진공관 다이오드:정의 및 작동 원리

금속 봉투 진공관 다이오드

최근에 우리는 전기 장치 분야에서 많은 기술 발전을 보았습니다. 오늘날 우리는 논리 게이트를 생성하고 계산을 가능하게 하는 트랜지스터를 많이 볼 수 있습니다.

그러나 컴퓨터는 트랜지스터와 직류의 발명 이전에 있었습니다. 이 초기 형태의 컴퓨터는 매우 거대했지만 20세기에는 방 전체를 차지했고 무게는 수천 파운드였습니다.

진공관 다이오드는 이러한 거대 컴퓨터에서 트랜지스터의 역할을 한 것입니다. 트랜지스터는 현대 전자 장치의 세계를 작동하지만 진공 다이오드는 여전히 용도가 있습니다.

따라서이 기사에서는 진공관 다이오드, 작동 방식, PCB의 유형 및 응용 프로그램 및 특성에 대한 모든 것을 보여줍니다.

시작하겠습니다!

진공관

진공관 다이오드란 무엇입니까?

트랜지스터 John 시대 이전에 Ambrose Fleming은 1904년에 우리가 알고 있는 진공관을 만들었습니다. Lee De Forest 경(17세기)은 특히 진공관 다이오드와 관련된 라디오 및 필라멘트와 관련하여 생각할 수 있는 또 다른 이름입니다.

진공관은 전류가 한 방향(양극에서 음극)으로 흐르는 것을 차단하고 다른 방향(음극에서 양극)으로 전류가 흐르도록 하는 장치입니다.

이제 진공 다이오드는 자유 전자를 생성하고 제어하는 ​​가장 단순한 형태의 진공관입니다. 또한 진공 다이오드에는 음극과 양극으로 알려진 두 개의 전극이 있습니다. 양극은 전자 수집기 역할을 하고 음극은 전자 방출기 역할을 합니다. 또한 가열된 필라멘트와 가는 필라멘트를 모두 지원하는 단방향 밸브가 있는 1.4볼트 필라멘트로도 작동합니다.

또한 음극은 정전기장 방전 동안 양극 또는 음극이 될 수 있습니다. 즉, 전계방출 특성이 뛰어납니다.

양극은 니켈 또는 철로 만든 속이 빈 금속 실린더입니다. 그러나 고전력 상황에서는 고전력 이벤트가 니켈 또는 철 양극을 손상시킬 수 있기 때문에 몰리브덴, 흑연 또는 탄탈륨이 있는 양극을 찾을 수 있습니다. 또한 양극은 음극보다 크기가 커서 높은 온도 상승 없이 열을 발산합니다. 따라서 양극을 전류가 약한 양극으로 간주할 수 없습니다.

반면에 음극은 단순한 텅스텐 필라멘트 또는 토리에이티드 텅스텐으로 구성됩니다. 또한 필드 라인이 있는 음극은 산화바륨 또는 산화스트론튬으로 코팅된 니켈 튜브일 수 있습니다. 또한, 산화물 코팅된 음극은 더 나은 방출 효율을 보여줍니다.

진공관 다이오드의 작동 원리

진공 다이오드가 작동하는 방식을 볼 때 전자가 표면에서 탈출하는 방식의 효율성을 아는 것이 중요합니다.

가열된 물질이 단위 면적당 방출할 수 있는 전자 흐름의 수는 일정한 'b' 및 절대 온도와 관련이 있습니다. 상수 'b'는 1차 전자가 표면을 탈출하기 위해 하는 일을 나타냅니다.

따라서 이로부터 외부 표면을 떠나는 전류에 대한 방정식을 다음과 같이 유도할 수 있습니다.

I =AT²ε (–b/T)

외부 표면을 떠나는 전류에 대한 방정식

위치: 

I – 암페어로 측정된 전류

A – 방출 물질의 종류에 대한 상수

T – 절대 온도

b – 전자가 외부 표면을 떠나는 데 필요한 일

Walter H. Schottky와 Thomas Edison의 발명품도 위의 방정식을 뒷받침합니다.

고진공 튜브 다이오드

대부분의 경우 진공 열이온관 다이오드는 현대식 관처럼 작동합니다. 그러나 더 큰 크기로. 또한 전압 사워를 통해 연결된 양극과 음극이 있는 진공 용기가 특징입니다.

양극 및 음극 전압

양극(양극 단자)은 양의 전압을 다룹니다. 따라서 열이온 방출 원리에 따라 작동합니다. 또한 필라멘트는 음극(음극 단자)을 가열하고 전자 방출을 허용합니다. 이렇게 방출된 전자는 양극으로 끌립니다. 그러나 양극이 받는 양의 전압이 충분하지 않으면 음극에서 전자를 끌어당기지 않습니다.

전기 필라멘트

이러한 이유로 양극과 음극 사이의 공간에 보이지 않는 전자 구름이 축적되어 공간 전하를 생성합니다. 공간 전하는 음극을 떠나는 다른 전자를 밀어냅니다. 따라서 전자 방출과 회로를 통한 전류 흐름을 차단합니다.

그러나 양극과 음극 사이에 인가되는 전원 전압이 충분히 높으면 공간 전하 효과가 천천히 중화됩니다. 이러한 방식으로 양극으로의 전자 흐름은 자유로워집니다. 따라서 전자는 진공 봉투의 유리 봉투 내부에서 진공을 가로질러 이동할 수 있습니다. 이러한 이유로 전자 방출을 차단하는 것이 아무것도 없으므로 양극에서 음극으로 전류가 자유롭게 흐를 수 있습니다.

