- Làm thế nào ống chân không hoạt động?
- Ban đầu có Điốt
- Không có gì giống như Triode cũ tốt!
- Tetrodes để giải cứu!
- Pentodes - biên giới cuối cùng?
- Các loại ống chân không khác nhau
Bạn có thể bị cám dỗ để loại bỏ chiếc ống cũ tốt như một di tích của quá khứ - suy cho cùng, làm thế nào một vài mảnh kim loại trong bóng đèn được tôn vinh có thể giữ được bóng bán dẫn và mạch tích hợp ngày nay? Mặc dù ống đã mất vị trí trong các cửa hàng điện tử tiêu dùng nhưng chúng vẫn được sử dụng không đáng kể ở những nơi cần nhiều năng lượng ở tần số rất cao (dải GHz), chẳng hạn như trong phát thanh và truyền hình, lò sưởi công nghiệp, lò vi sóng, vệ tinh thông tin liên lạc, máy gia tốc hạt, radar, vũ khí điện từ cộng với một số ứng dụng yêu cầu mức công suất và tần số thấp hơn, chẳng hạn như máy đo bức xạ, máy X-quang và bộ khuếch đại âm thanh.
20 năm trước, hầu hết các màn hình đều sử dụng ống hình ảnh chân không. Bạn có biết rằng có thể có một vài cái ống cũng ẩn nấp xung quanh nhà bạn? Trong lòng lò vi sóng của bạn có đặt một cái ổ cắm, một ống nam châm. Công việc của nó là tạo ra công suất cao và tín hiệu RF tần số cao được sử dụng để làm nóng bất cứ thứ gì bạn cho vào lò. Một thiết bị gia dụng khác có ống bên trong là TV CRT cũ hiện rất có thể nằm trong hộp các-tông trên gác mái sau khi được thay thế bằng TV màn hình phẳng mới. Các CRT viết tắt của “Cathode-ray ống”- những ống này được sử dụng để hiển thị tín hiệu video nhận được. Chúng khá nặng, lớn và kém hiệu quả khi so sánh với màn hình LCD hoặc LED, nhưng chúng đã hoàn thành công việc trước khi các công nghệ khác xuất hiện. Bạn nên tìm hiểu về chúng vì phần lớn thế giới hiện đại vẫn phụ thuộc vào chúng, hầu hết các máy phát TV sử dụng ống chân không làm thiết bị phát điện, vì chúng hiệu quả hơn ở tần số cao hơn bóng bán dẫn. Nếu không có ống chân không magnetron, lò vi sóng giá rẻ sẽ không tồn tại, bởi vì các chất thay thế bán dẫn chỉ mới được phát minh gần đây và vẫn còn đắt tiền. Rất nhiều mạch như bộ tạo dao động, bộ khuếch đại, bộ trộn, v.v. dễ giải thích hơn với các ống và xem chúng hoạt động như thế nào, bởi vì các ống cổ điển, đặc biệt là triode,cực kỳ dễ sai lệch với ít thành phần và tính toán hệ số khuếch đại, độ lệch của chúng, v.v.
Làm thế nào ống chân không hoạt động?
Các ống chân không thông thường hoạt động dựa trên một hiện tượng gọi là phát xạ nhiệt, còn được gọi là hiệu ứng Edison. Hãy tưởng tượng rằng đó là một ngày hè nóng nực, bạn đang xếp hàng chờ đợi trong một căn phòng ngột ngạt, cạnh bức tường có máy sưởi dọc theo chiều dài của nó, một số người khác cũng đang xếp hàng chờ và ai đó bật máy sưởi, mọi người bắt đầu di chuyển khỏi lò sưởi - sau đó ai đó mở cửa sổ và cho một làn gió lạnh vào, khiến mọi người phải di chuyển đến đó. Khi xảy ra hiện tượng phát xạ nhiệt trong ống chân không, vách có lò sưởi là cực âm, dây tóc đốt nóng, người là êlectron và cửa sổ là cực dương. Trong hầu hết các ống chân không, cực âm hình trụ bị dây tóc đốt nóng (không quá khác so với dây tóc trong bóng đèn), làm cho cực âm phát ra các êlectron âm và bị cực dương tích điện dương hút, tạo ra dòng điện chạy vào cực dương. và ra khỏi cực âm (hãy nhớ,dòng điện đi ngược chiều với êlectron).
Dưới đây chúng tôi sẽ giải thích sự phát triển của ống chân không: Diode, Triode, Tetrode và Pentode cùng với một số loại ống hút chân không đặc biệt như Magnetron, CRT, X-ray Tube, v.v.
