หลอดอิเล็กตรอนสุญญากาศเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าอิสระ หลักการทำงานของหลอดสุญญากาศ

หลอดอิเล็กทรอนิกส์สามารถจำแนกตามจำนวนอิเล็กโทรด วัตถุประสงค์ ช่วงความถี่ กำลัง ประเภทแคโทด และขนาด

หลอดอิเล็กทรอนิกส์แบ่งออกเป็นไดโอด, ไตรโอด, เตโตรด, เพนโทด, เฮปโทด, หลอดรวม (ไดโอดคู่, ไตรโอดคู่, ไตรโอด-เพนโทด, ไตรโอด-เฮปโทด ฯลฯ ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กโทรด)

หลอดไฟสามารถแก้ไข ตรวจจับ ขยาย แปลง สร้าง ฯลฯ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันที่ทำ

ไดโอดคือหลอดอิเล็กตรอนที่มีอิเล็กโทรด 2 อิเล็กโทรด คือ แอโนดและแคโทด มันถูกคิดค้นโดย John Fleming ในปี 1904 แคโทดตั้งอยู่ตรงกลางหลอดไฟ โดยมีขั้วบวกที่มีรูปร่างคล้ายทรงกระบอกล้อมรอบแคโทด หลักการทำงานของไดโอดมีดังนี้ หากใช้ศักย์ไฟฟ้าเชิงบวกกับขั้วบวก อิเล็กตรอนที่มีประจุลบที่ปล่อยออกมาจากแคโทดภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าจะพุ่งไปที่ขั้วบวกบวก ทำให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่องซึ่งจะปิดวงจรไฟฟ้าของแหล่งพลังงานขั้วบวก กระแสแอโนด I จะไหลในวงจรภายนอก เนื่องจากทิศทางที่เป็นบวกของกระแสนั้นโดยปกติแล้วจะเป็นทิศทางจากบวกถึงลบของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า จากนั้นภายในไดโอดกระแสจะไหลจากขั้วบวกไปยังแคโทด กล่าวคือ ต่อต้านการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ขนาดของกระแสแอโนดถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนที่บินจากแคโทดไปยังแอโนดต่อหน่วยเวลา

หากคุณเชื่อมต่อขั้วลบของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเข้ากับขั้วบวกของไดโอด และขั้วบวกเข้ากับขั้วลบ ขั้วบวกที่มีประจุลบจะผลักอิเล็กตรอนเชิงลบกลับไปยังแคโทด ในกรณีนี้จะไม่มีกระแสไหลผ่านหลอดไฟ ดังนั้นไดโอดจะนำกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น - จากขั้วบวกไปยังแคโทด เมื่อศักย์ของแอโนดสูงกว่าศักย์ของแคโทด

การนำไฟฟ้าทางเดียวของไดโอดเป็นคุณสมบัติหลัก เป็นคุณสมบัติที่กำหนดวัตถุประสงค์ของไดโอด - แก้ไขกระแสสลับเป็นกระแสตรงและแปลงการสั่นแบบมอดูเลตความถี่สูงเป็นกระแสความถี่เสียง (การตรวจจับ)

ไดโอดที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขกระแสสลับเรียกว่าคีโนตรอน มีเครื่องหมายตัวอักษร C (1Т1С, 1TM7С, 1TM11П, 1TM21П, Зц18П, 5TMZ, 6TM4П ฯลฯ)

ไดโอดที่มีไว้สำหรับการตรวจจับนั้นมีพลังงานต่ำ ส่วนใหญ่มักผลิตเป็นหลอดแอโนดคู่หรือเป็นส่วนหนึ่งของหลอดไฟรวม ไดโอดเหล่านี้มีเครื่องหมาย X หรือ D (6D14P, 6D20P, 6X6S)

ไตรโอดเป็นหลอดอิเล็กตรอนซึ่งมีอิเล็กโทรดตัวที่สามซึ่งเป็นกริดวางอยู่ระหว่างแอโนดและแคโทด โคมไฟนี้ถูกเสนอในปี 1906 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Lee de Forest ตารางในโคมไฟสมัยใหม่ทำในรูปแบบของเกลียวลวดที่ล้อมรอบแคโทด ตาข่ายทำจากนิกเกิล โมลิบดีนัม หรือทังสเตน ตารางไตรโอดเรียกว่าตารางควบคุม เนื่องจากสามารถใช้เพื่อควบคุมความหนาแน่นกระแสแอโนดได้อย่างง่ายดายโดยการใช้แรงดันไฟฟ้าบวกหรือลบของค่าที่แน่นอนกับกริด

เนื่องจากกริดในไตรโอดตั้งอยู่ใกล้กับแคโทดมากกว่าแอโนด ผลกระทบต่อการไหลของอิเล็กตรอนจึงมีความสำคัญมากกว่า คุณสมบัติของไตรโอดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมวิทยุเพื่อขยายสัญญาณวิทยุที่อ่อนลง หลักการขยายสัญญาณวิทยุมีดังต่อไปนี้ สัญญาณที่จะขยายจะถูกส่งไปยังตารางควบคุมไตรโอด การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของกริดจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในกระแสแอโนด ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าที่ขยายของสัญญาณที่จ่ายให้กับกริดจะถูกลบออกจากขั้วบวก ศักย์ไฟฟ้าลบคงที่ (แรงดันไบอัสของกริด) ของขนาดดังกล่าวถูกนำไปใช้กับกริด โดยที่ครึ่งรอบที่เป็นบวกของสัญญาณจะไม่สร้างแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวกบนกริด มิฉะนั้นกระแสกริดจะปรากฏขึ้น (กริดบวกจะดึงดูดอิเล็กตรอนบางตัว) ส่งผลให้กระแสแอโนดลดลงซึ่งนำไปสู่การบิดเบือนสัญญาณ

ไทรโอดถูกใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณความถี่ต่ำและสูง เพื่อสร้างรูปร่างพัลส์ต่างๆ ในช่วงความถี่ที่กว้าง และเพื่อให้ตรงกับวงจร (ผู้ติดตามแคโทด) เครื่องหมายของไตรโอดประกอบด้วยตัวอักษร S หรือ N (ไตรโอดคู่) 6N1P, 6NZP, 6N7S, 6N9S, 6N24P เป็นต้น

เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของการใช้ไตรโอดและหลอดไฟหลายขั้วโดยทั่วไปในวงจรเฉพาะจะใช้ลักษณะทางเทคนิค (พารามิเตอร์) ของหลอดไฟซึ่งที่สำคัญที่สุดคือ: ความชันของคุณลักษณะ, อัตราขยายและความต้านทานภายใน ของหลอดไฟ

ความชันของคุณลักษณะ S คือค่าที่แสดงจำนวนมิลลิแอมป์ที่กระแสแอโนดจะเปลี่ยนแปลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าบนกริดเปลี่ยนแปลง 1 V และแรงดันไฟฟ้าบนแอโนดยังคงที่ มันถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของกระแสแอโนด AI a ต่อการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของกริด AU C

อัตราขยายจะกำหนดคุณสมบัติการขยายของหลอดไฟ มันแสดงถึงอัตราส่วนของการเพิ่มแรงดันแอโนด AU a ต่อการเพิ่มแรงดันกริด AU C ซึ่งทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นเท่ากันในกระแสแอโนด AI a

ความต้านทานภายในของไตรโอด Ri คือความต้านทานระหว่างแอโนดและแคโทดสำหรับกระแสสลับของแอโนด โดยจะแสดงเป็นอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของแรงดันแอโนด AU a ต่อการเพิ่มขึ้นของ AI กระแสแอโนด a

