Vakuum Boruları: Onların Prinsiplərini və Tətbiqlərini Anlamaq
Bir vaxtlar texnologiyanın önündə olan vakuum boruları radiolar, televiziyalar və kompüter əsrinin başlanğıcı da daxil olmaqla erkən elektronikanın inkişafında mühüm rol oynadı. Vakuum borularının prinsiplərini başa düşmək bizə tarixi texnologiyaya nəzər salmaqla yanaşı, həm də müasir elektronikanın və fizikanın əsaslarına, xüsusən də vakuum və elektron axını anlayışına işıq salır.
Vakuum borularının əsasları
Termionik klapan kimi də tanınan vakuum borusu, elektrik potensialı fərqinin tətbiq olunduğu elektrodlar arasında yüksək vakuumda elektrik cərəyanı axını idarə edən bir cihazdır. Vakuum borusunun ən sadə forması iki elektroddan ibarətdir: boşaldılmış şüşə və ya metal korpusa daxil edilmiş katod və anod (və ya boşqab).
Katod: Katod qızdırılan elektroddur. Yüksək temperatura qədər qızdırıldıqda, termion emissiya kimi tanınan bir proses vasitəsilə elektronları buraxır. Bunun səbəbi, katodun qızdırılması elektronları metalın səthindən elektron çıxarmaq üçün lazım olan minimum enerji miqdarı olan iş funksiyasını aradan qaldırmaq üçün kifayət qədər enerji ilə təmin edir.
İş funksiyasını ( \( \phi \) ) belə ifadə etmək olar: \( \phi = h \nu_0 \) burada \(h\) Plank sabiti və \(\nu_0\) elektronun atılma tezliyidir.
Anod (Boşqab): Anod, katodun yaydığı elektronları cəlb edən müsbət yüklü elektroddur. Anod və katod arasında elektrik potensialı fərqi tətbiq edildikdə, elektronlar vakuumdan katoddan anoda axacaq və beləliklə, cərəyanın borudan keçməsinə imkan verəcəkdir.
Vakuum: Qapaqda havanın və ya hər hansı bir maddənin olmaması elektronların hava molekulları ilə toqquşmadan katoddan anoda keçə bilməsini təmin edir. Bu vakuum vəziyyəti vakuum borusuna adını verən və onun işləməsi üçün çox vacibdir.
Vakuum borularının növləri
Əsas vakuum borusunda iki elektrod olsa da, müxtəlif funksiyaları yerinə yetirmək üçün daha mürəkkəb borular hazırlanmışdır:
- Triod: Katod və anod arasında şəbəkə adlanan üçüncü elektrodu əlavə edir. Şəbəkə elektron axınına nəzarət edir, triodun siqnalları gücləndirməsinə imkan verir. Katoddan anoda axan cərəyanın miqdarı şəbəkəyə tətbiq olunan potensialla idarə oluna bilər, bu da triodu gücləndiricilərdə vacib komponentə çevirir.
- Tetrode və Pentode: Bu borular performansı yaxşılaşdırmaq, elektrodlar arasında arzuolunmaz qarşılıqlı əlaqəni azaltmaq və borunun siqnalları gücləndirmək qabiliyyətini daha da artırmaq üçün əlavə şəbəkələri ehtiva edir.
- Diod: Vakuum borusunun ən sadə növüdür, yalnız bir katod və anoddan ibarətdir. Alternativ cərəyanı (AC) birbaşa cərəyana (DC) çevirmək üçün düzəldici rolunu oynayır.
Vakuum borularının tətbiqi
Əsasən tranzistorlar kimi bərk cisimli cihazlarla əvəz olunmasına baxmayaraq, vakuum boruları unikal xüsusiyyətlərinə görə hələ də müəyyən sahələrdə tətbiq tapır:
- Audio Gücləndiricilər: Bəzi yüksək keyfiyyətli audio avadanlığı və musiqi alətləri, məsələn, gitara gücləndiriciləri, bəzi həvəskarların bərk vəziyyətdə olan gücləndiricilərə üstünlük verdiyi isti, arzu olunan səs keyfiyyəti yaratmaq üçün vakuum borularından istifadə edir.
- Radio Transmitterlər: Yayım və rabitə proqramları üçün yüksək güclü radiotezlik ötürücüləri ötürülmədən əvvəl siqnalı gücləndirmək üçün vakuum borularından istifadə edə bilər.
- İxtisaslaşdırılmış Elektron Cihazlar: Bərk cisim cihazlarının etibarlı işləmədiyi müəyyən yüksək tezlikli və ya yüksək gərginlikli mühitlər hələ də vakuum borularından istifadə edir. Məsələn, vakuum boruları rentgen aparatları kimi bəzi tibbi avadanlıqlarda və elektromaqnit impulslarına (EMP) tab gətirməli olan hərbi avadanlıqlarda istifadə olunur.
Triod vakuum borusunun iş prinsipi
Vakuum borularının işini daha yaxşı başa düşmək üçün siqnalın gücləndirilməsi konsepsiyasını təqdim edən triodu nəzərdən keçirək:
- Katod qızdırıldıqda (birbaşa və ya dolayı yolla) termion emissiyaya görə elektronlar buraxır.
- Bu elektronlar müsbət yüklü anoda cəlb edilir, lakin onların arasında yerləşdirilən şəbəkədən keçməlidir.
- Şəbəkəyə tətbiq olunan elektrik potensialı elektronların axınına nəzarət edir. Şəbəkədəki mənfi yük elektronları itələyir, anoda cərəyan axını azaldır, daha az mənfi (və ya müsbət) yük isə daha çox elektronun keçməsinə imkan verir və cərəyan axını artırır.
- Şəbəkədə giriş siqnalını modulyasiya etməklə, borunun qazanma xarakteristikasına əsaslanaraq, katod və anod arasındakı çıxış cərəyanı gücləndirilir.
Triodun siqnalları gücləndirmək qabiliyyəti elektron rabitədə inqilab etdi, daha aydın radio yayımlarına, televiziyanın və ilk kompüterlərin inkişafına imkan verdi.
Vakuum borularının arxasındakı fizika
Vakuum borularının işləməsi fizikanın bir neçə əsas prinsiplərini əhatə edir:
- Termion emissiyası: İstilik enerjisinin elektrik enerjisinə çevrildiyi fundamental təsir, qızdırılan materialdan elektronların atılmasının kvant mexaniki fenomenini təsvir edir.
- Elektrik sahələri: Vakuum borusunda elektrik cərəyanının idarə edilməsi və modulyasiyası boru daxilindəki elektrik sahələrinin manipulyasiyası yolu ilə əldə edilir, potensial fərq və elektrik sahəsinin gücü anlayışlarını təsvir edir.
- Vakuumda keçiricilik: Vakuum boruları metallarda və ya yarımkeçiricilərdə keçiricilik mexanizmlərinə zidd olan bir vakuum vasitəsilə elektrik cərəyanının keçirilməsini nümunə göstərir.
Nəticə
Vakuum boruları keçmişin qalıqları kimi görünə bilər, lakin onların iş prinsipləri elektronika sahəsinin təməlini təşkil edir və elektronların vakuumdakı davranışları haqqında inandırıcı fikirlər təklif edir. Vakuum borularını başa düşməklə biz elektron cihazların təkamülü və onların işini tənzimləyən əsas fizikanı daha dərindən dərk edirik. Bərk-dövlət texnologiyası əksər tətbiqlərdə vakuum borularını böyük ölçüdə əvəzləsə də, vakuum borularının mirası və niş istifadəsi onları maraqlı bir tədqiqat mövzusuna çevirməyə davam edir.
