ان اختراع الصمامات الإلكترونية المفرغة كان بمثابة فاتحة عصر الإلكترونيات وتطوره السريع وذلك منذ بدايات القرن التاسع عشر. وقد كانت للصمامات المفرغة بمثابة العنصر الأساسي في الجيل الأول من الأجهزة الإلكترونية مثل الراديو التلفزيون، والرادار وغيرها.

هناك عدة أنواع من الصمامات المفرغة وذلك تبعاً لعدد الأقطاب (Electrodes) الموجودة بها وكذلك لدرجة التفريغ، ومن اشهر تلك الأنواع الصمامات الثنائية والثلاثية والرباعية والخماسية وترجع تلك التسميات لعدد الأقطاب في كل منها وهناك أنواع من الصمامات الثنائية والثلاثية تعمل بوجود ضغط منخفض لغاز خامل مثل النيون أو الاركون ويطلق عليها اسم الصمامات الغازية وهي تختلف في خواصها عن الصمامات المفرغة تفريغاً جيداً.

أولاً: الصمام الثنائي (Diode)

يتكون الصمام الثنائي المفرغ من قطبين معدنيين هما الكاثود والانود يحتويهما وعاء زجاجي مفرغ تفريغا محكما يقوم الكاثود عند تسخينه بدور القطب الباعث للإلكترونات في الصمامات المفرغة وتتم تسخينه بطريقتين وهي التسخين المباشر وطريقة التسخين غير المباشر ان مبدأ عمل الصمام الثنائي يقوم على التحكم في سريان التيار بين قطبي الكاثود والانود تبعا لقطبية الفولتية المسلطة بينهما، حيث يسري التيار في دائرة الصمام الثنائي عندما يكون جهد الانود موجبا بالنسبة للكاثود الجهد الموجب يعمل على جذب الإلكترونات المتولدة حراريا من الكاثود ، ويتوقف سريان التيار عندما يكون جهد الانود سالباً بالنسبة للكاثود (الجهد السالب يمنع الكترونات الكاثود من الوصول إلى الانود)، لذا فالاستعمال الأساسي للصمام الثنائي في حينه هو استعماله في دوائر التشكيل الموجي مثل التقويم الموجي الشكل (1 أ)  يوضح رمز وتركيب الصمام الثنائي.

ثانياً: الصمام الثلاثي (Triode)

لقد كان لاختراع الصمام الثلاثي دور أساسي في تطور علم الإلكترونيات في مرحلته الأولى، إذ أصبح بالإمكان تصنيع دوائر الكترونية أساسية مثل المضخمات، المذبذبات ودوائر السيطرة. يختلف الصمام الثلاثي عن الصمام الثنائي بإضافة قطب ثالث وهو الشبكة والتي توضع على مسافة قريبة من قطب الكاثود، ويعمل الجهد المسلط على قطب الشبكة على التحكم بمقدار التيار المار بين الأنود والكاثود، وعادة ما يكون جهد الشبكة سالباً بالمقارنة مع جهد الكاثود، وكلما زاد جهد الشبكة قل التيار المار عبر الصمام وبالتالي يمكن التحكم بالتيار المار من خلال التحكم بجهد الشبكة. الشكل (1 ب) يوضح تركيب ورمز الصمام الثلاثي.

ثالثاً: الصمام الرباعي (Tetrode)

بالرغم من كون الصمام الثلاثي مناسباً للعمل في دوائر التضخيم في الترددات الواطئة والمتوسطة إلا ان أدائها يضعف في الترددات العالية وذلك بسبب تأثير ما يعرف بالمتسعات الشاردة (stray capacitance) والتي تنشأ بين أقطاب الصمام الثلاثة( بين الأنود - الكاثود ، الانود - الشبكة ، الشبكة الكاثود) باعتبارها أقطاب معدنية يفصلها فراغ، وعلى الرغم من ان قيمة تلك المتسعات صغيرة جداً بضعة مايكروفارد) إلا ان لها تأثير ضار في الترددات العالية، ولأجل التغلب على مشكلة المتسعات الشاردة يتم إضافة قطب رابع يمثل شبكة ثانية تسمى بالشبكة الحاجبية (Screen Grid) بين الشبكة الأولى والانود وذلك لتقليل قيمة المتسعة الشارة بينهما، فيتحسن أداء الصمام في حالة العمل في الترددات العالية وغالبا ما يسلط جهد موجب على الشبكة الثانية. الشكل (1 جـ) يوضح تركيب ورمز الصمام الرباعي.