ถ้าทรานส์คอนดักแทนซ์ประเมินผลกระทบของแรงดันไฟฟ้ากริดต่อกระแสแอโนด ความต้านทานภายในจะทำให้เราสามารถประเมินผลกระทบของแรงดันแอโนดต่อกระแสแอโนดได้

tetrode เป็นโคมไฟสี่ขั้วที่มีกริดสองอัน หนึ่งในนั้นคือการควบคุม และอีกอันเป็นเกราะกำบัง ส่วนหลังถูกวางไว้ระหว่างตารางควบคุมและขั้วบวกเพื่อเพิ่มอัตราขยายของหลอดไฟ แรงดันไฟฟ้าบวกเท่ากับ 50-80% ของแรงดันแอโนดถูกนำไปใช้กับกริดป้องกัน ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ อิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของสนามเร่งสองสนาม (แอโนดและกริดที่สอง) จะพัฒนาความเร็วสูงและทำให้อิเล็กตรอนทุติยภูมิหลุดออกจากแอโนด ซึ่งเคลื่อนจากมันไปยังกริดคัดกรองและถูกดึงดูดโดยมัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์ไดนาตรอนในเทโทรด ส่งผลให้กระแสกริดชีลด์เพิ่มขึ้นและกระแสแอโนดลดลง ซึ่งเทียบเท่ากับการบิดเบือนของสัญญาณขยาย

เพื่อกำจัดอิทธิพลที่เป็นอันตรายของเอฟเฟกต์ไดนาตรอน สนามลบที่หน่วงจะถูกสร้างขึ้นในช่องว่างระหว่างตาข่ายป้องกันและขั้วบวก เพื่อจุดประสงค์นี้จะมีการวางแผ่นโลหะสองแผ่นที่เชื่อมต่อกับแคโทดระหว่างกริดและขั้วบวก โคมไฟดังกล่าวเรียกว่าบีมเตโตรด มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเครื่องขยายสัญญาณเทอร์มินัลสำหรับสัญญาณความถี่ต่ำ (6P13S, 6P31S, 6P36S, 6P1P)

วิธีที่สองในการกำจัดผลกระทบของไดนาตรอนในเทโทรดคือการนำกริดอื่นมาใช้ ซึ่งเรียกว่ากริดป้องกันหรือต้านไดนาตรอน หลอดไฟที่มีขั้วไฟฟ้า 5 ดวงเรียกว่าเพนโทด ตารางที่สามเชื่อมต่อกับแคโทด โดยจะสร้างสนามหน่วงสำหรับอิเล็กตรอนทุติยภูมิที่ปล่อยออกมาจากขั้วบวกและส่งกลับไปยังขั้วบวก Pentodes เป็นหลอดขยายสัญญาณที่ดีที่สุด โดย Pentodes บางประเภทสามารถขยายได้หลายพันหลอด พวกมันถูกใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์ความถี่สูงและกลาง

heptode เป็นหลอดอิเล็กตรอนเจ็ดอิเล็กโทรดที่มีห้ากริด วัตถุประสงค์ของกริดอาจมีดังต่อไปนี้: กริดที่หนึ่งและสามเป็นกริดควบคุม กริดที่สองและสี่เป็นกริดคัดกรอง กริดที่ห้าเป็นกริดต่อต้านไดนาตรอน Heptodes ใช้ในการแปลงการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าของความถี่หนึ่งไปเป็นการสั่นสะเทือนของอีกความถี่หนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในเครื่องรับซูเปอร์เฮเทอโรไดน์ พวกมันทำหน้าที่เป็นตัวแปลงของการสั่นความถี่สูงของสัญญาณที่ได้รับให้เป็นสัญญาณความถี่กลาง

ในอุปกรณ์วิทยุสมัยใหม่มีการใช้หลอดไฟแบบรวมอย่างกว้างขวางโดยวางหลอดสองหรือสามหลอดไว้ในกระบอกสูบเดียวและมีระบบอิเล็กโทรดแยกกัน ข้อดีของหลอดไฟดังกล่าวชัดเจน: ลดขนาดอุปกรณ์วิทยุและเพิ่มประสิทธิภาพ อุตสาหกรรมในประเทศผลิตหลอดไฟแบบรวมดังต่อไปนี้: ไดโอดคู่, ไตรโอดคู่, ไดโอด - ไตรโอด, ไดโอด - เพนโทด, ไตรโอด - เพนโทด ฯลฯ (6I1P, 6F1P, 6FZP ฯลฯ )

โคมไฟไฟฟ้า

รัสเซียส่งออกวิทยุหลอด 6550C

โคมไฟไฟฟ้า, หลอดวิทยุ- อุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้า (หรือแม่นยำยิ่งขึ้นคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สูญญากาศ) ที่ทำงานโดยการควบคุมความเข้มของการไหลของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในสุญญากาศหรือก๊าซที่ทำให้บริสุทธิ์ระหว่างอิเล็กโทรด

หลอดวิทยุถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในศตวรรษที่ 20 โดยเป็นองค์ประกอบเชิงรุกของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เครื่องขยายเสียง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า อุปกรณ์ตรวจจับ สวิตช์ ฯลฯ) ปัจจุบันอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เกือบทั้งหมด บางครั้งยังใช้ในเครื่องส่งสัญญาณความถี่สูงที่ทรงพลังและอุปกรณ์เสียงคุณภาพสูงอีกด้วย

หลอดไฟฟ้าที่มีไว้สำหรับให้แสงสว่าง (หลอดแฟลช หลอดซีนอน และหลอดโซเดียม) ไม่เรียกว่าหลอดวิทยุ และมักจะจัดอยู่ในประเภทอุปกรณ์ให้แสงสว่าง

หลักการทำงาน

หลอดไฟฟ้า RCA "808"

หลอดสุญญากาศแบบสุญญากาศพร้อมแคโทดแบบให้ความร้อน

• อันเป็นผลมาจากการปล่อยความร้อน อิเล็กตรอนจะออกจากพื้นผิวแคโทด
• ภายใต้อิทธิพลของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างแอโนดและแคโทด อิเล็กตรอนจะไปถึงแอโนดและสร้างกระแสแอโนดในวงจรภายนอก
• ด้วยความช่วยเหลือของอิเล็กโทรดเพิ่มเติม (กริด) การไหลของอิเล็กตรอนจะถูกควบคุมโดยการใช้ศักย์ไฟฟ้ากับอิเล็กโทรดเหล่านี้

ในหลอดสุญญากาศ การมีก๊าซจะทำให้ประสิทธิภาพของท่อลดลง

หลอดสุญญากาศที่เติมแก๊ส

สิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้คือการไหลของไอออนและอิเล็กตรอนในก๊าซที่เติมหลอดไฟ การไหลสามารถสร้างขึ้นได้เช่นเดียวกับในอุปกรณ์สุญญากาศ โดยการปล่อยความร้อน หรือสามารถสร้างขึ้นโดยการก่อตัวของการปล่อยประจุไฟฟ้าในก๊าซเนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้า

เรื่องราว

ตามวิธีการให้ความร้อน แคโทดจะถูกแบ่งออกเป็นแคโทดที่ให้ความร้อนทั้งทางตรงและทางอ้อม

แคโทดที่ได้รับความร้อนโดยตรงคือเส้นใยโลหะ หลอดไส้ตรงใช้พลังงานน้อยกว่าและให้ความร้อนเร็วกว่า อย่างไรก็ตาม หลอดไส้จะมีอายุการใช้งานสั้นกว่า เมื่อใช้ในวงจรสัญญาณ หลอดไส้จะต้องใช้กระแสไฟตรง และไม่สามารถใช้ได้กับวงจรจำนวนหนึ่งเนื่องจากอิทธิพลของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ส่วนต่างๆ ของแคโทดกับการทำงานของหลอดไฟ
แคโทดที่ให้ความร้อนทางอ้อมนั้นเป็นทรงกระบอกซึ่งภายในมีไส้หลอด (ตัวทำความร้อน) อยู่ หลอดดังกล่าวเรียกว่าหลอดไส้ทางอ้อม

แคโทดของหลอดไฟถูกเปิดใช้งานด้วยโลหะที่มีฟังก์ชันการทำงานต่ำ ในหลอดที่ให้ความร้อนโดยตรง ทอเรียมมักจะใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ส่วนในหลอดที่ให้ความร้อนทางอ้อม จะใช้แบเรียม แม้จะมีทอเรียมอยู่ในแคโทด แต่หลอดไส้ตรงก็ไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ใช้ เนื่องจากการแผ่รังสีของไฟจะไม่ขยายออกไปเกินกระบอกสูบ

