金屬包絡(luò)真空管二極管

來源：維基共享資源 

最近，我們看到了電氣設(shè)備領(lǐng)域的許多技術(shù)進(jìn)步。如今，我們可以找到一堆晶體管來創(chuàng)建邏輯門并實(shí)現(xiàn)計(jì)算。

但是，在晶體管和直流電發(fā)明之前，計(jì)算機(jī)就已經(jīng)存在了。盡管這種最早形式的計(jì)算機(jī)如此龐大，但它在 20 世紀(jì)占據(jù)了整個(gè)房間并重達(dá)數(shù)千磅。 

真空管二極管在這些龐然大物的計(jì)算機(jī)中扮演著晶體管的角色。盡管晶體管運(yùn)行著現(xiàn)代電子設(shè)備的世界，但真空二極管仍有其用途。

因此，在本文中，我們將展示有關(guān)真空管二極管的所有信息、它的工作原理、它的類型和適用于您的PCB 的應(yīng)用以及它的特性。 

讓我們開始！

真空管

來源：維基共享資源

什么是真空管二極管？

在晶體管約翰爵士時(shí)代之前，Ambrose Fleming 在 1904 年創(chuàng)造了我們所知的真空管。 Lee De Forest 爵士（來自 17 世紀(jì)）是另一個(gè)不可忽視的名字，尤其是與真空管二極管相關(guān)的收音機(jī)和燈絲。

真空管是一種裝置，它阻止單個(gè)電子從一個(gè)方向（陽極到陰極）的電流流動(dòng)，同時(shí)允許電流在另一個(gè)方向（陰極到陽極）流動(dòng)。

現(xiàn)在，真空二極管是產(chǎn)生和控制自由電子的真空管的最簡單形式。此外，真空二極管有兩個(gè)電極，我們稱為陰極和陽極。陽極用作電子收集器，而陰極用作電子發(fā)射器。它還可以作為帶有單向閥的 1.4 伏燈絲工作，同時(shí)支持加熱燈絲和細(xì)長燈絲。

另外，陰極在靜電場放電期間可以是正極或負(fù)極。換句話說，它具有很好的場致發(fā)射特性。

陽極是由鎳或鐵制成的空心金屬圓柱體。但是，在高功率情況下，您會(huì)發(fā)現(xiàn)含有鉬、石墨或鉭的陽極，因?yàn)楦吖β适录?huì)損壞鎳或鐵陽極。此外，陽極比陰極大，可以在不大幅升高溫度的情況下散熱。因此，您不能將陽極視為具有弱電流的陽極。

另一方面，陰極由簡單的鎢絲或釷鎢組成。此外，帶有場線的陰極可以是氧化鋇或氧化鍶涂層的鎳管。此外，氧化物涂層陰極顯示出更好的發(fā)射效率。

真空管二極管的工作原理

在研究真空二極管的工作原理時(shí)，了解電子從表面逸出的方式的有效性很重要。

加熱材料每單位面積可以發(fā)射的電子流數(shù)量與常數(shù)“b”和絕對(duì)溫度有關(guān)。常數(shù)“b”表示初級(jí)電子如何逃離表面。

因此，由此，我們可以推導(dǎo)出離開外表面的電流方程為：

I = AT2ε (–b/T)

流出外表面的電流方程

在哪里： 

I – 以安培為單位的電流

A – 發(fā)射材料種類的常數(shù)

T – 絕對(duì)溫度

b – 電子離開外表面所需的功

Walter H. Schottky 和 Thomas Edison 的發(fā)明也支持上述等式。

高真空管二極管

來源：Flickr

大多數(shù)情況下，真空熱電子管二極管的工作原理類似于現(xiàn)代電子管。但尺寸更大。此外，它還具有一個(gè)真空容器，其陽極和陰極連接在電壓源上。

陽極和陰極電壓

來源：維基共享資源

陽極（正極端子）處理正電壓。因此，它適用于熱電子發(fā)射原理。此外，燈絲加熱陰極（負(fù)極端子）并允許發(fā)射電子。這些發(fā)射的電子然后被吸引到陽極。但是，如果陽極接收到的正電壓不夠，它就不會(huì)從陰極吸引電子。

電燈絲

來源：維基共享資源

出于這個(gè)原因，一團(tuán)看不見的電子會(huì)在陽極和陰極之間的空間中積聚，從而產(chǎn)生空間電荷。空間電荷排斥離開陰極的其他電子。因此，停止電子發(fā)射和電流通過電路的流動(dòng)。

但是，如果陽極和陰極之間施加的電源電壓足夠高，那么空間電荷效應(yīng)將被緩慢中和。這樣，流向陽極的電子將是自由的。因此，電子可以在真空外殼的玻璃外殼內(nèi)穿過真空。出于這個(gè)原因，沒有什么能阻止電子的發(fā)射，從而允許電流從陽極自由流動(dòng)到陰極。

