Elektronka

Z Multimediaexpo.cz

Verze z 15. 12. 2014, 08:48

Konstrukce triody
- katoda (fillament - žhavení, cathode)
- mřížka (grid)
- anoda (plate, anode)
- baňka (envelope)

Elektronka je zařízení, které usměrňuje nebo zesiluje elektrické signály. Skládá se z několika elektrod v uzavřené vakuové baňce.

Konstrukce elektronek

Elektronky obvykle obsahují tři druhy elektrod:

• Katoda
• Anoda
• Mřížka

Tyto elektrody jsou umístěny v uzavřené, většinou skleněné baňce (výkonové elektronky jsou obvykle keramické nebo i kovové baňky), z níž je vyčerpán vzduch. Konstrukce elektronky se vyvinula ze žárovky na základě objevu T. A. Edisona z roku 1883. Do vyčerpané baňky umístil kromě rozžhaveného vlákna také drát, který fungoval jako sběrač elektronů a měl zabránit černání baňky. Edison zjistil, že mezi rozžhaveným vláknem a studeným drátem může téci proud. První typy elektronek využívaly jako katod především rozžhavené vlákno bez emisních hmot. Vakuum v elektronkách udržuje při dlouhodobém provozu getr, což je látka, používaná pro likvidaci zbytkových plynů a hlavně vlhkosti při čerpání a umožňuje udržet vysoké vakuum po celou dobu života elektronky. Protože getry jsou téměř vždy kovy, musí být usazeny tak, aby neovlivnily jakkoli činnost elektronky. Nejčastěji na stěnách – dříve bylo používané jen barium, odpařené vysokofrekvenčním proudem z držáku (-ů). U elektronek s vysokými výkony se osvědčily getry zirkoniové nevypařované, usazené například na anodách nebo držácích elektrod. Zirkonium se užívá často ve směsích s jinými kovy, které výběrově pohlcují i jiné plyny než kyslík (například vodík, vodní páry atd.)

Princip činnosti

Dvojitá trioda ECC 83 v provozu

Nejjednodušším druhem elektronky je dioda s přímým žhavením. Dalo by se říci, že se jedná o žárovku s přidanou další elektrodou - anodou. Jedním zdrojem proudu rozžhavíme vlákno (katodu) na přibližně 800 °C. Druhý zdroj připojíme mezi anodu a katodu tak, aby anoda měla kladné napětí. Elektrony, které jsou teplem uvolněny (termoemise) z katody do okolního prostoru budou přitaženy na anodu. Elektronkou protéká proud. Protože domluvený směr proudu v elektrických obvodech je od kladného k zápornému pólu, říkáme, že proud teče z anody ke katodě, ač ve skutečnosti putují elektrony opačným směrem. Pokud přepólujeme zdroj napětí mezi katodou a anodou, nejsou uvolněné elektrony přitahovány a proud mezi anodou a katodou neteče. V tomto zapojení slouží dioda jako usměrňovač. Zesilovacího efektu dosáhneme další elektrodou - mřížkou. Obvykle je to spirála z tenkého drátu, umístěná mezi katodu a anodu. Napětím na mřížce lze řídit tok elektronů mezi katodou a anodou. Malými změnami napětí se dosáhne velkých změn proudu a elektronka funguje jako zesilovač. Přidáním dalších mřížek lze dosáhnout vyšší účinnosti elektronky. Často jsou využívány elektronky se třemi mřížkami - pentody.