ขั้วบวก

แอโนดหลอดสุญญากาศ

อิเล็กโทรดบวก มันทำในรูปแบบของแผ่นโดยปกติจะเป็นกล่องที่มีรูปร่างเหมือนทรงกระบอกหรือขนานกัน มักทำจากนิกเกิลหรือโมลิบดีนัม บางครั้งก็ทำจากแทนทาลัมและกราไฟต์

สุทธิ

ระหว่างแคโทดและแอโนดจะมีกริดซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนและกำจัดผลข้างเคียงที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากแคโทดไปยังแอโนด

ตาข่ายเป็นตาข่ายที่ทำจากลวดเส้นเล็กหรือมักทำในรูปแบบของเกลียวลวดพันรอบเสารองรับหลายอัน (ขวาง) ในโคมไฟแบบแท่งบทบาทของกริดจะดำเนินการโดยระบบของแท่งบาง ๆ หลายแท่งขนานกับแคโทดและแอโนดและฟิสิกส์ของการทำงานของพวกมันนั้นแตกต่างจากการออกแบบแบบดั้งเดิม

ตามวัตถุประสงค์ตาข่ายแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

สามารถมีได้ถึงเจ็ดกริดทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของหลอดไฟ ในตัวเลือกบางอย่างสำหรับการเปิดหลอดไฟแบบหลายกริด กริดแต่ละอันสามารถทำหน้าที่เป็นขั้วบวกได้ ตัวอย่างเช่น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามวงจรเชมเบลบนเตโตรดหรือเพนโทด ตัวกำเนิดเองนั้นเป็นไตรโอด "เสมือน" ที่เกิดขึ้นจากแคโทด ตารางควบคุม และตารางคัดกรองเป็นขั้วบวก

บอลลูน

ประเภทหลัก

หลอดวิทยุขนาดเล็ก (“นิ้ว”)

หลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์ประเภทหลัก:

• ไดโอด (สร้างได้ง่ายสำหรับไฟฟ้าแรงสูง ดูคีโนตรอน)
• บีมเตโตรดและเพนโทด (เป็นรูปแบบต่าง ๆ ของประเภทเหล่านี้)
• โคมไฟรวม (จริง ๆ แล้วรวม 2 หลอดขึ้นไปในหนึ่งกระบอก)

การใช้งานที่ทันสมัย

เครื่องกำเนิดโลหะเซรามิกระบายความร้อนด้วยอากาศ triode GS-9B (USSR)

เทคโนโลยีพลังงานความถี่สูงและไฟฟ้าแรงสูง

• ในเครื่องส่งสัญญาณวิทยุกระจายเสียงกำลังสูง (ตั้งแต่ 100 W ถึงหลายเมกะวัตต์) หลอดที่ทรงพลังและทรงพลังเป็นพิเศษพร้อมระบบระบายความร้อนด้วยแอโนดอากาศหรือน้ำและกระแสไส้หลอดสูง (มากกว่า 100 A) ถูกนำมาใช้ในขั้นตอนเอาต์พุต แมกนีตรอน ไคลสตรอน หรือที่เรียกว่า หลอดวิทยุคลื่นเคลื่อนที่เป็นการผสมผสานระหว่างความถี่สูง กำลังไฟฟ้า และราคาที่สมเหตุสมผล (และบ่อยครั้งเป็นเพียงความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานของการดำรงอยู่) ของฐานองค์ประกอบ
• แมกนีตรอนสามารถพบได้ไม่เพียงแต่ในเรดาร์เท่านั้น แต่ยังพบได้ในเตาไมโครเวฟอีกด้วย
• หากจำเป็นต้องแก้ไขหรือสลับอย่างรวดเร็วหลายสิบ kV ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยสวิตช์เชิงกล จำเป็นต้องใช้หลอดวิทยุ ดังนั้นคีโนตรอนจึงให้ไดนามิกที่ยอมรับได้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึงหนึ่งล้านโวลต์

อุตสาหกรรมการทหาร

เนื่องจากหลักการทำงาน หลอดสุญญากาศจึงเป็นอุปกรณ์ที่ทนทานต่อปัจจัยที่สร้างความเสียหาย เช่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้ดีกว่ามาก สำหรับข้อมูล: อุปกรณ์เครื่องเดียวสามารถมีหลอดไฟได้หลายร้อยดวง ในสหภาพโซเวียต โคมไฟแท่งได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ในอุปกรณ์ทางทหารบนเรือในช่วงทศวรรษ 1950 โดยมีลักษณะเฉพาะคือขนาดที่เล็กและมีความแข็งแรงเชิงกลสูง

โคมไฟจิ๋วประเภท "โอ๊ก" (pentode 6Zh1Zh, USSR, 1955)

เทคโนโลยีอวกาศ

การเสื่อมสลายของรังสีของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และการมีอยู่ของสุญญากาศตามธรรมชาติในสภาพแวดล้อมระหว่างดาวเคราะห์ทำให้การใช้หลอดไฟบางประเภทช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและความทนทานของยานอวกาศ การใช้ทรานซิสเตอร์ในยานอวกาศ Luna-3 มีความสัมพันธ์กับความเสี่ยงอย่างมาก

อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมและการแผ่รังสีเพิ่มขึ้น

อุปกรณ์ท่อสามารถออกแบบให้มีช่วงอุณหภูมิและช่วงการแผ่รังสีที่กว้างกว่าอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

เครื่องเสียงคุณภาพสูง

ในความคิดเห็นส่วนตัวของผู้รักเสียงเพลงส่วนใหญ่ เสียง "tube" มีความแตกต่างโดยพื้นฐานจากเสียง "ทรานซิสเตอร์" มีคำอธิบายหลายประการสำหรับความแตกต่างเหล่านี้ ทั้งจากการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการให้เหตุผลตามหลักวิทยาศาสตร์ตรงไปตรงมา คำอธิบายหลักประการหนึ่งสำหรับความแตกต่างระหว่างเสียงของหลอดและทรานซิสเตอร์คือ “ความเป็นธรรมชาติ” ของเสียงของอุปกรณ์หลอด เสียงจากหลอดเป็นแบบ "เซอร์ราวด์" (บางคนเรียกว่า "โฮโลแกรม") ซึ่งต่างจากเสียงทรานซิสเตอร์ "แบน" แอมพลิฟายเออร์แบบหลอดสื่อถึงอารมณ์ พลังงานของนักแสดงอย่างชัดเจน “แรงผลักดัน” (ซึ่งนักกีตาร์ชื่นชอบ) แอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์มีปัญหาในการรับมือกับงานดังกล่าว บ่อยครั้งที่ผู้ออกแบบแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ใช้วงจรที่คล้ายกับหลอดไฟ (โหมดการทำงานของคลาส A, หม้อแปลง, ขาดการตอบรับเชิงลบทั่วไป) ผลลัพธ์โดยรวมของแนวคิดเหล่านี้คือการ "กลับมา" ของเทคโนโลยีหลอดสู่สาขาแอมพลิฟายเออร์คุณภาพสูง เหตุผลเชิงวัตถุประสงค์ (ทางวิทยาศาสตร์) สำหรับสถานการณ์นี้คือความเป็นเชิงเส้นสูง (แต่ไม่เหมาะ) ของหลอดไฟ โดยส่วนใหญ่เป็นไตรโอด ทรานซิสเตอร์ โดยหลักแล้วเป็นแบบไบโพลาร์ นั้นเป็นองค์ประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้นโดยทั่วไป และตามกฎแล้วจะไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีมาตรการเชิงเส้น

ข้อดีของแอมป์หลอด:

ความเรียบง่ายของวงจร พารามิเตอร์ของมันขึ้นอยู่กับปัจจัยภายนอกเพียงเล็กน้อย ด้วยเหตุนี้ แอมพลิฟายเออร์แบบหลอดจึงมีชิ้นส่วนน้อยกว่าแอมพลิฟายเออร์โซลิดสเตต

