Back to the topics list

вакуум хоолой

Вакуум хоолой: Тэдний зарчим, хэрэглээг ойлгох

Технологийн тэргүүн эгнээнд байсан вакуум хоолой нь радио, телевиз, компьютерийн эрин үеийн эхэн үе зэрэг электроникийн хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Вакуум хоолойн зарчмуудыг ойлгох нь бидэнд түүхэн технологийн талаар ойлголт өгөхөөс гадна орчин үеийн электроник, физикийн үндсийг, ялангуяа вакуум ба электрон урсгалын тухай ойлголтыг гэрэлтүүлдэг.

Вакуум хоолойн үндэс

Термион хавхлаг гэж нэрлэгддэг вакуум хоолой нь цахилгаан потенциалын зөрүүг хэрэглэсэн электродуудын хоорондох өндөр вакуум дахь цахилгаан гүйдлийн урсгалыг хянадаг төхөөрөмж юм. Вакуум хоолойн хамгийн энгийн хэлбэр нь хоёр электродоос бүрдэнэ: катод ба анод (эсвэл хавтан), нүүлгэн шилжүүлсэн шил эсвэл металл хашаанд хаалттай.

Катод: Катод нь халсан электрод юм. Өндөр температурт халах үед энэ нь термионы ялгаралт гэж нэрлэгддэг процессоор электронуудыг ялгаруулдаг. Учир нь катодыг халаах нь электроныг металлын гадаргуугаас электроныг зайлуулахад шаардагдах хамгийн бага энерги болох ажлын функцийг даван туулахад хангалттай эрчим хүчээр хангадаг.

Ажлын функцийг ( \( \phi \) ) дараах байдлаар илэрхийлж болно: \( \phi = h \nu_0 \) энд \(h\) нь Планкийн тогтмол, \(\nu_0\) нь электрон ялгарах давтамж юм.

Анод (хавтан): Анод нь катодоос ялгарах электронуудыг татдаг эерэг цэнэгтэй электрод юм. Анод ба катодын хооронд цахилгаан потенциалын зөрүү үүсэх үед электронууд вакуумаар катодоос анод руу урсах бөгөөд ингэснээр хоолойгоор гүйдэл урсах болно.

Вакуум: Хаалтанд агаар эсвэл ямар нэгэн бодис байхгүй байгаа нь электронууд агаарын молекулуудтай мөргөлдөхгүйгээр катодоос анод руу шилжих боломжийг олгодог. Энэхүү вакуум нөхцөл нь вакуум хоолойд нэр өгч, үйл ажиллагаанд нь маш чухал юм.

Вакуум хоолойн төрлүүд

Үндсэн вакуум хоолой нь хоёр электродтой боловч янз бүрийн функцийг гүйцэтгэхийн тулд илүү нарийн төвөгтэй хоолойг боловсруулсан болно.

• Триод: Катод ба анодын хоорондох сүлжээ гэж нэрлэгддэг гурав дахь электродыг нэмнэ. Сүлжээ нь электронуудын урсгалыг удирдаж, триод дохиог өсгөх боломжийг олгодог. Катодоос анод руу урсах гүйдлийн хэмжээг сүлжээнд хэрэглэж буй потенциалаар хянах боломжтой бөгөөд энэ нь триодыг өсгөгчийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болгодог.
• Тетрод ба Пентод: Эдгээр хоолойнууд нь гүйцэтгэлийг сайжруулах, электродуудын хоорондын хүсээгүй харилцан үйлчлэлийг багасгах, хоолойн дохиог өсгөх чадварыг нэмэгдүүлэх нэмэлт сүлжээг агуулдаг.
• Диод: Вакуум хоолойн хамгийн энгийн төрөл бөгөөд зөвхөн катод ба анод агуулдаг. Энэ нь хувьсах гүйдлийг (AC) шууд гүйдэл (DC) болгон хувиргах Шулуутгагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

Вакуум хоолойн хэрэглээ

Транзистор гэх мэт хатуу төлөвт төхөөрөмжөөр голчлон солигдсон хэдий ч вакуум хоолой нь өвөрмөц шинж чанараараа тодорхой газар нутагт хэрэглэгдэх боломжтой хэвээр байна:

• Аудио өсгөгч: Гитар өсгөгч зэрэг өндөр нарийвчлалтай аудио төхөөрөмж, хөгжмийн зэмсгүүд нь вакуум хоолой ашиглан дулаан, хүссэн дууны чанарыг бий болгодог бөгөөд үүнийг зарим сонирхогчид хатуу төлөвт өсгөгчөөс илүүд үздэг.
• Радио дамжуулагч: Өргөн нэвтрүүлгийн болон харилцаа холбооны хэрэглээнд зориулагдсан өндөр хүчин чадалтай радио давтамж дамжуулагч нь дамжуулахын өмнө дохиог нэмэгдүүлэхийн тулд вакуум хоолойг ашиглаж болно.
• Мэргэшсэн электрон төхөөрөмжүүд: Хатуу төлөвт төхөөрөмж найдвартай ажиллахгүй байж болзошгүй өндөр давтамжийн эсвэл өндөр хүчдэлийн зарим орчинд вакуум хоолойг ашигладаг хэвээр байна. Жишээлбэл, вакуум хоолойг рентген аппарат, цахилгаан соронзон импульс (EMP) тэсвэрлэх чадвартай цэргийн тоног төхөөрөмж зэрэг зарим эмнэлгийн хэрэгсэлд ашигладаг.

Триод вакуум хоолойн ажиллах зарчим

Вакуум хоолойн ажиллагааг илүү сайн ойлгохын тулд дохио олшруулах тухай ойлголтыг танилцуулсан триодыг авч үзье.

1. Катодыг халаах үед (шууд болон шууд бусаар) термионы ялгаралтаас болж электрон ялгаруулдаг.
2. Эдгээр электронууд эерэг цэнэгтэй анод руу татагддаг боловч тэдгээрийн хооронд байрлуулсан сүлжээг дамжин өнгөрөх ёстой.
3. Сүлжээнд хэрэглэсэн цахилгаан потенциал нь электронуудын урсгалыг хянадаг. Сүлжээний сөрөг цэнэг нь электронуудыг түлхэж, анод руу гүйдлийн урсгалыг бууруулдаг бол бага сөрөг (эсвэл эерэг) цэнэг нь илүү олон электрон дамжуулж, гүйдлийн урсгалыг нэмэгдүүлдэг.
4. Сүлжээний оролтын дохиог модуляцлах замаар хоолойн олзны шинж чанарт үндэслэн катод ба анодын хоорондох гаралтын гүйдлийг нэмэгдүүлнэ.

Триодын дохиог өсгөх чадвар нь электрон харилцаа холбоонд хувьсгал хийж, илүү тод радио нэвтрүүлэг хийх, телевизийг хөгжүүлэх, анхны компьютеруудыг бий болгосон.

Вакуум хоолойн арын физик

Вакуум хоолойн үйл ажиллагаа нь физикийн хэд хэдэн үндсэн зарчмуудыг агуулдаг.

• Термионы ялгаралт: Халсан материалаас электрон ялгарах квант механик үзэгдлийг харуулсан дулааны энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргах үндсэн нөлөө.
• Цахилгаан талбарууд: Вакуум хоолой дахь цахилгаан гүйдлийг хянах, модуляцлах нь хоолойн доторх цахилгаан талбарыг зохицуулах замаар боломжит зөрүү ба цахилгаан орны хүч чадлын тухай ойлголтыг харуулсан.
• Вакуум дахь дамжуулалт: Вакуум хоолой нь металл эсвэл хагас дамжуулагч дахь дамжуулагч механизмаас ялгаатай байдлыг санал болгож, вакуумаар цахилгаан гүйдэл дамжуулж байгааг харуулж байна.

Дүгнэлт

Вакуум хоолой нь өнгөрсөн үеийн үлдэгдэл мэт санагдаж болох ч тэдгээрийн үйл ажиллагааны зарчим нь электроникийн салбарт үндэс суурь болж, вакуум дахь электронуудын үйл ажиллагааны талаархи гайхалтай ойлголтыг өгдөг. Вакуум хоолойг ойлгосноор бид электрон төхөөрөмжүүдийн хувьсал болон тэдгээрийн үйл ажиллагааг зохицуулдаг үндсэн физикийн талаар илүү гүн гүнзгий ойлголттой болдог. Хэдийгээр хатуу төлөвт технологи нь ихэнх хэрэглээнд вакуум хоолойг голчлон орлож байсан ч вакуум хоолойн өв залгамжлал, үндсэн хэрэглээ нь тэднийг сонирхолтой судалгааны сэдэв болгосоор байна.