Druhy elektronek

Podle počtu elektrod

• dioda – má jen anodu A a katodu K, používala se jako usměrňovač. Elektrony mohou opouštět pouze rozžhavený povrch katody, proud tedy může téct jen z A na K.
• trioda – nejjednodušší zesilovací elektronka má A, K a řídicí mřížku G. Tou buďto elektrony prolétávají nebo je při připojení záporného napětí odpuzuje a protékající proud se snižuje. Změnami napětí mřížky lze tak ovlivňovat proud mezi A a K.
• tetroda – jako trioda, k dosažení lepších parametrů má mezi G a A mřížku G2 (stínící), která má klidové kladné napětí někdy o trochu nižší než A. To potlačuje škodlivou kapacitní vazbu mezi G a A, ovšem výstupní signál je zkreslený sekundární emisí - elektrony dopadají na anodu s příliš velkou energií a vyrážejí z ní jiné. Tetroda díky tomu vykazuje tzv. dynatronový jev, to je záporný diferenciální odpor v určité části charakteristiky (při zvyšování napětí klesá proud). Tento nedostatek odstraňuje svazková tetroda. Tetrody se používají také ve vysílačích, kde tvoří kompromis mezi nízkým zesílením triody a nízkou mezní frekvencí pentody. Radioamatéři je hojně využívají doteď.
• pentoda – běžně používaný typ, oproti tetrodě má mezi G2 a A ještě třetí mřížku G3 (hradící) nabitou zhruba na napětí katody, která zpomaluje elektrony urychlené G2 a odstiňuje vliv G2 na odražené elektrony a tím potlačuje tzv. dynatronový jev. Nevýhodou pentody je poměrně nízký mezní kmitočet (max desítky MHz), daný dlouhou dobou průletu elektronů. Pentody mají oproti triodám větší vnitřní odpor a poněkud větší zkreslení.
• svazková tetroda – ve svazkové tetrodě, je vliv sekundární emise elektronů potlačen zformováním toku elektronů do svazků. Svazková tetroda má vinutí G2 a G1 v přesném zákrytu, G3 je tvořena plechovým rámečkem, který formuje tok elektronů. Svazkové tetrody mají oproti pentodám zpravidla větší účinnost a menší zkreslení. Svazková tetroda patří k často používaným elektronkám v koncových stupních výkonových zesilovačů (např. oblíbená svazková tetroda 6L6 se vyrábí od roku 1936). Svazkové tetrody jsou někdy označovány jako pentody (např. EL36, EL81, PL500, PL509).
• hexoda – má dvě řídicí mřížky G a F, jejichž účinek se kombinuje, používají se ke směšování signálu
• heptoda – podobné použití jako hexoda (směšovací elektronka)
• oktoda
• nonoda – celkem devět elektrod
• enioda – detektor FM a amplitudový omezovač, používala se jen zcela výjimečně.

Dále se používají elektronky kombinované, sdružující v jedné baňce dva či více elektrodových systémů (které mohou, ale nutně nemusí využívat společnou katodu); typické kombinace jsou např. ECC83 (dvojitá trioda), ECH81 (oscilátorová trioda a směšovač v jedné baňce).

Podle účelu

• Usměrňovací (dioda)
• Zesilovací (trioda, tetroda, svazková tetroda, pentoda)
• Nelineární, spínací (thyratron, krytron)
• Indikační
  • magické oko - elektronka vybavená luminiscenční vrstvou, užívaná ke zobrazování intenzity signálu
  • fluorescenční zobrazovač (vakuový fluorescenční displej - VFD neboli Itron)
• Zobrazovací (obrazovka)
• Mikrovlnné (magnetron)

Elektronkám se také podobá digitron, avšak ten pracuje na principu doutnavého výboje, stejně jako doutnavka.

Podle druhu žhavení

• přímo žhavené - žhavící vlákno je zároveň katodou
• nepřímo žhavené - katoda není vodivě spojena se žhavícím vláknem

Elektronky jsou žhaveny elektrickým proudem a mohou být přímo nebo nepřímo žhaveny. Přímo žhavené katody se vyznačují tím, že emitujícím kovem přímo protéká žhavicí proud. Rozdělujeme je do skupin:

• vlákna z čistých kovů (např. wolfram - vysokou teplotou se katoda rychle rozprašuje, vlákno se v nejvíce porušeném místě snadno přepálí nebo zlomí.)
• povlaková, pokrytá kysličníky (pro malé výkony, umožňují snížení teploty vlákna při dobré emisi elektronů)
• kovová vlákna s povlakem silně emitujících kovů (Nanášení emisní vrstvy na vlákna se provádí protahováním vlákna vhodnými roztoky nebo usazováním baryových par. Povlaková vlákna umožňují při stejné emisi elektronů snížení teploty s následným prodloužením životnosti elektronky a úsporami energie v důsledku menšího žhavicího proudu.)

