Copyright © pohodanovapec.cz 
Elektronka je vakuová výbojka obsahující sadu elektrod umístěných v baňce ze které je vyčerpán vzduch. V této baňce je obvykle vlákno jako zdroj elektronů, nazývané katoda, a další elektroda zvaná anoda; v jednodušším uspořádání najdeme diodu (dvě elektrody), v pokročilejším triodu (tři elektrody) a další víceelektrodové struktury. V tomto stručném povídání se pokusím ukázat, co to vlastně je, jak elektronka funguje a jaké fyzikální jevy její činnost umožňují.
Na jev, který při své činnosti elektronky využívají, přišel zcela náhodou Thomas Alva Edison při pokusech se svými žárovkami. Edison se snažil vypátrat příčiny krátké životnosti jeho žárovek a černání baněk, přičemž do pokusné žárovky zatavil nad vlákno ještě jednu pomocnou kovovou destičku. Zjistil, že pokud je na pomocnou destičku připojen záporný potenciál zdroje, galvanometr neukazoval žádný proud. Jakmile byl ale na destičku připojen kladný pól, procházel z vlákna na pomocnou destičku a tím také praktickým vzducho-prázdnem baňky jistý proud. Sám Edison si tento jev nedovedl vysvětlit a objasnil jej až J. Thomson, který na tomto principu později zkonstruoval první použitelný usměrňovač. Takto vytvořený systém byla vlastně elektronka o dvou elektrodách, tzv. dioda.
V Anglii navrhl profesor J.A. Fleming, inspirován Edisonem a Thomsonem, diodovou elektronku k detekci vf signálů, která jako detektor fungovala výborně a tak Flemingovy diody byly od r. 1904 v praxi používány. V roce 1907 dělal pokusy s ilegálními kopiemi Flemingových diod Američan Lee de Forest, který do baňky vložil mezi žhavicí vlákno a anodu ještě další elektrodu v podobě drátěné síťky a zjistil, že přikládáním napětí různé polarity a velikosti mezi drátěnou mřížku a vlákno lze v poměrně širokých mezích ovlivňovat proud, tekoucí od vlákna k anodě. Zjistil také, že malé změny napětí mezi mřížkou a vláknem vyvolávají velké změny proudu mezi vláknem a anodou. Tak byla na světě první trioda - elektronka o třech elektrodách.
Elektrony vznikají u katody, která může být přímo nebo nepřímo žhavená. Katody jsou rozděleny do dvou skupin, přímo a nepřímo žhavené. U přímo žhavených katod je žhavicí vlákno zároveň aktivitním emisním prvkem; u nepřímo žhavených je vlákno pouze ohřívačem a emitor je samostatná struktura. Vlákno je často označené písmenem f, z německého faser - vlákno.
Při dostatečné energii přeskakují elektrony na vyšší oběžné dráhy a uvolňují se z povrchu katody; tento jev se nazývá termionická emise. Elektrony potom putují vakuem směrem k anodě, a pokud je mezi katodou a anodou přiloženo vhodné napětí, vzniká anodový proud.
U diody, kterou tvoří katoda a anoda, proud protéká pouze jedním směrem: od katody k anodě. Pokud je mezi katodou a anodou polarita taková, že katoda je záporná vůči anodě, elektrony jsou odpuzovány z katody směrem k anodě a proud teče. Pokud však přiložíme opačnou polaritu, proud nebude protékat - dioda se v této situaci chová jako uzavřený obvod v závěru. Toto napětí se nazývá závěrné.
Nyní půjdeme ještě dále. Lee de Forest přidal mřížku a tak vznikla elektronka zvaná trioda. V triodě je mezi katodou a anodou umístěna mřížka, pomocí níž můžeme jím řídit velikost proudu, který triodou protéká. De Forest zjistil, že malé změny napětí mezi mřížkou a vláknem vyvolávají velké změny proudu mezi vláknem a anodou, a tak lze triodou zesilovat. Umožňuje to ovládání anodového proudu mřížkovým napětím; mřížkové předpětí tedy přímo ovlivňuje průtok elektronů k anodě.
Pokud je mřížka vůči katodě kladná, přitahuje elektrony a tím odpuzuje více elektronů směrem k anodě, až do úplného zániku proudu, tedy uzavření triody. Pro správnou činnost a nezkreslený zvuk musí mít mřížka proti katodě záporné předpětí; to byl poznatek učiněný při zdokonalování triod. Předpětí mřížky se v praxi nastavuje různými způsoby, např. automatickým předpětím: v zapojení je na katodě rezistor, který při anodovém proudu vytvoří na tomto odporu úbytek napětí (podle Ohmova zákona) a tak automaticky upraví i mřížkové předpětí do výchozího stavu.