Ban đầu có Điốt
Điều này được sử dụng trong ống chân không đơn giản nhất- điốt, bao gồm dây tóc, cực âm và cực dương. Dòng điện chạy qua dây tóc ở giữa, khiến nó nóng lên, phát sáng và phát ra bức xạ nhiệt - tương tự như bóng đèn. Dây tóc bị đốt nóng làm nóng catốt hình trụ xung quanh lên, cung cấp đủ năng lượng cho các electron để vượt qua cơ năng làm việc, làm hình thành một đám mây electron gọi là vùng điện tích không gian, xung quanh catot bị nung nóng. Cực dương tích điện dương hút các êlectron từ vùng điện tích không gian gây ra dòng điện chạy trong ống, nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu cực dương là điện tích âm? Như bạn đã biết từ các bài học vật lý thời trung học của mình như điện tích đẩy - cực dương âm đẩy các electron và không có dòng điện chạy qua, tất cả điều này xảy ra trong chân không, vì không khí cản trở dòng electron. Đây là cách một diode được sử dụng để chỉnh lưu AC.
Không có gì giống như Triode cũ tốt!
Vào năm 1906, một kỹ sư người Mỹ tên là Lee de Forest đã phát hiện ra rằng việc thêm một lưới điện, được gọi là lưới điều khiển, giữa cực dương và cực âm cho phép điều khiển dòng điện ở cực dương. Cấu tạo của Triode tương tự như diode, với lưới được làm từ dây mobyldenium rất tốt. Việc điều khiển đạt được bằng cách phân cực lưới với một điện áp - điện áp thường là âm đối với cực âm. Điện áp càng âm thì dòng điện càng giảm. Khi lưới điện là cực âm, nó đẩy các điện tử, làm giảm dòng điện cực dương, nếu nó là dương thì dòng điện cực dương nhiều hơn, với cái giá là lưới điện trở thành một cực dương nhỏ, tạo ra dòng điện lưới có thể làm hỏng ống.
Triode và các ống "nối lưới" khác thường được phân cực bằng cách kết nối điện trở có giá trị cao giữa lưới và đất, và điện trở có giá trị thấp hơn giữa cathode và đất. Dòng điện chạy qua ống dẫn làm giảm điện áp trên điện trở catốt, làm tăng điện áp catốt so với mặt đất. Lưới là âm đối với cực âm, bởi vì cực âm ở điện thế cao hơn so với mặt đất mà lưới được kết nối với.
Điốt và các ống thông thường khác có thể được sử dụng làm công tắc, bộ khuếch đại, bộ trộn âm và có rất nhiều cách sử dụng khác để bạn lựa chọn. Nó có thể khuếch đại tín hiệu bằng cách áp dụng tín hiệu vào lưới điện và để nó điều hướng dòng điện cực dương, nếu một điện trở được thêm vào giữa cực dương và nguồn điện thì tín hiệu khuếch đại có thể được lấy ra khỏi điện áp cực dương, do điện trở cực dương và ống hoạt động tương tự như bộ phân áp, với phần triode thay đổi điện trở của nó phù hợp với điện áp của tín hiệu đầu vào.
Tetrodes để giải cứu!
Triode ban đầu có độ lợi thấp và điện dung ký sinh cao. Vào những năm 1920, người ta phát hiện ra rằng việc đặt một lưới (màn hình) thứ hai giữa lưới thứ nhất và cực dương, làm tăng độ lợi và giảm điện dung ký sinh, ống mới được đặt tên là tetrode, nghĩa là theo cách Hy Lạp bốn (tetra) (ode, hậu tố). Tetrode mới không hoàn hảo, nó phải chịu điện trở âm do phát xạ thứ cấp gây ra có thể gây ra dao động ký sinh. Phát xạ thứ cấp xảy ra khi điện áp lưới thứ hai cao hơn điện áp anốt, gây ra sự suy giảm dòng điện ở anôt với các điện tử đập vào anôt và loại các điện tử khác và các điện tử bị hút bởi lưới màn hình dương, gây ra sự gia tăng có thể gây hại thêm dòng điện lưới.
Pentodes - biên giới cuối cùng?
Các kỹ sư người Hà Lan Bernhard DH Tellegen và Gilles Holst đã phát minh ra pentode vào năm 1926. Người ta thấy rằng việc thêm một lưới thứ ba, được gọi là lưới triệt tiêu, giữa lưới màn hình và cực dương, loại bỏ các ảnh hưởng của phát xạ thứ cấp bằng cách đẩy các điện tử bị bật ra khỏi cực dương trở lại cực dương vì nó được nối với đất hoặc với cực âm. Ngày nay, pentode được sử dụng trong các máy phát dưới 50MHz, vì tetrodes trong máy phát hoạt động tốt lên đến 500MHz và triodes lên đến dải gigahertz, chưa kể đến việc sử dụng cho audiophile.
