Dioda je najzákladnejšia forma vákuovej elektrónky. Pozostáva z dvoch vodivých elektród, ktoré sú umiestnené vo vákuovom sklenenom obale. Tieto sa nazývajú katóda a anóda. Katóda sa zahrieva a zistí sa, že elektróny sa z elektródy „varia“ v dôsledku energie, ktorú majú v dôsledku tepla. Záporne nabité elektróny zanechávajú na katóde kladný náboj, ktorý ich má tendenciu ťahať späť a v dôsledku toho existuje okolo katódy oblak elektrónov, ktorých intenzita sa znižuje so zväčšujúcou sa vzdialenosťou od katódy. Tie elektróny, ktoré cestujú najviac, majú najviac energie. Napriek tomu sa zistilo, že ak je medzi katódu a anódu umiestnený odpor, bude vidieť, že prúd skutočne tečie ako výsledok elektrónov, ktoré sú vydávané katódou.
Ak je medzi anódou a katódou diódového ventilu umiestnený odpor, prúd bude tiecť.
Ak má elektrón dostatočnú energiu na to, aby dosiahol anódu, zostane tam, nebude mať dostatok energie na únik, ale môže prúdiť späť ku katóde cez vonkajší odpor. Je vidieť, že prúd elektrónov môže tiecť z katódy smerom k anóde v dôsledku úniku elektrónov z katódy, ale elektróny nie sú schopné anódu opustiť.
Ak má elektrón dostatočnú energiu na to, aby dosiahol anódu, zostane tam, nebude mať dostatok energie na únik, ale môže prúdiť späť ku katóde cez vonkajší odpor. Je vidieť, že prúd elektrónov môže tiecť z katódy smerom k anóde v dôsledku úniku elektrónov z katódy, ale elektróny nie sú schopné anódu opustiť. Výsledkom je, že prúd môže prúdiť iba jedným smerom. Preto, ak sa na diódový ventil alebo diódovú trubicu privedie striedavý signál, umožní to len polovicu cyklu, čím sa signál napraví. Ak sa obvod mierne zmení a na anódu sa aplikuje kladný potenciál, potom pritiahne ďalšie elektróny a v dôsledku batérie potečie prúd. Prúd môže opäť prúdiť iba jedným smerom. Táto funkcia môže byť použitá v usmerňovacej linke alebo napájaní zo siete, čo umožňuje vytvorenie jednosmerného prúdu, jednosmerného prúdu zo striedavého prúdu, AC vstupu. Môže byť tiež použitý na detekciu rádiových signálov a v skutočnosti to bolo prvé použitie pre termionické ventily alebo vákuové trubice. Bol to Ambrose Fleming z University College London, koho ako prvý napadla myšlienka detekcie signálov pomocou diódového ventilu.
Nepriamo vyhrievaný diódový ventil
Skoré diódové ventily používali priamo vyhrievanú katódu. Pozostával z ohrievacieho prvku, ktorý tiež pôsobil ako katóda. To výrazne obmedzilo prevádzku týchto zariadení. Použitie striedavého prúdu pre ohrievače umožnilo transformátoru zabezpečiť napájanie ohrievača priamo z prívodnej siete, čím sa znížili náklady na prevádzku, pretože batérie nevydržali dlho a boli drahé:
Indukované bzučanie: Keď sa na napájanie priamo vyhrievaných ventilov použil striedavý prúd, zistilo sa, že striedavý prúd ovplyvňuje činnosť ventilu a časť striedavého prúdu sa môže prekrývať s výstupom.
Priamo vyhrievaná katóda je pripojená k zdroju ohrievača: Priamo vyhrievaná katóda znamená, že katóda je pripojená k napätiu ohrievača, čo zabraňuje použitiu spoločného napájania ohrievača pre niekoľko ventilov, ktoré môžu potrebovať rôzne napätia katódy.
Riešením oboch problémov bolo použitie elektricky oddeleného vykurovacieho prvku, ktorý sa používal na ohrev katódy. Táto metóda známa ako nepriamy ohrev sa takmer všeobecne používa pre všetky ventily, či už ide o diódové ventily, triódy alebo čokoľvek iné.
Najjednoduchšou formou usmerňovača je jednocestný usmerňovač. Pre vyššie príkony sa používa dvojcestný usmerňovač. Je to vlastne dioda s dvama anódami a spločnou katódou.
Dvojcestný usmerňovač. Výsledkom je nízke zvlnenie a vyšší prúd.
Treba poznamenať, že usmerňovacie diódy často používali samostatné 5V žhaviace napätie (neviem prečo), zatiaľ čo ostatné elektrónky boli najčastejšie žhavené 100 mA (20V/50V), alebo 6,3V (300mA). Samozrejme sa používali a používajú aj iné napätia.
