Vacuümbuisdiode:wat het is en hoe het werkt

Metalen Envelop Vacuümbuis Diodes

De afgelopen tijd hebben we veel technologische ontwikkelingen gezien op het gebied van elektrische apparaten. Tegenwoordig kunnen we een heleboel transistors vinden die logische poorten maken en berekeningen mogelijk maken.

Maar computers waren er al vóór de uitvinding van transistors en gelijkstroom. Hoewel deze vroegste vorm van een computer zo enorm groot was, nam hij in de 20e eeuw hele kamers in beslag en woog hij duizenden ponden.

De vacuümbuisdiode speelde de rol van transistors in deze gigantische computers. Hoewel transistoren de wereld van moderne elektronische apparaten besturen, heeft de vacuümdiode nog steeds zijn toepassingen.

Dus in dit artikel laten we alles zien over een vacuümbuisdiode, hoe deze werkt, de typen en toepassingen voor uw PCB en de kenmerken ervan.

Laten we beginnen!

Vacuümbuis

Wat is een vacuümbuisdiode?

Vóór het Sir John-tijdperk van de transistors, creëerde Ambrose Fleming wat we kennen als de vacuümbuis - in 1904. Sir Lee De Forest (uit de 17e eeuw) is een andere naam om rekening mee te houden, vooral met betrekking tot radio's en gloeidraad gerelateerd aan vacuümbuisdiodes.

De vacuümbuis is een apparaat dat de stroom van enkele elektronen van een elektrische stroom in de ene richting (anode naar kathode) blokkeert, terwijl de stroom van elektrische stroom in een andere richting (kathode naar anode) wordt toegestaan.

Nu is de vacuümdiode de eenvoudigste vorm van de vacuümbuis die vrije elektronen produceert en bestuurt. Bovendien heeft de vacuümdiode twee elektroden die we kennen als kathode en anode. De anode werkt als elektronencollector, terwijl de kathode als elektronenemitter fungeert. Het werkt ook als een filament van 1,4 volt met een eenrichtingsklep die zowel verwarmde als slanke filamenten ondersteunt.

Bovendien kan de kathode een positieve elektrode of een negatieve elektrode zijn tijdens de ontlading van het elektrostatische veld. Met andere woorden, het heeft geweldige veldemissie-eigenschappen.

Anodes zijn holle metalen cilinders gemaakt van nikkel of ijzer. In situaties met een hoog vermogen vindt u echter anoden met molybdeen, grafiet of tantaal, omdat gebeurtenissen met een hoog vermogen de nikkel- of ijzeranoden kunnen beschadigen. Anodes zijn ook groter dan kathoden om warmte af te voeren zonder een hoge temperatuurstijging. Je kunt een anode dus niet beschouwen als een anode met een zwakke stroom.

Aan de andere kant bestaan ​​​​kathoden uit een eenvoudig wolfraamfilament of thoriated wolfraam. Kathoden met veldlijnen kunnen ook met bariumoxide of strontiumoxide beklede nikkelbuizen zijn. Bovendien vertonen kathodes met oxidecoating een betere emissie-efficiëntie.

Hoe vacuümbuisdiodes werken

Als we kijken naar hoe een vacuümdiode werkt, is het belangrijk om de effectiviteit te kennen van de manier waarop elektronen van een oppervlak ontsnappen.

Het aantal elektronenstromen dat een verwarmd materiaal per oppervlakte-eenheid kan uitzenden, heeft betrekking op een constante 'b' en een absolute temperatuur. De constante 'b' geeft aan wat een primair elektron doet om aan het oppervlak te ontsnappen.

Hieruit kunnen we dus een vergelijking afleiden voor de stroom die het buitenoppervlak verlaat als:

I =AT²ε (–b/T)

De vergelijking voor de stroom die het buitenoppervlak verlaat

Waar: 

I – stroom gemeten in ampère

A – constante voor het soort emitterend materiaal

T – de temperatuur in absolute graden

b – werk dat nodig is voor het elektron om het buitenoppervlak te verlaten

De uitvindingen van Walter H. Schottky en Thomas Edison ondersteunen ook de bovenstaande vergelijking.

Hoogvacuümbuisdiodes

Voor het grootste deel werken vacuüm thermionische buisdiodes als moderne buizen. Maar dan met een grotere maat. Het beschikt ook over een vacuümcontainer met een anode en kathode die zijn aangesloten op een spanningszuur.

Anode- en kathodespanning

De anode (pluspool) behandelt positieve spanning. Het werkt dus volgens het principe van thermionische emissie. Bovendien verwarmt de gloeidraad de kathode (negatieve terminal) en maakt de emissie van elektronen mogelijk. Deze uitgezonden elektronen worden vervolgens aangetrokken door de anode. Als de positieve spanning die de anode ontvangt echter niet voldoende is, zal deze de elektronen van de kathode niet aantrekken.

Elektrisch filament

Om deze reden zal een onzichtbare wolk van elektronen zich ophopen in de ruimte tussen de anode en de kathode, waardoor een ruimtelading ontstaat. De ruimtelading stoot andere elektronen af ​​die de kathode verlaten. Vandaar dat de elektronenemissie en de stroom door het circuit worden gestopt.

Maar als de voedingsspanning tussen de anode en de kathode hoog genoeg is, zal het ruimteladingseffect langzaam worden geneutraliseerd. Op deze manier zal de stroom van elektronen naar de anode vrij zijn. Daarom kunnen elektronen door het vacuüm in de glazen omhulling van de vacuümomhulling bewegen. Om deze reden blokkeert niets de emissie van elektronen, waardoor de vrije stroom van de anode naar de kathode mogelijk wordt.

