कोल्ड कैथोड

एक शीत कैथोड (कोल्ड कैथोड)  एक कैथोड है जिसे एक फिलामेंट द्वारा विद्युत रूप से गर्म नहीं किया जाता है। कैथोड को ठंडा माना जा सकता है यदि यह अकेले थर्मिओनिक उत्सर्जन द्वारा आपूर्ति की जा सकने वाली तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है। इसका उपयोग गैस-डिस्चार्ज लैंप में किया जाता है, जैसे कि नियॉन लैंप, डिस्चार्ज ट्यूब और कुछ प्रकार के वैक्यूम ट्यूब।अन्य प्रकार का कैथोड एक तप्‍त कैथोड ( हॉट कैथोड) है, जिसे फिलामेंट से गुजरने वाले विद्युत प्रवाह द्वारा गर्म किया जाता है। एक शीत कैथोड (कोल्ड-कैथोड)आवश्यक रूप से कम तापमान पर काम नहीं करता है: इसे अक्सर अन्य तरीकों से इसके प्रचालन ताप (ऑपरेटिंग तापमान) तक गर्म किया जाता है, जैसे कि कैथोड से गैस में प्रवाहित होने वाली धारा।

कोल्ड-कैथोड डिवाइस
एक कोल्ड-कैथोड वैक्यूम ट्यूब इलेक्ट्रॉनों के तापायनी उत्सर्जन (थर्मोनिक उत्सर्जन) प्रदान करने के लिए इलेक्ट्रोड के बाहरी हीटिंग पर निर्भर नहीं करता है। प्रारंभिक शीत कैथोड (कोल्ड-कैथोड) उपकरणों में गीस्लर ट्यूब और प्लकर ट्यूब, और कैथोड-रे ट्यूब शामिल थे। इन उपकरणों में होने वाली घटनाओं के अध्ययन से इलेक्ट्रॉन की खोज हुई।

नियॉन लैंप का उपयोग संकेतक के रूप में और विशेष-प्रयोजन रोशनी के लिए, और नकारात्मक प्रतिरोध प्रदर्शित करने वाले सर्किट तत्वों के रूप में भी प्रकाश उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। एक उपकरण के लिए ट्रिगर इलेक्ट्रोड के अलावा, एक बाहरी नियंत्रण सर्किट द्वारा शुरू किए जाने वाले ग्लो डिस्चार्ज को अनुमति देता है; बेल लेबोरेटरीज ने 1936 में एक "ट्रिगर ट्यूब" शीत कैथोड (कोल्ड-कैथोड) उपकरण विकसित किया।

कई प्रकार के शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) स्विचिंग ट्यूब विकसित किए गए थे, जिनमें विभिन्न प्रकार के थाराट्रॉन, क्राइट्रन, कोल्ड-कैथोड डिस्प्ले ( निक्सी ट्यूब ) और अन्य शामिल हैं। वोल्टेज नियामक ट्यूब वर्तमान की एक सीमा पर ग्लो डिस्चार्ज के अपेक्षाकृत निरंतर वोल्टेज पर निर्भर करते हैं और इसका उपयोग ट्यूब-आधारित उपकरणों में विद्युत्-आपूर्ति वोल्टेज को स्थिर करने के लिए किया गया था। डेकाट्रॉन एक शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) ट्यूब है जिसमें कई इलेक्ट्रोड हैं जो गिनती के लिए उपयोग किए जाते हैं। हर बार एक पल्स को एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर लागू किया जाता है, एक चमक निर्वहन (ग्लो डिस्चार्ज) एक कदम इलेक्ट्रोड पर चलता है; प्रत्येक ट्यूब में दस इलेक्ट्रोड प्रदान करके और ट्यूबों को कैस्केड करके, एक काउंटर सिस्टम विकसित किया जा सकता है और चमक निर्वहन (ग्लो डिस्चार्ज) की स्थिति से गिनती देखी जा सकती है। एकीकृत सर्किट काउंटर उपकरणों के विकास से पहले काउंटर ट्यूब का व्यापक रूप से उपयोग जाता था।

