Vakuumska elektronka (vakuumska cev): definicija, delovanje in uporaba
Vakuumska elektronka: definicija, delovanje in uporaba — od radijskih sprejemnikov do zgodovinskih računalnikov. Razumite termionsko emisijo in retro elektroniko.
Vakuumska elektronka, v britanski angleščini imenovana tudi ventil, je elektronska naprava, ki nadzoruje pretok električnega toka v vakuumu z uporabo segretega prevodnega elementa in elektrod znotraj tulca ali ampule. Uporabljale so se v številnih starejših radijskih sprejemnikih, televizorjih, ojačevalnikov in prvih računalnikih, preden so jih nadomestili polprevodniški elementi (transistorji).
Konstrukcija in osnovno delovanje
Osnovni deli vakuumske elektronke so Katoda, anoda in pogosto ena ali več mrež (gride). Katoda se segreva (z močjo kot pri žarnici), kar povzroči sproščanje elektrone iz njene površine — ta pojav se imenuje termionska emisija. Elektroni se privlačijo k pozitivno nabiti anodi (Anoda), kar ustvari električni tok skozi vakuum. Z dodajanjem kontrolne mreže med katodo in anodo lahko spreminjamo pretok elektronov in tako ojačujemo ali preklapljamo signal.
Glavne vrste elektronk
- Diode — imata katodo in anodo; uporabljajo se za usmerjanje toka (usmerniki).
- Triode — dodana kontrolna mreža omogoča ojačanje in preklopne funkcije; zgodnja oblika ojačevalnika.
- Tetrode in pentode — več mrež izboljša ojačenje in zmanjša povratne učinke (na primer zasuk/kapaciteta med anodo in mrežo).
- Močske elektronke — uporabljene v radijskih oddajnikih in avdio končnih ojačevalcih; prenašajo velike napetosti in moči.
- Specializirane vrste — klystron, magnetron in travelling-wave tube (TWT) za mikrovalovne in radar aplikacije (te so sicer posebne oblike vakuumskih naprav).
Uporaba
V preteklosti so vakuumske cevi poganjale skoraj vse elektronske naprave: radijske sprejemnike, televizorje, avdio ojačevalnike, oddajnike, respiratorje v laboratorjih ter prve digitalne računalnike, kot je bil ENIAC. Danes so še vedno v uporabi v nekaterih specializiranih aplikacijah:
- Visokozmogljivi RF oddajniki in radarji (kjer polprevodniki ne zmorejo zahtevane moči ali frekvence).
- Avdio hi‑fi in kitarski ojačevalniki — zaradi zaznavane tople zvočne karakteristike in harmonične distorzije.
- Retro in nostalgične naprave ter zbirateljski radioaparati.
- Laboratorijske in industrijske usmerniške in visokofrekvenčne naprave.
Prednosti in slabosti
- Prednosti: sposobnost obvladovanja visokih napetosti in velike moči, visoka linear‑nost pri nekaterih aplikacijah, značilen zvočni odziv v avdio ojačevalnikih.
- Slabosti: večja velikost, višja poraba energije (segretje katode), občutljivost na udarce (steklena tulca), omejena življenjska doba ter potreba po ogrevanju in daljšem času segrevanja pred polnim delovanjem.
Varnost in vzdrževanje
Vakuumske elektronke delujejo pri visokih napetostih — pri popravilih ali menjavi cevi je treba izklopiti napajanje in počakati, da se kondenzatorji izpraznijo. Ker so večinoma steklene in vroče med delovanjem, jih je treba rokovati previdno. Pri vzdrževanju upoštevajte tudi pravilno hlajenje in zamenjavo dotrajanih cevi; neke cevi imajo tudi "getter" (kovinsko obarvan vložek), ki pokaže prisotnost ali pretrgan vakuum (ko je getter siven, vakuum je dober; ko porjavi, pomeni vdor plinov).
Kratek zgodovinski kontekst
Izum vakuumske elektronke je bil ključen za zgodnji razvoj elektronike v začetku 20. stoletja — diode in triode so omogočile prva ojačanja, oddajnike in sprejemnike, kar je sprožilo hitro rast radia in telekomunikacij. Z razvojem polprevodnikov v sredini 20. stoletja so elektronke postopoma izrinili iz večine potrošniških naprav, a kljub temu še vedno ostajajo nepogrešljive v nekaterih visokozahtevnih in hi‑fi aplikacijah.
Čeprav so danes večinoma zgodovinska tehnologija, vakuumske elektronke še vedno zanimajo hifiste, glasbenike in inženirje, ki cenijo njihove edinstvene lastnosti. Pri delu z njimi upoštevajte varnostne ukrepe zaradi visokih napetosti in vročih površin.
Struktura triode vakuumske cevi
Vakuumska cev tipa 6P1P
Zgodovina
Čeprav je vakuumsko cev izumil John Ambrose Fleming, je Thomas Edison pozneje odkril "Edisonov učinek", ki pravi, da elektrika ne potrebuje nujno trdne snovi za gibanje; lahko se giblje tudi skozi plin ali vakuum. Brez tega spoznanja vakuumske cevi ne bi bile nikoli izumljene.
John Ambrose Fleming je leta 1904 izumil prvo vakuumsko cev, diodo. Lee De Forest je leta 1906 izumil "audion" (ki so jo drugi leta 1908 izboljšali kot triodo) in jo uporabil v prvih telefonskih ojačevalnikih. Za različne namene so bile izumljene še številne druge vrste.
V šestdesetih letih prejšnjega stoletja se je tranzistor pocenil, bil je veliko manjši, deloval je pri nižjih napetostih in porabil manj energije. Poleg tega je bilo za razliko od vakuumskih elektronk veliko manj verjetno, da bi se poškodovali ob padcu, in imeli so izjemno dolgo življenjsko dobo. Sčasoma so bile tudi veliko cenejše od steklenih vakuumskih cevi. V tem času je večina radijskih in televizijskih sprejemnikov ter ojačevalnikov namesto njih začela uporabljati tranzistorje. Elektronika z veliko močjo, kot so radiodifuzni oddajniki, je bila tranzistorizirana počasneje. Televizijski sprejemniki so katodno cev uporabljali do sredine leta 2000.
Trenutna uporaba
V 21. stoletju se vakuumske cevi v običajni elektronski opremi redko uporabljajo. Številne naprave danes namesto vakuumskih cevi uporabljajo tranzistorje. Nekatere naprave, ki še vedno uporabljajo vakuumsko cev, pa vključujejo:
- Sistemi, ki potrebujejo visokofrekvenčno delovanje, visoko izhodno moč ali zelo visoko ojačitev, kot so televizijski prenos, rentgenske naprave, radarji in mikrovalovne pečice.
- Ljudje, ki radi poslušajo glasbo na visokokakovostnih domačih stereo sistemih, včasih kupijo ojačevalnike, ki uporabljajo vakuumske cevi. (Glej zvok elektronk).
- Glasbeniki, ki igrajo električna glasbila, kot je električna kitara, včasih uporabljajo ojačevalnike z vakuumskimi elektronkami.
- Vakuumski fluorescenčni zasloni, ki so zasloni s tankimi vakuumskimi cevmi in prikazujejo preproste informacije, kot so številke, so še vedno precej pogosti v avdio/video opremi in gospodinjskih aparatih, čeprav jih nadomeščajo zasloni LED.
- Več nišnih aplikacij, kot so fotopomnoževalne cevi.
Kavitna magnetronska cev iz mikrovalovne pečice
Iskati