Pokud anodový proud zmenšuje až do jeho úplného přerušení, trioda zcela uzavře; proud může kolísat v rytmu signálu přivedeného na mřížku (např. z generátoru nebo z mikrofonu), protože mřížkové napětí se stane chvilku méně záporné, a tak bude anodový proud kolísat ve stejném rytmu. Elektronky tedy umožňují zesilování malých signálů díky schopnosti malých změn mřížkového napětí vyvolat větší změny anodového proudu.
De Forestovy triody byly ale bohužel velmi nespolehlivé a nestabilní, protože v době jejich vzniku ještě nebylo možno vyčerpat baňky na tak vysoký stupeň vakua, jak to ke své činnosti elektronky potřebují. Nevědělo se také nic o odplynování použitých materiálů, emisních schopnostech vzácných zemin atd. V roce 1912 Američan rakouského původu F. Lowenstein zdokonalil triodu natolik, že již byla schopna zesilovat nf signály, případně i vytvořit stabilní oscilátor. Přitom zjistil, že pro správnou činnost a nezkreslený zvuk musí mít mřížka proti katodě záporné předpětí. Lowenstein si nechal tato zapojení patentovat a v roce 1918 od něj tyto patenty odkoupila americká společnost General Electric a dále triodu zdokonalovala.
Začátkem r.1912 usilovně hledala telefonní společnost American Telephone&Telegraph účinný zesilovač, vhodný pro nasazení na telefonních linkách. H. Arnold z Western Electric upravil konstrukci triody: původní kovovou katodu nahradil kysličníkovou, zlepšil vakuum i mechanickou stabilitu systému a již v prosinci měl k dispozici triodu, která byla schopna provozu s anodovým napětím až 200V a mnohonásobným zesílením. O deset měsíců později mohla společnost AT&T vybavit telefonní linky Washington - New York účinnými elektronkovými zesilovači. V zimě 1913 E.H. Armstrong objevil vf zpětnou vazbu, se kterou bylo možné konstruovat přijímače s daleko vyšší citlivostí.
Anodový proud je proud, jehož velikost závisí na velikosti přiloženého napětí a na mřížkovém napětí. V praxi lze např. uvažovat typický provozní bod: pokud diodou a elektronkou teče stejný proud jako diodou, lze předpokládat, že to je 2 mA (příklad provozního proudového bodu). U triod lze tímto proudem řídit výkon a zesílení obvodu. Charakteristiky elektronky (anodové charakteristiky) popisují závislost anodového proudu na anodovém napětí při různých mřížkových napětích.
| Parametr | Smysl |
|---|---|
| Anodové napětí | Určuje sílu pole přitahující elektrony k anodě |
| Mřížkové napětí | Ovlivňuje proud z katody k anodě (zesílení) |
| Anodový proud | Výsledný proud protékající mezi katodou a anodou |
| Předpětí mřížky | Zajišťuje stabilní provoz a omezení zkreslení |
Elektronky hrály zásadní roli v raném vývoji radiotechniky, zesilovačů, vysílačů a přijímačů. S nástupem polovodičů se jejich použití v mnoha oblastech snížilo, ale v mnoha případech mohou dnes používané polovodiče překonat elektronky v menších rozměrech a účinnosti. Přesto elektronky zůstávají oblíbené v některých aplikacích pro jejich specifické charakteristiky, např. v některých audiozesilovačích, kde posluchači preferují jejich zvukový charakter, nebo v některých vysokofrekvenčních a výkonových aplikacích.
Zdokonalení materiálů, vakuové techniky a konstrukčních postupů (např. náhrada kovové katody kysličníkovou, lepší vyčerpání baňky, odplynování materiálů) vedlo k dramatickému zvýšení spolehlivosti a výkonu elektronek. Díky tomu se elektronky staly praktickým a masově nasaditelným prvkem v telekomunikacích a radiotechnice.
Elektronka tedy není pouze historickým reliktem, ale technologickým prvkem s jasným fyzikálním základem a konkrétními vlastnostmi, které v určitých oblastech stále nacházejí své příznivce a specifická nasazení.
tags: #princip #fungování #elektronky
Copyright © pohodanovapec.cz
