theo một hướng duy nhất: từ catôt đến anôt.

Khi không có điện áp được áp dụng cho anôt, lý tưởng nhất là không có dòng điện. Tuy nhiên, do biến động thống kê về vận tốc của electron, một số electron vẫn đạt đến anôt. Dòng điện nhỏ này được gọi là dòng điện splash.

Đặc tính V-I

Đặc tính V-I của diode chân không cho thấy mối quan hệ giữa điện áp áp dụng giữa anôt và catôt (V) và dòng điện chảy qua mạch (I). Đặc tính V-I của diode chân không được thể hiện dưới đây.

Kích thước của điện tích không gian phụ thuộc vào số lượng electron mà catôt phát ra, điều này chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và năng lượng công việc của catôt. Năng lượng công việc là năng lượng tối thiểu cần thiết để loại bỏ một electron khỏi kim loại. Các kim loại có năng lượng công việc thấp hơn cần ít nhiệt hơn để phát ra electron, khiến chúng hiệu quả hơn cho mục đích này.

Khu vực đặc tính này được gọi là khu vực bão hòa, như được thể hiện trong hình. Dòng điện bão hòa độc lập với điện áp anôt và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của catôt.

Khi không có điện áp được áp dụng cho anôt, lý tưởng nhất là không có dòng điện trong mạch, nhưng thực tế, có một dòng điện nhỏ do biến động thống kê về vận tốc của một số electron. Một số electron đủ năng lượng để đạt đến anôt ngay cả khi không có điện áp tại anôt. Dòng điện nhỏ do hiện tượng này gây ra được gọi là dòng điện splash.

Các loại Diode chân không

• Diode chỉnh lưu

• Diode phát hiện

• Diode Zener

• Diode varactor

• Diode Schottky

Ứng dụng của Diode chân không

• Ứng dụng công suất cao

• Ứng dụng tần số cao

• Ứng dụng nhiệt độ cao

• Ứng dụng âm thanh

Kết luận

Diode chân không là loại thiết bị điện tử kiểm soát dòng điện trong môi trường chân không cao giữa hai điện cực: catôt và anôt. Catôt phát ra electron khi được làm nóng bởi dây đốt hoặc bộ sưởi gián tiếp, trong khi anôt thu thập electron từ catôt. Diode chân không hoạt động dựa trên nguyên lý phát xạ nhiệt điện và cho phép dòng điện chảy chỉ theo một hướng: từ catôt đến anôt.

Diode chân không được phát minh bởi Sir John Ambrose Fleming vào năm 1904 và được sử dụng rộng rãi trong điện tử trong nửa đầu thế kỷ 20. Chúng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của radio, truyền hình, radar, ghi âm và tái tạo âm thanh, mạng điện thoại đường dài, và máy tính tương tự và số sớm. Diode chân không đã được thay thế bằng diode bán dẫn trong hầu hết các ứng dụng, do kích thước nhỏ hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn, độ tin cậy cao hơn và chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, diode chân không vẫn được sử dụng trong một số lĩnh vực mà chúng có ưu điểm so với thiết bị rắn, như ứng dụng công suất cao, tần số cao, nhiệt độ cao và âm thanh.

Diode chân không có thể được phân loại theo các tiêu chí khác nhau, như dải tần số, công suất định mức, loại catôt/dây đốt, ứng dụng, thông số chuyên biệt và chức năng chuyên biệt. Một số ví dụ về các loại diode chân không là diode chỉnh lưu, diode phát hiện, diode Zener, diode varactor, và diode Schottky.

Diode chân không là một thiết bị đơn giản nhưng quan trọng, đã đóng vai trò quan trọng trong lịch sử và sự phát triển của điện tử. Nó vẫn còn liên quan đến ngày nay cho một số ứng dụng yêu cầu các đặc tính và hiệu suất độc đáo của nó. Diode chân không là bằng chứng cho sự sáng tạo và đổi mới của các kỹ sư và nhà khoa học điện tử đã khám phá khả năng và tiềm năng của ống chân không.