طرز کار
این رشته در یک لامپ روشنایی تابان با یک صفحه اضافی موجود است. هنگامی که این رشته گرم می‌شود، الکترونها از سطح آن به داخل خلاء موجود در لامپ منتقل می‌شوند. یک صفحه وجود دارد که رشته را پوشانده است، که این الکترونها به سمت آن حرکت می‌کنند. رشته (کاتد) داغ است و صفحه الکترود (آند) سرد است. این به حرکت الکترونها کمک می‌کند.به این فرآیندِ انتشار الکترون، "انتشار ترمویونی" گفته می‌شود. این اثر در سال 1873 توسط فردریک گاتری گزارش شد.
الکترون‌های دارای بار منفی در حال حرکت در خلأ، ابری به نام "بار فضا" را تشکیل می‌دهند.
اصل اساسی کار این لوله‌ها، اختلاف دما بین کاتد داغ و آند سرد است.
تحولات بعدی در لوله خلأ، توسط لی دو فارست، در سال 1907، شامل سیم خم شده‌ای بین رشته و صفحه در داخل لامپ شیشه‌ای بود. این الکترود، شبکه نامیده می‌شد. از این شبکه برای کنترل جریان در حال حرکت به سمت صفحه استفاده می شد، زیرا افزایش یا کاهش ولتاژ وارد شده به شبکه باعث افزایش یا کاهش تعداد الکترون‌های منتهی به صفحه می‌شود. لی دو فارست اختراع خود را "Audion" نامید. او همچنین بعداً نسخه‌ای از Audion را اختراع کرد که شامل 3 الکترود بود. این دستگاه با عنوان "Triode" شناخته می‌شد. این دستگاه کاربرد خود را در ارتباطات رادیویی پیدا کرد.
تاریخ
در سال 1904، یک دانشمند انگلیسی به نام جان آمبروس فلمینگ وسیله‌ای را برای تبدیل سیگنال جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) اختراع کرد. این "دیود فلمینگ" براساس "اثر ادیسون" بود که توسط توماس الوا ادیسون در سال 1880 کشف شده بود.ساده ترین لوله خلأ، دیود ابداع شده در سال 1904 توسط جان آمبروس فلمینگ، فقط شامل یک کاتدِ قابل انتشار الکترون و یک آند است. جریان الکترونی تنها می‌تواند از طریق دستگاه - از کاتد به آند - در یک جهت جاری گردد. اضافه کردن یک یا چند شبکه کنترل در داخل لوله اجازه می‌دهد جریان بین کاتد و آند توسط ولتاژ روی شبکه یا شبکه‌ها کنترل شود. این دستگاه‌ها برای نیمه اول قرن بیستم به یک جزء اصلی مدارهای الکترونیکی تبدیل شدند. آنها برای توسعه رادیو، تلویزیون، رادار، ضبط و بازتولید صدا، شبکه‌های تلفن از راه دور، و رایانه‌های دیجیتال و آنالوگ اولیه بسیار مهم بودند.
در حقیقت، قرن نوزدهم شاهد تحقیق و توسعه زیادی در چنین لوله‌های خلأی بود. نمونه‌ها، لوله‌های گیسلر و لوله‌های کروکس هستند. بسیاری از دانشمندان برجسته مانند نیکولا تسلا، توماس آلووا ادیسون، یوگن گلدشتاین و دیگران با این فناوری در انواع مختلف کاربردهای علمی کار کردند.
در دهه 1940 اختراع دستگاه‌های نیمه هادی امکان تولید دستگاه‌های حالت جامد را فراهم کرد که از لوله‌های ترمیونی کوچکتر، کارآمدتر، مطمئن تر و بادوام تر و ارزان تر هستند. از اواسط دهه 1960، لوله‌های ترمیونی با ترانزیستور تعویض می‌شدند. با این حال، لوله اشعه کاتدی (CRT) به صورت پایه‌ای برای مانیتورهای تلویزیونی و اسیلوسکوپ‌ها تا اوایل قرن 21 باقی ماند. لوله‌های ترمیونی هنوز کاربردهایی دارند، مانند مگنترون مورد استفاده در اجاق‌های مایکروویو، برخی تقویت کننده‌های با فرکانس بالا و تقویت کننده هایی که علاقه مندان به صدا برای صدای لوله خود ترجیح می‌دهند.