此外，隨著陽極上施加的電壓增加，電流也會(huì)增加。最終，空間電荷完全消失，陽極從陰極獲得最大發(fā)射。

筆記：

增加陰極電子發(fā)射的唯一方法是增加陰極的溫度。它還增加了電子的能量，允許更多的電子離開陰極。

盡管真空二極管的所有區(qū)域都帶有空間電荷，但它在陰極區(qū)域非常重要。為什么？因?yàn)樗鼪Q定了關(guān)鍵元素——包括最大排放。

相反，如果陽極處理負(fù)電壓，則不會(huì)有電子流動(dòng)——因?yàn)樗粫?huì)很熱。此外，離開加熱陰極射線管的電子不會(huì)移動(dòng)到陽極。這個(gè)過程在陽極和陰極射線管之間積累了很強(qiáng)的空間電荷。由于空間電荷的強(qiáng)烈排斥，所有電子都移回陰極。因此，沒有電流流過電路。

真空二極管的特性

以下是真空管二極管的一些特性。

二極管作為整流器

當(dāng)向陽極施加交流電時(shí)，其極性將在正半周期間保持正極性。因此，電子可以流向陽極。此外，在負(fù)半周期間，極板保持負(fù)值，從而終止陽極電流。

因此，它表明真空管二極管將允許陽極電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)并產(chǎn)生整流輸出電流。這對(duì)于具有加熱器電壓或反向電壓的熱離子二極管或半導(dǎo)體二極管效果更好。

二極管整流器

來源：Flickr

兩種類型的陰極

真空管二極管可以使用兩種類型的陰極：

直接加熱陰極

此處，陰極也用作燈絲。所以，你可以稱它為燈絲型陰極。

間接加熱陰極

此處，陰極具有涂有氧化物的薄金屬套筒。套管用作陰極，并且有一條與套管分開的電絕緣鎢絲。

空間電荷

空間電荷是真空管二極管的一個(gè)重要特性。當(dāng)陰極發(fā)射電子時(shí)，陰極上會(huì)出現(xiàn)正電荷。它允許陰極吸引電子并在真空管外殼中產(chǎn)生空間電荷。

陰極材料

以下是兩種常見的正極材料：

鎢

鎢是一種純金屬，它的功函數(shù)為 4.54 eV。您可以在 2500?K 下安全地操作這種材料，并將其用于高功率管、熱電子真空管或行波管。

鎢棒

來源：維基共享資源

釷鎢

這種材料適用于直接加熱的陰極。它支持低溫下的電子（大約 700°C 到 750°C。您可以以高效率和小加熱功率操作這種材料。

真空管二極管的類型

真空二極管管類型有六種分類，其中包括：

• 用于頻率范圍的真空二極管（無線電發(fā)射器、微波、音頻）

微波

來源：Pixabay

• 具有均勻場額定功率（音頻功率、小信號(hào)）的真空二極管

• 陰極/燈絲型真空二極管 

• 特殊功能真空二極管（光探測(cè)器）

• 應(yīng)用真空二極管（發(fā)射管或接收管）

• 專用參數(shù)的真空二極管（低噪聲音頻放大）

應(yīng)用

真空管二極管的應(yīng)用包括：

• 原子鐘

• X 射線管

• 收音機(jī)

• 電網(wǎng)偏置電池 

• 音響系統(tǒng)

• 穩(wěn)壓管

• 控制電極

• 三極管放大器

• 電子放大器

• 消費(fèi)者應(yīng)用

• 高速電路交換

• 速調(diào)管

• 離子推進(jìn)系統(tǒng)

• 電子設(shè)備

• 電池供電設(shè)備

• 專業(yè)音響設(shè)備

• 無線電通訊

• 太陽能集熱器

• 微波系統(tǒng)

• 具有（高壓）供應(yīng)的軍事系統(tǒng)

• 移動(dòng)電話、藍(lán)牙和 Wi-Fi 微波組件

• 蜂窩電話衛(wèi)星

• 粒子加速器

• 光電倍增管

• 閃光燈

• 半導(dǎo)體真空電子系統(tǒng)

• 真空電子器件

• 真空面板顯示器

最后的話

盡管世界現(xiàn)在由晶體管供電，但真空二極管仍有其用途。也許真空二極管最杰出的現(xiàn)代用途是在音樂界。大多數(shù)發(fā)燒友更喜歡真空管電子放大器的音質(zhì)而不是半導(dǎo)體放大器。

單管真空管

另一個(gè)值得注意的應(yīng)用是高功率射頻發(fā)射器。真空管二極管比半導(dǎo)體二極管產(chǎn)生更多的功率。因此，您會(huì)在 MRI 掃描儀、粒子加速器甚至微波爐中找到真空管。這篇文章到此結(jié)束。如果您有任何問題，請(qǐng)隨時(shí)與我們聯(lián)系。我們很樂意提供幫助。