真空管ダイオード:概要と仕組み

メタルエンベロープ真空管ダイオード

最近、電気機器の分野で多くの技術的進歩が見られます。今日では、論理ゲートを作成し、計算を可能にする一連のトランジスタを見つけることができます.

しかし、コンピュータはトランジスタや直流電流が発明される前に存在していました。この初期のコンピュータは非常に巨大でしたが、20 世紀には部屋全体を占有し、重さは数千ポンドにもなりました。

真空管ダイオードは、これらの巨大なコンピューターでトランジスタの役割を果たしたものです。トランジスタは現代の電子機器の世界を動かしていますが、真空ダイオードにはまだ用途があります。

そのため、この記事では、真空管ダイオードのすべて、その仕組み、PCB での種類と用途、およびその特性について説明します。

始めましょう!

真空管

真空管ダイオードとは?

トランジスター サー ジョン時代の前に、アンブローズ フレミングは真空管として知られるものを 1904 年に作成しました。リー デ フォレスト卿 (17 世紀) は、特に真空管ダイオードに関連するラジオとフィラメントに関して、考慮すべき別の名前です。 /P>

真空管は、ある方向 (アノードからカソード) の電流からの単一電子の流れをブロックし、別の方向 (カソードからアノード) の電流の流れを許可するデバイスです。

現在、真空ダイオードは、自由電子を生成および制御する真空管の最も単純な形式です。さらに、真空ダイオードには、カソードとアノードとして知られている 2 つの電極があります。アノードは電子コレクターとして機能し、カソードは電子エミッターとして機能します。また、加熱フィラメントと細いフィラメントの両方をサポートする一方向バルブを備えた 1.4 ボルトのフィラメントとしても機能します。

さらに、カソードは、静電界放電中に正極または負極になることができます。つまり、優れた電界放出特性を備えています。

アノードは、ニッケルまたは鉄でできた中空の金属シリンダーです。ただし、高出力の状況では、モリブデン、グラファイト、またはタンタルを含む陽極が見つかります。これは、高出力のイベントがニッケルまたは鉄の陽極を損傷する可能性があるためです。また、アノードはカソードよりも大きく、温度を大幅に上昇させずに熱を放散します。したがって、アノードを電流の弱いアノードと見なすことはできません。

一方、陰極は単純なタングステン フィラメントまたはトリエーテッド タングステンで構成されています。また、磁力線を備えたカソードは、酸化バリウムまたは酸化ストロンチウムでコーティングされたニッケルチューブにすることができます。さらに、酸化物でコーティングされたカソードは、より優れた発光効率を示します。

真空管ダイオードの仕組み

真空ダイオードがどのように機能するかを見るとき、電子が表面から逃げる方法の有効性を知ることが重要です。

加熱された材料が単位面積あたりに放出できる電子流の数は、定数「b」と絶対温度に関連しています。定数「b」は、一次電子が表面から逃げるために何をするかを示します。

したがって、これから、外面から出る電流の式を次のように導き出すことができます。

I =AT²ε (–b/T)

外面から出る電流の式

場所:

I – アンペアで測定された電流

A – 発光材料の種類の定数

T – 絶対温度

b – 電子が外表面を離れるために必要な仕事

Walter H. Schottky と Thomas Edison の発明も、上記の方程式をサポートしています。

高真空管ダイオード

ほとんどの場合、真空熱電子管ダイオードは最新の真空管のように機能します。しかし、より大きなサイズで。また、電圧サワーを介して接続されたアノードとカソードを備えた真空容器を備えています。

アノードおよびカソード電圧

陽極（プラス端子）はプラス電圧を扱います。したがって、熱電子放出原理に基づいて動作します。さらに、フィラメントは陰極 (マイナス端子) を加熱し、電子の放出を可能にします。これらの放出された電子は、陽極に引き寄せられます。ただし、陽極が受け取る正の電圧が十分でない場合、陰極から電子を引き付けることはありません。

電気フィラメント

このため、目に見えない電子の雲が陽極と陰極の間の空間に蓄積し、空間電荷が発生します。空間電荷は、カソードを離れる他の電子を反発します。したがって、電子の放出と回路を流れる電流が停止します。

しかし、陽極と陰極の間に印加される電源電圧が十分に高い場合、空間電荷効果はゆっくりと中和されます。このようにして、アノードへの電子の流れは自由になります。したがって、電子は、真空エンベロープのガラス エンベロープ内の真空を横切って移動できます。このため、電子の放出を妨げるものはなく、アノードからカソードへの自由な電流の流れを可能にします。

さらに、アノードに印加される電圧が増加すると、電流も増加します。最終的に、空間電荷は完全に消失し、アノードはカソードから最大の放出を達成します。

注:

カソードの電子放出を増加させる唯一の方法は、カソードの温度を上げることです。また、電子のエネルギーが増加し、より多くの電子がカソードを離れることを可能にします.

