در پاسخ به این سؤال که لامپ خلاء چیست باید بگوییم که این نوع از تجهیزات، لامپ‌های الکترونیکی یا دستگاه‌های الکترونیکی هستند که درون آن‌ها فضای خلا یا هوای با فشار بسیار کم وجود دارد. در زمان‌های گذشته، پیش از ظهور ترانزیستورها و مدارهای مجتمع، این لامپ‌ها نقش مهمی در الکترونیک ایفا می‌کردند.

لامپ‌های خلا شامل یک بستره و یک یا چند الکترود هستند که درون یک محفظه شیشه‌ای یا فلزی قرار دارند. بستره، استوانه‌ای باز است که درون آن خلاء ایجاد شده و الکترودها معمولاً به شکل سیمی بوده و در مقابل یکدیگر قرار می‌گیرند.

وقتی جریان الکتریکی به داخل لامپ خلا اعمال می‌شود، الکترون‌ها از یک الکترود به الکترود دیگر حرکت می‌کنند. این جریان الکترونی قابل کنترل است و می‌تواند برای تقویت سیگنال‌ها، افزایش قدرت، تنظیم سیگنال‌ها و کاربردهای دیگر الکترونیکی استفاده شود.

به‌عنوان‌مثال، لامپ‌های خلا از نوع تقویت‌کننده (Amplifier) قادرند سیگنال‌های صوتی را تقویت کنند و در رادیوها و تجهیزات صوتی برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها به کار روند. همچنین، انواع دیگری از لامپ‌های خلا برای سوئیچینگ (Switching)، اصلاح موج (Waveform rectification) و تولید سیگنال‌های پالس (Pulse generation) نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تاریخچه لامپ خلاء چیست

نخستین نمونه‌های لامپ خلا در اواخر قرن هفدهم ساخته شدند، اما تا دهه ۱۸۵۰ تکنولوژی لازم برای تولید نسخه‌های پیچیده‌تر از این لامپ‌ها فراهم نبود. این تکنولوژی شامل پمپ‌های کارآمد خلا، تکنیک‌های پیشرفته شیشه‌سازی و سیم‌پیچ‌های القایی می‌شد.

لامپ‌های خلا در اوایل قرن بیستم به‌طور گسترده در الکترونیک مورد استفاده قرار گرفتند و قبل از اینکه توسط فناوری‌های پلاسما، ال‌سی‌دی و دیگر تکنولوژی‌ها برای تلویزیون و مانیتور جایگزین شوند، به کار می‌رفتند.

در دهه ۱۹۷۰، روسیه همچنان از لامپ‌های خلا برای بسیاری از کاربردها استفاده می‌کرد. این لامپ‌ها در رادار تانک‌ها و هواپیمای میگ-۲۵ به کار می‌رفتند. لامپ‌های خلا قدرتمند در برابر پالس الکترومغناطیسی نیز مقاوم بودند. همچنین، این لامپ‌ها نسبت به الکترونیک غربی در برابر دمای سرد مقاومت بیشتری داشته و در مقابل، جت‌های غربی نیاز به سیستم‌های محیطی کنترل‌شده و پیچیده‌ای برای حفاظت از الکترونیک خود داشتند.

کاربرد لامپ خلاء چیست

لامپ‌های خلا در گذشته نقش مهمی در صنعت الکترونیک و ارتباطات ایفا می‌کردند. با پیشرفت تکنولوژی، استفاده از این ابزار در بسیاری از کاربردهای مدرن کاهش یافته، اما همچنان در برخی صنایع و کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کاربردها عبارتند از:

• تولید سیگنال‌های پالس: لامپ‌های خلا در تولید سیگنال‌های پالس (Pulse) که برای رادارها، تجهیزات پزشکی و سنسورها استفاده می‌شوند، به کار می‌روند.
• درایورها و تقویت صوت: لامپ‌های خلا در تقویت‌کننده‌ها و درایورهای صوتی نیز به کار می‌روند. آن‌ها قادرند سیگنال صوتی را تقویت کرده و به بلندگوها یا سیستم‌های صوتی منتقل کنند.
• تولید امواج نوسانی: این نوع تجهیزات، در تولید امواج نوسانی (Oscillation) کاربرد دارند. این امواج معمولاً در تجهیزات رادیویی و ارتباطات بی‌سیم برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها به کار می‌روند.
• نمایشگرهای نوری: برای نمایشگرهای نوری در ابزارها و تجهیزات الکترونیکی نیز به کار می‌روند. به‌عنوان‌مثال، لامپ دیود (Diode Tube) به‌عنوان نمایشگر نوری در ابزارهای اندازه‌گیری و تجهیزات ارتباطی استفاده می‌شود.
• تقویت‌کننده‌ها و الکترونیک قدرت: این وسیله به‌عنوان تقویت‌کننده (Amplifier) استفاده می‌شوند. آن‌ها قادرند سیگنال‌های الکترونیکی را تقویت کرده و قدرت سیگنال را افزایش دهند. این کاربرد در رادیوها، تجهیزات صوتی، تلویزیون‌های قدیمی و سایر سیستم‌های الکترونیکی قدرتمند مشاهده می‌شود.
• سایر کاربردها: این ابزار در برخی کاربردهای دیگر مانند سوئیچینگ (Switching) در سیستم‌های قدرت، اصلاح موج (Waveform Rectification) در منابع تغذیه و تجهیزات قدرت. همچنین در دستگاه‌های کنترل و اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این لامپ‌ها ممکن است در تجهیزاتی مانند منابع پایداری (Stabilized Power Supply)، ابزارهای اندازه‌گیری دقیق و دستگاه‌های تحلیل الکترونیکی استفاده شوند.