موارد استفاده و کاربردها
لوله‌های خلأ کاربردهای خود را در دستگاه‌های الکترونیکی نسل اولیه مانند تلویزیون، رادیو و حتی رایانه‌های اولیه یافتند. مزیتِ داشتنِ آنها این است که نسبت به اثرات پالس الکترومغناطیسی و انفجارهای هسته‌ای حساسیت کمتری دارند. شاید به همین دلیل است که ارتش مدت‌ها بعد از این که فناوری به جایگزینی آنها با ترانزیستور کمک کرد، از آنها در چندین برنامه استفاده می‌کرد.اختراعات علمی مدرن به جایگزینی این لوله‌ها با دستگاه‌های نیمه هادی حالت جامد مانند ترانزیستورها و دیودهای حالت جامد کمک کرده است.
حتی امروزه نوازندگان حرفه‌ای و مهندسان صدا استفاده از تجهیزات صوتی را بر اساس فناوری لوله خلأ ترجیح می‌دهند. در تقویت گیتار الکتریکی از صدای ایجاد شده توسط یک تقویت کننده مبتنی بر لامپ خلأ استفاده می‌شود. در الکترونیک، یک لامپ خلأ، که لوله‌ای الکترونی است، وسیله‌ای است که سیلان جریان الکتریکی را در یک خلأ بالا بین الکترودهایی که اختلاف پتانسیل الکتریکی بین آنها اعمال شده است کنترل می‌کند. این صدا چندین ژانر موسیقی از جمله راک و بلوز را تعریف کرده است. این جلوه صوتی امری است که مورد توجه بسیاری، حتی بیشتر موسیقی دانان مدرن، است.
شرکت‌هایی مستقر در کشورهایی مانند چین، روسیه، و ایالات متحده وجود دارند که هنوز سخت افزارهای صوتی تخصصی‌ای را تولید می‌کنند که شامل لامپ‌های خلأ هستند.
سایر دستگاه‌های لوله خلأ شامل لامپ‌های اشعه ایکس، لامپ‌های اشعه کاتدی، مگنترون‌ها و تقویت کننده‌های نوری هستند. آنها حتی در فن آوری‌های مایکروویو امروزیِ مورد استفاده برای تلفن‌های همراه، بلوتوث، انتقال وای فای و حتی رادار و دستگاه‌های ارتباطی ماهواره‌ای، موارد استفاده و کاربردهایی را پیدا کرده‌اند.
باز هم در باره لوله خلأ
در الکترونیک، یک لامپ خلأ، که لوله‌ای الکترونی است، وسیله‌ای است که سیلان جریان الکتریکی را در یک خلأ بالا بین الکترودهایی که اختلاف پتانسیل الکتریکی بین آنها اعمال شده است کنترل می‌کند.در نوعی که به عنوان لوله ترمیونی یا شیر ترمیونی شناخته می‌شود از پدیده انتشار ترمیونی الکترونها از یک کاتد گرم استفاده می‌شود و برای تعدادی از کارکردهای اساسی الکترونیکی مانند تقویت سیگنال و اصلاح جریان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
با این وجود انواع غیر ترمیونی مانند فتوتبوب خلأ، از طریق اثر فوتوالکتریک به انتشار الکترون می‌پردازند و از آن برای مواردی از قبیل تشخیص سطح نور استفاده می‌شود. در هر دو نوع، توسط میدان الکتریکی موجود در لوله، الکترونها از طریق کاتد به آند تسریع می‌شوند.
منبع: مدحاوی قره
