真空管 単語

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真空管とは、電子部品の一種。トランジスタ先輩に当たる部品である。

概要

熱電子を利用して信号増幅やスイッチング、整流などを行う動部品である。

半導体が発達する前は増幅素子やスイッチング素子として当たり前のように使われていたが、半導体が発達して安価に高性半導体部品が世に出てくると、省エネ性・耐衝撃性・寿命などの面で不利な真空管は次第に姿を消していった。

ただし真空管を用いたオーディオ機器は真空管というデバイス特性からくる柔らかい音や、真空管自体の見たの美しさなどで今なおコアな人気を保っている。また半導体では考えられないような大電を扱うことができるので、TVラジオ送信所などの高出が要される場面では未だに真空管が現役のこともある。

また、電子レンジマイクロ波を発生させるために使われている「マグネトロン」という部品は真空管の一種である。

真空管の原理

まずここに金属線があり、この金属線に電流を流すとって発熱する。この時、熱やエネルギーだけでなく「熱電子」というものが金属線から放出されている。熱電子だろうと「電子」には変わりない、つまり間を「熱電子」という形で電流が流れているということでもある。

そこで「熱電子を吐き出す金属線の向かいに熱電子を受け止めるための金属を置いてやれば「回路」になるんじゃね」「その熱電子の飛んでいる途中になんか電圧をかけるものを置いて、途中で熱電子の流れを邪魔してやると("受信側"の金属が受け取る熱電子の量で)信号を増幅できるんじゃね?」というのが真空管の大雑把な理屈である。

真空管の電極

真空管の分類

形状による分類

構造による分類

まとめ

「熱電子って基本的にあっつい方から冷たい方への一方通行じゃん、これって整流とか検波に使えんじゃね?」(二極管)

「いいこと考えた、この熱電子の流れを電圧を使って制御してやったら信号を増幅できそうじゃん」(三極管)

「制御用のグリッド電極がひとつだと増幅率しょぼいな、じゃあグリッドをもう一つ追加して増幅率引き上げじwww(四極管)

「四極管って結構動作が不安定だな…安定化するためにさらにグリッド特盛り一丁!」(五極管)

真空管の変わり種とか親戚たちとか

マグネトロン

マイクロ波発信用の真空管。
「マグネ」トロンというくらいなので磁石が使われている。
フィラメントから吐出された熱電子を強な磁場で軌を曲げ、複数のいた陽極に飛び込ませて共振させることによりマイクロ波を発生させる。
レーダー電子レンジ文字通りの心臓部。

サイラトロン

大電スイッチング用の真空管。
「増幅」ではなく「スイッチング」に特化しており、線形増幅ができない(要するに信号をきちんとn倍に大きくすることができない)。
ちなみに電車の制御装置でお染みのサイリスタは、元々は「サイトロンみたいな挙動のトラジスタ」という意味の造語である。

マジックアイ

ステータス表示用の真空管の一種。
ラジオ電波の受信状態などを表示するために使われる。

ブラウン管

液晶ディスプレイが普及する前は表示素子のだったブラウン管、実はこいつも真空管の戚である。
カソードで生成した熱電子を加速し、グリッドで方向をコントロールして「画面」の体にぶつけて発させ、絵や文字を表示する。

余談

  • 旧ソ連MiG-25戦闘機レーダー回路に真空管を使っていることで有名である。
    これに関しては当時は半導体自体が不安定かつ高価だったので「信頼と実績の真空管」を重量増加を承知のうえであえて採用した、高出レーダーを実現可な増幅素子が当時は真空管くらいしかなかった、いは核戦争上等の機体なので核爆発時のEMPに耐えられる真空管をあえて採用したなどの説がある。
  • またボーイング747旅客機の一部の部品にも真空管が使われていたそうで。時代を感じる。→日本航空特設サイトよりexit
  • 真空管の原理を応用した「真空マイクロ素子」という電子デバイス研究開発されているらしい。なぜ今どき真空管かというと、それは結晶の中を流れる電子より熱電子のほうが移動度がかに大きい≒高速素子を作れる可性を秘めているからである。
  • ENIACなどの初期のコンピュータスイッチング素子に真空管を使用していた。

創作作品における真空管

真空管はその独特の美しさや雰囲気からフィクション世界においても魅的な一要素として様々な作品で扱われている。レトロ成分を醸し出す要素であったり、サイエンスフィクションとして独自の発展を遂げた分野であったりその役割は様々である。

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最終更新:2024/04/13(土) 21:00

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