موضوع مقاله: لامپ خلأ | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # لامپ خلأ | مقدمه: ۳-فیلامان برای گرم کردن کاتد که گاهی با کاتد یکی می‌شود و در برخی مواقع جدای از آن است. | ## بخش 1: لامپ خلأ | این لامپ ها در سال 1904 ساخته شده اند و در رادیوهای اولیه جهت آشکارسازی امواج دریافتی به کار می رفتند. سیمی که بخشی از آن به صورت زیگزاگ درآمده و در زیر آند دیده می‌شود، شبکه فرمان است. در واقع این لامپ دارای دو فیلامان می‌باشد که یکی از آنها به صورت یدک بوده و در صورت سوختن فیلامان این یکی را می‌توان جایگزین نمود. فیلامان به بخش سرپیچ مانند اتصال داشته و آند و شبکه به دو سیمی که از سمت راست بیرون آمده وصل می‌باشند. این لامپ به صورت یک لامپ ترایود یا سه قطبی بوده و از لحاظ اندازه با ترانزیستورها قابل مقایسه می باشد. حتی برخی از آنها مانند لامپی که در سمت چپ تصویر نشان داده شده دارای پایه‌های مشابه ترانزیستور بوده و به صورت لحیم کاری به مدار متصل می‌شدند. پولک دیده شده بر روی حباب برخی از آنها به آند لامپ متصل بوده و به دلیل بالا بودن ولتاژ بین آند و کاتد در این لامپ‌ها و برای جلوگیری از جرقه الکتریکی بین پایه آند و بقیه پایه به این صورت از بقیه پایه‌ها در زیر لامپ جدا شده‌است. ظرفیت آن 12 پیکوفاراد بوده ولی چون عایق آن خلأ می باشد، ولتاژ کارش تا 20 کیلوولت یابیست هزار ولت است.حباب شیشه ای آن از نوع اورانیومی سبز کم رنگ و پایه ها توسط آن آب بندی شده است. '۳-شبکه فرمان که به صورت یک سیم پیچ بین استوانه کاتد و استوانه آند قرارگرفته و میزان الکترون‌ها و به پیروی از آن جریان آند را کنترل می‌کند.۴-استوانه کاتد که فیلامان را دربرگرفته و گرمای آن را دریافت می‌کند. لامپ خلأ افزاره‌ای الکترونیکی است که وقتی به الکترودهای آن ولتاژی اِعمال می‌شود، می‌تواند حرکت الکترون‌ها را در محیطی نزدیک به خلأ (درون محفظه شیشه‌ای خود) کنترل کند. ایرادهای لامپ‌های خلأ، حجم بزرگ، عدم قابلیت اطمینان و گرمای شدیدی و اتلاف انرژی که رشتهٔ گرم شونده در مقایسه با افزاره‌های نیمه هادی مانند ترانزیستور داخل آن ایجاد می‌کند. از نظر ساختار می‌توان گفت که لامپ خلأ وسیله‌ای است دارای چند الکترود که مهمترین آنها کاتد و آند می‌باشند که درون یک محفظه شیشه ای خالی از هوا قرار داده شده‌اند. عملکرد لامپ خلأ بر اساس انتشار الکترون‌ها از کاتُد (Cathode) لامپ است که به اکسید فلزات قلیایی خاکی مانند باریم و استرنسیم آغشته شده؛ به طوری که با رسیدن دمای کاتد و داغ شدن آن توسط رشتهٔ (فیلامان Filament) داغ‌شونده، کاتد شروع به انتشار الکترون از سطح خود می‌نماید. | ## بخش 2: لامپ خلأ | این موضوع به ویژه در مورد فلزات صدق نموده و با توجه به آنکه آنها به صورت ذاتی الکترون‌های آزاد دارند، گرما باعث افزایش انرژی جنبشی الکترون‌ها شده و در نهایت، این انرژی می‌تواند الکترون‌ها را از فلز به بیرون پرتاب نماید. کمترین میزان انرژی لازم برای انجام این فرایند در فلزات مختلف با هم تفاوت داشته و تحت عنوان تابع کار یا Work Function تعریف می‌شود و واحد آن به‌طور معمول بر حسب الکترون ولت بیان می‌شود. کمترین تابع کار در میان گروه عناصر فلزی مربوط به فلزات گروه قلیایی خاکی و به ویژه، باریم و استرنسیم است. اثر انتشار گرما یونی (ترمو-یونی) نخستین بار توسط فیزیکدان فرانسوی ادموند بکرل در سال ۱۸۵۳ گزارش داده شده و در سال ۱۸۷۳میلادی توسط یک فیزیکدان بریتانیایی به نام فردریک گوتری Frederick Guthrie کشف مجدد می‌گردد. یادآوری می‌شود که وجود خلاء در اینجا به همین دلیل است که مانعی در برابر الکترون‌های منتشر شده وجود نداشته باشد. زیرا الکترون‌های بیرون آمده از سطح کاتد در برخورد با مولکول‌های هوا انرژی خود را از دست داده و متوقف خواهند شد. لامپ‌های خلأ در پیدایش فناوری الکترونیک که باعث رواج رادیو، تلویزیون، رادار، دستگاه‌های تقویت صوت، شبکه‌های بزرگ تلفنی، گونه‌های