لامپ خلاء چیست؟ ساختار، کاربرد و معایب

لامپ خلاء چیست؟

لامپ خلاء نوعی وسیله الکترونیکی است که قادر است حرکت الکترون ها را در محفظه (شیشه ای) نزدیک به خلاء خود، با وارد شدن ولتاژ به الکترون های خود کنترل کند.

به بیان ساده تر، قطعه الکتریکی است که توانایی قطع، وصل، تقویت و تضعیف جریان الکتریکی را دارد. و در واقع نوعی کنترل کننده است.

لامپ خلاء چگونه کار می کند؟

بر اساس انتشار الکترون ها از کاتُد لامپ که به ماده خاصی آغشته شده اند کار می کند. به این صورت که با گرم شدن این ماده توسط یک رشتۀ سیم فلامنت داغ شونده، اجازه انتشار الکترون ها را می دهد (پدیده انتشار گرما-یونی، به معنی آزاد شدن الکترون‌های یک ماده با افزایش دما).

فلزات به صورت ذاتی دارای الکترون های آزاد هستند که با افزایش دما، انرژی جنبشی الکترون‌ها افزایش یافته و در نتیجه، این انرژی جنبشی الکترون ها را به بیرون فلز پرتاب می کند. میزان انرژی که برای این اتفاق در فلزات لازم است متفاوت بوده و کمترین انرژی مربوط به فلزات گروه قلیایی خاکی و به ویژه، باریم و استرنسیم است.

این قابلیت فلزات در سال ۱۸۷۳میلادی را یک فیزیکدان بریتانیایی به نام فردریک گوتری کشف کرد.

کاربرد لامپ خلاء:

در فناوری الکترونیک کمک شایانی به رواج رادیو، تلویزیون، رادار، دستگاه‌های تقویت صوت، شبکه‌های بزرگ تلفنی، گونه های نوین رایانه‌های رقمی و پردازنده های صنعتی کرد.

ایرادات لامپ خلاء:

از ایرادهای این لامپ می توان به حجم بزرگ، عدم اطمینان و گرمای شدید رشتۀ گرم شونده آن اشاره کرد. لامپ خلاء وسیله ای است از چند الکترود که درون یک محفظه شیشه ای خالی از هوا ساخته شده است که وظیفه کنترل جریان میان الکترودها را دارد.

مشکلات فوق باعث شد تا امروزه عنصرهای حالت جامد، مانند ترانزیستورها و دیگر عنصرهای نیمه رسانا، جایگزین لامپ‌های خلاء شده است.

انواع لامپ خلاء:

در حالت‌های گوناگون از جمله دیودپ یا دوقطبی، تِریود یا سه قطبی، تترود یا چهار قطبی، پنتود یا پنج قطبی، هگزود یا شش قطبی، هپتود یا هفت قطبی و یا ترکیبی از انواع ذکر شده وجود دارند.

لامپ‌های مورد استفاده در رادار و امواج مایکروویو (ریزموج) مانند مگنترون و کلایسترون از دیگر انواع لامپ‌های خلاء هستند.

لامپ‌های اشعه کاتدی که در گذشته در صفحات نمایش رایانه و تلویزیون به به کار می رفتند نیز در دسته لامپ‌های خلاء قرار می گیرند.

امروزه در توان های بالا و فرکانس های رادیویی همچنان از لامپ های خلأ استفاده می شود. دستگاه های صوتی که با لامپ های خلاء کار می کنند هنوز هم در جهان طرفدارانی دارند و به همین دلیل کارخانجاتی در چین این نوع لامپ ها و تقویت کننده هایی که با آن کار می کنند را تولید می کنند.

مقایسه  ترانزیستور و لامپ خلا:

قبل از گسترش استفاده از ترانزیستورها، لامپ های خلاء جزء قطعات اصلی در بسیاری از تجهیزات الکترونیک بودند. اما ترانزیستورها مزایای زیادی نسبت به آنها داشتند که در زیر به برخی از آنها اشاره می کنیم:

اندازه کوچک تر (با وجود ادامه کوچک سازی لامپ های خلاء)

هزینه کمتر در حجم بالای تولید

امکان تولید تماماً اتوماتیک

امکان ساخت با ولتاژ کاری پایین تر

طول عمر بسیار بیشتر

میکروفونیک بسیار کمتر (لرزش می تواند با خصوصیات لامپ خلاء تلفیق شود)

نداشتن دوره گرم شدن (لامپ های خلاء به زمان ۱۰ الی ۶۰ ثانیه برای عملکرد صحیح نیاز دارند)

تلفات توان کمتر (نداشتن توان گرمایی، ولتاژ اشباع خیلی پایین)

قابلیت اطمینان بالاتر و استحکام فیزیکی بهتر (البته لامپ خلاء از نظر الکتریکی و همچنین در برابر پالس‌های الکترومغناطیسی هسته ای و تخلیه الکترواستاتیکی مقاومت بیشتری دارد)

فراهم آوردن دستگاه‌های مکمل بوسیله ساخت مدارات مکمل متقارن که در لامپ خلاء قطبی معادل نوع مثبت BJT‌ و نوع مثبت FET‌ وجود ندارد)

قابلیت کنترل جریان بالا ( در ترانزیستور‌ها قدرت کنترل صد‌ها آمپر اما در لامپ‌های خلاء برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه بالایی دارند)

تصویر برش لامپ تریود یا سه قطبی