वैक्यूम ट्यूब, जो कभी तकनीक के क्षेत्र में सबसे आगे थे, ने रेडियो, टेलीविजन और कंप्यूटर युग की शुरुआत सहित शुरुआती इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। वैक्यूम ट्यूब के सिद्धांतों को समझने से न केवल हमें ऐतिहासिक तकनीक की झलक मिलती है, बल्कि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और भौतिकी की बुनियादी बातों, खासकर वैक्यूम और इलेक्ट्रॉन प्रवाह की अवधारणा पर भी प्रकाश पड़ता है।
वैक्यूम ट्यूब, जिसे थर्मियोनिक वाल्व के रूप में भी जाना जाता है, एक ऐसा उपकरण है जो इलेक्ट्रोड के बीच उच्च वैक्यूम में विद्युत प्रवाह को नियंत्रित करता है, जिस पर विद्युत संभावित अंतर लागू किया गया है। वैक्यूम ट्यूब का सबसे सरल रूप दो इलेक्ट्रोड से बना होता है: एक कैथोड और एक एनोड (या प्लेट), जो एक खाली ग्लास या धातु के बाड़े में संलग्न होता है।
कैथोड: कैथोड एक गर्म इलेक्ट्रोड है। जब इसे उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, तो यह थर्मियोनिक उत्सर्जन नामक प्रक्रिया के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि कैथोड को गर्म करने से इलेक्ट्रॉनों को कार्य फ़ंक्शन को पार करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा मिलती है, जो धातु की सतह से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है।
कार्य फ़ंक्शन ( \( \phi \) ) को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है: \( \phi = h \nu_0 \) जहाँ \(h\) प्लैंक स्थिरांक है और \(\nu_0\) इलेक्ट्रॉन के निष्कासन की आवृत्ति है।
एनोड (प्लेट): एनोड धनात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रोड होता है जो कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है। जब एनोड और कैथोड के बीच विद्युत विभवांतर लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन कैथोड से एनोड तक निर्वात के माध्यम से प्रवाहित होंगे, जिससे ट्यूब के माध्यम से करंट प्रवाहित हो सकेगा।
वैक्यूम: आवरण में हवा या किसी भी पदार्थ की अनुपस्थिति यह सुनिश्चित करती है कि इलेक्ट्रॉन कैथोड से एनोड तक हवा के अणुओं से टकराए बिना यात्रा कर सकते हैं। यह वैक्यूम स्थिति ही वैक्यूम ट्यूब को उसका नाम देती है और इसके संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।
जबकि मूल वैक्यूम ट्यूब में दो इलेक्ट्रोड होते हैं, विभिन्न कार्यों को करने के लिए अधिक जटिल ट्यूब विकसित की गई हैं:
ट्रांजिस्टर जैसे ठोस-अवस्था उपकरणों द्वारा बड़े पैमाने पर प्रतिस्थापित होने के बावजूद, वैक्यूम ट्यूबों को उनके अद्वितीय गुणों के कारण अभी भी विशिष्ट क्षेत्रों में अनुप्रयोग मिलते हैं:
वैक्यूम ट्यूबों के संचालन को बेहतर ढंग से समझने के लिए, आइए ट्रायोड की जांच करें, जो सिग्नल प्रवर्धन की अवधारणा को प्रस्तुत करता है:
संकेतों को बढ़ाने की ट्रायोड की क्षमता ने इलेक्ट्रॉनिक संचार में क्रांति ला दी, जिससे स्पष्ट रेडियो प्रसारण, टेलीविजन का विकास और प्रारंभिक कंप्यूटर संभव हो सके।
वैक्यूम ट्यूबों के संचालन में भौतिकी के कई प्रमुख सिद्धांत शामिल हैं:
वैक्यूम ट्यूब अतीत के अवशेष की तरह लग सकते हैं, लेकिन उनके संचालन के सिद्धांत इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र के लिए आधारभूत हैं और वैक्यूम में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार के बारे में आकर्षक जानकारी प्रदान करते हैं। वैक्यूम ट्यूब को समझकर, हम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास और उनके संचालन को नियंत्रित करने वाले अंतर्निहित भौतिकी के लिए गहरी समझ हासिल करते हैं। हालाँकि सॉलिड-स्टेट तकनीक ने अधिकांश अनुप्रयोगों में वैक्यूम ट्यूबों की जगह ले ली है, लेकिन वैक्यूम ट्यूबों की विरासत और विशिष्ट उपयोग उन्हें अध्ययन का एक आकर्षक विषय बनाते हैं।
