为什么真空管比固态设备更能抵抗电磁脉冲?

电器工程 电磁学 半导体 真空管
2022-01-14 03:46:45

我听说使用真空管的设备通常比使用固态设备的设备更不容易受到电磁脉冲的影响。
我不知道它是否属实,因为我没有找到关于这个主题的任何详细研究。

如果这是真的,这是因为这些设备之间的物理尺寸差异,还是有其他原因?


我搜索了这个主题,发现了一篇来自《科学》杂志的文章。
我搜索了相关部分,它说:

最重要的是,美军本身并没有遇到问题,因为大多数暴露于 EMP 的现场设备和舰船都可以追溯到 1940 和 1950 年代,它们的电子系统依赖于真空管。

在 1970 年代,人们发现真空管的 EMP 硬度是集成固态电路的 1000 万倍(2)。

正如你在最后看到的,它引用了另一篇文章:

MA King等人,核武器对通信能力影响的概述,“信号”(1980 年 1 月)。

在搜索这篇文章 2 小时后,我找不到任何关于 80 年代发行的 Signal 杂志或类似东西的痕迹。
我发现了同一篇文章的其他引用,并且它的附加作者没有出现在科学文章的引用部分,PB Fleming,但是除了同名但完全不同的职业和其他不相关的人之外,没有关于这些人的信息调查报告。

我对声称真空管对 EMP 的抵抗力高 1000 万倍的说法背后的科学有一些疑问,这听起来像是当时的广告。


资源:

Broad, William J. - 核脉冲 (I):唤醒混沌因子
科学 1981 年 5 月 29 日:卷。212,第 4498 期,第 1009-1012 页
DOI:10.1126/science.212.4498.1009

4个回答

大多数半导体器件设计为在低电压下工作,而显着高于其设计工作电压的电压很容易损坏组件。你是对的,这确实与尺寸有很大关系——现代集成电路内部的元件非常靠近,即使施加相对较小的电压也会损坏薄的氧化物层,并导致半导体结在它们发生时击穿并导通。不应该。真空管只是玻璃管内的金属片。那里没有多少可以损坏的。在大多数情况下,它们已经在高压下运行。电磁脉冲只会在屏蔽不足的设备中产生大电压。

你只需要考虑两件事:

(i) 感应电压水平

(ii) 故障模式。

现代集成电路中使用的半导体具有相对较低的击穿电压这种击穿还倾向于以“穿通”故障(绝缘层或 PN 结)的形式留下永久性损坏

还要考虑到现代集成电路包含数百万个半导体器件,但只需要其中一个就可以击穿,从而使整个芯片无用。

另一方面,阀门在更高的电压下运行由于绝缘是真空的,因此电极之间的闪络不太可能产生任何永久性损坏。EMP 可能会暂时影响电路的操作。

阀门的内部结构很可能通过充当法拉第笼的最外层金属板与 EMP 隔开。

跟踪 King 等人在“信号”杂志中搜索 1980 年的文章:这是对 King 文章的完整引用:

船长。迈克尔·A。King、美国陆军和 Paul B. 弗莱明,“核武器对通信能力影响的概述”,信号。第 34 卷,第 4 期,1980 年 1 月,p。60 .

许多大学图书馆拥有“信号”杂志。您可以通过在 Worldcat.org 中搜索找到这些库。您当地的公共图书馆可以使用图书馆员所谓的“馆际互借”,从任何大学图书馆索取这篇文章的免费副本。

我不是专家,但我很确定这是因为它的大小;固态电路使用非常小的集成线,很容易因 EMP 的爆发而过载到断点。然而,真空管肯定要大得多(晶体管是一个突破,因为它的尺寸!),所以它有理由认为它需要一个更强大的 EMP 来使其电路过载。