또한 양극에 인가된 전압이 증가함에 따라 전류도 증가합니다. 결국 공간 전하는 완전히 사라지고 양극은 음극에서 최대 방출에 도달합니다.

참고:

음극의 전자 방출을 증가시키는 유일한 방법은 음극의 온도를 높이는 것입니다. 또한 더 많은 전자가 음극을 떠날 수 있도록 전자의 에너지를 증가시킵니다.

진공 다이오드의 모든 영역에는 공간 전하가 있지만 음극 영역에서는 상당히 중요합니다. 왜요? 최대 방출을 포함한 중요한 요소를 결정하기 때문입니다.

대조적으로, 양극이 음의 전압을 다루면 뜨겁지 않기 때문에 전자 흐름이 없을 것입니다. 또한 가열된 음극선관을 떠나는 전자는 양극으로 이동하지 않습니다. 이 과정은 양극과 음극선관 사이에 강한 공간 전하를 축적합니다. 공간 전하의 강한 반발로 인해 모든 전자는 음극으로 다시 이동합니다. 따라서 회로에는 전류가 흐르지 않습니다.

진공 다이오드의 특성

다음은 진공관 다이오드의 몇 가지 특성입니다.

정류기로서의 다이오드

양극에 교류를 적용할 때 극성은 양의 반 주기 동안 양으로 유지됩니다. 따라서 전자는 양극으로 흐를 수 있습니다. 또한 음의 반주기 동안 플레이트는 음의 상태를 유지하여 양극 전류를 종료합니다.

따라서 진공관 다이오드가 양극 전류가 한 방향으로만 흐르고 정류된 출력 전류를 생성할 수 있음을 보여줍니다. 그리고 이것은 히터 전압 또는 역 전압이 있는 열이온 다이오드 또는 반도체 다이오드에서 더 잘 작동합니다.

다이오드 정류기

음극의 두 가지 유형

진공관 다이오드는 두 가지 유형의 음극을 사용할 수 있습니다.

직접 가열 음극

여기서 음극은 필라멘트 역할도 한다. 그래서 필라멘트형 음극이라고 할 수 있습니다.

간접 가열 음극

여기에서 음극에는 산화물로 코팅된 얇은 금속 슬리브가 있습니다. 슬리브는 음극 역할을 하며 슬리브에서 전기적으로 절연된 텅스텐 와이어가 분리되어 있습니다.

우주 요금

공간 전하는 진공관 다이오드의 중요한 특성입니다. 음극이 전자를 방출할 때 양극에 양전하가 나타납니다. 이것은 음극이 전자를 끌어당기고 진공관 외피에 공간 전하를 생성하도록 합니다.

음극 재료

다음은 두 가지 일반적인 음극 재료입니다.

텅스텐

텅스텐은 순수한 금속으로 구성되어 있으며 4.54 eV의 일함수를 가지고 있습니다. 이 재료를 2500®K에서 안전하게 작동하고 고출력 튜브, 열이온 진공관 또는 진행파 튜브에서 사용할 수 있습니다.

텅스텐 막대

토리에이티드-텅스텐

이 물질은 직접 가열된 음극에서 작동합니다. 낮은 온도(약 700®C ~ 750®C)에서 전자를 지지합니다. 이 소재를 고효율, 작은 화력으로 작동시킬 수 있습니다.

진공관 다이오드의 종류

진공 다이오드 튜브 유형에는 다음과 같은 6가지 분류가 있습니다.

• 주파수 범위용 진공 다이오드(무선 송신기, 전자레인지, 오디오)

전자레인지

• 균일한 필드의 정격 전력(오디오 전력, 소신호)용 진공 다이오드
• 음극/필라멘트 유형 진공 다이오드
• 특수 기능 진공 다이오드(광 감지기)
• 응용 진공 다이오드(전송 튜브 또는 수신 튜브)
• 특수 매개변수용 진공 다이오드(저잡음 오디오 증폭)

응용 프로그램

진공관 다이오드의 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 원자시계
• X선관
• 라디오 세트
• 그리드 바이어스 배터리
• 오디오 시스템
• 전압 조절기 튜브
• 제어 전극
• 삼극관 증폭기
• 전자 증폭기
• 소비자 애플리케이션
• 고속 회로 스위칭
• 클라이스트론 튜브
• 이온 추진 시스템
• 전자 장비
• 배터리 구동 장비
• 전문 오디오 장비
• 무선 통신
• 태양열 집열기
• 전자레인지 시스템
• (고장력) 공급이 가능한 군사 시스템
• 휴대전화, 블루투스 및 Wi-Fi 전자레인지 구성요소
• 휴대전화 위성
• 입자 가속기
• 광전자 증배관
• 스트로브 라이트
• 반도체 진공 전자 시스템
• 진공 전자 장치
• 진공 패널 디스플레이

마지막 단어

현재 세계가 트랜지스터로 구동되고 있음에도 불구하고 진공 다이오드는 여전히 용도가 있습니다. 아마도 진공 다이오드의 가장 뛰어난 현대적 사용은 음악 커뮤니티일 것입니다. 대부분의 오디오 애호가는 반도체 앰프보다 진공관 전자 앰프의 음질을 선호합니다.

단일 봉투 진공관

또 다른 주목할만한 애플리케이션은 고전력 RF 송신기입니다. 진공관 다이오드는 반도체보다 더 많은 전력을 생성합니다. 따라서 MRI 스캐너, 입자 가속기 및 전자레인지에서도 진공관을 찾을 수 있습니다. 이것으로 이 글을 마칩니다. 질문이 있으시면 언제든지 저희에게 연락해 주십시오. 기꺼이 도와드리겠습니다.