फ्लैश ट्यूब एक शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) उपकरण है जो Xenon गैस से भरा है, जिसका उपयोग फोटोग्राफी के लिए प्रकाश की एक तीव्र छोटी नाड़ी (शॉर्ट पल्स) का उत्पादन करने के लिए या चलती भागों की गति की जांच करने के लिए आवृत्तिदर्शी (स्ट्रोबोस्कोप) के रूप में कार्य करने के लिए किया जाता है।

लैंप
शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) लैंप में  कोल्ड-कैथोड फ्लोरोसेंट लैंप  (सीसीएफएल) और  नियॉन लैंप  शामिल हैं। नियॉन लैंप मुख्य रूप से प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए गैस अणुओं के उत्तेजना पर निर्भर करते हैं; सीसीएफएल (CCFL) पराबैंगनी प्रकाश को विकसित करने के लिए पारा वाष्प में एक डिस्चार्ज का उपयोग करते हैं, जो बदले में दीपक के अंदर एक फ्लोरोसेंट कोटिंग को दृश्यमान प्रकाश उत्सर्जित करने का कारण बनता है।

एलसीडी की बैकलाइटिंग के लिए कोल्ड-कैथोड फ्लोरोसेंट लैंप सीसीएफएल (CCFL) का उपयोग किया गया था, उदाहरण के लिए कंप्यूटर मॉनिटर और टेलीविजन स्क्रीन।

प्रकाश उद्योग में, "कोल्ड कैथोड" ऐतिहासिक रूप से 20 मिलीमीटर (mm) व्यास से बड़े चमकदार ट्यूबिंग को संदर्भित करता है और 120 से 240 मिलीमीटर (mm) की धारा पर काम करता है। इस बड़े-व्यास ट्यूबिंग अक्सर इंटीरियर एल्कोव और सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए उपयोग किया जाता है।  "नियॉन लैंप" शब्द टयूबिंग को संदर्भित करता है जो व्यास में 15 मिलीमीटर (mm) से छोटा है  और आम तौर पर लगभग 40 मिलीमीटर (mm) पर काम करता है।इन लैंपों का उपयोग आमतौर पर नियॉन संकेतों के लिए किया जाता है।

विवरण
कैथोड नकारात्मक इलेक्ट्रोड है। किसी भी गैस-डिस्चार्ज लैंप में एक सकारात्मक (एनोड) और एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड होता है। जब ये उपकरण प्रत्यावर्ती धारा के साथ चलते हैं, दोनों इलेक्ट्रोड एक एनोड और एक कैथोड के रूप में अभिनय के बीच वैकल्पिक होते हैं।

एक शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) को गर्म कैथोड (हॉट कैथोड) से अलग किया गया है, जिसे इलेक्ट्रॉन के तापायनी उत्सर्जन (थर्मोनिक उत्सर्जन) को प्रेरित करने के लिए गर्म किया जाता है। गर्म कैथोड (हॉट कैथोड) के साथ डिस्चार्ज ट्यूबों में कम दबाव वाली गैस से भरा एक लिफाफा होता है और इसमें दो इलेक्ट्रोड होते हैं। गर्म कैथोड (हॉट कैथोड) उपकरणों में सामान्य वैक्यूम ट्यूब,  फ्लोरोसेंट लैंप, हाई-प्रेशर डिस्चार्ज लैंप और वैक्यूम फ्लोरोसेंट डिस्प्ले शामिल हैं।

शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) की सतह एकता (ब्रेकडाउन) से अधिक अनुपात में द्वितीयक इलेक्ट्रान का उत्सर्जन कर सकती है। कैथोड छोड़ने वाला एक इलेक्ट्रॉन तटस्थ गैस अणुओं से टकराएगा। टकराव सिर्फ अणु को उत्तेजित कर सकती है, लेकिन कभी-कभी यह एक सकारात्मक आयन बनाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त कर देगा। मूल इलेक्ट्रॉन और मुक्त इलेक्ट्रॉन एनोड की बढ़ते रहते हैं और अधिक सकारात्मक आयन बना सकते हैं (टाउनसेंड हिमस्खलन देखें)। परिणाम प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के लिए है जो कैथोड को छोड़ देता है, कई सकारात्मक आयन उत्पन्न होते हैं जो अंततः कैथोड पर दुर्घटनाग्रस्त हो जाते हैं। कुछ दुर्घटनाग्रस्त सकारात्मक आयनों से एक माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्पन्न कर सकते हैं। कैथोड को छोड़ने वाले प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के लिए डिस्चार्ज आत्मनिर्भर है, पर्याप्त सकारात्मक आयनों ने कैथोड को मुक्त करने के लिए औसतन, एक और इलेक्ट्रॉन मुक्त करते हैं। बाहरी सर्किटरी डिस्चार्ज करंट को सीमित करता है।  शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) डिस्चार्ज लैंप गर्म कैथोड (हॉट कैथोड) वाले की तुलना में उच्च वोल्टेज का उपयोग करते हैं। कैथोड के पास परिणामी मजबूत विद्युत क्षेत्र कैथोड सामग्री से मुक्त इलेक्ट्रॉनों को बनाने के लिए पर्याप्त वेग के लिए आयनों को तेज करता है।

एक ठंडी धात्विक सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉनों को उत्पन्न करने के लिए एक और तंत्र क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (फील्ड इलेक्ट्रॉन एमिशन) है। इसका उपयोग कुछ एक्स-रे ट्यूब, फील्ड-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एफईएम), और फील्ड-एमिशन डिस्प्ले  (फेड) में किया जाता है।

शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) में कभी-कभी इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन को बढ़ाने के लिए दुर्लभ-पृथ्वी विलेपन (कोटिंग) होता है।कुछ प्रकारों में ट्यूब को भरने वाली गैस का आयनीकरण शुरू करने के लिए बीटा विकिरण का स्रोत होता है। कुछ ट्यूबों में, कैथोड के चारों ओर चमक का निर्वहन( ग्लो डिस्चार्ज) आमतौर पर कम से कम होता है;इसके बजाय ट्यूब को भरने वाला एक तथाकथित सकारात्मक कॉलम है। उदाहरण नियॉन लैंप  और निक्सी ट्यूब  हैं। निक्सी ट्यूब भी शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) नियॉन डिस्प्ले हैं जो इन-लाइन हैं, लेकिन इन-प्लेन नहीं, डिस्प्ले डिवाइस हैं।

शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) डिवाइस आमतौर पर करंट को सीमित करने के लिए कुछ तंत्र के साथ एक जटिल उच्च-वोल्टेज बिजली की आपूर्ति  का उपयोग करते हैं। यद्यपि प्रारंभिक अंतरिक्ष चार्ज बनाने और ट्यूब के माध्यम से वर्तमान के पहले चाप को बहुत अधिक वोल्टेज की आवश्यकता हो सकती है, एक बार जब ट्यूब गर्म होना शुरू हो जाता है, तो विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है, इस प्रकार लैंप के माध्यम से विद्युत प्रवाह बढ़ जाता है। इस प्रभाव को  प्रतिसंतुलन (ऑफसेट) करने और सामान्य संचालन को बनाए रखने के लिए, आपूर्ति वोल्टेज धीरे -धीरे कम किया जाता है। आयनीकरण गैस वाली ट्यूबों के मामले में, गैस एक बहुत गर्म प्लाज्मा बन सकती है, और विद्युत प्रतिरोध बहुत कम हो जाता है। यदि वर्तमान सीमित किए बिना एक साधारण बिजली की आपूर्ति से संचालित होता है, तो प्रतिरोध में यह कमी बिजली की आपूर्ति को नुकसान पहुंचाएगी और ट्यूब इलेक्ट्रोड की अधिकता होगी।

अनुप्रयोग
शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) का उपयोग कोल्ड-कैथोड रेक्टिफायर  में किया जाता है, जैसे कि क्रॉसट्रॉन और मर्करी-आर्क वाल्व, और कोल्ड-कैथोड एम्पलीफायर, जैसे कि स्वचालित संदेश लेखांकन और अन्य स्यूडोस्पार्क स्विच अनुप्रयोग। अन्य उदाहरणों में थाराट्रॉन, क्राइट्रन, स्प्रीट्रॉन, और इग्नाट्रॉन ट्यूब शामिल हैं।

