لامپ خلأ

ساختار یک لامپ خلاء دوقطبی یا Diode - از راست به چپ:۱-حباب شیشه ای. ۲-استوانه آنُد که به قطب مثبت منبع متصل می‌شود. ۳-فیلامان برای گرم کردن کاتد که گاهی با کاتد یکی می‌شود و در برخی مواقع جدای از آن است.
نخستین لامپ های دوقطبی ساخته شده توسط فلمینگ. این لامپ ها در سال 1904 ساخته شده اند و در رادیوهای اولیه جهت آشکارسازی امواج دریافتی به کار می رفتند.
یک لامپ خلاء قدیمی ساخت شرکت اِن‌ای‌سی
نخستین لامپ خلاء ترایود که توسط لی دو فارست آمریکایی در سال ۱۹۰۶ اختراع شد. صفحه ای که طبق تصویر در بالا قرار گرفته، آند می‌باشد. سیمی که بخشی از آن به صورت زیگزاگ درآمده و در زیر آند دیده می‌شود، شبکه فرمان است. فیلامان به صورت ۴رشته در زیر شبکه دیده می‌شود. 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.
سیر تکامل لامپ خلاء در طی ۴۰ سال از سال ۱۹۱۸ تا دهه ۱۹۶۰ میلادی که در طی آن از ابعاد و انرژی مصرفی لامپ‌ها کاسته شده‌است.
یک لامپ خلاء بسیار کوچکتر از بقیه لامپ‌های خلأ که به‌طور معمول در دستگاه‌های لامپی قابل حمل مانند بیسیم‌های لامپی نظامی به کار برده می‌شدند. این لامپ خلأ به گروه لامپ‌های Sub Minature تعلق دارد و شماره آن CV4501 است. این لامپ از نوع پنتود یا پنج قطبی می‌باشد. به علاوه انرژی مصرفی این لامپ‌ها پایین‌تر از لامپ‌های نوع دیگر است.
این لامپ خلأ به شماره6DS4 از کوچک ترین لامپ های خلاء که توسط شرکت RCA در دهه ۱۹۶۰ میلادی ساخته و ارائه شده است. این لامپ به صورت یک لامپ ترایود یا سه قطبی بوده و از لحاظ اندازه با ترانزیستورها قابل مقایسه می باشد. این لامپ نیز در گروه لامپ‌های Sub Minature قرار می گیرد. واژه Nuvistor که در تصویر بر روی بدنه این لامپ دیده می شود مشخص کننده نوع پایه آن است.
انواع لامپ‌های خلاء که در اواخر دوره استفاده از لامپ خلأ ساخته شدند، دارای ابعاد کوچکتر بوده و تحت عنوان لامپ‌های مینیاتوری شناخته و طبقه‌بندی می‌شدند. 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. بیشتر این لامپ‌ها در دهه ۵۰ میلادی ساخته شده‌اند. 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.
نماد لامپ دایود در نقشه‌های فنی یا Diode از بالا به پایین:۱-آند. ۲-کاتد. ۳-فیلامان یا رشته گرم‌کننده.
خازن لامپ خلاء این یک خازن می باشد که عایق آن در واقع خلاءاست. 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. این خازن 200 گرمی حدود 16.5 سانتی متر طول و 6 سانتی متر قطر دارد.
برشی از یک لامپ ترایود یا سه قطبی به ترتیب از بالا به پایین نوشته‌های روی شکل: ۱-حباب شیشه‌ای لامپ. '۲-استوانه آنُد که به قطب مثبت منبع متصل می‌شود. '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. کاتد باید به قطب منفی منبع وصل شود. ۵-فیلامان برای گرم کردن کاتد که در اینجا جدای از کاتد است.
نماد یک لامپ خلاء تریود در نقشه‌های الکترونیکی شرح نماد از بالا به پایین ۱-آند. ۲-شبکه فرمان. ۳-کاتد. بخش کمانی شکل که در زیر کاتد ترسیم شده، فیلامان یا گرم‌کننده کاتد است.
لامپ خلأ (به انگلیسی: Vacuum tube, or Valve) 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.
به زبان ساده، لامپ خلأ افزاره‌ای است که می‌تواند جریان الکتریکی را تقویت، قطع و وصل یا یکسوسازی (Rectification) 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. وظیفه لامپ خلأ، کنترل جریان میان آند و کاتد به کمک الکترودهای دیگر است.
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. به این پدیده، انتشار گرما-یونی (Thermoionic) می‌گویند؛ یعنی، آزاد شدن الکترون‌های یک ماده با افزایش دمای آن. 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.