Vakum Tüpü Nedir?

Cep telefonlarının ve bilgisayarların günümüzde ulaştığı muhteşem işlem hızlarını transistörlere borçluyuz. Öyle ki, günümüzde nanometre boyutlarındaki milyarlarca transistör tek bir işlemciye sığdırılmaktadır. Peki transistörler üretilmeden önce hangi devre elemanları onun görevlerini yerine getiriyordu düşündünüz mü? Gelin cevabını ve daha fazlasını yazımızda inceleyelim.

A- A+

09.05.2019 tarihli yazı 21841 kez okunmuştur.

Vakum Vakum Tüpü Transistör Devre Elemanı

Transistör teknolojisinin yıllar içerisinde gösterdiği gelişmeler ile cep telefonlarının ve bilgisayarların işlemcilerinin içine milyarlarcasını yerleştirebilir olduk. Bu sayede son derece hızlı sistemler, cihazlar tasarlandı. Hiç düşündünüz mü? 1950'li yıllardan önce transistörün icat edilmediği zamanlarda onunla aynı işlevi gören hangi devre elemanı kullanılıyordu?

Vakum tüpleri ya da diğer adıyla termiyonik valf 1904 yılında John Fleming tarafından icat edildi. Basit yapısı sayesinde yıllarca akım kontrolörü, akım yükselteci ve doğrultucu (AC/DC) olarak kullanıldı. Dış görünüşü itibariyle ampule benzeyen vakum tüplerinin temeli termiyonik emisyona dayanır. Isıtılan bir plakanın elektron yayması ve bu elektronların uzaktaki diğer bir plakaya doğru hareketi sonucu tek yönlü elektron akışı elde edilmesine dayalıdır.

► İlginizi Çekebilir: Transistörler Nedir? Nasıl Çalışır?

Diyot valf olarak bilinen en temel vakum tüpünde; anot ve katot olmak üzere iki elektrot ve katot elektrotunu ısıtmak için kullanılan ısıtıcı teller bulunur. Bu elektrotlar ve ısıtıcı teller havası alınmış yani vakumlanmış, ampul şeklinde cam çerçeve içinde yer alır. Isıtıcı tellere bağlanan güç kaynağı ile teller ısıtılır. Isıtılan teller katot plakasını ısıtarak ortama serbest elektron yayılmasına neden olur. Aynı anda anot plakasına uygulanan pozitif gerilim sayesinde anot tarafı katot tarafından daha yüksek potansiyele sahip olur. Bilindiği gibi elektronlar düşük potansiyelden (gerilimden) yüksek potansiyele hareket eder, dolayısıyla vakum içerisindeki serbest elektronlar katot plakasından anota doğru hareket ederler. Böylelikle tek yönlü, katottan anota elektron akışı, diğer bir deyişle akım elde edilir. Eğer anota uygulanan gerilim negatif olsaydı, katot ile anot arasında herhangi bir gerilim farkı oluşmadığından elektronların hareketi söz konusu olmayacaktı.

Diyot valf tek yönlü akım geçişine imkan verdiği için adından da anlaşılacağı üzere diyot görevi görür. Vakum tüplerinde akımın oluşması esnasında ki tüm süreçler vakumlu cam çerçeve içinde meydana gelir. Vakum uygulanmasının sebebi ise; tüpün içerisindeki gaz moleküllerinin elektron akışını azaltmasının veya bloke etmesinin önüne geçmektir. Anot ile katot elektrotları arasındaki gerilim farkı ne kadar fazla olursa, elektron akışı da o denli fazla olacaktır.

Triyot valf adı verilen başka bir vakum tüpüne bakacak olursak; anot ile katot elektrotlarının arasında ızgara elektrotu denilen üçüncü bir elektrot bulunur. Izgara elektrotu elektronların geçişine izin vererek, elektron akışını kontrol eder. Yani bir anlamda akım kontrolü sağlar. Izgara elektrotuna pozitif gerilim uygulandığında katottan anota geçen elektron miktarında artışlar meydana gelir. Pozitif gerilim değerindeki ufak artışlar valf içerisinden geçen akımın önemli ölçülerde büyümesini, artmasını sağlar. Bu yönüyle baktığımızda triyot valf akım yükselteci olarak kullanılabilir. Ancak aksine ızgara elektrotuna negatif gerilim uygulanırsa, hareket eden elektron miktarı azalır ve hatta yeterli negatif gerilim verilirse elektron akışı tamamen durabilir.

► İlginizi Çekebilir: IGBT Nedir?

Diyot ve triyot valf dışında dördüncü ve beşinci elektrotlara sahip başka vakum tüpleri de bulunur. Yapıları farklı da olsa genel olarak akım kontrolcüsü ve yükselteç mantığıyla çalışırlar.Yukarıda bahsettiğimiz valf çeşitleri birçok uygulamada kullanılabilir. Örneğin; diyot valf, tek bir yönde akım geçişine izin verdiği için diyot olarak kullanabilirken; elektrotlarına AC akım verildiğinde AC/DC doğrultucu görevi de görür (Katota negatif, anota pozitif gerilim uygulandığında akım geçişi olurken; katota pozitif, anota negatif gerilim uygulandığında akım geçişi olmaz). Bunların haricinde, triyot valf; ızgara elektrotu sayesinde akım kontrolü sağlayarak transistör görev görürken; ızgara elektrotuna uygulanacak pozitif gerilim ile akım yükselteci olarak kullanılabilir.

Günümüzde ise vakum tüpleri, transisörlerin çok küçük boyutlarda olması, düşük güç tüketmesi gibi özelliklerinin gölgesinde kalmaktadır. Büyük boyutları ile milyarlarcasının bir arada kullanılmasının imkansız olması, vakum tüplerinin uygulama alanlarını oldukça kısıtlar. Ancak hala RF dönüştürücülerinde, mikrodalga fırınlarda ve özellikle müzik aletlerinde ses dalgası yükselteci olarak tercih edilirler.