Bovendien, als de aangelegde spanning op de anode toeneemt, neemt ook de stroom toe. Uiteindelijk verdwijnt de ruimtelading volledig en bereikt de anode de maximale emissie van de kathode.

Opmerking:

de enige manier om de elektronenemissie van de kathode te verhogen, is door de temperatuur van de kathode te verhogen. Het verhoogt ook de energie van de elektronen, waardoor meer elektronen de kathode kunnen verlaten.

Hoewel alle delen van de vacuümdiode een ruimtelading hebben, is deze vrij belangrijk in het kathodegebied. Waarom? Omdat het kritische elementen bepaalt, inclusief maximale emissie.

Als de anode daarentegen te maken heeft met negatieve spanning, zal er geen elektronenstroom zijn, omdat deze niet heet zal zijn. Bovendien zullen de elektronen die de verwarmde kathodestraalbuis verlaten niet naar de anode bewegen. Dit proces accumuleert een sterke ruimtelading tussen de anode en de kathodestraalbuis. Door de sterke afstoting van de ruimtelading gaan alle elektronen terug naar de kathode. Daarom vloeit er geen stroom door het circuit.

Kenmerken van vacuümdiodes

Hier zijn enkele kenmerken van vacuümbuisdiodes.

Diode als gelijkrichter

Wanneer u een wisselstroom op uw anode toepast, blijft de polariteit positief gedurende een positieve halve cyclus. Zo kunnen elektronen naar de anode stromen. Bovendien blijft de plaat tijdens een negatieve halve cyclus negatief, wat de anodestroom beëindigt.

Het laat dus zien dat vacuümbuisdiodes de anodestroom slechts in één richting laten stromen en een gelijkgerichte uitgangsstroom produceren. En dit werkt beter met een thermionische diode of halfgeleiderdiode met verwarmingsspanning of sperspanningen.

Diodegelijkrichter

Twee soorten kathodes

De vacuümbuisdiode kan twee soorten kathoden gebruiken:

Direct verwarmde kathode

Hier dient de kathode ook als gloeidraad. Je kunt het dus de kathode van het filamenttype noemen.

Indirecte verwarmingskathode

Hier heeft de kathode een dunne metalen huls die is gecoat met oxiden. De hulzen dienen als kathode en er is een elektrisch geïsoleerde wolfraamdraad gescheiden van de huls.

Ruimtelading

De ruimtelading is een belangrijk kenmerk van de vacuümbuisdiode. Een positieve lading verschijnt op de kathode wanneer deze elektronen uitzendt. Hierdoor kan de kathode de elektronen aantrekken en een ruimtelading creëren in het omhulsel van de vacuümbuis.

Kathodematerialen

Hier zijn twee veelvoorkomende kathodematerialen:

Wolfraam

Wolfraam bestaat uit een puur metaal en heeft een werkfunctie van 4,54 eV. U kunt dit materiaal veilig gebruiken bij 2500®K en gebruiken in een hoogvermogenbuis, Thermionische vacuümbuizen of lopende-golfbuizen.

Wolfraamstaaf

Thoriumwolfraam

Dit materiaal werkt in Direct verwarmde kathoden. Het ondersteunt elektronen bij lage temperaturen (ongeveer 700®C tot 750®C. U kunt dit materiaal met een hoog rendement en een klein verwarmingsvermogen gebruiken.

Soorten vacuümbuisdiodes

Het type vacuümdiodebuis heeft zes classificaties, waaronder:

• Vacuümdiodes voor frequentiebereik (radiozenders, magnetron, audio)

Magnetron

• Vacuümdiodes voor vermogen (audiovermogen, klein signaal) met uniform veld
• Kathode/filament type vacuümdiodes
• Gespecialiseerde functies vacuümdiodes (lichtdetectoren)
• Toepassing vacuümdiodes (zendbuizen of ontvangstbuizen)
• Vacuümdiodes voor gespecialiseerde parameters (geluidsarme audioversterking)

Toepassingen

De toepassingen voor vacuümbuisdiodes zijn onder meer:

• Atoomklokken
• Röntgenbuizen
• Radiosets
• Grid Bias-batterij
• Audiosystemen
• Spanningsregelaar Buizen
• Besturingselektrode
• Triode-versterker
• Elektronische versterker
• Consumententoepassingen
• Snel schakelen tussen circuits
• Klystron-buizen
• Ionenvoortstuwingssystemen
• Elektronische apparatuur
• Apparatuur op batterijen
• Professionele audioapparatuur
• Radiocommunicatie
• Zonnecollectoren
• Magnetronsystemen
• Militaire systemen met (hoogspannings)voorziening
• Mobiele telefoon, Bluetooth en wifi-magnetroncomponenten
• Satellieten voor mobiele telefoons
• Deeltjesversnellers
• Fotomultiplier-buizen
• Stroboscooplampen
• Halfgeleider vacuüm elektronische systemen
• Vacuümelektronenapparaten
• Vacuümpaneelschermen

Laatste woorden

Ondanks dat de wereld nu wordt aangedreven door transistors, heeft de vacuümdiode nog steeds zijn toepassingen. Misschien wel het meest opvallende moderne gebruik van de vacuümdiode is in de muziekgemeenschap. De meeste audiofielen geven de voorkeur aan de geluidskwaliteit van elektronische buizenversterkers boven halfgeleiderversterkers.

Vacuümbuizen met enkele envelop

Een andere opvallende toepassing zijn krachtige RF-zenders. Vacuümbuisdiodes genereren meer vermogen dan halfgeleider-tegenhangers. U vindt dus vacuümbuizen in MRI-scanners, deeltjesversnellers en zelfs magnetrons. Dat besluit dit artikel. Als u vragen heeft, neem dan gerust contact met ons op. We helpen je graag verder.