Historia del diodo de vacío
El 16 de noviembre de 1904, el primer diodo de vacío fue inventada por Sir John Ambrose Fleming y también se llama la válvula Fleming, la primera válvula termoiónica. En aquellos días no existía unión p-n en el campo de la electrónica. A continuación se muestra una figura conceptual de diodo de vacío.
¿Cómo funciona el diodo del tubo de vacío?
Aquí el diodo de vacío funciona mayormente como un moderno diodo. Pero su tamaño es mayor. Consiste en un contenedor de vacío con cátodo y ánodo en su interior. Este cátodo y el ánodo están conectados a través de un fuente de tensión.
El ánodo se aplica con positivo voltaje con respecto a los cátodos. Funciona con el principio de la emisión termiónica. Un filamento calienta este cátodo. Por lo tanto, los electrones son emitidos desde el cátodo y atraídos hacia el ánodo. Si el voltaje positivo aplicado en el ánodo no es suficiente, el ánodo no puede atraer los electrones emitidos desde el cátodo debido al filamento caliente.
Como resultado, una nube de electrones se acumula en el espacio entre el cátodo y el ánodo. Esto se llama carga espacial. Debido a esta carga espacial, los electrones emitidos más se anulan y vuelven al cátodo. Por lo tanto, virtualmente la emisión de electrones se detiene. No hay corriente que fluya a través del circuito.
Si el voltaje aplicado entre el ánodo y el cátodo se incrementa gradualmente, entonces más y más electrones de carga espacial llegan al ánodo y crean espacio libre para más electrones emitidos. Así que con el aumento de voltaje entre ánodo y cátodo, podemos aumentar la tasa de emisión de electrones.
Al mismo tiempo, la carga espacial se desvanece gradualmente, lo que significa que se neutraliza en el ánodo. Una vez que se aplica cierto voltaje entre el ánodo y el cátodo, toda la carga espacial se desvanece. No hay más obstrucción para la emisión de electrones desde el cátodo. Entonces un haz de electrones comienza a fluir libremente desde el cátodo al ánodo a través del espacio. Como resultado, la corriente fluye del ánodo al cátodo.
Por otra parte, si el ánodo se hace negativo con respecto al cátodo, no hay emisión de electrones ya que está frío y no caliente. Ahora los electrones emitidos por el cátodo caliente no llegan al ánodo. Debido a la repulsión del ánodo negativo fuerte carga espacial se acumularán entre el ánodo y el cátodo. De nuevo debido a la repulsión de esta carga espacial, todos los electrones emitidos vuelven al cátodo, por lo que no se produce ninguna emisión virtual y por lo tanto no fluye ninguna corriente en el circuito. Así que.., diodo de vacío permite que la corriente fluya en una sola dirección.
Bajo el sesgo inverso este diodo de vacío no funciona. Este tubo de vacío fue el componente básico de la electrónica durante la primera mitad del siglo XX. Estaba disponible y era común en el circuito de radio, televisión, radar, refuerzo de sonido, sistema de grabación de sonido, teléfono, computadoras analógicas y digitales, y control de procesos industriales.
Características V-I del diodo de vacío
A continuación se muestran las características V-I de un diodo de vacío.
El tamaño de la carga espacial depende de la emisión de electrones del cátodo durante la formación de la carga espacial. La emisión de electrones depende además de la temperatura a la que se calienta el cátodo. Por lo tanto, si la temperatura aumenta, la cantidad de carga espacial también aumenta. Así que el voltaje del ánodo requerido para neutralizar la carga espacial también será mayor.
Por lo tanto, el mismo diodo de vacío tendrá diferentes gráficos característicos de V-I a diferentes temperaturas del cátodo. En la figura anterior hemos mostrado sólo tres de ellas. Un gráfico para ToC, uno para la temperatura más que ToC y uno para la temperatura inferior a ToC. Cuando el voltaje del ánodo se incrementa gradualmente desde cero, la corriente del ánodo al cátodo se incrementa proporcionalmente. Como la carga espacial limita la emisión desde el cátodo, la corriente se incrementa proporcionalmente con la disminución de la fuerza de la carga espacial.
Esta zona de las características se denomina región limitadora de la carga espacial, como se muestra en la figura. Después de que la carga espacial desaparece, la emisión de electrones se vuelve constante y depende únicamente de la temperatura del cátodo. Aquí la corriente en el diodo de vacío se satura. Cuando no se aplica voltaje al ánodo no debería haber ninguna corriente en el circuito, pero el caso real no es así. Debido a la fluctuación estadística de la velocidad, algunos electrones son lo suficientemente energéticos como para llegar al ánodo, incluso si no hay voltaje en el ánodo. La pequeña corriente causada por este fenómeno se conoce como corriente de salpicadura.
Uso de diodos de tubo de vacío
Gradualmente el semiconductor de unión p-n ha entrado en el mercado y los tubos de vacío han sido reemplazados por ellos. La estructura más básica del tubo de vacío es un diodo de vacío. Los tubos de vacío se siguen utilizando ampliamente en todo el mundo. Las aplicaciones de los tubos de vacío incluyen:
- Relojes atómicos
- Sistemas de audio
- Salpicaderos de coches
- Satélites de telefonía celular
- Monitores de computadora
- Reproductores y grabadoras de DVD
- Pruebas electromagnéticas
- Microscopios electrónicos
- Sistemas de descarga de gas
- Láseres de gas
- Amplificadores de guitarra
- Radioaficionados
- Conmutación de circuitos de alta velocidad
- Tubos de Klystron
- Calefacción industrial
- Microscopios de iones
- Sistemas de propulsión de iones
- Láseres
- La computadora LCD muestra
- Iluminación
- Sistemas de microondas
- Hornos de microondas
- Sistemas militares
- Componentes de teléfono móvil, Bluetooth y microondas Wi-Fi
- Amplificadores de instrumentos musicales
- Aceleradores de partículas
- Tubos foto multiplicadores
- El panel de plasma muestra
- Sistemas de propulsión de plasma
- Equipo de audio profesional
- Sistemas de Radar
- Comunicaciones por radio
- Estaciones de radio
- Estudios de grabación
- Colectores solares
- Sistemas de sonar
- Luces estroboscópicas
- Estaciones terrestres de satélite
- Sistemas electrónicos de vacío de semiconductores
- Estaciones de TV
- Dispositivos de electrones en el vacío
- El panel de vacío muestra
Tipos de diodos de vacío
El diodo de vacío los tubos se clasifican como
- En cuanto a la gama de frecuencias (audio, radio, microondas)
- La clasificación de la potencia (pequeña señal, potencia de audio)
- Tipo de cátodo/filamento (calentado indirectamente, calentado directamente)
- En cuanto a la aplicación (tubos receptores, tubos transmisores, amplificación o conmutación)
- Parámetros especializados (larga vida, sensibilidad microfónica muy baja y amplificación de audio de bajo ruido)
- Funciones especializadas (detectores de luz o radiación, tubos de imágenes de video)
