- Bagaimana Tiub Vakum Berfungsi?
- Pada mulanya terdapat Diod
- Tidak seperti Triode lama yang baik!
- Tetrodes untuk menyelamatkan!
- Pentod - sempadan terakhir?
- Jenis Tiub Vakum yang berbeza
Anda mungkin tergoda untuk menolak tiub lama yang baik sebagai peninggalan masa lalu - bagaimanapun, bagaimana beberapa kepingan logam dalam bola lampu yang dimuliakan dapat menahan transistor dan litar bersepadu hari ini? Walaupun tiub kehilangan tempat di etalase elektronik pengguna, tetapi penggunaannya masih tidak signifikan di mana terdapat banyak kuasa pada frekuensi (julat GHz) yang sangat tinggi, seperti dalam penyiaran radio dan televisyen, pemanasan industri, ketuhar gelombang mikro, satelit komunikasi, pemecut zarah, radar, senjata elektromagnetik ditambah beberapa aplikasi yang memerlukan tahap dan frekuensi kuasa yang lebih rendah, seperti meter radiasi, mesin sinar-X dan penguat audiophile.
20 tahun yang lalu kebanyakan paparan menggunakan tiub gambar vakum. Adakah anda tahu bahawa mungkin ada beberapa tabung yang bersembunyi di sekitar rumah anda juga? Di tengah-tengah ketuhar gelombang mikro anda meletakkan, atau lebih tepatnya duduk di soket, tiub magnetron. Tugasnya adalah untuk menghasilkan isyarat RF kuasa tinggi dan frekuensi tinggi yang digunakan untuk memanaskan apa sahaja yang anda masukkan ke dalam ketuhar. Peranti isi rumah yang berbeza dengan tiub di dalamnya adalah TV CRT lama yang kini kemungkinan besar diletakkan di dalam kotak kadbod di loteng setelah diganti dengan TV skrin rata yang baru. The CRT bermaksud "Tube katod-ray"- tiub tersebut digunakan untuk memaparkan isyarat video yang diterima. Mereka cukup berat, besar dan tidak cekap jika dibandingkan dengan paparan LCD atau LED, tetapi mereka berjaya menyelesaikannya sebelum teknologi lain muncul. Adalah idea yang baik untuk belajar mengenainya kerana begitu banyak dunia moden masih bergantung pada mereka, kebanyakan pemancar TV menggunakan tiub vakum sebagai peranti output kuasa mereka, kerana mereka lebih cekap pada frekuensi tinggi daripada transistor. Tanpa tiub vakum magnetron, ketuhar gelombang mikro murah tidak akan wujud, kerana alternatif semikonduktor baru-baru ini diciptakan dan tetap mahal. Banyak litar seperti pengayun, penguat, pengadun dan lain-lain lebih senang dijelaskan dengan tiub dan melihat bagaimana ia berfungsi, kerana tiub klasik, terutamanya triod,sangat mudah untuk berat sebelah dengan beberapa komponen dan mengira faktor penguatnya, bias dll.
Bagaimana Tiub Vakum Berfungsi?
Tiub vakum biasa berfungsi berdasarkan fenomena yang disebut pelepasan termionik, juga dikenal sebagai kesan Edison. Bayangkan bahawa ia adalah hari musim panas yang panas yang anda tunggu sebaris di sebuah bilik yang penuh sesak, di sebelah dinding dengan pemanas sepanjangnya, beberapa orang lain juga menunggu dalam talian dan seseorang menghidupkan pemanasan, orang mula menjauh dari pemanas - kemudian seseorang membuka tingkap dan membiarkan angin sejuk masuk, menyebabkan semua orang berhijrah ke situ. Apabila pelepasan termionik berlaku dalam tiub vakum, dinding dengan pemanas adalah katod, dipanaskan oleh filamen, orang-orang adalah elektron dan tingkap adalah anod. Di kebanyakan tiub vakum, katod silinder dipanaskan oleh filamen (tidak terlalu berbeza dengan yang ada dalam mentol lampu), menyebabkan katod memancarkan elektron negatif yang tertarik oleh anod bermuatan positif, menyebabkan arus elektrik mengalir ke anod dan keluar dari katod (ingat,arus masuk ke arah yang bertentangan daripada elektron).
Di bawah ini kami menerangkan evolusi tiub Vakum: Diod, Triode, Tetrode dan Pentode bersama dengan beberapa jenis tiub Vacuume khas seperti Magnetron, CRT, X-ray Tube dll.
