금속 엔벨로프 진공관 다이오드
최근 전기 기기 분야에서 많은 기술적 발전을 목격했습니다. 요즘은 수많은 트랜지스터가 논리 게이트를 만들고 연산을 가능하게 합니다.
하지만 트랜지스터와 직류가 발명되기 전에도 컴퓨터는 존재했습니다. 이 초기 형태의 컴퓨터는 20세기에 방 전체를 차지하고 수천 파운드의 무게를 나갔습니다.
진공관 다이오드는 이 거대한 컴퓨터에서 트랜지스터의 역할을 수행했습니다. 트랜지스터가 현대 전자 기기의 세계를 지배하지만, 진공 다이오드도 여전히 용도가 있습니다.
이 글에서는 진공관 다이오드에 대한 모든 것, 작동 원리, 유형, PCB 응용, 특성을 보여드리겠습니다.
시작해 보겠습니다!
진공관
트랜지스터의 시어 존 시대 이전인 1904년, 앰브로즈 플레밍이 우리가 진공관으로 아는 것을 발명했습니다. 리 드 포레스트 경(17세기)은 라디오와 진공관 다이오드 관련 필라멘트 측면에서 주목할 만한 또 다른 이름입니다.
진공관은 전기장의 한 방향(애노드에서 캐소드)으로 단일 전자의 흐름을 차단하면서, 다른 방향(캐소드에서 애노드)으로는 전류 흐름을 허용하는 장치입니다.
진공 다이오드는 자유 전자를 생성하고 제어하는 가장 단순한 형태의 진공관입니다. 또한 진공 다이오드에는 캐소드와 애노드라는 두 개의 전극이 있습니다. 애노드는 전자 수집기 역할을 하고, 캐소드는 전자 방출기 역할을 합니다. 또한 1.4볼트 필라멘트로 작동하며 가열된 가는 필라멘트를 지원하는 일방향 밸브 역할을 합니다.
캐소드는 정전기 방전 중에 양전극 또는 음전극이 될 수 있습니다. 즉, 뛰어난 전계 방출 특성을 가집니다.
애노드는 니켈이나 철로 만든 중공 금속 실린더입니다. 그러나 고전력 상황에서는 고전력 이벤트가 니켈이나 철 애노드를 손상시킬 수 있으므로 몰리브덴, 흑연, 탄탈륨 애노드를 찾을 수 있습니다. 또한 애노드는 캐소드보다 커서 온도 상승 없이 열을 발산합니다. 따라서 애노드를 약한 전류를 가진 것으로 볼 수 없습니다.
반면 캐소드는 단순 텅스텐 필라멘트나 토륨 첨가 텅스텐으로 구성됩니다. 또한 전계선을 가진 캐소드는 산화 바륨 또는 산화 스트론튬으로 코팅된 니켈 튜브일 수 있습니다. 게다가 산화물 코팅 캐소드는 더 나은 방출 효율을 보입니다.
진공 다이오드의 작동 원리를 볼 때, 표면에서 전자가 빠져나가는 효과를 아는 것이 중요합니다.
가열된 물질이 단위 면적당 방출할 수 있는 전자 흐름의 수는 상수 'b'와 절대 온도와 관련이 있습니다. 상수 'b'는 1차 전자가 표면을 빠져나가는 데 필요한 일을 나타냅니다.
따라서 이를 통해 외부 표면을 떠나는 전류에 대한 방정식을 유도할 수 있습니다:
I = AT²ε (–b/T)
외부 표면을 떠나는 전류에 대한 방정식
월터 H. 쇼트키와 토마스 에디슨의 발명도 위 방정식을 뒷받침합니다.
고진공관 다이오드
대부분 진공 열전자관 다이오드는 현대 관처럼 작동하지만 크기가 더 큽니다. 또한 애노드와 캐소드가 전압 소스에 연결된 진공 용기를 특징으로 합니다.
애노드와 캐소드 전압
애노드(양극)는 양전압을 다룹니다. 따라서 열전자 방출 원리로 작동합니다. 또한 필라멘트가 캐소드(음극)를 가열하여 전자 방출을 허용합니다. 이 방출된 전자들은 애노드로 끌립니다. 그러나 애노드가 받는 양전압이 충분하지 않으면 캐소드에서 전자를 끌어당기지 못합니다.
전기 필라멘트
이러한 이유로 애노드와 캐소드 사이에 보이지 않는 전자 구름이 축적되어 공간 전하를 형성합니다. 공간 전하는 캐소드를 떠나는 다른 전자들을 밀어냅니다. 따라서 전자 방출과 회로를 통한 전류 흐름이 멈춥니다.
하지만 애노드와 캐소드 사이에 가해진 전원 전압이 충분히 높으면 공간 전하 효과가 천천히 중화됩니다. 이렇게 애노드로의 전자 흐름이 자유로워집니다. 따라서 진공 봉투 내부의 진공을 가로질러 전자가 이동할 수 있습니다. 이로 인해 전자 방출을 차단하는 것이 없어 애노드에서 캐소드로 전류가 자유롭게 흐릅니다.
애노드에 가해진 전압이 증가함에 따라 전류도 증가합니다. 결국 공간 전하가 완전히 사라지고, 애노드는 캐소드로부터 최대 방출을 달성합니다.
