वैक्यूम ट्यूब क्या है और यह कैसे काम करता है

आपको अतीत के अवशेष के रूप में अच्छी पुरानी ट्यूब को खारिज करने का प्रलोभन दिया जा सकता है - आखिरकार, एक शानदार प्रकाश बल्ब में धातु के कुछ टुकड़े आज के ट्रांजिस्टर और एकीकृत सर्किट तक कैसे पकड़ सकते हैं? यद्यपि उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के स्टोरफ्रंट में नलियों ने अपना स्थान खो दिया है, लेकिन वे अभी भी नगण्य उपयोग में हैं, जहां बहुत अधिक (गीगाहर्ट्ज रेंज) आवृत्तियों पर बहुत अधिक बिजली की आवश्यकता होती है, जैसे कि रेडियो और टेलीविजन प्रसारण, औद्योगिक हीटिंग, माइक्रोवेव ओवन, उपग्रह। संचार, कण त्वरक, रडार, विद्युत चुम्बकीय हथियार और कुछ अनुप्रयोगों में कम बिजली के स्तर और आवृत्तियों की आवश्यकता होती है, जैसे विकिरण मीटर, एक्स-रे मशीन और ऑडियोफाइल एम्पलीफायरों।

20 साल पहले ज्यादातर डिस्प्ले में वैक्यूम पिक्चर ट्यूब का इस्तेमाल होता था । क्या आप जानते हैं कि आपके घर के आसपास भी कुछ नलियां हो सकती हैं? अपने माइक्रोवेव ओवन के दिल में, या बल्कि एक सॉकेट, एक मैग्नेट्रॉन ट्यूब में बैठता है। इसका काम उच्च शक्ति और उच्च-आवृत्ति आरएफ संकेतों को उत्पन्न करना है जो कि आप जो कुछ भी ओवन में डालते हैं उसे गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है। ट्यूब के अंदर एक अलग घरेलू उपकरण पुराने CRT TV है जो अब नए फ्लैट स्क्रीन टीवी के साथ बदलने के बाद अटारी में एक कार्डबोर्ड बॉक्स में बैठता है। सीआरटी के लिए "कैथोड रे ट्यूब" खड़ा है- उन ट्यूबों का उपयोग प्राप्त वीडियो सिग्नल को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है। एलसीडी के या एलईडी डिस्प्ले की तुलना में वे काफी भारी, बड़े और अक्षम हैं, लेकिन अन्य प्रौद्योगिकियों के चित्र में आने से पहले उन्हें काम मिल गया। उनके बारे में सीखना एक अच्छा विचार है क्योंकि आधुनिक दुनिया के बहुत से लोग अभी भी उन पर निर्भर हैं, अधिकांश टीवी ट्रांसमीटर अपने बिजली उत्पादन उपकरण के रूप में वैक्यूम ट्यूबों का उपयोग करते हैं, क्योंकि वे ट्रांजिस्टर की तुलना में उच्च आवृत्तियों पर अधिक कुशल हैं। मैग्नेट्रॉन वैक्यूम ट्यूब के बिना सस्ते माइक्रोवेव ओवन मौजूद नहीं होंगे, क्योंकि अर्धचालक विकल्प केवल हाल ही में आविष्कार किए गए थे और महंगे थे। बहुत सारे सर्किट जैसे कि थरथरानवाला, एम्पलीफायरों, मिक्सर आदि को ट्यूबों के साथ समझाना आसान है और देखें कि वे कैसे काम करते हैं, क्योंकि क्लासिक ट्यूब, विशेष रूप से ट्रायोड,कुछ घटकों के साथ पूर्वाग्रह करना बेहद आसान है और उनके प्रवर्धन कारक, पूर्वाग्रह आदि की गणना करना।

वैक्यूम ट्यूब कैसे काम करते हैं?

नियमित वैक्यूम ट्यूब एक घटना पर आधारित काम करती है जिसे थर्मिओनिक उत्सर्जन कहा जाता है, जिसे एडिसन प्रभाव भी कहा जाता है। कल्पना करें कि यह एक गर्म गर्मी का दिन है, आप एक भरी हुई कमरे में लाइन में इंतजार कर रहे हैं, जिसकी लंबाई के साथ एक हीटर के साथ एक दीवार है, कुछ अन्य लोग भी लाइन में इंतजार कर रहे हैं और कोई गर्म हो जाता है, लोग दूर जाने लगते हैं हीटर - तब कोई व्यक्ति खिड़की खोलता है और ठंडी हवा अंदर आने देता है, जिससे सभी लोग उसमें चले जाते हैं। जब वैक्यूम ट्यूब में थर्मियोनिक उत्सर्जन होता है, तो हीटर के साथ दीवार कैथोड होती है, जिसे एक रेशा द्वारा गर्म किया जाता है, लोग इलेक्ट्रॉन होते हैं और खिड़की एनोड होती है। अधिकांश वैक्यूम ट्यूबों में बेलनाकार कैथोड को एक फिलामेंट (एक प्रकाश बल्ब में एक से बहुत अलग नहीं) द्वारा गरम किया जाता है, जिससे कैथोड नकारात्मक इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है जो एक सकारात्मक चार्ज एनोड द्वारा आकर्षित होते हैं, जिससे एक विद्युत प्रवाह एनोड में प्रवाहित होता है और कैथोड से बाहर (याद रखें,वर्तमान इलेक्ट्रॉनों की तुलना में विपरीत दिशा में जाता है)।

