Dioda Tabung Vakuum Dijelaskan: Fungsi, Sejarah, dan Aplikasi Modern

Dioda Tabung Vakuum Envelop Logam

Pada waktu terakhir, kita telah melihat banyak kemajuan teknologi di bidang perangkat listrik. Banyaknya transistor yang menciptakan gerbang logika dan mengaktifkan komputasi dapat kita temukan saat ini.

Namun, komputer sudah ada sebelum penemuan transistor dan arus langsung. Meskipun bentuk komputer paling awal ini sangat besar, ia menempati seluruh ruangan dan beratnya ribuan pon pada abad ke-20.

Dioda tabung vakuum adalah yang memerankan peran transistor dalam komputer raksasa ini. Meskipun transistor mengatur dunia perangkat elektronik modern, dioda vakuum masih memiliki kegunaannya.

Jadi, dalam artikel ini, kami akan menunjukkan segala sesuatu tentang dioda tabung vakuum, cara kerjanya, tipe dan aplikasinya untuk PCB Anda, dan karakteristiknya.

Mari kita mulai!

Tabung Vakuum

Apa itu Dioda Tabung Vakuum?

Sebelum era transistor Sir John, Ambrose Fleming menciptakan yang kita kenal sebagai tabung vakuum—pada tahun 1904. Sir Lee De Forest (dari abad ke-17) adalah nama lain yang perlu diperhitungkan, terutama terkait radio dan filamen terkait dioda tabung vakuum.

Tabung vakuum adalah perangkat yang mencegah aliran elektron tunggal dari arus listrik dalam satu arah (anoda ke katoda) sambil mengizinkan aliran arus listrik dalam arah lain (katoda ke anoda).

Sekarang, dioda vakuum adalah bentuk sederhana dari tabung vakuum yang menghasilkan dan mengontrol elektron bebas. Selain itu, dioda vakuum memiliki dua elektroda yang kita kenal sebagai katoda dan anoda. Anoda berfungsi sebagai kolektor elektron, sementara katoda berfungsi sebagai emitor elektron. Ia juga berfungsi sebagai filamen 1,4 volt dengan katup satu arah yang mendukung filamen yang dipanaskan dan tipis.

Selain itu, katoda dapat menjadi elektroda positif atau negatif selama pengapuran medan elektrostatisnya. Dengan kata lain, ia memiliki properti emisi medan yang baik.

Anoda adalah silinder logam berongga yang terbuat dari nikel atau besi. Namun, dalam situasi daya tinggi, Anda akan menemukan anoda dengan molibdenum, grafit, atau tantalum karena peristiwa daya tinggi dapat merusak anoda nikel atau besi. Juga, anoda lebih besar dari katoda untuk menyerap panas tanpa peningkatan suhu yang tinggi. Jadi, Anda tidak dapat menganggap anoda sebagai yang memiliki arus lemah.

Di sisi lain, katoda terdiri dari filamen tungsten sederhana atau tungsten toriat. Juga, katoda dengan garis medan dapat berupa tabung nikel yang dilapisi oksida barium atau oksida stronsium. Plus, katoda yang dilapisi oksida menunjukkan efisiensi emisi yang lebih baik.

Cara Kerja Dioda Tabung Vakuum

Saat melihat cara kerja dioda vakuum, penting untuk mengetahui efektivitas cara elektron melarikan diri dari permukaan.

Jika aliran elektron yang dapat dihasilkan oleh bahan yang dipanaskan per satuan luas berkaitan dengan konstanta 'b' dan suhu mutlak. Konstanta 'b' menunjukkan apa yang dilakukan elektron primer untuk melarikan diri dari permukaan.

