Vakuumtriode

Auf dem Küchentisch steht ein Wasserkocher mit kaltem Wasser. Es passiert nichts Außergewöhnliches, die flache Wasseroberfläche bebt nur leicht durch die Schritte von jemandem in der Nähe. Nun stellen wir die Pfanne auf den Herd und stellen diese nicht nur auf, sondern schalten die stärkste Heizung ein. Bald beginnt Wasserdampf von der Wasseroberfläche aufzusteigen, dann beginnt das Sieden, denn auch im Inneren der Wassersäule kommt es zur Verdunstung, und da das Wasser bereits kocht, ist seine starke Verdunstung zu beobachten.

Hier interessiert uns vor allem die Phase des Experiments, in der bereits eine leichte Erwärmung des Wassers zur Dampfbildung führte. Aber was hat ein Topf Wasser damit zu tun? Und trotz der Tatsache, dass ähnliche Dinge mit der Kathode einer Elektronenröhre passieren, deren Vorrichtung später besprochen wird.

Die Kathode einer Vakuumröhre beginnt Elektronen zu emittieren, wenn sie auf 800–2000 °C erhitzt wird – dies ist eine Manifestation thermionischer Strahlung. Während der Wärmestrahlung wird die thermische Bewegung der Elektronen im Kathodenmetall (normalerweise Wolfram) so stark, dass einige von ihnen die Energieaustrittsarbeit überwinden und die Kathodenoberfläche physisch verlassen können.

Um die Elektronenemission zu verbessern, werden die Kathoden mit Barium-, Strontium- oder Calciumoxid beschichtet. Und zur direkten Einleitung des thermionischen Strahlungsprozesses wird die Kathode in Form eines Haares oder Zylinders durch einen eingebauten Glühfaden (indirekte Erwärmung) oder durch einen Strom, der direkt durch den Körper der Kathode geleitet wird (direkte Erwärmung), erhitzt.

In den meisten Fällen ist eine indirekte Beheizung vorzuziehen, da selbst ein pulsierender Strom im Heizversorgungskreis keine nennenswerten Störungen im Anodenstrom hervorrufen kann.

Der gesamte beschriebene Prozess findet in einem evakuierten Kolben statt, in dem sich Elektroden befinden, von denen es mindestens zwei gibt – die Kathode und die Anode. Anoden bestehen übrigens meist aus Nickel oder Molybdän, seltener aus Tantal und Graphit. Die Form der Anode ist normalerweise ein modifiziertes Parallelepiped.

Hier können zusätzliche Elektroden – Gitter – vorhanden sein, abhängig von deren Anzahl wird die Lampe als Diode oder Kenotron bezeichnet (wenn überhaupt keine Gitter vorhanden sind), als Triode (wenn ein Gitter vorhanden ist), als Tetrode (zwei Gitter). ) oder eine Pentode (drei Gitter).

Elektronische Lampen für unterschiedliche Zwecke verfügen über eine unterschiedliche Anzahl von Netzwerken, deren Zweck weiter erläutert wird. Auf die eine oder andere Weise ist der Ausgangszustand der Vakuumröhre immer derselbe: Wird die Kathode ausreichend erhitzt, bildet sich um sie herum eine «Elektronenwolke» aus den durch thermionische Strahlung entwichenen Elektronen.

Die Kathode erwärmt sich also und eine „Wolke“ aus emittierten Elektronen schwebt bereits in ihrer Nähe. Welche Möglichkeiten gibt es für die Weiterentwicklung von Veranstaltungen? Wenn man bedenkt, dass die Kathode mit Barium-, Strontium- oder Kalziumoxid beschichtet ist und daher eine gute Emission hat, dann werden die Elektronen ganz einfach emittiert und man kann damit etwas Handfestes machen.

Nehmen Sie eine Batterie und verbinden Sie den Pluspol mit der Anode der Lampe und den Minuspol mit der Kathode. Die Elektronenwolke stößt sich gemäß dem Gesetz der Elektrostatik von der Kathode ab und strömt in einem elektrischen Feld zur Anode – es entsteht ein Anodenstrom, da sich Elektronen im Vakuum recht leicht bewegen, obwohl es keinen Leiter als solchen gibt .

Übrigens, wenn man in dem Versuch, eine intensivere thermionische Emission zu erzielen, beginnt, die Kathode zu überhitzen oder die Anodenspannung übermäßig zu erhöhen, verliert die Kathode bald an Emission. Es ist, als würde man Wasser aus einem Topf kochen, der eingeschaltet gelassen wurde eine sehr hohe Hitze.

Fügen wir nun eine zusätzliche Elektrode zwischen der Kathode und der Anode hinzu (in Form eines Drahtes, der in Form eines Gitters auf die Gitter gewickelt ist) – ein Gitter. Es stellt sich heraus, dass es sich nicht um eine Diode, sondern um eine Triode handelt. Und hier gibt es Optionen für das Verhalten der Elektronen. Wenn das Gitter direkt mit der Kathode verbunden ist, stört es den Anodenstrom überhaupt nicht.

Wenn eine bestimmte (im Vergleich zur Anodenspannung kleine) positive Spannung von einer anderen Batterie an das Netzwerk angelegt wird, zieht sie Elektronen von der Kathode zu sich selbst und beschleunigt die zur Anode fliegenden Elektronen etwas und leitet sie weiter durch sich selbst – zur Anode. Wenn an das Gitter eine kleine negative Spannung angelegt wird, werden die Elektronen abgebremst.

Wenn die negative Spannung zu groß ist, bleiben die Elektronen in der Nähe der Kathode schweben und können das Gitter überhaupt nicht durchqueren, und die Lampe wird gesperrt. Wenn eine übermäßig positive Spannung an das Gitter angelegt wird, zieht es die meisten Elektronen zu sich und gibt sie nicht an die Kathode weiter, bis die Lampe schließlich beschädigt wird.

Somit ist es durch die richtige Einstellung der Netzwerkspannung möglich, die Größe des Anodenstroms der Lampe zu steuern, ohne direkt auf die Quelle der Anodenspannung einzuwirken. Und wenn wir die Auswirkung auf den Anodenstrom vergleichen, indem wir die Spannung direkt an der Anode ändern und die Spannung im Netzwerk ändern, dann ist es offensichtlich, dass die Beeinflussung durch das Netzwerk energetisch weniger kostspielig ist, und dieses Verhältnis wird als Verstärkung des Stroms bezeichnet Lampe:

Die Steigung der I-V-Kennlinie einer Elektronenröhre ist das Verhältnis der Änderung des Anodenstroms zur Änderung der Gitterspannung bei konstanter Anodenspannung:

Deshalb wird dieses Netzwerk als Kontrollnetzwerk bezeichnet. Mit Hilfe eines Steuernetzwerks arbeitet eine Triode, die zur Verstärkung elektrischer Schwingungen in verschiedenen Frequenzbereichen dient.

Eine der beliebtesten Trioden ist die Dual-6N2P-Triode, die immer noch in Treiberstufen (Low-Current-Stufen) hochwertiger Audioverstärker (ULF) verwendet wird.