एक सामान्य शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) अनुप्रयोग नियॉन संकेतों और अन्य स्थानों में है, जहां परिवेश का तापमान ठंड से नीचे गिरने की संभावना है, क्लॉक टॉवर, वेस्टमिंस्टर (बिग बेन) क्लॉक फेस के पीछे शीत-कैथोड (कोल्ड-कैथोड) लाइटिंग का उपयोग करता है जहां लगातार हड़ताली और विफलता होती है ठंड के मौसम में हड़ताल करना अवांछनीय होगा। बड़े कोल्ड-कैथोड फ्लोरोसेंट लैंप (CCFL) का उत्पादन अतीत में किया गया है और आज भी उपयोग किए जाते हैं जब आकार में, लंबे जीवन वाले रैखिक प्रकाश स्रोतों की आवश्यकता होती है।2011 तक, लघु सीसीएफएल (CCFL) का बड़े पैमाने पर कंप्यूटर और टेलीविजन लिक्विड-क्रिस्टल डिस्प्ले के लिए बैकलाइट के रूप में उपयोग किया गया था।उपयोग के वातावरण में क्षणिक वोल्टेज वृद्धि और तापमान के स्तर के आधार पर एलसीडी टीवी में सीसीएफएल (CCFL) का जीवनकाल भिन्न होता है।

इसकी दक्षता के कारण, सीसीएफएल (CCFL) तकनीक ने कमरे की रोशनी में विस्तार किया है। लागत पारंपरिक फ्लोरोसेंट प्रकाश के समान हैं लेकिन कई फायदों के साथ इसका एक लंबा जीवन है, आंखों पर उत्सर्जित प्रकाश आसान है [स्पष्ट करें], बल्ब तुरंत पूर्ण आउटपुट पर चालू होते हैं और धुंधले भी होते हैं।

आंतरिक हीटिंग का प्रभाव
प्रत्यावर्ती धारा (AC) का उपयोग करने वाली प्रणालियों में, लेकिन अलग-अलग एनोड संरचनाओं के बिना,इलेक्ट्रोड वैकल्पिक रूप से एनोड और कैथोड के रूप में होते हैं, और प्रघाती इलेक्ट्रॉन पर्याप्त स्थानीयकृत हीटिंग का कारण बन सकते हैं, अक्सर लाल गर्मी के लिए। इलेक्ट्रोड इस हीटिंग का लाभ उठा सकता है ताकि इलेक्ट्रॉनों के तापायनी उत्सर्जन (थर्मोनिक उत्सर्जन) को सुविधाजनक बनाया जा सके जब यह एक कैथोड के रूप में काम कर रहा हो।

यह पहलू एलसीडी टीवी डिस्प्ले के लिए उपयोग किए जाने वाले बैकलाइट्स के मामले में समस्याग्रस्त है। कई देशों में प्रस्तावित किए जा रहे नए ऊर्जा दक्षता नियमों के लिए परिवर्तनीय बैकलाइटिंग की आवश्यकता होगी;परिवर्तनीय बैकलाइटिंग भी कथित कंट्रास्ट रेंज में सुधार करता है, जो एलसीडी टीवी सेट के लिए वांछनीय है। हालाँकि, सीसीएफएल (CCFL) उस हद तक सीमित हैं जिस तक उन्हें मंद किया जा सकता है, दोनों क्योंकि एक कम प्लाज्मा  धारा कैथोड के तापमान को कम कर देगी, जिससे अनियमित संचालन होगा, और क्योंकि कैथोड को बहुत कम तापमान में चलाना बहुत कम हो जाता है।  इस समस्या के लिए बहुत शोध का निर्देश दिया जा रहा है, लेकिन उच्च-अंत निर्माता अब उच्च दक्षता वाले सफेद एलईडी (LED) को एक बेहतर समाधान के रूप में बदल रहे हैं।

यह भी देखें

 * सीसीएफएल इन्वर्टर (या रेजोनेंस ट्रांसफॉर्मर)