नीचे हम वैक्यूम ट्यूब के विकास की व्याख्या कर रहे हैं: डायोड, ट्रायोड, टेट्रोड और पेंटोड के साथ-साथ कुछ विशेष प्रकार के वेक्युम ट्यूब जैसे मैग्नेट्रोन, सीआरटी, एक्स-रे ट्यूब आदि।

शुरुआत में डायोड थे

इसका उपयोग सबसे सरल वैक्यूम ट्यूब में किया जाता है- डायोड, फिलामेंट, कैथोड और एनोड से मिलकर। विद्युत प्रवाह बीच में फिलामेंट के माध्यम से बहता है, जिससे यह गर्म हो जाता है, एक प्रकाश बल्ब के समान चमक और उत्सर्जक थर्मल विकिरण। गर्म फिलामेंट आसपास के बेलनाकार कैथोड को गर्म करता है, जिससे इलेक्ट्रॉन को काम की क्रिया को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा मिलती है, जिससे इलेक्ट्रॉनों के एक बादल को स्पेस चार्ज क्षेत्र कहा जाता है, जो गर्म कैथोड के चारों ओर बनता है। सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया एनोड स्पेस चार्ज क्षेत्र से इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है जिससे ट्यूब में विद्युत प्रवाह का प्रवाह होता है, लेकिन एनोड नकारात्मक होने पर क्या होगा? जैसा कि आप अपने उच्च विद्यालय के भौतिकी पाठों से जानते हैं जैसे कि चार्ज रीपेल - ऋणात्मक एनोड इलेक्ट्रॉनों को रीप्लेस करता है और कोई करंट प्रवाह नहीं करता है, यह सब एक निर्वात में हो रहा है, क्योंकि वायु इलेक्ट्रॉन प्रवाह को बाधित करती है। एसी को ठीक करने के लिए डायोड का उपयोग किया जाता है।

अच्छा पुराने ट्रायड जैसा कुछ नहीं!

1906 में ली डे फॉरेस्ट नामक एक अमेरिकी इंजीनियर ने पता लगाया कि एनोड के बीच एक ग्रिड, एक नियंत्रण ग्रिड कहा जाता है, और कैथोड को नियंत्रित करने के लिए एनोड चालू करने की अनुमति देता है। ट्रायोड का निर्माण डायोड के समान है, जिसमें ग्रिड को बहुत बढ़िया मोबिलडेनियम तार से बनाया जाता है। नियंत्रण को वोल्टेज के साथ ग्रिड को बायपास करके प्राप्त किया जाता है - वोल्टेज आमतौर पर कैथोड के संबंध में नकारात्मक होता है। जितना अधिक वोल्टेज ऋणात्मक है, उतना ही कम वर्तमान। जब ग्रिड ऋणात्मक होता है, तो यह इलेक्ट्रॉनों को पीछे हटा देता है, एनोड करंट को कम करता है, यदि यह पॉजिटिव एनोड करंट प्रवाहित होता है, तो ग्रिड की लागत से छोटे एनोड बनते हैं, जिससे ग्रिड करंट बनता है जो ट्यूब को नुकसान पहुंचा सकता है।

ट्रायोड और अन्य "ग्रिडिड" ट्यूब आमतौर पर ग्रिड और जमीन के बीच एक उच्च मूल्य रोकनेवाला और कैथोड और जमीन के बीच एक कम मूल्य रोकनेवाला को जोड़कर पक्षपाती होते हैं। ट्यूब के माध्यम से बहने वाला प्रवाह कैथोड अवरोधक पर एक वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनता है, जिससे जमीन के संबंध में कैथोड वोल्टेज बढ़ जाता है। कैथोड के संबंध में ग्रिड नकारात्मक है, क्योंकि कैथोड उस जमीन की तुलना में अधिक क्षमता पर है जहां से ग्रिड जुड़ा है।