Pada mulanya terdapat Diod
Ini digunakan dalam tiub vakum termudah- diod, yang terdiri daripada filamen, katod dan anod. Arus elektrik mengalir melalui filamen di tengah, menyebabkannya menjadi panas, bercahaya dan mengeluarkan sinaran termal - serupa dengan mentol. Filamen yang dipanaskan memanaskan katod silinder di sekitarnya, memberikan tenaga yang cukup kepada elektron untuk mengatasi fungsi kerja, menyebabkan awan elektron yang disebut wilayah muatan ruang, terbentuk di sekitar katod yang dipanaskan. Anod bermuatan positif menarik elektron dari kawasan cas ruang menyebabkan aliran arus elektrik di dalam tiub, tetapi apa yang akan berlaku sekiranya anod itu negatif? Seperti yang anda ketahui dari pelajaran fizik sekolah menengah anda seperti tolakan cas - anod negatif menolak elektron dan tidak ada arus, ini semua berlaku dalam keadaan hampa, kerana udara menghalang aliran elektron. Ini adalah bagaimana diod digunakan untuk membetulkan AC.
Tidak seperti Triode lama yang baik!
Pada tahun 1906 seorang Jurutera Amerika bernama Lee de Forest mendapati bahawa menambahkan grid, yang disebut grid kawalan, antara anod dan katod membolehkan arus anod dikendalikan. Pembinaan Triode serupa dengan dioda, dengan grid dibuat dari wayar mobyldenium yang sangat halus. Pengendalian dicapai dengan memisahkan grid dengan voltan - voltan biasanya negatif sehubungan dengan katod. Semakin banyak voltan negatif, semakin rendah arus. Apabila grid negatif, ia menolak elektron, menurunkan arus anod, jika positif arus lebih banyak arus anod, dengan kos grid menjadi anod kecil, menyebabkan arus grid terbentuk yang mungkin merosakkan tiub.
Triode dan tiub “gridded” lain biasanya berat sebelah dengan menghubungkan perintang bernilai tinggi antara grid dan tanah, dan perintang nilai yang lebih rendah antara katod dan tanah. Arus yang mengalir melalui tiub menyebabkan penurunan voltan pada perintang katod, meningkatkan voltan katod berkenaan dengan tanah. Kisi negatif terhadap katod, kerana katod berpotensi lebih tinggi daripada tanah yang dihubungkan dengan grid.
Triodes dan tabung biasa yang lain dapat digunakan sebagai suis, penguat, pengadun dan ada banyak kegunaan lain untuk dipilih. Ia dapat menguatkan isyarat dengan menerapkan sinyal ke grid dan membiarkannya mengarahkan arus anoda, jika perintang ditambahkan antara anoda dan bekalan kuasa, isyarat yang diperkuat dapat dikeluarkan dari voltan anoda, kerana perintang anod dan tiub bertindak serupa dengan pembahagi voltan, dengan bahagian triode mengubah rintangannya sesuai dengan voltan isyarat input.
Tetrodes untuk menyelamatkan!
Triode awal mengalami kenaikan dan kapasitit parasit tinggi. Pada tahun 1920-an didapati bahawa meletakkan grid (layar) kedua antara yang pertama dan anod, meningkatkan penguatan dan menurunkan kapasitansi parasit, tabung baru itu diberi nama tetrode, yang bermaksud dalam cara Yunani empat (tetra) (ode, akhiran). Tetrode baru tidak sempurna, ia mengalami rintangan negatif yang disebabkan oleh pelepasan sekunder yang boleh menyebabkan ayunan parasit. Pelepasan sekunder berlaku apabila voltan grid kedua lebih tinggi daripada voltan anod, menyebabkan penurunan arus anod dengan elektron memukul anod dan merobohkan elektron lain dan elektron tertarik oleh grid skrin positif, menyebabkan peningkatan tambahan yang mungkin merosakkan arus grid.
Pentod - sempadan terakhir?
Penyelidikan cara mengurangkan pelepasan sekunder mengakibatkan penemuan pentode pada tahun 1926 oleh jurutera Belanda Bernhard DH Tellegen dan Gilles Holst. Didapati bahawa menambahkan grid ketiga, yang disebut grid penekan, antara grid skrin dan anod, menghilangkan kesan pelepasan sekunder dengan menghalau elektron yang tersingkir dari anod kembali ke anod kerana ia dihubungkan ke tanah atau katod. Hari ini pentod digunakan dalam pemancar di bawah 50MHz, kerana tetrod dalam pemancar berfungsi dengan baik hingga 500MHz dan triod hingga julat gigahertz, belum lagi penggunaan audiophile.