캐소드의 전자 방출을 증가시키는 유일한 방법은 캐소드 온도를 높이는 것입니다. 또한 전자의 에너지를 증가시켜 더 많은 전자가 캐소드를 떠나게 합니다.
진공 다이오드의 모든 영역에 공간 전하가 있지만, 캐소드 영역에서 특히 중요합니다. 왜냐면 최대 방출을 포함한 중요한 요소들을 결정하기 때문입니다.
대조적으로 애노드가 음전압을 다루면 전자 흐름이 없습니다. 왜냐하면 뜨겁지 않기 때문입니다. 또한 가열된 캐소드-레이 튜브를 떠나는 전자들은 애노드로 이동하지 않습니다. 이 과정은 애노드와 캐소드-레이 튜브 사이에 강한 공간 전하를 축적시킵니다. 공간 전하의 강한 반발력으로 인해 모든 전자가 캐소드로 돌아갑니다. 따라서 회로를 통해 전류가 흐르지 않습니다.
진공관 다이오드의 몇 가지 특성은 다음과 같습니다.
교류를 애노드에 가하면, 양의 반주기 동안 극성이 양으로 유지됩니다. 따라서 전자가 애노드로 흐를 수 있습니다. 게다가 음의 반주기 동안 플레이트는 음으로 유지되어 애노드 전류를 차단합니다.
따라서 진공관 다이오드는 애노드 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하여 정류된 출력 전류를 생성합니다. 이는 히터 전압이나 역전압이 있는 열전자 다이오드나 반도체 다이오드와 더 잘 작동합니다.
다이오드 정류기
진공관 다이오드는 두 가지 유형의 캐소드를 사용할 수 있습니다:
여기서 캐소드는 필라멘트 역할도 합니다. 따라서 필라멘트형 캐소드라고 부를 수 있습니다.
여기서 캐소드는 산화물로 코팅된 얇은 금속 슬리브를 가집니다. 슬리브가 캐소드 역할을 하고, 슬리브와 전기적으로 분리된 텅스텐 와이어가 있습니다.
공간 전하는 진공관 다이오드의 중요한 특성입니다. 캐소드가 전자를 방출하면 양전하가 나타납니다. 이는 캐소드가 전자를 끌어당겨 진공관 엔벨로프에 공간 전하를 생성하도록 합니다.
두 가지 일반적인 캐소드 재료는 다음과 같습니다:
텅스텐은 순수 금속으로 4.54 eV의 일함수를 가집니다. 이 물질은 2500°K에서 안전하게 작동할 수 있으며 고전력관, 열전자 진공관, 진행파관에 사용됩니다.
텅스텐 봉
이 물질은 직접 가열 캐소드에서 작동합니다. 약 700°C~750°C의 저온에서 전자를 지원합니다. 이 물질은 고효율과 적은 가열 전력으로 작동할 수 있습니다.
진공 다이오드관 유형은 다음 여섯 가지 분류를 포함합니다:
마이크로파
진공관 다이오드의 응용 분야는 다음과 같습니다:
세계가 이제 트랜지스터로 구동되지만, 진공 다이오드는 여전히 용도가 있습니다. 아마도 진공 다이오드의 가장 뛰어난 현대적 용도는 음악 커뮤니티일 것입니다. 대부분의 오디오파일은 반도체 앰프보다 진공관 전자 증폭기의 음질을 선호합니다.
단일 엔벨로프 진공관
또 다른 주목할 만한 응용은 고전력 RF 송신기입니다. 진공관 다이오드는 반도체 대응품보다 더 많은 전력을 생성합니다. 따라서 MRI 스캐너, 입자 가속기, 심지어 전자레인지에서도 진공관을 찾을 수 있습니다. 이 기사를 마칩니다. 궁금한 점이 있으시면 언제든 연락 주세요. 기꺼이 도와드리겠습니다.
산업기술
NFC 안테나 회로 프로젝트에 NFC 안테나가 필요하지만 어떻게 작동하는지 이해하지 못하셨나요? 네라면 이 글을 읽고 계신 게 맞습니다. 사실 NFC 안테나는 태그나 NFC 탑재 스마트폰 같은 NFC 준수 장치에서 작동합니다. 또한 다이폴과 혼 안테나 같은 다른 표준 안테나와 NFC 안테나를 혼동하기 쉽습니다. 흥미롭게도 NFC 안테나는 일반 안테나와 전혀 다릅니다. 큰 인덕터와 더 비슷합니다. 이 글에서 이 안테나가 무엇인지, 어떻게 작동하는지 등에 대해 더 배우게 됩니다. 일해봅시다! NFC 안테나란 무엇인가요? NFC 안테나
정밀 가공은 우수한 표면 조도와 엄격한 공차를 가진 고품질의 정밀 부품을 생산하는 제조 공정입니다. 이 공정은 터닝, 밀링, 연마, 드릴링, 기어 절삭, 호닝 등 다양한 가공 작업을 포괄하며, 공작물을 최종 형상과 설계로 성형하는 데 사용됩니다. 열처리는 정밀 가공 부품과 제품에 자주 적용되며, 침탄, 퀜칭, 템퍼링, 질화, 탄질화, 냉동 등 여러 추가 공정이 포함됩니다. 정밀 가공을 통해 제조업체는 다양한 복잡한 부품과 완제품 어셈블리를 생산할 수 있습니다. 정밀 가공 부품과 제품을 사용하는 주요 최종 시장으로 산업 장비, 항공