พารามิเตอร์ของหลอดไฟขึ้นอยู่กับอุณหภูมิน้อยกว่าพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ หลอดไฟไม่ไวต่อไฟฟ้าเกินพิกัด ชิ้นส่วนจำนวนน้อยยังมีส่วนอย่างมากต่อความน่าเชื่อถือและลดการบิดเบือนที่เกิดจากแอมพลิฟายเออร์ แอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์มีปัญหาเรื่องการบิดเบือนความร้อน

จับคู่อินพุตของเครื่องขยายเสียงหลอดกับโหลดได้ดี สเตจของท่อมีอิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงมาก ซึ่งช่วยลดการสูญเสียและช่วยลดจำนวนองค์ประกอบที่ทำงานอยู่ในอุปกรณ์วิทยุ - ดูแลรักษาง่าย. ตัวอย่างเช่น หากหลอดไฟในแอมพลิฟายเออร์คอนเสิร์ตพังระหว่างการแสดง การเปลี่ยนใหม่จะง่ายกว่าการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์หรือไมโครวงจรที่ไหม้หมด แต่ไม่มีใครทำเช่นนี้ในคอนเสิร์ตอยู่แล้ว มีแอมพลิฟายเออร์ในคอนเสิร์ตอยู่เสมอและมีแอมพลิฟายเออร์หลอดสองเท่า (เพราะที่แปลกพอคือแอมพลิฟายเออร์หลอดพังบ่อยกว่ามาก)

ไม่มีการบิดเบือนบางประเภทโดยธรรมชาติในระยะทรานซิสเตอร์ซึ่งมีผลดีต่อเสียง

ด้วยการใช้ข้อดีของหลอดอย่างเหมาะสม จึงสามารถสร้างแอมพลิฟายเออร์ที่เหนือกว่าทรานซิสเตอร์ในด้านคุณภาพเสียงภายในหมวดหมู่ราคาที่กำหนดได้

รูปลักษณ์แบบวินเทจเมื่อสร้างตัวอย่างอุปกรณ์ภาพ

ไม่ไวต่อรังสีจนถึงระดับที่สูงมาก

ข้อเสียของแอมป์หลอด:

นอกเหนือจากการจ่ายไฟให้กับขั้วบวกแล้ว หลอดไฟยังต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมเพื่อให้ความร้อนอีกด้วย ดังนั้นประสิทธิภาพต่ำและเป็นผลให้ - ความร้อนสูง

อุปกรณ์หลอดไฟไม่พร้อมใช้งานทันที จำเป็นต้องทำความร้อนหลอดไฟล่วงหน้าเป็นเวลาหลายสิบวินาที ข้อยกเว้นคือหลอดไส้ตรงซึ่งเริ่มทำงานทันที

ขั้นของท่อเอาท์พุตจะต้องจับคู่กับโหลดโดยใช้หม้อแปลง เป็นผลให้ความซับซ้อนของการออกแบบและน้ำหนักและขนาดที่ไม่ดีเนื่องจากหม้อแปลงไฟฟ้า

หลอดต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูง ซึ่งเท่ากับโวลต์หลายร้อย (และในแอมพลิฟายเออร์ทรงพลังหลายพันโวลต์) สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อจำกัดบางประการในแง่ของความปลอดภัยเมื่อใช้งานแอมพลิฟายเออร์ดังกล่าว นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าปิ๊กอัพสูงมักจะต้องใช้หม้อแปลงเอาท์พุตแบบสเต็ปดาวน์เสมอ ยิ่งไปกว่านั้น หม้อแปลงไฟฟ้าใด ๆ ที่เป็นอุปกรณ์ไม่เชิงเส้นในช่วงความถี่กว้าง ซึ่งทำให้เกิดการบิดเบือนแบบไม่เชิงเส้นในเสียงที่ระดับใกล้ 1% สำหรับแอมพลิฟายเออร์หลอดรุ่นที่ดีที่สุด (สำหรับการเปรียบเทียบ: การบิดเบือนแบบไม่เชิงเส้นของแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ที่ดีที่สุด มีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถวัดได้) สำหรับแอมป์หลอด ความบิดเบี้ยว 2-3% ถือว่าเป็นเรื่องปกติ ธรรมชาติและสเปกตรัมของการบิดเบือนเหล่านี้แตกต่างจากการบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ ซึ่งมักจะไม่มีผลกระทบต่อการรับรู้เชิงอัตวิสัย แน่นอนว่าหม้อแปลงไฟฟ้านั้นเป็นองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้น แต่มักใช้ที่เอาต์พุตของ DAC ซึ่งให้การแยกกระแสไฟฟ้า (ป้องกันการแทรกซึมของการรบกวนจาก DAC) มีบทบาทเป็นตัวกรองจำกัดแบนด์ และเห็นได้ชัดว่ารับประกัน "การจัดตำแหน่ง" ที่ถูกต้องของเฟสสัญญาณ . ด้วยเหตุนี้ แม้จะมีข้อเสียทั้งหมด (โดยหลักแล้วจะมีต้นทุนสูง) แต่เสียงก็มีประโยชน์เท่านั้น นอกจากนี้หม้อแปลงยังมักใช้ในแอมป์ทรานซิสเตอร์ได้สำเร็จ

หลอดไฟมีอายุการใช้งานจำกัด เมื่อเวลาผ่านไปพารามิเตอร์ของหลอดไฟเปลี่ยนไปแคโทดสูญเสียการปล่อย (ความสามารถในการปล่อยอิเล็กตรอน) และไส้หลอดสามารถไหม้ได้ (หลอดไฟส่วนใหญ่ทำงานเป็นเวลา 200-1,000 ชั่วโมงก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวทรานซิสเตอร์จะมีขนาดนานกว่าสามเท่า) ทรานซิสเตอร์ยังสามารถลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

ความเปราะบางของโคมไฟหลอดแก้วสุดคลาสสิก หนึ่งในวิธีแก้ปัญหานี้คือการพัฒนาในยุค 40 ของศตวรรษที่ผ่านมาของหลอดไฟที่มีกระบอกโลหะเซรามิกซึ่งมีความแข็งแรงมากกว่า แต่หลอดดังกล่าวไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย

คุณสมบัติบางประการของแอมป์หลอด:

ในความเห็นส่วนตัวของผู้ชื่นชอบออดิโอไฟล์ เสียงของกีตาร์ไฟฟ้านั้นถ่ายทอดได้ดีกว่า ลึกกว่า และ "ทางดนตรี" มากขึ้นด้วยแอมพลิฟายเออร์แบบหลอด บางคนอธิบายสิ่งนี้ด้วยความไม่เชิงเส้นของโหนดเอาท์พุตและการบิดเบือนที่แนะนำ ซึ่งคนรักกีตาร์ไฟฟ้า "มีคุณค่า" นี้เป็นจริงไม่เป็นความจริง นักกีตาร์ใช้เอฟเฟ็กต์ที่เกี่ยวข้องกับการบิดเบือนที่เพิ่มขึ้น แต่การทำเช่นนี้ จะต้องทำการเปลี่ยนแปลงวงจรอย่างเหมาะสมตามความเหมาะสม

ข้อเสียที่ชัดเจนของแอมพลิฟายเออร์หลอดคือความเปราะบาง การใช้พลังงานสูงกว่าแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ อายุการใช้งานของหลอดสั้นกว่า การบิดเบือนที่มากขึ้น (ซึ่งมักจะจำได้เมื่ออ่านข้อกำหนดทางเทคนิค เนื่องจากความไม่สมบูรณ์ร้ายแรงในการวัดพารามิเตอร์หลักของแอมพลิฟายเออร์ ผู้ผลิตหลายรายไม่ทำ ให้ข้อมูลดังกล่าว หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง - แอมพลิฟายเออร์สองตัวที่เหมือนกันโดยสิ้นเชิงในแง่ของพารามิเตอร์ที่วัดได้สามารถให้เสียงที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง) ขนาดและน้ำหนักที่ใหญ่ของอุปกรณ์ตลอดจนต้นทุนที่สูงกว่าทรานซิสเตอร์และบูรณาการ เทคโนโลยี. การใช้พลังงานของแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์คุณภาพสูงก็สูงเช่นกัน แม้ว่าขนาดและน้ำหนักของมันจะเทียบได้กับแอมพลิฟายเออร์แบบหลอดก็ตาม โดยทั่วไปมีรูปแบบดังกล่าว: ยิ่ง "เสียงดีขึ้น" "มีดนตรีมากขึ้น" ฯลฯ แอมพลิฟายเออร์ขนาดและการใช้พลังงานก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นและประสิทธิภาพก็จะยิ่งต่ำลง แน่นอนว่าแอมพลิฟายเออร์ Class D นั้นมีขนาดกะทัดรัดมากและประสิทธิภาพของมันจะอยู่ที่ 90% แต่จะทำอย่างไรกับเสียง? หากคุณกำลังวางแผนดิ้นรนเพื่อประหยัดพลังงานไฟฟ้า แน่นอนว่าแอมพลิฟายเออร์แบบหลอดไม่ใช่ตัวช่วยในเรื่องนี้

