Ano ang vacuum tube at paano ito gumagana

Maaari kang matukso na bale-walain ang mahusay na lumang tubo bilang isang labi ng nakaraan - pagkatapos ng lahat, paano ang ilang mga piraso ng metal sa isang pinarangal na bombilya ay humahawak sa mga transistor at pinagsamang mga circuit ngayon? Bagaman nawala ang kanilang lugar sa mga tindahan ng mga electronics ng consumer ngunit nananatiling hindi gaanong mahalaga ang paggamit kung saan kailangan ng maraming lakas sa napakataas (saklaw ng GHz) na mga frequency, tulad ng pagsasahimpapawid sa radyo at telebisyon, pang-industriya na pag-init, mga oven ng microwave, satellite mga komunikasyon, maliit na butil ng tulin, radar, mga sandatang electromagnetic kasama ang ilang mga aplikasyon na nangangailangan ng mas mababang mga antas ng lakas at frequency, tulad ng mga radiation meter, X-ray machine at audiophile amplifiers.

20 taon na ang nakararaan ang karamihan sa mga display ay gumamit ng isang vacuum tube ng larawan. Alam mo bang maaaring may ilang mga tubo na nagkukubli rin sa paligid ng iyong bahay? Sa gitna ng iyong oven sa microwave oven, o sa halip ay nakaupo sa isang socket, isang tubong magnetron. Ang trabaho nito ay upang makabuo ng mataas na lakas at mataas na dalas ng mga signal ng RF na ginagamit upang maiinit ang anumang inilalagay mo sa oven. Ang isang magkaibang aparato ng sambahayan na may tubo sa loob ay ang lumang CRT TV na ngayon ay malamang na nakaupo sa isang karton na kahon sa attic matapos mapalitan ng isang bagong flat-screen TV. Ang CRT ay nangangahulugang "Cathode-ray Tube"- Ginagamit ang mga tubo na iyon upang ipakita ang natanggap na signal ng video. Ang mga ito ay medyo mabigat, malaki at hindi mabisa kung ihinahambing sa mga LCD o LED display, ngunit natapos nila ang trabaho bago ang ibang mga teknolohiya ay dumating sa larawan. Magandang ideya na malaman ang tungkol sa mga ito dahil ang karamihan sa modernong mundo ay umaasa pa rin sa kanila, ang karamihan sa mga TV transmitter ay gumagamit ng mga vacuum tubes bilang kanilang power output device, dahil mas mahusay ang mga ito sa mga mataas na frequency kaysa sa mga transistor. Nang walang magnetron vacuum tubes ang mga murang microwave oven ay hindi magkakaroon, dahil ang mga kahalili ng semiconductor ay naimbento lamang at mananatiling mahal. Maraming mga circuit tulad ng oscillator, amplifier, mixer atbp ay mas madaling ipaliwanag sa mga tubo at makita kung paano ito gumagana, dahil ang mga klasikong tubo, lalo na ang mga triode,ay lubos na madaling makiling na may ilang mga bahagi at kalkulahin ang kanilang amplification factor, bias atbp

Paano Gumagana ang Mga Vacuum Tubes?

Gumagana ang mga regular na tubo ng vacuum batay sa isang hindi pangkaraniwang bagay na tinatawag na thermionic emission, na kilala rin bilang epekto ng Edison. Isipin na ito ay isang mainit na araw ng tag-init naghihintay ka sa linya sa isang walang silid na silid, sa tabi ng dingding na may pampainit kasama ang haba nito, ang ilang ibang mga tao ay naghihintay din sa pila at may nagbukas ng pag-init, nagsisimulang lumayo ang mga tao sa pampainit - pagkatapos ay may magbubukas ng bintana at papasok ang isang malamig na simoy, na nagdudulot sa lahat na lumipat dito. Kapag ang thermionic emission ay nangyayari sa isang vacuum tube, ang pader na may pampainit ay ang katod, na pinainit ng isang filament, ang mga tao ang mga electron at ang window ay ang anode. Sa karamihan ng mga tubo ng vacuum ang mga cylindrical cathode ay pinainit ng isang filament (hindi masyadong naiiba mula sa isa sa isang bombilya), na nagiging sanhi ng cathode na naglalabas ng mga negatibong electron na naaakit ng isang positibong sisingilin na anode, na nagdudulot ng isang daloy ng kuryente sa anode at sa labas ng katod (tandaan,ang kasalukuyang napupunta sa kabaligtaran na direksyon kaysa sa mga electron).