Využití

Elektronky byly součástí prakticky veškeré elektroniky první poloviny dvacátého století. Elektronkami byly osazeny i první počítače (například ENIAC). V druhé polovině dvacátého století začaly být vytlačovány tranzistory. Až do konce 20. století se udržely v koncových stupních vysoce výkonných vysílačů, v televizorech a počítačových monitorech. Obrazovka je totiž také zvláštním druhem elektronky. Dnes se elektronky využívají už jen jako součást některých exkluzivních výrobků spotřební elektroniky (high-end zesilovače), ve studiové technice nebo v některých zesilovačích pro hudební nástroje, především pro kytary. Magnetron je základní součástí mikrovlnné trouby. Speciální elektronky se používají v případech, kdy je nutnost velkého špičkového výkonu (především u vysílačů).

Zajímavosti

• Počátkem 20. století se také elektronkám říkalo lampy (a dodnes se jim tak říká v muzikantském slangu - stále se používají v mnoha zesilovačích pro elektrické kytary).
• Ve dvacátých a třicátých letech 20. století byly v některých státech radiové přijímače zdaněny podle počtu použitých elektronek. To vedlo k vývoji kombinovaných elektronek (v jedné baňce byly dvě nebo více kompletních soustav anod, katod a mřížek).
• Elektronky byly (v 1. polovině 20. století) relativně drahé, poruchové a měly velkou klidovou spotřebu. Proto byla snaha osazovat jimi přístroje v nejmenší možné míře. Například v československém magnetofonu Sonet duo ze šedesátých let byla elektronka koncového zesilovače zvuku využita při nahrávání jako součást generátoru mazacího kmitočtu. To sice ušetřilo jednu elektronku, ale znemožňovalo při nahrávání hlasitý příposlech. V šedesátých letech 20. století už byly elektronky relativně levné (cca okolo 15 Kčs - to byla přibližně mzda za 1 hodinu práce).
• elektronky mají mnoho výhod, jsou výkonnější, proto se používají i nadále ve vysílačích.amatéři je mají většinou rádi, protože v nich je nostalgie.

Odkazy

Související články

• Dioda
• Tranzistor
• Kytarový zesilovač
• Tranzistorový zvuk

Literatura

• DOLEČEK, Jaroslav. Moderní učebnice elektroniky 2. Polovodičové prvky a elektronky. [s.l.] : nakladatelství BEN - technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-161-6.  
• KALENDOVSKÝ, J.; STRNAD, Julius. Fotoelektrické články. Praha : ESČ, 1949.  
• LUKEŠ, Jaroslav. Věrný zvuk. Praha : SNTL, 1962.  
• STRNAD, Julius. Doutnavky. Praha : ESČ, 1947.  
• STRNAD, Julius. Thyratrony. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1954.  
• STŘÍŽ, Vítězslav. Katalog elektronek. Praha : SNTL / SVTL, 1965.  
• STŘÍŽ, Vítězslav. Přehled elektronek. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1956.  
• STŘÍŽ, Vítězslav. Přehled elektronek – doplněk. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1968.  
• Tesla Rožnov. Příruční katalog elektronek. Rožnov pod Radhoštěm : [s.n.], 1966 (např., katalog vycházel téměř každoročně).  
• Tesla Rožnov. Televizní obrazovky pro barevné a černobílé televizní přijímače. Rožnov pod Radhoštěm : [s.n.], 1986.  
• VLACH, Jaroslav; VLACHOVÁ, Viktorie. Lampárna aneb Co to zkusit s elektronkami. [s.l.] : nakladatelství BEN - technická literatura, 2004. ISBN 80-7300-091-1.  
• ZUZÁNEK, Jaroslav; DEUTSCH, Jiří. Československé miniaturní elektronky I. Heptalové elektronky. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1959.  
• ZUZÁNEK, Jaroslav; DEUTSCH, Jiří. Československé miniaturní elektronky II. Novalové elektronky. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1960.  
• DEUTSCH, Jiří; KUBÁT, Arnošt; MUSIL, Jan. Československé miniaturní elektronky III. Televizní elektronky. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1959.  
• ZUZÁNEK, Jaroslav. Přijímací elektronky. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1962.