จำแนกตามชื่อ

เครื่องหมายที่นำมาใช้ในสหภาพโซเวียต/รัสเซีย

ฉลากในประเทศอื่นๆ

ในยุโรปในช่วงทศวรรษที่ 30 ผู้ผลิตหลอดวิทยุชั้นนำได้นำระบบการติดฉลากตัวอักษรและตัวเลขของยุโรปแบบครบวงจรมาใช้:

- ตัวอักษรตัวแรกแสดงลักษณะของแรงดันไฟฟ้าของไส้หลอดหรือกระแส:

เอ - แรงดันไส้หลอด 4 V;

B - กระแสไส้หลอด 180 mA;

C - กระแสไส้หลอด 200 mA;

D - แรงดันไส้หลอดสูงถึง 1.4 V;

E - แรงดันไส้หลอด 6.3 V;

F - แรงดันไส้หลอด 12.6 V;

G - แรงดันไส้หลอด 5 V;

H - กระแสไส้หลอด 150 mA;

K - แรงดันไส้หลอด 2 V;

P - กระแสไส้หลอด 300 mA;

U - กระแสไส้หลอด 100 mA;

V - กระแสไส้หลอด 50 mA;

X - กระแสไส้หลอด 600 mA

- ตัวอักษรตัวที่สองและตัวถัดไปในการกำหนดจะกำหนดประเภทของหลอดไฟ:

B - ไดโอดคู่ (พร้อมแคโทดทั่วไป)

C - triodes (ยกเว้นวันหยุดสุดสัปดาห์);

D - เอาท์พุทไตรโอด;

E - tetrodes (ยกเว้นวันหยุดสุดสัปดาห์);

F - เพนโทด (ยกเว้นวันหยุดสุดสัปดาห์);

L - เพนโทดเอาท์พุตและเตโตรด

H - hexodes หรือ heptodes (ประเภท hexode);

K - octodes หรือ heptodes (ประเภท octode);

M - ไฟแสดงการตั้งค่าไฟอิเล็กทรอนิกส์

P - หลอดขยายสัญญาณที่มีการปล่อยสัญญาณทุติยภูมิ

Y - คีโนตรอนครึ่งคลื่น

Z - คีโนตรอนเต็มคลื่น

- ตัวเลขสองหลักหรือสามหลักระบุถึงการออกแบบภายนอกของหลอดไฟและหมายเลขซีเรียลของประเภทนี้ โดยหลักแรกมักจะระบุถึงประเภทของฐานหรือขา เช่น:

1-9 - โคมไฟแก้วพร้อมฐานลาเมลลาร์ ("ชุดสีแดง")

1x - โคมไฟที่มีฐานแปดพิน (“ ซีรีส์ 11”)

3x - โคมไฟในกระบอกแก้วที่มีฐานแปดเหลี่ยม

5x - โคมไฟพร้อมฐานในพื้นที่

6x และ 7x - โคมไฟแก้วย่อย

8x และจาก 180 ถึง 189 - แก้วจิ๋วพร้อมขาเก้าพิน

9x - จิ๋วแก้วพร้อมขาเจ็ดพิน

ดูสิ่งนี้ด้วย

โคมไฟปล่อยก๊าซ

โดยทั่วไปแล้วหลอดปล่อยก๊าซจะใช้การปล่อยก๊าซเฉื่อยที่แรงดันต่ำ ตัวอย่างท่อสุญญากาศปล่อยก๊าซ:

• เครื่องจ่ายแก๊สสำหรับป้องกันไฟฟ้าแรงสูง (เช่น บนสายสื่อสารเหนือศีรษะ เครื่องรับเรดาร์กำลังแรง ฯลฯ)
• ไทราตรอน (หลอดสามอิเล็กโทรด - ไตรโอดปล่อยก๊าซ, หลอดสี่อิเล็กโทรด - เตโตรดปล่อยก๊าซ)
• ไฟซีนอน หลอดนีออน และแหล่งกำเนิดแสงปล่อยก๊าซอื่นๆ

ดูสิ่งนี้ด้วย

• AOpen AX4B-533 Tube - เมนบอร์ดที่ใช้ชิปเซ็ต Intel 845 Sk478 พร้อมเครื่องขยายเสียงแบบหลอด
• AOpen AX4GE Tube-G - มาเธอร์บอร์ดที่ใช้ชิปเซ็ต Intel 845GE Sk478 พร้อมเครื่องขยายเสียงแบบหลอด
• AOpen VIA VT8188A - มาเธอร์บอร์ดที่ใช้ชิปเซ็ต VIA K8T400M Sk754 พร้อมเครื่องขยายเสียงหลอด 6 แชนเนล
• ดองเกิล USB Hanwas X-Tube เป็นการ์ดเสียง USB สำหรับแล็ปท็อปที่รองรับ DTS โดยจำลองลักษณะของหลอดสุญญากาศ

หมายเหตุ

ลิงค์

• คู่มือวิทยุหลอดในประเทศและต่างประเทศ วิทยุหลอดมากกว่า 14,000 หลอด
• คำแนะนำเกี่ยวกับหลอดวิทยุและข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมด

นี่คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสุญญากาศที่ทำงานโดยการเปลี่ยนการไหลของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสุญญากาศระหว่างขั้วไฟฟ้า

โคมไฟส่องสว่างที่มีไส้หลอดคาร์บอนค่อยๆ ลดแสงที่ปล่อยออกมาเนื่องจากการทำให้ทรงกระบอกมัวหมอง ตั้งแต่ปี 1883 เป็นต้นมา T. Edison พยายามปรับปรุงหลอดไส้ด้วยการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของเขา เมื่อสูบอากาศออกจากกระบอกหลอดไฟแล้วเขาก็ใส่อิเล็กโทรดโลหะเข้าไป เอดิสันติดและเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์และแบตเตอรี่เข้ากับอิเล็กโทรดบัดกรีและไส้หลอดที่ได้รับความร้อนจากกระแสไฟฟ้า ทันทีที่มีการกระจายขั้ว ค่าลบของแบตเตอรี่จะย้ายไปที่เส้นใย บวกไปที่อิเล็กโทรด และเข็มกัลวาโนมิเตอร์จะเบี่ยงเบนไป เมื่อขั้วตรงข้ามหยุดจ่ายกระแสให้กับวงจร การทดลองนี้ซึ่งส่งผลให้เกิดการปล่อยความร้อน ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับหลอดสุญญากาศและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด
หลอดอิเล็กตรอนประกอบด้วยอิเล็กโทรดอย่างน้อยสองตัว - แอโนดและแคโทด หากหลอดไฟมีแคโทดที่ไม่ให้ความร้อนโดยตรง ถัดจากแคโทดจะมีไส้หลอดที่ให้ความร้อน เธอทำเช่นนี้เพื่อที่ว่าเมื่อได้รับความร้อน การแผ่รังสีจากแคโทดจะเพิ่มขึ้น เส้นกริดที่อยู่ระหว่างแอโนดและแคโทดจะเปลี่ยนการไหลของอิเล็กตรอนและกำจัดปรากฏการณ์ที่เป็นอันตรายที่เกิดขึ้นเมื่อการไหลของอิเล็กตรอนเคลื่อนจากอิเล็กโทรดที่มีประจุบวกไปยังอิเล็กโทรดลบ แก้วหลอดอิเล็กทรอนิกส์มีการเคลือบมันเงาซึ่งช่วยปกป้องอุปกรณ์จากก๊าซและอากาศส่วนเกิน