Jenis Tiub Vakum yang berbeza
Selain tiub "biasa" ini terdapat banyak tabung industri dan komersial yang direka untuk kegunaan yang berbeza.
Magnetron
The magnetron adalah sama dengan diod, tetapi dengan rongga salunan dibentuk menjadi anod tiub dan keseluruhan tiub yang terletak di antara dua magnet berkuasa. Apabila voltan digunakan, tiub mula berayun, elektron melewati rongga pada anod, menyebabkan penghasilan isyarat frekuensi radio, dalam proses yang serupa dengan bersiul.
Tiub sinar-X
Tiub sinar-X digunakan untuk menghasilkan sinar-X untuk tujuan perubatan atau penyelidikan. Apabila voltan yang cukup tinggi diterapkan pada dioda tiub vakum sinar-X dipancarkan, semakin tinggi voltan semakin pendek panjang gelombang. Untuk menangani pemanasan anoda, disebabkan oleh elektron memukulnya, anoda berbentuk cakera berputar, sehingga elektron memukul bahagian anoda yang berlainan semasa putarannya, meningkatkan penyejukan.
CRT atau Cathode-Ray Tube
CRT atau "Cathode-ray Tube" adalah teknologi paparan utama pada masa itu. Dalam CRT monokromatik katod panas atau filamen yang bertindak sebagai katod memancarkan elektron. Dalam perjalanan ke anod mereka melalui lubang kecil di silinder Wehnelt, silinder bertindak sebagai grid kawalan untuk tiub dan membantu memfokuskan elektron ke dalam rasuk yang ketat. Kemudian mereka tertarik dan difokuskan oleh beberapa anod voltan tinggi. Bahagian tiub ini (katod, silinder Wehnelt dan anod) dipanggil senapang elektron. Setelah melewati anod, mereka melewati plat pesongan dan memukul bahagian depan tabung pendarfluor, menyebabkan titik terang muncul di mana pancaran memukul. Plat pesongan digunakan untuk mengimbas sinar di skrin dengan menarik dan menghalau elektron ke arahnya, terdapat dua pasang, satu untuk paksi-X dan satu untuk paksi-Y.
CRT kecil yang dibuat untuk osiloskop, anda dapat dengan jelas melihat (dari kiri) silinder Wehnelt, anod bulat dan plat pesongan dalam bentuk huruf Y.
Tiub gelombang perjalanan
Tiub gelombang perjalanan digunakan sebagai penguat kuasa RF pada satelit komunikasi dan kapal angkasa lain kerana ukurannya yang kecil, berat badan rendah dan kecekapan pada frekuensi tinggi. Sama seperti CRT, ia mempunyai pistol elektron di belakang. Gegelung yang disebut "heliks" dililit di sekitar balok elektron, input tiub dihubungkan ke hujung heliks lebih dekat ke pistol elektron dan outputnya diambil dari ujung yang lain. Gelombang radio yang mengalir melalui heliks berinteraksi dengan sinar elektron, memperlahankan dan mempercepatnya dalam titik yang berbeza, menyebabkan penguatan. Heliks dikelilingi oleh magnet yang memfokuskan sinar dan atenuator di tengah, tujuannya adalah untuk mengelakkan isyarat yang dikuatkan kembali ke input dan menyebabkan ayunan parasit. Di hujung tiub pengumpul terletak,ia sebanding dengan anod triod atau pentode tetapi tidak ada output yang diambil darinya. Rasuk elektron memberi kesan kepada pengumpul, mengakhiri kisahnya di dalam tiub.
Tiub Geiger – Müller
Tiub Geiger – Müller digunakan dalam meter radiasi, ia terdiri daripada silinder logam (katod) dengan lubang di satu hujung dan wayar tembaga di tengah (anod) di dalam sampul kaca yang diisi dengan gas khas. Setiap kali zarah melewati lubang dan memukul dinding katod untuk seketika, gas dalam tiub mengion, membiarkan arus mengalir. Dorongan ini dapat didengar pada pembesar suara meter sebagai ciri khas!