Các loại ống chân không khác nhau
Ngoài những loại ống “thông thường” này còn có rất nhiều loại ống công nghiệp và thương mại chuyên dụng được thiết kế cho các mục đích sử dụng khác nhau.
Magnetron
Các magnetron cũng tương tự như diode, nhưng với khoang cộng hưởng hình thành anode của ống và cả ống nằm giữa hai nam châm mạnh mẽ. Khi điện áp được đặt vào, ống bắt đầu dao động, các electron đi qua các khoang trên cực dương, tạo ra tín hiệu tần số vô tuyến, trong một quá trình tương tự như tiếng huýt sáo.
Ống tia X
Ống tia X được sử dụng để tạo ra tia X cho các mục đích y tế hoặc nghiên cứu. Khi đặt một điện áp đủ cao vào diode ống chân không thì tia X sẽ phát ra, điện áp càng cao thì bước sóng càng ngắn. Để đối phó với sự nóng lên của cực dương, do các điện tử va vào nó, cực dương hình đĩa quay, do đó các điện tử đập vào các phần khác nhau của cực dương trong quá trình quay của nó, cải thiện khả năng làm mát.
CRT hoặc ống cathode-Ray
CRT hay “Ống tia âm cực” là công nghệ hiển thị chính vào thời đó. Trong CRT đơn sắc, một catốt nóng hoặc một dây tóc đóng vai trò catốt phát ra các electron. Trên đường đến cực dương, chúng đi qua lỗ nhỏ trong hình trụ Wehnelt, hình trụ đóng vai trò như một lưới điều khiển cho ống và giúp tập trung các electron thành một chùm chặt chẽ. Sau đó chúng bị thu hút và tập trung bởi một số cực dương điện áp cao. Phần này của ống (cực âm, trụ Wehnelt và các cực dương) được gọi là súng điện tử. Sau khi đi qua các cực dương, chúng đi qua các bản lệch và tác động vào mặt trước của ống huỳnh quang, làm xuất hiện một điểm sáng tại nơi chùm tia chiếu tới. Các tấm làm lệch hướng được sử dụng để quét chùm tia qua màn bằng cách hút và đẩy các electron theo hướng của chúng, có hai cặp trong số chúng, một đối với trục X và một đối với trục Y.
Một CRT nhỏ được chế tạo cho máy hiện sóng, bạn có thể thấy rõ (từ bên trái) hình trụ Wehnelt, các cực dương hình tròn và các tấm lệch theo hình chữ Y.
Ống sóng du lịch
Ống sóng du lịch được sử dụng làm bộ khuếch đại công suất RF trên các vệ tinh liên lạc trên tàu và các tàu vũ trụ khác do kích thước nhỏ, trọng lượng thấp và hiệu quả ở tần số cao. Cũng giống như CRT, nó có một khẩu súng điện tử ở phía sau. Một cuộn dây được gọi là "xoắn" được quấn xung quanh chùm tia điện tử, đầu vào của ống được nối với đầu của vòng xoắn gần súng điện tử hơn và đầu ra được lấy từ đầu kia. Sóng vô tuyến truyền qua đường xoắn tương tác với chùm điện tử, làm chậm và tăng tốc nó ở các điểm khác nhau, gây ra hiện tượng khuếch đại. Vòng xoắn được bao quanh bởi các nam châm hội tụ chùm tia và một bộ suy giảm ở giữa, mục đích là ngăn tín hiệu khuếch đại quay trở lại đầu vào và gây ra dao động ký sinh. Ở cuối ống có một bộ thu nhiệt,nó có thể so sánh với cực dương của triode hoặc pentode nhưng không có đầu ra nào được lấy từ nó, được định vị. Chùm điện tử tác động vào bộ thu, kết thúc câu chuyện bên trong ống.
Ống Geiger – Müller
Ống Geiger – Müller được sử dụng trong máy đo bức xạ, chúng bao gồm một hình trụ kim loại (cực âm) với một lỗ ở một đầu và một dây đồng ở giữa (cực dương) bên trong một phong bì thủy tinh chứa đầy khí đặc biệt. Bất cứ khi nào một hạt đi qua lỗ và tác động vào thành của catốt trong một khoảnh khắc ngắn, khí trong ống sẽ ion hóa, cho phép dòng điện chạy qua. Xung động này có thể được nghe thấy trên loa của máy đo như một tiếng lách cách đặc trưng!