Dari sinilah, kita dapat menurunkan persamaan untuk arus yang keluar dari permukaan luar sebagai:

I = AT²ε (–b/T)

Persamaan untuk arus yang keluar dari permukaan luar

Di mana:

I – arus diukur dalam ampere

A – konstanta untuk jenis bahan pemancar

T – suhu dalam derajat mutlak

b – kerja yang dibutuhkan elektron untuk melarikan diri dari permukaan luar

Penemuan Walter H. Schottky dan Thomas Edison juga mendukung persamaan di atas.

Dioda Tabung Vakuum Tinggi

Sebagian besar, dioda tabung termoionik vakuum bekerja seperti tabung modern. Namun dengan ukuran yang lebih besar. Juga, ia memiliki wadah vakuum dengan anoda dan katoda yang terhubung ke sumber tegangan.

Tegangan Anoda dan Katoda

Anoda (terminal positif) menangani tegangan positif. Jadi, ia bekerja pada prinsip emisi termoionik. Selain itu, filamen memanaskan katoda (terminal negatif) dan mengizinkan emisi elektron. Elektron yang dipancarkan ini kemudian tertarik ke anoda. Namun, jika tegangan positif yang diterima anoda tidak cukup, ia tidak akan menarik elektron dari katoda.

Filamen Listrik

Untuk alasan ini, awan elektron yang tidak terlihat akan menumpuk di ruang antara anoda dan katoda, menciptakan muatan ruang. Muatan ruang ini menolak elektron lain yang keluar dari katoda. Oleh karena itu, menghentikan emisi elektron dan aliran arus melalui rangkaian.

Namun, jika tegangan supply yang diterapkan antara anoda dan katoda cukup tinggi, maka efek muatan ruang akan di-netralkan perlahan. Dengan cara ini, aliran elektron ke anoda akan bebas. Oleh karena itu, elektron dapat melintasi vakuum di dalam envelop kaca tabung vakuum. Untuk alasan ini, tidak ada yang menghalangi emisi elektron, sehingga mengizinkan aliran arus bebas dari anoda ke katoda.

Plus, seiring meningkatnya tegangan yang diterapkan pada anoda, arus juga meningkat. Akhirnya, muatan ruang sepenuhnya menghilang, dan anoda mencapai emisi maksimum dari katoda.

Catatan:

satu-satunya cara untuk meningkatkan emisi elektron katoda adalah dengan meningkatkan suhu katoda. Ia juga meningkatkan energi elektron yang memungkinkan lebih banyak elektron untuk keluar dari katoda.

Meskipun semua area dioda vakuum memiliki muatan ruang, ini cukup penting di area katoda. Mengapa? Karena ia menentukan elemen penting—termasuk emisi maksimum.

Sebaliknya, jika anoda menangani tegangan negatif, tidak akan ada aliran elektron—karena ia tidak akan panas. Selain itu, elektron yang keluar dari tabung katoda-ray yang dipanaskan tidak akan bergerak ke anoda. Proses ini mengakumulasi muatan ruang yang kuat antara anoda dan tabung katoda-ray. Karena tolakan muatan ruang yang kuat, semua elektron kembali ke katoda. Oleh karena itu, tidak ada arus yang mengalir melalui rangkaian.

Karakteristik Dioda Vakuum

Berikut adalah beberapa karakteristik dioda tabung vakuum.

Dioda sebagai Rectifier

Saat menerapkan arus bolak-balik pada anoda Anda, polaritasnya akan tetap positif selama siklus setengah positif. Oleh karena itu, elektron dapat mengalir ke anoda. Selain itu, selama siklus setengah negatif, plat tetap negatif, yang menghentikan arus anoda.

Jadi, ini menunjukkan bahwa dioda tabung vakuum akan mengizinkan arus anoda mengalir hanya dalam satu arah dan menghasilkan output arus yang difaktorkan. Dan ini bekerja lebih baik dengan dioda termoionik atau dioda semiconductor dengan tegangan heater atau tegangan terbalik.

Rectifier Dioda

Dua Tipe Katoda

Dioda tabung vakuum dapat menggunakan dua tipe katoda:

Katoda Dipanaskan Langsung

Di sini, katoda juga berfungsi sebagai filamen. Jadi, Anda dapat menyebutnya katoda tipe filamen.