นอกจากไดโอดและไตรโอดแล้ว หลอดสุญญากาศยังรวมถึงเตโตรด เพนโทด เฮกโซด และเฮปโทด
ในปี 1905 เจ. เฟลมมิง นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษเริ่มพึ่งพาการทดลองของเอดิสัน และได้รับสิทธิบัตรสำหรับอุปกรณ์ที่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง กล่าวคือ หลอดสุญญากาศหลอดแรก เขาเป็นคนแรกที่ใช้ไดโอดเพื่อการใช้งานจริง ไดโอดทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบพลังงาน (เครื่องตรวจจับ) ในเครื่องรับวิทยุโทรเลข ในปีต่อมา วิศวกรชาวอเมริกัน แอล. ฟอเรสต์ ได้สร้างไตรโอดโดยการเพิ่มตารางควบคุมให้กับอิเล็กโทรดสองตัว โคมไฟที่สร้างโดยลี เดอ ฟอเรสต์ สามารถขยายการสั่นสะเทือนได้ด้วยตัวเอง ในปี 1913 เครื่องกำเนิดออสซิลเลเตอร์ตัวแรกถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไตรโอด ต้องขอบคุณ Triode ของ Forest อย่างมาก ทำให้ยุคคอมพิวเตอร์เริ่มต้นขึ้น ด้วยความช่วยเหลือของไตรโอด เขาสามารถขยายเสียงในห้องปฏิบัติการที่บ้านของเขาได้ และร่วมมืออย่างแข็งขันบนพื้นฐานนี้กับนักวิจัยชาวอเมริกันในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ ในตอนแรก ไตรโอดเป็นหลอดบรรจุก๊าซและมีตะแกรงแบน ต่อมาโคมไฟของฟอเรสต์กลายเป็นโคมไฟสุญญากาศ (ในปี พ.ศ. 2455) เขาได้จดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2450 และเรียกมันว่า "Audion" นักวิทยาศาสตร์ใช้ไตรโอดเป็นอุปกรณ์ประมวลผลข้อมูล วิศวกรชาวเยอรมันภายใต้การนำของ A. Meisner ซึ่งเป็นลูกศิษย์ของ Forest ได้สร้างกริดไตรโอดทรงกระบอกจากแผ่นอะลูมิเนียมที่มีรูพรุน

ในด้านวิศวกรรมวิทยุ Armstrong ถือเป็นผู้ประดิษฐ์ออสซิลเลเตอร์ในตัว เหนือสิ่งอื่นใด Forest ใช้ไตรโอดของเขาในเครื่องขยายเสียง เครื่องรับ และเครื่องส่ง กลายเป็นผู้บุกเบิกการสื่อสารทางวิทยุ หลังจากสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยเยลและปกป้องวิทยานิพนธ์ของเขา ฟอเรสต์ก็เริ่มนำทฤษฎีของเขาไปปฏิบัติอย่างจริงจัง ในปีพ.ศ. 2445 เขาได้ก่อตั้งบริษัท Forest Wireless Telegraphy Company ซึ่งภายในสองปีเป็นผู้ปรับปรุงการสื่อสารทางวิทยุหลักให้กับกองทัพเรืออเมริกัน ในปีพ.ศ. 2463 เขาเสนอให้บันทึกเสียงเพลงบนแผ่นฟิล์มโดยใช้วิธีออพติคัล ซึ่งมีส่วนช่วยอย่างมากต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมภาพยนตร์

ในรัสเซีย หลอดวิทยุหลอดแรกถูกสร้างขึ้นโดยวิศวกรชาวเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก N.D. Papaleksi ในปี 1914 ไม่มีการสูบน้ำที่สมบูรณ์แบบ ดังนั้น ท่อจึงเต็มไปด้วยก๊าซปรอท ขอบคุณผลงานของ M.A. Bonch-Bruevich ในปี 1913-1919 การนำหลอดสุญญากาศเข้าสู่เทคโนโลยีวิทยุถูกกระตุ้นโดยผลประโยชน์ทางทหารของการสื่อสารทางวิทยุ ในปี 1914 หลังจากการระบาดของสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง สถานีส่งสัญญาณประกายไฟอันทรงพลังได้ถูกสร้างขึ้นใน Tsarskoye Selo และบนสนาม Khodynskoe ใกล้กรุงมอสโก เพื่อสื่อสารกับพันธมิตรทางทหารและติดตามสถานีวิทยุของศัตรู กฎอัยการศึกบังคับให้ Bonch-Bruevich ผลิตหลอดสุญญากาศในรัสเซีย ในตเวียร์มีสถานีวิทยุพร้อมแอมป์หลอด โคมไฟที่ผลิตในฝรั่งเศสมีราคาประมาณ 200 รูเบิล ทองคำอย่างละอัน และเวลาทำงานไม่เกินสิบชั่วโมง เมื่อรวบรวมอุปกรณ์ที่จำเป็นในร้านขายยาและโรงงานแล้ว Bonch-Bruevich ก็เริ่มผลิตวิทยุและโคมไฟในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กซึ่งมีราคา 32 รูเบิล

จนกระทั่งช่วงทศวรรษที่ 1930 หลอดสุญญากาศถูกนำมาใช้เฉพาะในงานวิศวกรรมวิทยุเท่านั้น ในปี พ.ศ. 2474 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ
วี. วิลเลียมส์ ออกแบบเครื่องนับพัลส์ไฟฟ้าแบบไทราตรอน ตัวนับอิเล็กทรอนิกส์มีทริกเกอร์หลายตัว ทริกเกอร์นั้นถูกประดิษฐ์ขึ้นแบบขนานโดย M.A. Bonch-Bruevich ในปี 1918 และโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน F. Jordan และ W. Iccles ในปี 1919 ทริกเกอร์ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของรีเลย์อิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยโคมไฟสองดวงและอยู่ในหนึ่งในนั้น สองสถานะที่มั่นคง รีเลย์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น รีเลย์ไฟฟ้า สามารถเก็บเลขฐานสองได้หนึ่งหลัก

ในช่วงทศวรรษที่ 1940 คอมพิวเตอร์ที่พัฒนาบนพื้นฐานของหลอดสุญญากาศปรากฏขึ้น หลอดสุญญากาศเริ่มถูกนำมาใช้เป็นองค์ประกอบหลักของคอมพิวเตอร์ แม้จะมีลักษณะเชิงบวกหลายประการ แต่การใช้หลอดไฟก็นำมาซึ่งปัญหามากมาย ความสูงของโคมไฟแก้วคือ 7 ซม. เนื่องจากคอมพิวเตอร์มีขนาดใหญ่มาก

คอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งมีหลอดสุญญากาศ 15-20,000 หลอด ซึ่งแต่ละหลอดล้มเหลวหลังจากใช้งานไป 7-8 นาที สถานการณ์ที่มีปัญหาเกิดขึ้นในการค้นหาและเปลี่ยนหลอดไฟเก่าซึ่งใช้เวลานานมาก หลอดไฟจำนวนมากดังกล่าวทำให้เกิดความร้อน จึงต้องติดตั้งระบบระบายความร้อนสำหรับคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่อง คอมพิวเตอร์ไม่มีอุปกรณ์อินพุต ดังนั้นข้อมูลจึงถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำโดยการเชื่อมต่อปลั๊กเฉพาะเข้ากับซ็อกเก็ตเฉพาะ แต่ถึงกระนั้น หลอดสุญญากาศ แม้จะมีข้อบกพร่องมากมาย แต่ก็มีส่วนช่วยอันล้ำค่าในการพัฒนาวิศวกรรมวิทยุและอิเล็กทรอนิกส์ของโลก

ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อนและกระแสอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นผ่านสุญญากาศเป็นรากฐานของการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ จำนวนมาก ซึ่งพบว่ามีการใช้งานที่สำคัญอย่างยิ่งในด้านเทคโนโลยีและในชีวิตประจำวัน เราจะเน้นเฉพาะอุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดสองประเภทเท่านั้น ได้แก่ หลอดอิเล็กตรอน (หลอดวิทยุ) และหลอดรังสีแคโทด

