金屬包絡真空管二極管

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最近，我們看到了電氣設備領域的許多技術進步。如今，我們可以找到一堆晶體管來創建邏輯門并實現計算。

但是，在晶體管和直流電發明之前，計算機就已經存在了。盡管這種最早形式的計算機如此龐大，但它在 20 世紀占據了整個房間并重達數千磅。 

真空管二極管在這些龐然大物的計算機中扮演著晶體管的角色。盡管晶體管運行著現代電子設備的世界，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 的應用以及它的特性。 

讓我們開始！

真空管

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什么是真空管二極管？

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

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

現在，真空二極管是產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，而陰極用作電子發射器。它還可以作為帶有單向閥的 1.4 伏燈絲工作，同時支持加熱燈絲和細長燈絲。

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

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，您會發現含有鉬、石墨或鉭的陽極，因為高功率事件會損壞鎳或鐵陽極。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，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射的電子流數量與常數“b”和絕對溫度有關。常數“b”表示初級電子如何逃離表面。

因此，由此，我們可以推導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 – 發射材料種類的常數

T – 絕對溫度

b – 電子離開外表面所需的功

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

高真空管二極管

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

陽極和陰極電壓

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陽極（正極端子）處理正電壓。因此，它適用于熱電子發射原理。此外，燈絲加熱陰極（負極端子）并允許發射電子。這些發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，它就不會從陰極吸引電子。

電燈絲

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

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穿過真空。出于這個原因，沒有什么能阻止電子的發射，從而允許電流從陽極自由流動到陰極。

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

筆記：

增加陰極電子發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域都帶有空間電荷，但它在陰極區域非常重要。為什么？因為它決定了關鍵元素——包括最大排放。

相反，如果陽極處理負電壓，則不會有電子流動——因為它不會很熱。此外，離開加熱陰極射線管的電子不會移動到陽極。這個過程在陽極和陰極射線管之間積累了很強的空間電荷。由于空間電荷的強烈排斥，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

當向陽極施加交流電時，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，在負半周期間，極板保持負值，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方向流動并產生整流輸出電流。這對于具有加熱器電壓或反向電壓的熱離子二極管或半導體二極管效果更好。

二極管整流器

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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重要特性。當陰極發射電子時，陰極上會出現正電荷。它允許陰極吸引電子并在真空管外殼中產生空間電荷。

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

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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（無線電發射器、微波、音頻）

微波

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• 具有均勻場額定功率（音頻功率、小信號）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（光探測器）

• 應用真空二極管（發射管或接收管）

• 專用參數的真空二極管（低噪聲音頻放大）

應用

真空管二極管的應用包括：

• 原子鐘

• X 射線管

• 收音機

• 電網偏置電池 

• 音響系統

• 穩壓管

• 控制電極

• 三極管放大器

• 電子放大器

• 消費者應用

• 高速電路交換

• 速調管

• 離子推進系統

• 電子設備

• 電池供電設備

• 專業音響設備

• 無線電通訊

• 太陽能集熱器

• 微波系統

• 具有（高壓）供應的軍事系統

• 移動電話、藍牙和 Wi-Fi 微波組件

• 蜂窩電話衛星

• 粒子加速器

• 光電倍增管

• 閃光燈

• 半導體真空電子系統

• 真空電子器件

• 真空面板顯示器

最后的話

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

單管真空管

另一個值得注意的應用是高功率射頻發射器。真空管二極管比半導體二極管產生更多的功率。因此，您會在 MRI 掃描儀、粒子加速器甚至微波爐中找到真空管。這篇文章到此結束。如果您有任何問題，請隨時與我們聯系。我們很樂意提供幫助。