真空管二极管：它是什么以及如何工作
金属封装真空管二极管
最近，我们在电子设备领域看到了许多技术进步。如今，我们可以找到一堆晶体管来创建逻辑门并实现计算。
但是，计算机在晶体管和直流电发明之前就已经存在。尽管这种最早的计算机形式如此庞大，但它在 20 世纪占据了整个房间并重达数千磅。
真空管二极管在这些庞然大物的计算机中起到了晶体管的作用。尽管晶体管在现代电子设备的世界中运行，但真空二极管仍然有它的用途。
因此，在本文中，我们将展示有关真空管二极管的所有信息、它的工作原理、它的类型和适用于您的 PCB 的应用以及它的特性。
开始吧！
真空管
什么是真空管二极管？
在约翰爵士时代之前，安布罗斯弗莱明在 1904 年创造了我们所知的真空管。李德福里斯特爵士（来自 17 世纪）是另一个不可忽视的名字，尤其是与真空管二极管相关的无线电和灯丝。
真空管是一种阻止单个电子从电流沿一个方向（阳极到阴极）流动，同时允许电流沿另一个方向（阴极到阳极）流动的装置。
现在，真空二极管是产生和控制自由电子的最简单的真空管形式。此外，真空二极管有两个电极，我们称之为阴极和阳极。阳极用作电子收集器，而阴极用作电子发射器。它还可以用作 1.4 伏灯丝，带有一个支持加热灯丝和细灯丝的单向阀。
另外，阴极在其静电场放电期间可以是正极或负极。换句话说，它具有很好的场发射特性。
阳极是由镍或铁制成的中空金属圆柱体。但是，在高功率情况下，您会发现使用钼、石墨或钽的阳极，因为高功率事件会损坏镍或铁阳极。此外，阳极比阴极大，可以在不大幅升高温度的情况下散热。因此，不能将阳极视为电流较弱的阳极。
另一方面，阴极由简单的钨丝或钍钨组成。此外，带有场线的阴极可以是氧化钡或氧化锶涂层的镍管。此外，氧化物涂层阴极显示出更好的发射效率。
真空管二极管的工作原理
在研究真空二极管的工作原理时，了解电子从表面逸出方式的有效性非常重要。
加热材料每单位面积可以发射的电子流数量与常数“b”和绝对温度有关。常数“b”表示初级电子逃离表面的行为。
因此，由此我们可以推导出离开外表面的电流方程为：
I =AT²ε (–b/T)
流出外表面的电流方程
地点：
I——以安培为单位测量的电流
A——发光材料种类的常数
T——绝对温度
b – 电子离开外表面所需的功
Walter H. Schottky 和 Thomas Edison 的发明也支持上述等式。
高真空管二极管
在大多数情况下，真空热电子管二极管的工作方式与现代电子管相似。但是尺寸更大。此外，它还具有一个真空容器，其阳极和阴极跨接电压。 
正负极电压
阳极（正极端子）处理正电压。因此，它适用于热电子发射原理。此外，灯丝加热阴极（负极）并允许发射电子。这些发射的电子然后被吸引到阳极。但是，如果阳极接受的正电压不够，就无法吸引阴极的电子。
电灯丝
出于这个原因，一团看不见的电子云将聚集在阳极和阴极之间的空间中，产生空间电荷。空间电荷排斥离开阴极的其他电子。因此，停止电子发射和电流通过电路。
但是，如果施加在阳极和阴极之间的电源电压足够高，那么空间电荷效应将被缓慢中和。这样，流向阳极的电子将是自由的。因此，电子可以在真空外壳的玻璃外壳内穿过真空。由于这个原因，没有任何东西阻挡电子的发射，从而允许电流从阳极自由流动到阴极。
此外，随着阳极上施加的电压增加，电流也会增加。最终，空间电荷完全消失，阳极达到阴极的最大发射量。
注意：
增加阴极电子发射的唯一方法是提高阴极温度。它还增加了电子的能量，使更多的电子离开阴极。
尽管真空二极管的所有区域都具有空间电荷，但它在阴极区域非常重要。为什么？因为它决定了关键要素——包括最大排放量。
相反，如果阳极处理负电压，则不会有电子流动——因为它不会很热。此外，离开加热的阴极射线管的电子不会移动到阳极。这个过程在阳极和阴极射线管之间积累了强大的空间电荷。由于空间电荷的强烈排斥，所有电子都移回阴极。因此，没有电流流过电路。
真空二极管的特性
以下是真空管二极管的一些特性。
二极管作为整流器
当向阳极施加交流电时，其极性将在正半周期内保持为正。因此，电子可以流向阳极。此外，在负半周期间，极板保持负向，从而终止阳极电流。
因此，它表明真空管二极管将允许阳极电流仅沿一个方向流动并产生整流输出电流。这与带有加热器电压或反向电压的热离子二极管或半导体二极管配合得更好。
二极管整流器
两种类型的阴极
真空管二极管可以使用两种阴极：
直接加热阴极
这里，阴极也用作灯丝。所以，你可以称它为灯丝型阴极。
间接加热阴极
在这里，阴极有一个涂有氧化物的薄金属套筒。套管作为阴极，有一根电绝缘的钨丝与套管隔开。
太空冲锋
空间电荷是真空管二极管的一个重要特性。阴极发射电子时会出现正电荷。它允许阴极吸引电子并在真空管外壳中产生空间电荷。
阴极材料
以下是两种常见的正极材料：
钨
钨是一种纯金属，它的功函数为 4.54 eV。您可以在 2500®K 下安全地操作这种材料，并将其用于高功率管、热电子真空管或行波管。
钨棒
钍钨
这种材料适用于直接加热的阴极。它在低温（约 700®C 到 750®C）下支持电子。您可以以高效率和小加热功率操作这种材料。
真空管二极管的种类
真空二极管管型有六大类，包括：
- 适用于频率范围的真空二极管（无线电发射器、微波、音频）
微波
- 具有均匀场的额定功率（音频功率、小信号）真空二极管
- 阴极/灯丝型真空二极管
- 特殊功能真空二极管（光探测器）
- 应用真空二极管（发射管或接收管）
- 用于特殊参数的真空二极管（低噪声音频放大）
应用程序
真空管二极管的应用包括：
- 原子钟
- X 射线管
- 收音机
- 电网偏置电池
- 音响系统
- 稳压管
- 控制电极
- 三极管放大器
- 电子放大器
- 消费类应用
- 高速电路开关
- 速调管
- 离子推进系统
- 电子设备
- 电池供电设备
- 专业音响设备
- 无线电通信
- 太阳能集热器
- 微波系统
- 具有（高压）供给的军事系统
- 手机、蓝牙和 Wi-Fi 微波组件
- 蜂窝电话卫星
- 粒子加速器
- 光电倍增管
- 频闪灯
- 半导体真空电子系统
- 真空电子器件
- 真空面板显示器
结束语
尽管世界现在由晶体管供电，但真空二极管仍然有其用途。真空二极管最杰出的现代用途也许是在音乐界。与半导体放大器相比，大多数发烧友更喜欢真空管电子放大器的音质。
单壳真空管
另一个值得注意的应用是高功率射频发射器。真空管二极管比半导体二极管产生更多的功率。因此，您会在 MRI 扫描仪、粒子加速器甚至微波炉中找到真空管。这篇文章到此结束。如果您有任何问题，请随时与我们联系。我们很乐意提供帮助。
工业技术