رابعاً: الصمام الخماسي (Pentode)

تعاني الصمامات الرباعية من ظاهرة الانبعاث الثانوي، وعلى الرغم من احتمال حدوث الانبعاثات الثانوية نتيجة لارتطام الإلكترونات المنبعثة من الكاثود بسطح الانود واردة في أي نوع من الصمامات إلا ان تأثيرها يكون مؤثراً في الصمامات الرباعية، ففي حالة الصمامات الثنائية والثلاثية في الإلكترونات الثانوية في حالة تولدها ترتد عائدة إلى الانود وذلك بسبب الجهد الموجب للأنود وعدم وجود قطب آخر يمكن ان يجذبها، ولكن الأمر مختلف في حالة الصمام الرباعي فيمكن ان يكون جهد الشبكة الثانية قريب من جهد الانود بل يمكن ان تكون أكبر منها ، وعندها تعمل الشبكة الثانية على جمع الإلكترونات الثانوية المنبعثة من الانود مما يولد تياراً مضاداً لتيار الإلكترونات الأولية مما يقلل تيار الانود وهو امر غير مرغوب فيه. لأجل التغلب على مشكلة الانبعاثات الثانوية يتم إضافة شبكة ثالثة تسمى بالشبكة المخمدة (suppressor grid) وعادة ما يتم توصيل الشبكة الثالثة بقطب الكاثود مما يجعل جهدها سالباً بالنسبة لجهد الانود وعندها فان الإلكترونات الثانوية المنبعثة من الانود سوف لن تتمكن من الوصل إلى الشبكة الثانية وإنما ترتد عائدة إلى الانود نتيجة لتنافرها مع الشبكة المخمدة الشكل(1د) يوضح رمز وتركيب الصمام الخماسي.

الشكل رقم (1) يوضح أنواع الصمامات المفرغة

ان استعمال الصمامات المفرغة شهد تناقصاً مضطرداً مع اختراع الترانزستور عام 1947 وما تلاه من تطور كبير في الكترونيات أشباه الموصلات، إذ لم تعد الصمامات المفرغة تستعمل هذه الأيام إلا في نطاق ضيق جداً. وهذا عائد لتميز نبائط أشباه الموصلات بانها أصغر حجماً، أكثر متانة، أقل تكلفه، عدم حاجتها إلى التسخين، وقلة استهلاكها للطاقة. وللمقارنة الشكل (2) يمثل صورة لجهاز راديو يعمل بالصمامات المفرغة حيث يلاحظ كبر حجم الجهاز وتعقيده وسهولة كسره عند تعرضه لأي إجهاد ميكانيكي وحاجته إلى طاقة كبيرة لتشغيل صماماته، في حين ان أجهزة الراديو المصنوعة من نبائط أشباه الموصلات تكون أصغر حجماً وأكثر متانة واقل استهلاك للطاقة الكهربائية.

 الشكل (2) صورة لجهاز الراديو يعمل بالصمامات المفرغة

ان نبائط أشباه الموصلات مثل الثنائي البلوري الترانزستور والدوائر المتكاملة مصنوعة من مواد شبه

موصلة ولفهم عملها لابد من دراسة التركيب الذري للمواد بصورة عامة وتركيب المواد الصلبة البلورية بشكل

خاص. الشكل (3) يمثل مقارنة بين شكل وحجم ترانزستور أشباه الموصلات والصمامات المفرغة

الشكل (3) مقارنة بين ترانستور اشباه الموصلات والصمام المفرغ.