Katoda Pemanasan Tidak Langsung

Di sini, katoda memiliki selubung logam tipis yang dilapisi oksida. Selubung berfungsi sebagai katoda, dan ada kawat tungsten yang terisolasi secara listrik terpisah dari selubung.

Muatan Ruang

Muatan ruang adalah karakteristik penting dari dioda tabung vakuum. Muatan positif muncul pada katoda saat ia memancarkan elektron. Ini memungkinkan katoda untuk menarik elektron dan menciptakan muatan ruang dalam envelop tabung vakuum.

Bahan Katoda

Berikut adalah dua bahan katoda umum:

Tungsten

Tungsten terdiri dari logam murni, dan ia memiliki fungsi kerja 4,54 eV. Anda dapat dengan aman mengoperasikan bahan ini pada 2500®K dan menggunakannya dalam tabung daya tinggi, Tabung Vakuum Termoionik, atau tabung ombak berjalan.

Batang Tungsten

Tungsten Toriat

Bahan ini bekerja pada katoda yang dipanaskan langsung. Ia mendukung elektron pada suhu rendah (sekitar 700®C hingga 750®C. Anda dapat mengoperasikan bahan ini dengan efisiensi tinggi dan daya pemanas kecil.

Tipe Dioda Tabung Vakuum

Tipe tabung dioda vakuum memiliki enam klasifikasi yang meliputi:

• Dioda vakuum untuk rentang frekwensi (pengirim radio, gelombang mikro, audio)

Gelombang Mikro

• Dioda vakuum untuk rating daya (daya audio, sinyal kecil) dengan medan seragam
• Dioda vakuum tipe katoda/filamen 
• Dioda vakuum fungsi khusus (detektor cahaya)
• Dioda vakuum aplikasi (tabung transmisi atau penerima)
• Dioda vakuum untuk parameter khusus (penguatan audio rendah noise)

Aplikasi

Aplikasi dioda tabung vakuum meliputi:

• Jam Atom
• Tabung Sinar X
• Set Radio
• Baterai Bias Grid 
• Sistem Audio
• Tabung Regulator Tegangan
• Elektroda Kontrol
• Penguat Triode
• Penguat Elektronik
• Aplikasi Konsumen
• Pengalihan Rangkaian Kecepatan Tinggi
• Tabung Klystron
• Sistem Propulsi Ion
• Peralatan Elektronik
• Peralatan Baterai
• Peralatan Audio Profesional
• Komunikasi Radio
• Kolektor Surya
• Sistem Gelombang Mikro
• Sistem Militer dengan (Tegangan Tinggi) Supply
• Komponen Gelombang Mikro Ponsel, Bluetooth, dan Wi-Fi
• Satelit Telepon Selular
• Percepartikel
• Tabung Photomultiplier
• Lampu Stroboskop
• Sistem Elektronik Vakuum Semikonduktor
• Perangkat Elektron Vakuum
• Panel Tampilan Vakuum

Kata Akhir

Meski dunia sekarang dikontrol oleh transistor, dioda vakuum masih memiliki kegunaannya. Mungkin penggunaan modern yang paling menonjol dari dioda vakuum adalah di komunitas musik. Sebagian besar audiofil lebih menyukai kualitas suara penguat elektronik tabung vakuum dibandingkan penguat semikonduktor.

Tabung Vakuum Envelop Tunggal

Aplikasi menonjol lainnya adalah pengirim RF daya tinggi. Dioda tabung vakuum menghasilkan lebih banyak daya dibandingkan kontrapart semikonduktor. Jadi, Anda akan menemukan tabung vakuum dalam scanner MRI, percepartikel, dan bahkan oven gelombang mikro. Itu menutup artikel ini. Jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk menghubungi kami. Kami akan senang membantu.