Detektor signálu diódového ventilu
Ambrose Fleming vynašiel prvý diódový ventil prostredníctvom skúmania detekcie alebo demodulácie rádiového signálu. V skutočnosti môže byť detektor diódového ventilu použitý na amplitúdovo modulované signály.
Činnosť usmerňovača diódového ventilu je vidieť nižšie, kde je demodulovaný amplitúdovo modulovaný signál pozostávajúci z nosiča s premenlivou amplitúdou. Na obnovenie modulácie sa signál usmerní a potom sa nosič odstráni pomocou kondenzátora ako vysokofrekvenčného filtra.
Detekcia Demodulácia signálu
Toto je veľmi jednoduchá, ale účinná forma AM demodulácie, aj keď má svoje nevýhody. Úrovne skreslenia môžu byť vysoké, pretože charakteristika diódy nebude úplne lineárna a táto forma diódového detektora je tiež vystavená skresleniu vyplývajúcemu zo selektívneho vyblednutia - problém, ktorý je zjavný vo frekvenčných pásmach bežne používaných pre prenosy s amplitúdovou moduláciou.
Trióda pozostáva z troch elektród – odtiaľ názov trióda. Tento typ sa používa ako zosilňovač a príležitostne aj ako usmerňovač.
Triódový ventil alebo triódová vákuová trubica preberá základnú koncepciu diódy a posúva ju o významný stupeň ďalej. Tretia elektróda nazývaná mriežka alebo správnejšie riadiaca mriežka je umiestnená medzi katódou a anódou základnej diódy a aplikáciou potenciálu na mriežku je možné odpudzovať alebo priťahovať elektróny emitované z katódy a týmto spôsobom ovplyvňujú prietok medzi katódou a anódou triódovej vákuovej trubice. Ak na mriežke triódového ventilu alebo triódovej vákuovej trubice nie je žiadne napätie, prúd medzi katódou a anódou bude maximálny. Umiestnenie záporného napätia na mriežku bude mať za následok odpudzovanie niektorých elektrónov späť ku katóde, čím sa zníži počet elektrónov putujúcich k anóde. Zmena záporného predpätia na mriežke bude modulovať prúd tečúci smerom k anóde. Keď sa v obvode používa triódový ventil, v anódovom obvode je umiestnený odpor. Modulovaný audio prúd medzi anódou a katódou sa objaví cez tento odpor ako veľký zosilnený replikovaný signál, ale o 180° mimo fázy so vstupom.
Riadiaca mriežka triódy
Riadiaca mriežka typicky pozostáva zo špirálového drôtu, ktorý je umiestnený medzi katódou a anódou. V niektorých prípadoch sa môže použiť sieťka. Skutočná konštrukcia a „hustota“ riadiacej mriežky závisí od výkonu a charakteristík, ktoré sa od triódovej vákuovej trubice vyžadujú.
Riadiaca mriežka v triódovom ventile alebo triódovej trubici slúži ako nedokonalý elektrostatický štít, ktorý umožňuje, aby časť, ale nie všetok elektrostatický tok z anódy unikal ku katóde.
Triódový ventil / trubica bude normálne fungovať v podmienkach obmedzených priestorovým nábojom. Za týchto okolností je počet elektrónov, ktoré dosiahnu anódu, tj anódový prúd, takmer výlučne určený elektrostatickým poľom v priestore katódovej mriežky.
Akonáhle elektróny prejdú mriežkou, pohybujú sa tak rýchlo smerom k anóde, že akékoľvek efekty priestorového náboja v oblasti mriežkovej anódy možno prakticky zanedbať.
Týmto spôsobom pôsobí záporné napätie na mriežke ako riadiace napätie, ktoré riadi množstvo prúdu, ktorý tečie v anódovom obvode.
Typické zapojenie veľmi jednoduchého ventilového alebo elektrónkového zosilňovača pomocou triódy je znázornené nižšie.
V tomto obvode slúži odpor R3 na udržanie mriežky na potenciáli zeme. Typické hodnoty môžu byť okolo 100 kΩ. Rezistor R2 v katóde vyvinie na ňom napätie ako výsledok prúdu tečúceho v obvode katóda - anóda. Keďže mriežka je na potenciáli zeme, napätie na R2 bude predstavovať hodnotu, o ktorú je mriežka záporná vzhľadom na katódu. Rezistor v anódovom obvode R1 na ňom vyvíja meniace sa napätie, keď sa mení prúd cez triódový ventil. Kondenzátor C1 poskytuje spojenie na vstupe a kondenzátor C2 poskytuje spojenie pre striedavý signál na výstupe, čím blokuje jednosmerný prúd, ktorý bude pravdepodobne vysoký. Kondenzátor C3 pôsobí ako obtokový kondenzátor striedavého prúdu cez katódový odpor R2. To zvyšuje AC zosilnenie obvodu pri zachovaní požadovaných podmienok DC predpätia.