با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از تراشه‌های نیمه‌هادی و قطعات الکترونیکی جامد، این ابزار به شکل گسترده‌ای در بسیاری از کاربردها جایگزین شده‌اند. به‌عنوان‌مثال، در بسیاری از روشنایی‌های تجاری و خانگی، لامپ‌های خلا با لامپ‌های ال‌ای‌دی (LED) و فلورسنت معمولی همچون لامپ‌های کم‌مصرف جایگزین شده‌اند.

اجزای لامپ‌ خلاء چیست

همان‌طور که اشاره شد، لامپ‌های خلا یا لامپ‌های تخلیه، دستگاه‌های الکترونیکی پیچیده‌ای هستند که اجزای متعددی دارند. در ادامه، به برخی از این اجزا اشاره خواهیم کرد:

• سیستم تغذیه: برای عملکرد لامپ‌های خلا، یک سیستم تغذیه الکتریکی ضروری بوده که شامل منابع برق، ترانسفورماتورها، آداپتورها و قطعات مرتبط با تأمین برق لامپ خلا است.
• الکترودها: این ابزار دارای دو الکترود است که در دو انتهای لامپ قرار گرفته‌اند. این الکترودها معمولاً از فلزاتی مانند تنگستن ساخته شده و نقش مهمی در تولید و جریان الکترون‌ها در داخل لامپ دارند.
• محفظه (بال): محفظه یا بال، قسمتی از لامپ‌های خلا بوده که شامل یک جعبه شیشه‌ای یا فلزی است. این جعبه برای نگهداری قطعات داخلی لامپ و جلوگیری از تأثیرات خارجی بر آن‌ها استفاده می‌شود.
• خلاء: داخل لامپ‌های خلا باید خلاء یا فضای خالی از هوا باشد. برای ایجاد این وضعیت، از فشار کم یا پمپاژ هوا استفاده می‌شود تا هوا از داخل لامپ خارج شده و خلاء ایجاد گردد. ایجاد این شرایط تأثیر مستقیمی بر عملکرد و عمر مفید لامپ دارد.
• گاز یا ماده تخلیه کننده: برخی از لامپ‌های خلا حاوی یک گاز یا ماده تخلیه کننده است که با تأثیر برق، تخلیه الکتریکی را در داخل لامپ ایجاد می‌کند. این گازها می‌توانند نیتروژن، آرگون، زنون و نئون باشند. نوع گاز مورد استفاده به نوع لامپ خلا و کاربرد آن بستگی دارد.
• کاتد: لامپ‌های خلا دارای کاتدی هستند که وظیفه تولید الکترون‌ها را بر عهده دارد. کاتد معمولاً از فلزاتی مانند تنگستن ساخته شده و با تأثیر گرمای الکتریکی یا نوری، الکترون‌ها را آزاد می‌کند. در برخی از لامپ‌های خلا، کاتدها ممکن است با لایه‌ای از پودر مس پوشیده شوند تا هدایت الکتریکی بهبود یافته و عملکرد تخلیه الکتریکی بهینه گردد.

این اجزا برای لامپ‌های خلا با طراحی‌ها و کاربردهای مختلف متغیر هستند.