โครงสร้างของหลอดอิเล็กตรอนที่ง่ายที่สุดแสดงไว้ในรูปที่ 1 176. ประกอบด้วยไส้หลอดทังสเตนร้อน 1 ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของอิเล็กตรอน (แคโทด) และกระบอกโลหะ 2 (ขั้วบวก) ที่ล้อมรอบแคโทด อิเล็กโทรดทั้งสองวางอยู่ในกระบอกแก้วหรือโลหะ 3 ซึ่งอากาศจะถูกสูบออกอย่างระมัดระวัง หลอดไฟสองขั้วดังกล่าวเรียกว่าไดโอดสุญญากาศ

ข้าว. 176. ก) หลอดไฟสองขั้ว (ไดโอด): 1 - แคโทด (ไส้หลอดร้อน), 2 - ขั้วบวก (ทรงกระบอก), 3 - กระบอกแก้ว b) ภาพปกติของไดโอด

หากเราเชื่อมต่อหลอดไฟนี้เข้ากับวงจรของแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายกระแสอื่น เพื่อให้ขั้วบวกของหลอดไฟเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งกำเนิด และขั้วแคโทดกับขั้วลบ (รูปที่ 177, a) และให้ความร้อนแก่แคโทดโดยใช้ แหล่งจ่ายเสริม (แบตเตอรี่หลอดไส้ Bn) จากนั้นอิเล็กตรอนที่ระเหยจากไส้หลอดจะบินไปที่ขั้วบวก และกระแสจะไหลผ่านวงจร หากเราเปลี่ยนสายไฟเพื่อให้ขั้วลบของแหล่งกำเนิดเชื่อมต่อกับขั้วบวกของหลอดไฟและบวกกับแคโทด (รูปที่ 177, b) จากนั้นอิเล็กตรอนที่ระเหยจากแคโทดจะถูกโยนกลับไปที่สนาม แคโทดและจะไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร ดังนั้นไดโอดจึงมีคุณสมบัติที่ยอมให้กระแสไหลผ่านในทิศทางเดียวและไม่ยอมให้กระแสไหลผ่านในทิศทางตรงกันข้าม อุปกรณ์ประเภทนี้ซึ่งยอมให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียวเรียกว่าวาล์วไฟฟ้า มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ไขกระแสสลับนั่นคือเพื่อแปลงเป็นกระแสตรง (§ 166) ไดโอดสุญญากาศที่ดัดแปลงเป็นพิเศษเพื่อจุดประสงค์นี้เรียกว่าคีโนตรอนในเทคโนโลยี

ข้าว. 177. ก) กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอดเมื่อต่อแอโนดเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่ Ba และต่อแคโทดเข้ากับขั้วลบ ข) ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอดเมื่อขั้วบวกของไดโอดต่อเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่ และขั้วแคโทดต่อเข้ากับขั้วบวก Bn - แบตเตอรี่ไส้หลอด

หลอดอิเล็กตรอนประเภทที่ซับซ้อนกว่าซึ่งพบการใช้งานอย่างกว้างขวางในด้านวิศวกรรมวิทยุ ระบบอัตโนมัติ และเทคโนโลยีสาขาอื่นๆ นอกเหนือจากแคโทดที่ให้ความร้อน (แหล่งกำเนิดของอิเล็กตรอน) และขั้วบวกที่รวบรวมอิเล็กตรอนเหล่านี้ อิเล็กโทรดเพิ่มเติมที่สามในรูปแบบของตารางที่วางอยู่ระหว่างแคโทดและแอโนด โดยปกติแล้วตาข่ายจะมีเซลล์ขนาดใหญ่มาก เช่นทำเป็นเกลียวหายาก (รูปที่ 178)

ข้าว. 178. ก) หลอดไฟสามขั้ว: 1 - แคโทด (ไส้หลอดร้อน), 2 - ขั้วบวก (ทรงกระบอก), 3 - กริด (เกลียวเบาบาง) b) ภาพปกติของไตรโอด

แนวคิดหลักที่ใช้โคมไฟดังกล่าวมีดังต่อไปนี้ เชื่อมต่อหลอดไฟเข้ากับวงจรแบตเตอรี่ Ba ดังแสดงในรูป 179 และเราจะให้ความร้อนแก่แคโทดโดยใช้แบตเตอรี่เสริม Bn (แบตเตอรี่แบบไส้) อุปกรณ์ตรวจวัดที่เชื่อมต่อกับวงจรจะแสดงว่ามีกระแสแอโนดไหลอยู่ในวงจร ตอนนี้ให้เราเชื่อมต่อ BS แบตเตอรี่อื่นเข้ากับแคโทดของหลอดไฟและกริดซึ่งแรงดันไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยพลการและด้วยความช่วยเหลือเราจะเปลี่ยนความต่างศักย์ระหว่างแคโทดและกริด เราจะเห็นว่าความแรงของกระแสแอโนดก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ดังนั้นเราจึงได้รับโอกาสในการควบคุมกระแสในวงจรแอโนดของหลอดไฟโดยการเปลี่ยนความต่างศักย์ระหว่างแคโทดและกริด นี่คือคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของหลอดสุญญากาศ

เส้นโค้งที่แสดงการพึ่งพากระแสแอโนดของหลอดไฟกับแรงดันไฟฟ้ากริดเรียกว่าลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟของหลอดไฟ ลักษณะทั่วไปของหลอดไฟสามขั้วจะแสดงในรูปที่ 1 180. ดังที่เห็นได้จากรูปนี้ เมื่อโครงข่ายมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกเมื่อเทียบกับแคโทด นั่นคือ เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าโครงข่ายที่เพิ่มขึ้นจะทำให้กระแสแอโนดเพิ่มขึ้น จนกระทั่งกระแสนี้ถึงความอิ่มตัว หากเราทำให้กริดเป็นลบโดยสัมพันธ์กับแคโทด ดังนั้น เมื่อค่าสัมบูรณ์ของแรงดันไฟฟ้าของกริดเพิ่มขึ้น กระแสแอโนดจะลดลงจนกว่าหลอดไฟจะถูกล็อค นั่นคือกระแสในแอโนดที่ศักย์ไฟฟ้าลบบนกริด วงจรไปที่ศูนย์

ข้าว. 180. ลักษณะแรงดันกระแสของหลอดสามขั้ว

ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจสาเหตุของปรากฏการณ์เหล่านี้ เมื่อกริดมีประจุบวกสัมพันธ์กับแคโทด มันจะดึงดูดอิเล็กตรอนจากเมฆประจุอวกาศใกล้กับแคโทด ในกรณีนี้ ส่วนสำคัญของอิเล็กตรอนจะบินระหว่างการหมุนของกริดและชนกับขั้วบวก ทำให้กระแสขั้วบวกเพิ่มขึ้น ดังนั้น โดยการส่งเสริมการสลายของประจุอวกาศ ตารางที่มีประจุบวกจะเพิ่มกระแสขั้วบวก ในทางตรงกันข้าม ตารางที่มีประจุลบจะลดกระแสแอโนดเนื่องจากจะปฏิเสธอิเล็กตรอนกลับ กล่าวคือ เพิ่มประจุในพื้นที่ใกล้กับแคโทด เนื่องจากกริดตั้งอยู่ใกล้กับแคโทดมากกว่าแอโนดมาก แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความต่างศักย์ระหว่างกริดกับแคโทดก็สะท้อนให้เห็นอย่างมากในประจุอวกาศ และส่งผลอย่างมากต่อความแรงของกระแสแอโนด ในหลอดสุญญากาศทั่วไป การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของกริด 1 V จะเปลี่ยนกระแสแอโนดหลายมิลลิแอมป์ เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระแสแบบเดียวกันโดยการเปลี่ยนแรงดันแอโนด แรงดันไฟฟ้านี้จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงมากขึ้น - หลายสิบโวลต์

