Vakuumska cijev

Izvor: Vidipedija
(Preusmjereno s Vakumska cijev)
Skoči na: orijentacija, traži
Tipična vakuumska cijev
Vakuumska cijev (elektronska cijev) je elektronički sklop koji se sastoji od katode i anode smještenih u staklenom kućištu iz kojeg je izvučen zrak ili koje je ispunjeno plemenitim plinom pod niskim tlakom. Njena primarna namjena je pojačavanje, prekidanje ili mijenjanje električnog signala na neki drugi način. Jedan je od temeljnih izuma u području elektronike jer je osigurala razvoj modernih elektroničkih uređaja, prije svega računala. U novije vrijeme vakuumske cijevi su uglavnom zamijenjene drugim, pouzdanijim i učinkovitijim elementima kao što su tranzistori i diode. I pored toga što su tehnološki zastarjele, posebno konstruirane vakuumske cijevi i danas se koriste u proizvodnji zaslona sa katodnom cijevi, radara, snažnih pojačala, radio-emisijske opreme te kućne elektronike.


Konstrukcija

Tipična vakuumska cijev sastoji se od elektroda – anode i katode – smještenih u staklenom kućištu. S donje strane kućišta nalaze se kontaktne žičice koje osiguravaju priključak na električni krug te učvršćivanje u odgovarajuće podnožje. Osim osnovne konstrukcije s jednom katodom i jednom anodom postoje i vakuumske cijevi sa višestrukim elektrodama – triode, tetrode, pentode. Kućište vakuumske cijevi je najčešće načinjeno od stakla otpornog na visoke temperature mada postoje i modeli sa keramičkim ili metalnim kućištima. Iz kućišta je izvučen zrak ili je ono ispunjeno plemenitim plinom pod niskim tlakom

Funkcioniranje

Vakuumska cijev temelji se na termoionskoj emisiji elektrona. Kada se zagrije, anoda katodne cijevi (ponekad se naziva i filament) načinjena od posebnog materijala, počinje otpuštati elektrone u vakuum. Ako je druga elektroda (katoda) pozitivno naelektrizirana u odnosu na anodu, uspostavit će se tok elektrona između dvije elektrode. Tok elektrona ne može promijeniti smjer jer se katoda ne zagrijava te se s nje ne emitiraju elektroni. Zbog toga vakkumske cijevi propuštaju električnu struju u samo jednom smjeru – funkcioniraju kao diode.

Trioda je varijanta katodne cijevi koja pored anode i katode ima i treću elektrodu – rešetku. Rešetka je izrađena od tankih žica između kojih mogu prolaziti elektroni. Kada se promijeni napon između rešetke i katode mijenja se raspodjela potencijala u cijevi te se tako slabi ili pojačava tok elektrona. Ovo otkriće omogućilo je razvoj elektroničkih pojačala.

Za ispravno funkcioniranje vakuumske cijevi iznimno je važno evakuirati što je moguće više zraka. Kada iz kućišta ne bi bio izvučen zrak, uspostavila bi se termodinamička ravnoteža te bi se i s katode počeli emitirati elektroni, što bi poremetilo uobičajeni tok elektrona s anode na katodu. Pored toga, zagrijana anoda mogla bi izazvati ioniziranje okolnog zraka što bi dovelo do nekontroliranog prijenosa između elemenata, što može dovesti do nepredvidivog ponašanja cijevi ili do njenog uništenja. Kisik iz zraka preostalog u cijevi može reagirati sa zagrijanom anodom mijenjajući joj kemijsku strukturu i karakteristike, što također može utjecati na funkcioniranje cijevi.

Kako bi se spriječilo da u cijevi ostanu plinovi u slobodnom stanju, koriste se “hvatači”. To su mali kružni elementi načinjeni od specijalnog materijala, najčešće barija. Nakon što se zrak evakuira iz cijevi klasičnim metodama, hvatač se zagrijava kako bi materijal od kojeg je načinjen počeo isparavati i reagirati sa slobodnim plinom u cijevi. Nakon toga na stjenkama cijevi taloži se metalni depozit srebrne boje a iz cijevi je potpuno evakuiran slobodni plin.

Primjena

Vakuumske cijevi koristile su se u brojnim elektroničkim uređajima - televizorima, radio-aparatima, računalima, radarima te opremi za emitiranje radio i televizijskih signala. U današnje vrijeme sve se rjeđe koriste jer su ih zamijenili pouzdaniji i energetski učinkovitiji elementi poput dioda i tranzistora. Zadržale su se u upotrebi u posebnim uređajima kao što su mikrovalne pećnice, vojna oprema i snažne radio i televizijske antene. Danas su, zbog specifične boje zvuka koju daju, ponovno popularna Hi-Fi pojačala sa vakuumskim cijevima umjesto integriranih elemenata.

Prednosti

Vakuumske cijevi, iako su danas tehnološki zastarjele, imaju neke prednosti nad modernom opremom. Primjerice, audiofili tvrde da niti jedno integrirano pojačalo ne može pružiti tako dobar, topao, zvuk kao pojačalo sa vakuumskim cijevima. Zbog toga se, nakon desetljeća ignoriranja, u moderne Hi-Fi uređaje ponovno ugrađuju vakuumske cijevi, kako zbog zvučnik karakteristika, tako i zbog estetike. Za neke primjene ne postoje dovoljno jake poluvodičke komponente. Na primjer, vakuumske cijevi velike snage (od nekoliko stotina kilovata pa do jedan ili dva megavata) koje se koriste u snažnim antenama te egzotičnoj vojnoj opremi, nezamjenjive su.

Nedostaci

Zbog fizikalnih principa na kojima se temelje, vakuumske cijevi su inherentno energetski neučinkovite. Da bi mogle funkcionirati, moraju se zagrijati pri čemu se rasipa velika količina topline. Visoka radna temperatura dovodi do ubrzane degradacije materijala od kojeg je izrađena anoda, što skraćuje radni vijek cijevi. Osim toga, s vakuumskim cijevima treba pažljivo rukovati kako bi se izbjegle posjekotine i opekline. Vakuumske cijevi velike snage zahtijevaju posebne sustave hlađenja (najsnažnije se hlade vodom) što otežava ugradnju i zahtijeva poseban režim održavanja.

Vanjske poveznice