نوین رایانه‌های رقمی و پردازنده‌های صنعتی شد، نقش مهمّی داشتند. امروزه در بسیاری از کاربردها، عنصرهای حالت جامد، مانند ترانزیستورها و دیگر عنصرهای نیمه‌رسانا، جایگزین لامپ‌های خلأ شده‌اند. هنوز هم طرفداران دستگاه‌های صوتی که با لامپ‌های خلأ کار می‌کنند در جهان کم نیستند و به همین دلیل کارخانجاتی در چین به ساخت لامپ‌های خلأ و تقویت‌کننده‌هایی که با آن کار می‌کنند، مشغول هستند. دایود Diode یا لامپ دو قطبی ساده‌ترین نوع لامپ‌های الکترونی یا خلأ، لامپ دایود یا دو قطبی می‌باشد. این لامپ در سال ۱۹۰۴ توسط جان آمبروز فلمینگ که فیزیکدان و مهندس برق اهل انگلستان بود، اختراع گردید. عملکرد ایجاد جریان ناشی از پدیده انتشار ترمویونی در لامپ دایود خلاء به خوبی پدیدار می‌باشد. در دایود الکترون‌های آزاد شده از کاتد در صورت قرار دادن یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین کاتد و آند به طوری که آند نسبت به کاتد مثبت تر شود، به سوی آند شتاب گرفته و و جذب آن خواهند شد به صورتی که یک جریان الکتریکی از این روند به دست می‌آید. | ## بخش 3: لامپ خلأ | این جریان در صورت معکوس شدن اختلاف پتانسیل (منفی تر شدن آند نسبت به کاتد) قطع می‌گردد. از آنجایی که عملکرد لامپ دو قطبی همچون شیر یکطرفه می باشد، به دایود لامپ خلأ در زبان انگلیسی Valve به معنی شیر هم گفته می شود. دایود لامپ خلأ در اوایل قرن بیستم نسبت به دایودهای نیمه هادی آن زمان از مزیت هایی برخوردار بود که از جمله آنها مصون بودنشان نسبت به ارتعاش های مکانیکی را می توان یادآور شد. تِرایود Triode یا لامپ سه قطبی تِرایود نوعی لامپ خلأ است که یک اتّصال الکتریکی به صورت یک شبکهٔ فلزیِ استوانه‌ای (Grid) از جنس آلیاژ نیکل و کرم، میان کاتد و آند آن قرار گرفته که سیگنال الکتریکی (مانند خروجی یک آنتن رادیویی یا سیگنال الکتریکی یک میکروفون) به آن وارد می‌شود. اگر ولتاژ سیگنال اعمال شده به شبکه، نسبت به کاتد منفی تر شود، از جریان آند می‌کاهد و هر قدر ولتاژ سیگنالی که به شبکه اعمال می‌شود نسبت به کاتد کمتر منفی شود، جریان الکتریکی آند را می‌افزاید و بدین‌صورت، جریان الکتریکی واپایش یا تقویت یا حتّی قطع و وصل می‌شود. ترایود در سال ۱۹۰۶ میلادی توسط لی دفارست Lee De Forest اختراع شد و نخستین قطعه‌ای است که به عنوان تقویت‌کننده در مدارهای گیرنده‌های رادیویی و تلویزیونی و همچنین فرستنده‌های رادیویی، کاربرد بسیار وسیعی داشته ولی با گذشت زمان، ترانزیستور جایگزینِ آن شده‌است. ترایود و ترانزیستور معادل یکدیگر بوده و هر دو در مدارهای الکترونیکی صرف‌نظر از مکانیسم عمل، وظایف مشابهی را انجام می‌دهند. به‌طوری‌که در سال‌های نخستین اختراع ترانزیستور آن را ترایود نیمه‌هادی هم می‌نامیدند. وجود شبکه پرده به جلوگیری از ایجاد نوسانات خود به خودی ناشی از ظرفیت خازنی میان شبکه فرمان و آند، بسیار مؤثر بوده و به همین دلیل لامپ تترود در مدار تقویت کننده‌ها از پایداری بالاتری نسبت به تریودها برخوردار بوده و کمتر دچار نوسان‌های خود به خود می‌گردد. یادآوری می‌شود که نوسان‌های خود به خودی در تقویت کننده‌های صوتی موجب ایجاد صدای سوت بر روی تقویت کننده شده و منجر به مخدوش شدن علائم اصلی می‌گردد. لامپ پنتود Pentode یا پنج قطبی این نوع لامپ خلأ در سال ۱۹۲۶ میلادی توسط ژیلز هولست فیزیکدان هلندی و برنارد تلگن مهندس هلندی اختراع شده‌است. پنتود در تقویت کننده‌های لامپی بسیار کاربرد داشته‌است و دارای مزایای تترود و تریود با هم بوده‌است. یادآوری می‌شود که لامپ‌های به کار رفته در تولید اشعه X نیز که در تصویربرداری در رادیولوژی به کار رفته در گروه لامپ‌های خلأ جای می‌گیرد. | ## جمع‌بندی | یادآوری می‌شود که لامپ مگنترون علاوه بر رادار در اجاق‌های مایکروویو (مایکروفرها) به کار برده می‌شود؛ لذا لامپ خلأ هنوز هم در قرن بیست و یکم به صورت عمومی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.