Sa ibaba ay ipinapaliwanag namin ang ebolusyon ng Vacuum tube: Diode, Triode, Tetrode at Pentode kasama ang ilang mga espesyal na uri ng Vacuume tubes tulad ng Magnetron, CRT, X-ray Tube atbp

Sa simula ay may mga Diode

Ginagamit ito sa pinakasimpleng vacuum tube- ang diode, na binubuo ng filament, ang codeode at ang anode. Ang daloy ng kuryente ay dumadaloy sa pamamagitan ng filament sa gitna, na nagiging sanhi ng pag-init, pag-glow at paglabas ng thermal radiation - katulad ng isang bombilya. Ininit ng pinainit na filament ang nakapaligid na cylindrical cathode, na nagbibigay ng sapat na enerhiya sa mga electron upang mapagtagumpayan ang pagpapaandar sa trabaho, na sanhi ng isang ulap ng mga electron na tinatawag na isang space charge area, upang mabuo sa paligid ng pinainit na katod. Ang positibong nasingil na anode ay umaakit ng mga electron mula sa space charge region na nagdudulot ng daloy ng kasalukuyang elektrisidad sa tubo, ngunit ano ang mangyayari kung negatibo ang anode? Tulad ng alam mo mula sa iyong mga aralin sa pisika ng high school tulad ng pagtanggi sa singil - ang negatibong anode ay nagtataboy ng mga electron at walang kasalukuyang daloy, lahat ito ay nangyayari sa isang vacuum, dahil ang hangin ay pumipigil sa daloy ng elektron. Ganito ginagamit ang isang diode upang maitama ang AC.

Wala tulad ng magandang magandang Triode!

Noong 1906 isang Amerikanong Engineer na tinawag na Lee de Forest ang natuklasan na ang pagdaragdag ng isang grid, na tinatawag na isang control grid, sa pagitan ng anode at ng cathode ay nagbibigay-daan para makontrol ang kasalukuyang anode. Ang konstruksyon ng Triode ay pareho sa diode, na ang grid ay ginawa mula sa napakahusay na wire ng mobyldenium. Ang pagkontrol ay nakamit sa pamamagitan ng pagkiling ng grid na may isang boltahe - ang boltahe na karaniwang nagiging negatibo patungkol sa cathode. Ang mas boltahe ay negatibo, mas mababa ang kasalukuyang. Kapag negatibo ang parilya ay itinutulak nito ang mga electron, binabawasan ang kasalukuyang anode, kung positibo itong mas maraming anode kasalukuyang dumadaloy, sa isang gastos ng grid na nagiging isang maliit na anod, na sanhi ng pagbuo ng kasalukuyang grid na maaaring makapinsala sa tubo.

Ang Triode at iba pang mga "gridded" na tubo ay kadalasang bias sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang mataas na halaga na risistor sa pagitan ng grid at ground, at isang mas mababang halaga na risistor sa pagitan ng cathode at ground. Ang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng tubo ay nagdudulot ng isang pagbagsak ng boltahe sa risistor ng katod, pagdaragdag ng boltahe ng katod hinggil sa lupa. Ang grid ay negatibo tungkol sa cathode, dahil ang cathode ay nasa isang mas mataas na potensyal kaysa sa lupa kung saan nakakonekta ang grid.