การใช้งานที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของหลอดสุญญากาศคือการใช้เป็นเครื่องขยายกระแสและแรงดันไฟฟ้าต่ำ ให้เราอธิบายด้วยตัวอย่างง่ายๆ ว่าทำอย่างไร ลองจินตนาการว่าตัวต้านทานที่มีความต้านทานสูงมาก เช่น 1 MOhm เชื่อมต่อระหว่างกริดกับแคโทดของหลอดไฟ (รูปที่ 181) กระแสไฟฟ้าที่อ่อนมากที่ไหลผ่านความต้านทานนี้ เช่น 1 µA จะสร้างแรงดันไฟฟ้าข้ามความต้านทานนี้ตามกฎของโอห์ม ในตัวอย่างของเรา แรงดันไฟฟ้านี้คือ 1 V แต่ด้วยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของกริด กระแสแอโนดจะเปลี่ยนไป 2-3 mA ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของกระแสผ่านความต้านทานกริด 1 μA ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสแอโนดที่มากกว่าหลายพันเท่า ดังนั้นเราจึงขยายกระแสไฟฟ้าที่อ่อนมากดั้งเดิมหลายพันเท่า โดยส่งพลังงานที่จำเป็นผ่านแบตเตอรี่แอโนด

ข้าว. 181. แผนภาพวงจรสำหรับเชื่อมต่อหลอดสามขั้วเป็นเครื่องขยายกระแสและแรงดัน

หากเรารวมความต้านทาน "โหลด" ไว้ในวงจรแอโนดเช่น 10 kOhm การเปลี่ยนแปลงกระแสแอโนด 2-3 mA จะทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นทั่วความต้านทาน 20-30 V กล่าวอีกนัยหนึ่งการเปลี่ยนแปลงใน แรงดันไฟฟ้าของกริด 1 V จะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดและความต้านทาน "โหลด" 20-30 V ด้วยวิธีนี้เราจึงขยายแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่ต่ำมาก

หลอดไฟที่มีอิเล็กโทรดสามขั้ว - แคโทด แอโนด และกริด - คล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 1 178 เรียกว่า ไตรโอด ในเทคโนโลยีสมัยใหม่มีการใช้หลอดไฟที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งมีกริดสองหรือสามกริดขึ้นไป อุตสาหกรรมในปัจจุบันผลิตโคมไฟหลายสิบประเภทหลายขนาดเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ตั้งแต่โคมไฟที่เรียกว่า “นิ้ว” ที่มีความหนาเท่ากับนิ้วก้อยและยาวหลายเซนติเมตร ไปจนถึงโคมไฟที่สูงกว่าความสูงของมนุษย์ ในหลอดไฟขนาดเล็กที่ใช้ในวิทยุกระแสแอโนดจะเท่ากับหลายมิลลิแอมป์ในหลอดไฟทรงพลังถึงหลายสิบแอมแปร์

106.1. เหตุใดแคโทดของหลอดสุญญากาศจึงเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วหากท่อมีการอพยพไม่ดีและมีก๊าซในปริมาณเล็กน้อย

มีครั้งหนึ่งที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นโดยใช้หลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีรูปร่างหน้าตาคล้ายกับหลอดไฟขนาดเล็ก และทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียง ออสซิลเลเตอร์ และสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เพื่อทำหน้าที่เหล่านี้ทั้งหมด ทรานซิสเตอร์จะถูกนำมาใช้ซึ่งผลิตในระดับอุตสาหกรรมด้วยต้นทุนที่ต่ำมาก ขณะนี้ นักวิจัยจากศูนย์วิจัย NASA Ames ได้พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อผลิตหลอดสุญญากาศขนาดนาโนที่จะช่วยให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้รวดเร็วและเชื่อถือได้มากขึ้นในอนาคต

หลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่าหลอดสุญญากาศเนื่องจากเป็นภาชนะแก้วที่มีสุญญากาศอยู่ภายใน ภายในหลอดมีไส้หลอด แต่จะร้อนได้จนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าไส้หลอดของหลอดไฟทั่วไป นอกจากนี้ภายในหลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์ยังมีอิเล็กโทรดที่มีประจุบวกซึ่งเป็นกริดโลหะหนึ่งหรือหลายกริดด้วยความช่วยเหลือในการควบคุมสัญญาณไฟฟ้าที่ส่งผ่านหลอดไฟ

เส้นใยจะให้ความร้อนแก่อิเล็กโทรดหลอดไฟ ซึ่งจะสร้างกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนในพื้นที่โดยรอบ และยิ่งอุณหภูมิของอิเล็กโทรดสูงเท่าไร อิเล็กตรอนอิสระที่มีระยะห่างก็จะยิ่งเคลื่อนตัวออกไปได้มากขึ้นเท่านั้น เมื่อเมฆอิเล็กตรอนไปถึงอิเล็กโทรดที่มีประจุบวก กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านหลอดไฟได้ ขณะเดียวกันโดยการปรับขั้วและค่าศักย์ไฟฟ้าบนตาข่ายโลหะ จะทำให้การไหลของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นหรือหยุดลงโดยสิ้นเชิง ดังนั้นหลอดไฟจึงสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียงและสวิตช์สำหรับสัญญาณไฟฟ้าได้

หลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าจะไม่ค่อยได้ใช้ในปัจจุบันเพื่อสร้างระบบเสียงคุณภาพสูงเป็นหลัก แม้แต่ตัวอย่างที่ดีที่สุดของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามก็ไม่สามารถให้คุณภาพเสียงที่หลอดสุญญากาศให้ได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นด้วยเหตุผลหลักประการหนึ่ง: อิเล็กตรอนในสุญญากาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดโดยไม่พบความต้านทาน ซึ่งไม่สามารถทำได้เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านผลึกเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นของแข็ง

หลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์มีความน่าเชื่อถือในการทำงานมากกว่าทรานซิสเตอร์ ซึ่งอาจเสียหายได้ง่าย ตัวอย่างเช่น หากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของทรานซิสเตอร์ตกสู่อวกาศ ไม่ช้าก็เร็วทรานซิสเตอร์ก็จะล้มเหลว "ทอด" ด้วยรังสีคอสมิก หลอดอิเล็กทรอนิกส์แทบไม่ได้รับรังสีเลย

การสร้างหลอดสุญญากาศอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดไม่ใหญ่ไปกว่าทรานซิสเตอร์สมัยใหม่ถือเป็นความท้าทายอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตจำนวนมาก การสร้างห้องสุญญากาศขนาดเล็กแต่ละห้องเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและมีราคาแพง ซึ่งใช้เฉพาะในกรณีที่มีความจำเป็นเร่งด่วนเท่านั้น แต่นักวิทยาศาสตร์ของ NASA แก้ไขปัญหานี้ด้วยวิธีที่ค่อนข้างน่าสนใจ ปรากฎว่าเมื่อขนาดของท่ออิเล็กตรอนลดลงต่ำกว่าขีดจำกัดที่กำหนด การมีอยู่ของสุญญากาศก็จะหมดสภาพที่จำเป็น หลอดสุญญากาศระดับนาโนซึ่งมีเส้นใยและอิเล็กโทรดหนึ่งอัน วัดได้ 150 นาโนเมตร ช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดหลอดไฟมีขนาดเล็กมากจนการมีอากาศอยู่ในนั้นไม่รบกวนการทำงานของพวกมัน ความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนชนกับโมเลกุลอากาศมีแนวโน้มเป็นศูนย์

โดยปกติแล้วเป็นครั้งแรกที่หลอดนาโนอิเล็กทรอนิกส์ใหม่จะปรากฏในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของยานอวกาศและอุปกรณ์ต่างๆ ซึ่งความต้านทานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่อการแผ่รังสีมีความสำคัญอย่างยิ่ง นอกจากนี้ หลอดสุญญากาศยังสามารถทำงานที่ความถี่สูงกว่าความถี่ของทรานซิสเตอร์ซิลิคอนที่ดีที่สุดถึงสิบเท่า ซึ่งในอนาคตจะทำให้สามารถสร้างคอมพิวเตอร์ที่ใช้เครื่องเหล่านี้ได้เร็วกว่าที่เราใช้อยู่ในปัจจุบันมาก