Pentoda sa široko používa v mnohých aplikáciách zosilňovačov. Poskytuje vysokú úroveň zosilnenia, čím prekonáva „zalomenie“ krivky odozvy tetrodového ventilu. Pri prekonaní tejto nelinearity je pentódový ventil alebo pentódová vákuová trubica schopná poskytnúť vysoký výkon potrebný v mnohých obvodoch.
Pentoda pozostáva z piatich elektród – odtiaľ názov pentóda. V poradí od stredu, kde je ohrievač umiestnený, sú tieto elektródy:
Katóda: Rovnako ako u iných foriem vákuovej trubice alebo ventilu, v pentóde je katóda vyhrievaná a emituje elektróny do evakuovaného obalu.
Riadiaca mriežka: Rovnako ako u iných foriem vákuovej trubice, v pentóde je kontrolná mriežka bežne udržiavaná záporná vzhľadom na katódu a používa sa na riadenie toku elektrónov medzi katódou a anódou.
Mriežka obrazovky: Mriežka obrazovky je prevádzkovaná na pevnom kladnom potenciáli, ale pod potenciálom anódy a poskytuje tienenie medzi anódou a riadiacou mriežkou, čo výrazne zlepšilo výkon. Je oddelený od zeme pomocou kondenzátora, aby sa zabezpečilo, že tienenie je účinné.
Supresorová mriežka: V pentódovom ventile / vákuovej trubici je supresorová mriežka vo všeobecnosti udržiavaná na nízkom napätí, často pripojená priamo ku katóde. Jeho funkciou je vytvoriť oblasť nižšieho napätia medzi mriežkou obrazovky a anódou. Potláča sekundárnu emisiu, kde elektróny s vysokou energiou narážajúce na anódu vysokou rýchlosťou majú tendenciu sa odraziť. Tento efekt spôsobuje zalomenie krivky odozvy tetródových ventilov. Týmto spôsobom umožňuje pentóde poskytovať vysoký zosilňovací faktor spolu so schopnosťou pracovať pri vysokých frekvenciách.
Anóda: Anóda alebo platňa je prevádzkovaná pri vysokom potenciáli a je to elektróda, ku ktorej sú nakoniec priťahované elektróny v pentóde alebo akomkoľvek inom ventile.
Elektródy v pentódovej trubici sú usporiadané sústredne okolo katódy.
Typické zapojenie pentódovej trubice alebo obvod pentódového ventilu do značnej miery zodpovedá formátu obvodov triódy a lúčovej tetrody. Hoci bola použitá uzemnená mriežka a iné konfigurácie, obvod so spoločnou katódou bol zďaleka najpoužívanejší.
Ako obvykle má katóda medzi sebou a zemou odpor. Prúd pretekajúci cez katódu znamená, že na rezistore R2 vzniká napätie a keďže mriežka je na potenciáli zeme v dôsledku R3, znamená to, že mriežka pracuje s požadovaným záporným potenciálom. R2 je oddelený, aby sa zabezpečilo, že sa cez odpor nevyvinie žiadny signál.
R4 je zvyčajne vysoká hodnota, často okolo 100 kΩ zvyšuje potenciál mriežky obrazovky. Je oddelený od zeme cez C4. To zaisťuje, že je schopný účinne pôsobiť ako clona medzi anódou a obvodmi riadiacej mriežky.
Supresorová mriežka je normálne pripojená ku katóde. Niekedy je supresorová mriežka pripojená interne – nie je k dispozícii žiadny externý kolík. Niekedy je supresorová mriežka pripojená k zemi a nie ku katóde. To sa môže stať, ak má katóda komponent s nízkym odporom, ako je tlmivka v katódovom obvode.
R1 slúži ako anódový odpor, cez ktorý sa vyvíja zosilnený signál.
Systémy číslovania
európsky systém
PRVÉ PÍSMENO OZNAČUJE NAPÁJANIE ŽHAVENIA | NASLEDUJÚCE PÍSMENÁ OZNAČUJÚ TYP VENTILU | NASLEDUJÚCE OBRÁZKY OZNAČUJÚ ZÁKLADŇU |
A 4V AC E - 6,3 V AC a DC | A - Jedna dióda E - Tetróda H - Hexóda alebo heptóda | 20 - 29 B8G (Loktal) 40 - 49 B8A
|
Ak je číslo väčšie ako sto, prvý údaj by sa pri určovaní základu nemal brať do úvahy.
americký systém
PRVÝ ÚDAJ OZNAČUJE NAPÄTIE OHRIEVAČA | DRUHÝ A ĎALŠIE ZNAKY SÚ SÉRIOVÉ ČÍSLA | PRÍPONOVÉ PÍSMENÁ |
0 - Studená katóda 35 - Okolo 35 V |
| G - Veľká sklenená obálka |