Ang mga Triode at iba pang mga regular na tubo ay maaaring magamit bilang mga switch, amplifier, isang mixer at maraming iba pang mga magagamit upang mapagpipilian. Maaari itong palakasin ang mga signal sa pamamagitan ng paglalapat ng signal sa grid at hayaang patnubayan nito ang kasalukuyang anode, kung ang isang risistor ay maidaragdag sa pagitan ng anode at ang supply ng kuryente ang pinalakas na signal ay maaaring makuha mula sa boltahe ng anode, sapagkat ang resistor ng anode at ang kilos ng tubo katulad ng isang divider ng boltahe, na may bahagi ng triode na nag-iiba ang paglaban nito alinsunod sa boltahe ng input signal.

Mga Tetrode upang iligtas!

Ang maagang triode ay nagdusa mula sa mababang pakinabang at mataas na capacitances ng parasitiko. Noong 1920 ay natagpuan na ang paglalagay ng isang pangalawang (screen) grid sa pagitan ng una at ng anode, nadagdagan ang nakuha at ibinaba ang mga capacitance ng parasito, ang bagong tubo ay pinangalanang tetrode, ibig sabihin sa Greek na apat (tetra) na paraan (ode, panlapi). Ang bagong tetrode ay hindi perpekto, naghirap ito mula sa negatibong paglaban na sanhi ng pangalawang pagpapalabas na maaaring maging sanhi ng mga oscillation ng parasitiko. Ang pangalawang paglabas ay naganap nang ang pangalawang boltahe ng grid ay mas mataas kaysa sa boltahe ng anode, na nagdudulot ng pagbagsak ng kasalukuyang anode na may mga electron na tumatama sa anode at binubugbog ang iba pang mga electron at ang mga electron ay naaakit ng positibong screen grid, na naging sanhi ng isang karagdagang posibleng makapinsalang pagtaas ng kasalukuyang grid.

Pentodes - ang pangwakas na hangganan?

Ang pananaliksik sa mga paraan ng pagbawas ng pangalawang paglabas ay nagresulta sa pag-imbento ng pentode noong 1926 ng mga inhinyero ng Dutch na sina Bernhard DH Tellegen at Gilles Holst. Napag-alaman na ang pagdaragdag ng isang pangatlong grid, na tinatawag na isang suppressor grid, sa pagitan ng grid ng screen at ng anode, ay nagtanggal ng mga epekto ng pangalawang paglabas sa pamamagitan ng pagtataboy ng mga electron na natumba mula sa anode pabalik sa anode dahil ito ay konektado sa lupa o katod. Ngayon ang mga pentode ay ginagamit sa mga transmiter na mas mababa sa 50MHz, dahil ang mga tetrode sa mga transmiter ay gumagana nang hanggang sa 500MHz at mga triode hanggang sa saklaw ng gigahertz, hindi banggitin ang paggamit ng audiophile.

Iba't ibang Mga Uri ng Vacuum Tubes

Bukod sa mga "regular" na tubo na ito ay maraming dalubhasang pang-industriya at komersyal na tubo na dinisenyo para sa iba't ibang paggamit.

Magneto

Ang magnetron ay katulad ng diode, ngunit may mga resonant na lukab na hugis sa anode ng tubo at ang buong tubo na matatagpuan sa pagitan ng dalawang makapangyarihang magnet. Kapag inilapat ang boltahe, ang tubo ay nagsisimula ng pag-oscillation, ang mga electron na dumadaan sa mga lukab sa anode, na nagiging sanhi ng pagbuo ng mga signal ng dalas ng radyo, sa isang proseso na katulad ng pagsipol.