真空ダイオードのすべての領域は空間電荷を備えていますが、カソード領域では非常に重要です。なんで？最大排出量を含む重要な要素を決定するためです。

対照的に、アノードが負の電圧を扱う場合、電子の流れはありません — 熱くないからです.さらに、加熱されたブラウン管から出た電子は陽極に移動しません。このプロセスにより、陽極とブラウン管の間に強い空間電荷が蓄積されます。空間電荷の強い反発により、すべての電子は陰極に戻ります。したがって、回路に電流は流れません。

真空ダイオードの特徴

真空管ダイオードの特徴をいくつか紹介します。

整流器としてのダイオード

陽極に交流電流を印加すると、その極性は正の半サイクルの間正のままです。したがって、電子はアノードに流れることができます。さらに、負の半サイクルの間、プレートは負のままであり、アノード電流が終了します。

したがって、真空管ダイオードがアノード電流を一方向にのみ流し、整流された出力電流を生成することを示しています。これは、ヒーター電圧または逆電圧のある熱電子ダイオードまたは半導体ダイオードでうまく機能します。

ダイオード整流器

2 種類の陰極

真空管ダイオードは、2 種類のカソードを使用できます。

直接加熱カソード

ここで、カソードはフィラメントとしても機能します。ということで、フィラメント型カソードと呼んでもいいでしょう。

間接加熱カソード

ここでは、カソードは酸化物でコーティングされた薄い金属スリーブを持っています。スリーブは陰極として機能し、電気的に絶縁されたタングステン ワイヤがスリーブから分離されています。

スペースチャージ

空間電荷は、真空管ダイオードの重要な特性です。電子を放出すると、陰極に正の電荷が現れます。これにより、カソードが電子を引き付け、真空管エンベロープ内に空間電荷を作成できます。

陰極材料

2 つの一般的なカソード材料を次に示します。

タングステン

タングステンは純金属で、仕事関数は 4.54 eV です。この材料は 2500®K で安全に動作し、高出力管、熱電子真空管、または進行波管で使用できます。

タングステンロッド

トリエーテッド タングステン

この材料は、直接加熱されたカソードで機能します。低温 (約 700°C ～ 750°C) で電子をサポートします。この材料を高効率で小さな加熱電力で動作させることができます。

真空管ダイオードの種類

真空ダイオード管のタイプには、以下を含む 6 つの分類があります。

• 周波数範囲用の真空ダイオード (無線送信機、マイクロ波、オーディオ)

電子レンジ

• 電力定格 (オーディオ出力、小信号) 用の真空ダイオード、均一電界
• カソード/フィラメント タイプの真空ダイオード
• 特殊機能の真空ダイオード (光検出器)
• アプリケーション真空ダイオード (送信管または受信管)
• 特殊なパラメータ用の真空ダイオード (低ノイズ オーディオ増幅)

アプリケーション

真空管ダイオードのアプリケーションには以下が含まれます:

• 原子時計
• X 線管
• ラジオセット
• グリッド バイアス バッテリー
• オーディオ システム
• 電圧調整管
• 制御電極
• 三極管アンプ
• 電子アンプ
• 消費者向けアプリケーション
• 高速回線交換
• クライストロン管
• イオン推進システム
• 電子機器
• バッテリー式機器
• プロのオーディオ機器
• 無線通信
• ソーラーコレクター
• マイクロ波システム
• （高圧）供給のある軍事システム
• 携帯電話、Bluetooth、Wi-Fi 電子レンジ コンポーネント
• 携帯電話衛星
• 粒子加速器
• 光電子増倍管
• ストロボライト
• 半導体真空電子システム
• 真空電子デバイス
• 真空パネルディスプレイ

最後の言葉

現在、世界はトランジスタによって駆動されていますが、真空ダイオードにはまだ用途があります。おそらく、真空ダイオードの最も顕著な現代的な用途は、音楽コミュニティです。ほとんどのオーディオマニアは、半導体アンプよりも真空管電子アンプの音質を好みます。

シングルエンベロープ真空管

もう 1 つの注目すべきアプリケーションは、ハイパワー RF トランスミッタです。真空管ダイオードは、半導体ダイオードよりも多くの電力を生成します。そのため、MRI スキャナー、粒子加速器、さらには電子レンジにも真空管が使われています。これでこの記事は終わりです。ご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いいたします。