Diode chân không dẫn điện bất đối xứng nhờ cathode nóng như thế nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Diode chân không có cathode được nung nóng để phát electron và anode thu electron khi có điện thế phù hợp. Sự khác biệt giữa cực phát nóng và cực thu tương đối lạnh làm dòng qua khoảng chân không đáp ứng bất đối xứng khi đảo chiều điện áp.
Electron phải thoát khỏi vật liệu trước
Electron trong kim loại không tự do rời bề mặt chỉ vì quanh nó là chân không. Chúng cần đủ năng lượng để vượt rào thoát. Nung cathode làm tăng số electron có thể thoát ra; quá trình gọi là phát xạ nhiệt electron.
Nhiệt độ và chất liệu bề mặt vì thế rất quan trọng. Không thể lấy mọi miếng kim loại rồi dự đoán cùng một dòng phát chỉ từ kích thước ngoài.
Anode dương giúp thu electron
Khi anode dương so với cathode, điện trường có thể đưa electron vừa thoát tới anode. Mạch ngoài duy trì các điện thế và bù điện tích, tạo đường hoạt động của toàn hệ.
Nếu đảo điện áp, anode không được nung như cathode nên không trở thành nguồn electron tương đương. Đồng thời, điện trường có thể cản electron từ cathode tới anode. Đó là nguồn gốc tính chỉnh lưu trong cấu hình đơn giản này.
Khoảng chân không không phải một dây đồng lý tưởng
Các electron ở giữa hai cực tạo điện tích không gian và có thể ảnh hưởng trường tác dụng lên electron mới phát. Ở điều kiện khác, khả năng phát của cathode lại giới hạn dòng. Vì vậy, tăng điện áp không cho một quy luật dòng tỉ lệ vô hạn như điện trở ohmic lý tưởng.
Thiết bị cần năng lượng nung và nguồn điện vận hành. Chân không giảm tương tác không mong muốn với khí trong đường đi, nhưng không tự tạo electron hay cung cấp năng lượng.
Một diode bán dẫn cũng có thể chỉnh lưu, song nguồn gốc bất đối xứng nằm ở cấu trúc tiếp xúc vật liệu khác. Cùng một chức năng mạch không chứng minh cùng một cơ chế vi mô.
Hiểu lầm: “chân không cách điện” nghĩa là electron không thể đi qua. Không có hạt tải sẵn như trong kim loại khác với việc hạt đã được phát ra không thể chuyển động.
Ghi nhớ: nung để phát, điện trường để thu, hai điện cực không đối xứng tạo đáp ứng không đối xứng.
Đọc thêm
- Vì sao diode bán dẫn dẫn điện dễ hơn theo một chiều?
- Màn hình huỳnh quang chân không VFD làm các chữ số phát sáng ra sao?