Mga X-ray Tube

Ginagamit ang mga X-ray tubo upang makabuo ng mga X-ray para sa mga layuning pang-medikal o pagsasaliksik. Kapag ang isang sapat na mataas na boltahe ay inilalapat sa vacuum tube diode X-ray ay inilalabas, mas mataas ang boltahe mas maikli ang haba ng haba ng daluyong. Upang harapin ang pagpainit ng anod, sanhi ng pagpindot dito ng mga electron, umiikot ang hugis ng disc na anode, kaya't ang mga electron ay tumama sa iba't ibang bahagi ng anode habang umiikot ito, na nagpapabuti sa paglamig.

CRT o Cathode-Ray Tube

Ang CRT o ang "Cathode-ray Tube" ang pangunahing teknolohiya ng pagpapakita noong araw. Sa isang monochromatic CRT isang mainit na cathode o isang filament na gumaganap bilang isang cathode ang nagpapalabas ng mga electron. Papunta sa mga anod dumaan sila sa maliit na butas sa silindro ng Wehnelt, ang silindro ay gumaganap bilang isang control grid para sa tubo at tumutulong na ituon ang mga electron sa isang masikip na sinag. Mamaya sila ay naaakit at nakatuon sa pamamagitan ng maraming mga mataas na boltahe anode. Ang bahaging ito ng tubo (cathode, Wehnelt silindro at ang mga anode) ay tinatawag na electron gun. Matapos maipasa ang mga anod ay ipinapasa nila ang mga plate ng pagpapalihis at naapektuhan ang fluorescent na harap ng tubo, na sanhi ng isang maliwanag na lugar upang lumitaw kung saan tumama ang sinag. Ang mga plate ng pagpapalihis ay ginagamit upang i-scan ang sinag sa screen sa pamamagitan ng pag-akit at pagtataboy ng mga electron sa kanilang direksyon, mayroong dalawang pares ng mga ito, isa para sa X-axis at isa para sa Y-axis.

Ang isang maliit na CRT na ginawa para sa mga oscilloscope, malinaw mong nakikita (mula sa kaliwa) ang silindro ng Wehnelt, ang mga pabilog na anod at ang mga pagpapalihis na plato sa hugis ng letrang Y.

Tubeing sa paglalakbay

Ang mga naglalakbay na alon na tubo ay ginagamit bilang mga power amplifier ng RF sa mga satellite satellite ng komunikasyon at iba pang spacecraft dahil sa kanilang maliit na sukat, mababang timbang at kahusayan sa mga mataas na frequency. Tulad ng CRT mayroon itong electron gun sa likuran. Ang isang likaw na tinatawag na isang "helix" ay sugat sa paligid ng electron beam, ang input ng tubo ay konektado sa dulo ng helix na mas malapit sa electron gun at ang output ay kinuha mula sa kabilang dulo. Ang alon ng radyo na dumadaloy sa pamamagitan ng helix ay nakikipag-ugnay sa electron beam, pinapabagal at pinapabilis ito sa iba't ibang mga punto, na naging sanhi ng paglaki. Ang helix ay napapaligiran ng mga magnet na nakatuon sa sinag at isang attenuator sa gitna, layunin nito na maiwasan ang nagpalakas na signal na bumalik sa input at magdulot ng mga oscillation ng parasito. Sa dulo ng tubo matatagpuan ang isang kolektor,na maihahambing sa anode ng isang triode o pentode ngunit walang kinuhang output mula rito, matatagpuan. Ang electron beam ay nakakaapekto sa kolektor, na nagtatapos sa kwento sa loob ng tubo.

Mga tubo ng Geiger – Müller

Ginagamit ang mga tubo ng Geiger – Müller sa mga metro ng radiation, binubuo ang mga ito ng isang metal na silindro (cathode) na may butas sa isang dulo at isang wire na tanso sa gitna (anode) sa loob ng isang basong sobre na puno ng isang espesyal na gas. Kailanman ang isang maliit na butil ay dumaan sa butas at nakakaapekto sa dingding ng katod sa isang maikling sandali ang gas sa mga ionises ng tubo, na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy. Ang salpok na ito ay maaaring marinig sa speaker ng metro bilang isang katangian na pag-click!