ट्रायड्स और अन्य नियमित ट्यूबों का उपयोग स्विच, एम्पलीफायरों, एक मिक्सर के रूप में किया जा सकता है और इसमें से चुनने के लिए बहुत सारे अन्य उपयोग हैं। यह ग्रिड में सिग्नल को लागू करके सिग्नलों को बढ़ा सकता है और इसे एनोड करंट को चालू कर सकता है, अगर एनोड और पावर सप्लाई के बीच एक रेसिस्टर को जोड़ा जाता है तो एनोड वोल्टेज से एनोड वोल्टेज और ट्यूब एक्ट के जरिए एम्प्लीफाइड सिग्नल को बाहर निकाला जा सकता है। वोल्टेज डिवाइडर के समान, ट्रायोड भाग के साथ इनपुट सिग्नल के वोल्टेज के अनुसार इसके प्रतिरोध को बदलता है।

बचाव के लिए Tetrodes!

प्रारंभिक ट्रायोड कम लाभ और उच्च परजीवी क्षमताओं से पीड़ित था। 1920 के दशक में यह पाया गया कि पहले और एनोड के बीच एक दूसरी (स्क्रीन) ग्रिड लगाने से लाभ और परजीवी क्षमताओं में वृद्धि हुई, नई ट्यूब को टेट्रोड नाम दिया गया, जिसका अर्थ ग्रीक फोर (टेट्रा) तरीके (ओड, प्रत्यय) में था। । नया टेट्रोड सही नहीं था, यह द्वितीयक उत्सर्जन के कारण नकारात्मक प्रतिरोध से ग्रस्त था जो परजीवी दोलनों का कारण बन सकता था। द्वितीयक वोल्टेज तब उत्पन्न हुआ जब दूसरा ग्रिड वोल्टेज एनोड वोल्टेज से अधिक था, जिससे इलेक्ट्रॉनों के साथ एनोड करंट में गिरावट आई और एनोड से टकराकर अन्य इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाला और इलेक्ट्रॉनों को सकारात्मक स्क्रीन ग्रिड द्वारा आकर्षित किया गया, जिससे एक अतिरिक्त संभवतः हानिकारक वृद्धि हुई। ग्रिड करंट।

Pentodes - अंतिम सीमा?

द्वितीयक उत्सर्जन को कम करने के तरीकों पर शोध 1926 में डच इंजीनियरों बर्नहार्ड डीएच टेललगेन और गाइल्स होल्स्ट द्वारा पेंटोड के आविष्कार के परिणामस्वरूप हुआ। यह पाया गया कि स्क्रीन ग्रिड और एनोड के बीच एक तीसरा ग्रिड, जिसे दमन ग्रिड कहा जाता है, को जोड़ना, इलेक्ट्रॉन को खदेड़ने से द्वितीयक उत्सर्जन के प्रभावों को दूर करता है, जो एनोड से एनोड से बाहर खटखटाता है क्योंकि यह या तो जमीन से जुड़ा होता है या कैथोड। आज पेन्टोड्स का उपयोग 50MHz से नीचे के ट्रांसमीटरों में किया जाता है, क्योंकि ट्रांसमीटरों में टेट्रोड 500MHz तक अच्छा काम करते हैं और गीगाएर्ट्ज़ रेंज तक ट्रायोड करते हैं, ऑडिओफाइल उपयोग का उल्लेख नहीं करते हैं।

विभिन्न प्रकार के वैक्यूम ट्यूब

इन "नियमित" ट्यूबों के अलावा विभिन्न उपयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए विशेष औद्योगिक और वाणिज्यिक ट्यूबों का एक बहुत कुछ है।

मैग्नेट्रान

मैग्नेट्रान डायोड के समान है, लेकिन ट्यूब के एनोड और पूरे दो शक्तिशाली चुंबक के बीच स्थित ट्यूब में आकार का गुंजयमान cavities के साथ। जब वोल्टेज लगाया जाता है, तो ट्यूब दोलन शुरू करता है, एनोड पर गुहाओं को पारित करने वाले इलेक्ट्रॉनों, सीटी के समान प्रक्रिया में, रेडियो आवृत्ति संकेतों की पीढ़ी का कारण बनता है।

एक्स-रे ट्यूब

एक्स-रे ट्यूब का उपयोग चिकित्सा या अनुसंधान उद्देश्यों के लिए एक्स-रे उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। जब वैक्यूम ट्यूब डायोड एक्स-किरणों के लिए एक उच्च पर्याप्त वोल्टेज लागू किया जाता है, तो वोल्टेज जितना अधिक होता है, उतनी ही कम तरंग दैर्ध्य होती है। एनोड के हीटिंग से निपटने के लिए, इलेक्ट्रॉनों द्वारा इसे मारने के कारण, डिस्क के आकार का एनोड घूमता है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों ने अपने रोटेशन के दौरान एनोड के विभिन्न हिस्सों को हिट किया, जिससे शीतलन में सुधार हुआ।