انواع لامپ خلاء

این لامپ‌ها انواع مختلفی دارند که متداول‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• دیود (Diode): دیودهای خلا ساده‌ترین نوع لامپ‌های خلا بوده که یک کاتد و یک آند دارند. این لامپ‌ها جریان الکتریکی را در یک جهت هدایت کرده و عمدتاً در یکسو کردن جریان برق استفاده می‌شوند.
• تریود:(Triode) تریودها شامل سه الکترود هستند: کاتد، آند و شبکه کنترل. این لامپ‌ها در تقویت‌کننده‌ها، رایانه‌ها، رادیوها و فرستنده‌ها به‌کاررفته و نقش مهمی در تقویت سیگنال‌های الکتریکی ایفا می‌کنند.
• تترود :(Tetrode)تترودها چهار الکترود دارند: کاتد، آند، شبکه کنترل و شبکه محافظ. شبکه محافظ به کاهش اثرات نامطلوب بین کاتد و آند کمک کرده و باعث بهبود عملکرد لامپ می‌شود.
• پنتود :(Pentode)پنتودها شامل پنج الکترود هستند: کاتد، آند، شبکه کنترل، شبکه محافظ و شبکه سرکوبگر. این ساختار پیچیده‌تر موجب افزایش بهره‌وری و کاهش نویز در تقویت سیگنال‌ها می‌شود.
• هگزود :(Hexode)هگزودها دارای شش الکترود هستند و برای کاربردهای خاص در مدارات فرکانس بالا و مدولاتورها استفاده می‌شوند. این لامپ‌ها پیچیدگی بیشتری داشته و توانایی کنترل چندین جریان الکترون را دارا هستند.
• هپتود :(Heptode)هپتودها با هفت الکترود طراحی شده‌اند و در مدارات مخلوط کننده و تبدیل فرکانس به کار می‌روند. این لامپ‌ها برای کارهایی که نیاز به پردازش سیگنال‌های چندگانه دارند، توصیه می‌شوند.
• مگنترون :(Magnetron)مگنترون‌ها در تولید امواج مایکروویو مورد استفاده قرار گرفته و در دستگاه‌هایی مانند رادارها و اجاق‌های مایکروویو به کار می‌روند. این لامپ‌ها قادر به تولید توان‌های بالا در فرکانس‌های مایکروویو هستند.
• کلایسترون :(Klystron)کلایسترون‌ها نیز برای تولید و تقویت امواج مایکروویو استفاده می‌شوند و در تجهیزات ارتباطی و راداری کاربرد دارند. این لامپ‌ها با استفاده از سرعت دهی به الکترون‌ها امواج مایکروویو پایدار تولید می‌کنند.
• لامپ اشعه کاتدی :(Cathode Ray Tube – CRT)لامپ‌های اشعه کاتدی در گذشته برای نمایش تصاویر در تلویزیون‌ها و مانیتورهای رایانه‌ای استفاده می‌شدند. این لامپ‌ها با شتاب دادن الکترون‌ها به سمت صفحه فسفری، تصاویر را ایجاد می‌کنند.

نحوه عملکرد و ساخت لامپ خلا

نحوه ساخت و عملکرد این ابزار عبارتند از:

ایجاد خلاء

در ابتدا، داخل لامپ خلا باید خلاء یا فضای خالی از هوا ایجاد شود. برای این منظور، از یک پمپ خلاء استفاده می‌شود تا هوا از داخل لامپ خارج شود و فضای خلا به وجود آید. این کار برای جلوگیری از اشتعال ناخواسته و بهبود خنک شدن الکترودها انجام می‌شود.

اعمال ولتاژ

پس از ایجاد خلاء، ولتاژ مناسبی به لامپ خلا اعمال می‌شود. این ولتاژ معمولاً توسط یک سیستم تغذیه الکتریکی مناسب تأمین می‌شود. ولتاژ اعمال شده باعث ایجاد یک میدان الکتریکی قوی در داخل لامپ شده که برای به حرکت درآوردن الکترون‌ها ضروری است.

تخلیه الکتریکی

با اعمال ولتاژ، تخلیه الکتریکی در داخل لامپ خلا رخ می‌دهد. این تخلیه شامل جریان الکترون‌هایی است که از کاتد (Cathode) آزاد می‌شوند و به سمت آند (Anode) حرکت می‌کنند. در طول این مسیر، الکترون‌ها ممکن است با گاز یا ماده تخلیه کننده موجود در داخل لامپ برخورد داشته باشند.

تولید نور

برخورد الکترون‌ها با گاز یا ماده تخلیه کننده باعث تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری می‌شود. این نور می‌تواند به‌صورت نور مرئی یا نور فرابنفش باشد، که به نوع گاز یا ماده تخلیه کننده و ویژگی‌های خاص لامپ بستگی دارد. در برخی لامپ‌ها، این برخوردها می‌توانند به تولید اشعه‌های دیگری مانند اشعه ایکس نیز منجر گردد.

تقویت سیگنال

لامپ‌های خلا می‌توانند به‌عنوان تقویت‌کننده سیگنال عمل کنند. در برخی موارد، سیگنال‌های الکتریکی به لامپ خلا وارد می‌شوند و با فرآیند تخلیه الکتریکی، این سیگنال‌ها تقویت می‌گردند.

این ویژگی به‌خصوص در تقویت‌کننده‌های صوتی و رادیویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین افزودن پودر مس به دلیل هدایت حرارتی بالا، به برخی از قطعات داخلی لامپ خلا می‌تواند به پراکندگی بهتر حرارت و جلوگیری از گرم شدن بیش‌ازحد الکترودها کمک کند. این امر باعث افزایش عمر مفید لامپ‌ها خواهد شد.