CRT या कैथोड-रे ट्यूब

CRT या "कैथोड-रे ट्यूब" दिन में मुख्य प्रदर्शन तकनीक थी। एक मोनोक्रोमैटिक सीआरटी में एक गर्म कैथोड या एक रेशा जो कैथोड के रूप में कार्य करता है, इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है। वेहेल्ट सिलेंडर में छोटे छेद से गुजरने वाले एनोड के अपने रास्ते पर, सिलेंडर ट्यूब के लिए एक नियंत्रण ग्रिड के रूप में कार्य करता है और इलेक्ट्रॉनों को एक तंग बीम में ध्यान केंद्रित करने में मदद करता है। बाद में वे कई उच्च वोल्टेज एनोड द्वारा आकर्षित और केंद्रित होते हैं। ट्यूब के इस भाग (कैथोड, वीहेल्ट सिलेंडर और एनोड्स) को इलेक्ट्रॉन बंदूक कहा जाता है। एनोड्स पास करने के बाद वे विक्षेपण प्लेटों को पास करते हैं और ट्यूब के फ्लोरोसेंट सामने को प्रभावित करते हैं, जिससे एक उज्ज्वल स्थान दिखाई देता है जहां बीम हिट होता है। विक्षेपण प्लेटों का उपयोग स्क्रीन पर बीम को आकर्षित करने के लिए किया जाता है ताकि उनकी दिशा में इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित और दोहरा सकें, उनमें से दो जोड़े हैं, एक एक्स-अक्ष के लिए और एक वाई-अक्ष के लिए।

ऑसिलोस्कोप के लिए बनाया गया एक छोटा सीआरटी, आप स्पष्ट रूप से देख सकते हैं (बाएं से) वेहेल्ट सिलेंडर, परिपत्र एनोड और विक्षेपण प्लेट्स अक्षर Y के आकार में।

ट्रैवलिंग-वेव ट्यूब

ट्रैवलिंग-वेव ट्यूब का उपयोग बोर्ड संचार उपग्रहों और अन्य अंतरिक्ष यान पर आरएफ पावर एम्पलीफायरों के रूप में उनके छोटे आकार, कम वजन और उच्च आवृत्तियों पर दक्षता के कारण किया जाता है। सीआरटी की तरह ही इसमें पीछे की तरफ एक इलेक्ट्रॉन बंदूक होती है। एक "हेलिक्स" नामक कुंडल इलेक्ट्रॉन बीम के चारों ओर घाव है, ट्यूब का इनपुट इलेक्ट्रॉन बंदूक के करीब हेलिक्स के अंत से जुड़ा हुआ है और आउटपुट दूसरे छोर से लिया गया है। हेलिक्स के माध्यम से बहने वाली रेडियो तरंग इलेक्ट्रॉन बीम के साथ परस्पर क्रिया करती है, अलग-अलग बिंदुओं में इसे धीमा और तेज करती है, जिससे प्रवर्धन होता है। हेलिक्स बीम फोकसिंग मैग्नेट और बीच में एक एटेन्यूएटर से घिरा हुआ है, इसका उद्देश्य प्रवर्धित सिग्नल को इनपुट पर वापस जाने और परजीवी दोलनों को रोकने के लिए है। ट्यूब के अंत में एक कलेक्टर स्थित है,यह एक ट्रायोड या पैंटोड के एनोड की तुलना में किया जा रहा है लेकिन इससे कोई आउटपुट नहीं लिया जाता है, स्थित है। इलेक्ट्रॉन बीम कलेक्टर को प्रभावित करता है, यह ट्यूब के अंदर की कहानी को समाप्त करता है।

गीजर-मुलर ट्यूब

Geiger-Müller ट्यूबों का उपयोग विकिरण मीटर में किया जाता है, इनमें एक छोर पर एक छेद के साथ एक धातु सिलेंडर (कैथोड) और एक विशेष गैस से भरे कांच के लिफाफे के अंदर मध्य (एनोड) में एक तांबे के तार होते हैं। जब भी कोई कण छिद्र से होकर गुजरता है और ट्यूब आयोनाइजेस में गैस के एक संक्षिप्त क्षण के लिए कैथोड की दीवार को प्रभावित करता है, जिससे करंट प्रवाहित होता है। इस आवेग को मीटर के स्पीकर पर एक विशेषता क्लिक के रूप में सुना जा सकता है!