Elektrónka

Moderné vákuové elektrónky, väčšinou v miniatúrnom prevedení

Časti systému koncovej pentódy EL84. Zľava: žeraviace vlákno; katóda; riadiaca mriežka (g1); tieniaca mriežka (g2); brzdiaca mriežka (g3); anóda

Schéma triódy s priamym žeravením

Elektrónka (iné názvy: vákuová elektrónka; zastarano: elektrónová lampa, lampa) je zasklená, kovová alebo keramická vákuovaná banka, ktorá pracuje na princípe vedenia elektrického prúdu vo vákuu.

V elektrónkach sa využíva prenos elektrónov medzi katódou a anódou. Elektróny vystupujú z katódy, sú emitované a dopadajú na anódu, ktorá obklopuje katódu. Elektróny zachytené anódou vytvárajú anódový prúd.

Aby elektróny mohli byť emitované, musia byť splnené určité podmienky:

1. anóda musí mať voči katóde kladné napätie ktoré nazývame anódové napätie (desiatky V až jednotky kV)
2. katóda musí byť schopná emitovať elektróny

Aby elektrón mohol opustiť anódu, musí svojou kinetickou energiou prekonať zrkadlovú silu, ktorá sa snaží vrátiť ho späť. Táto energia sa nazýva výstupná práca.

Druhy emisií

Podľa toho, v akej forme dodávame katóde energiu potrebnú na emisiu, rozoznávame tieto druhy emisií:

Tepelná emisia (termoemisia)

Energia je elektrónom dodávaná prostredníctvom zahrievania katódy, obvykle prechodom prúdu žeraviacim vláknom. Ak žeraviace vlákno tvorí priamo katódu, hovoríme o priamožeravenej katóde. Nepriamo žeravená katóda sa skladá z kovovej rúrky (ktorá je vlastnou katódou a má vyvedený kontakt), v ktorej je zasunuté izolované žeraviace vlákno. Rúrka býva potiahnutá vrstvou oxidov, ktoré majú väčšiu emisnú účinnosť než samotný kov (tzv. „kysličníková katóda“).

Termoemisia je takmer výhradným druhom emisie elektrónov v prakticky používaných elektrónkach.

Svetelná emisia (fotoemisia)

Aby nastala emisia, musí byť frekvencia dopadajúceho žiarenia taká, aby bola energia žiarenia dostatočná a rovnala sa výstupnej práci daného materiálu.

Energia žiarenia závisí od frekvencie h × f(min) = a(v); h – Planckova konštanta (6,624×10^-34)

Sekundárna emisia

Ak na povrch materiálu dopadajú elektróny, alebo iné častice vhodnou rýchlosťou, nárazom týchto častíc sa z povrchových atómov vyrážajú elektróny. Vzniká tak sekundárny prúd I(s), ktorý vytvárajú emitované elektróny.

Činiteľ sekundárnej emisie ﻝ'(s) = I(s)/I(p) – vyjadruje veľkosť sekundárnej emisie

Nad určitou hodnotou napätia elektróny prenikajú tak hlboko, že elektróny z atómov nemôžu emitovať a sekundárna emisia nevznikne.

Sekundárna emisia je u elektrónok považovaná za parazitný, nežiaduci jav.

Vlastná emisia

Vzniká pôsobením silných polí, ktoré vytrhávajú z povrchu materiálu elektróny. Používa sa zriedkavo ako „studená katóda“, obvykle v tvare ihly alebo guličky.
(Emisia vzniká dostatočne veľkým napätím vyvolávajúcim intenzitu pola cca 10⁹ V/m)

Spôsob žeravenia elektrónok v zariadeniach s viacerými elektrónkami

Žeraviace vlákna v zariadeniach s viacerými elektrónkami môžu byť zapojené do série – prechádza nimi rovnaký prúd – alebo paralelne – je na nich rovnaké napätie. Elektrónky sú konštruované na jedno z týchto dvoch zapojení, často sa používanejšie typy vyrábali s oboma variantmi žeravenia (t. j. líšili sa len použitým žeraviacim vláknom). V európskom značení vyznačuje prvé písmeno druh žeravenia, z najpoužívanejších E znamená žeravenie napätím 6,3 V (napr. pentóda EL83), P znamená prúdové žeravenie 0,3 A (napr. kombinovaná trióda/pentóda PCL85).

Sériovo sa žeravenie zapájalo najmä pri televízoroch, kde počet elektrónok bol vyše desať, pričom sústava vlákien bola cez sériový, prúd obmedzujúci rezistor, zapojená priamo na sieťové napätie, t. j. 220 V. Pre zníženie prúdového nárazu pri zapnutí, keď sú vlákna ešte studené a majú menší odpor než za prevádzky, sa zaraďoval do série ešte termistor so zápornou tepelnou závislosťou (NTC).

Druhy elektrónok

Dvojitá nf. trióda ECC83 v prevádzke

Vákuová dióda

Pozostáva len z katódy a anódy. Pri rozžeravení katódy táto emituje elektróny. Tieto prechádzajú na anódu, len ak má anóda kladné napätie voči katóde, čo je princípom usmerňovacieho efektu diódy.

Vákuová trióda

Medzi katódu a anódu je vložená mriežka, ktorú nazývame riadiaca mriežka (má väčšinou záporný potenciál). Pomerne malou zmenou napätia na mriežke je možné odpudzovať elektróny na ich dráhe od katódy k anóde, a tým meniť anódový prúd – vzniká efekt zosilnenia.

Elektrónky s viacerými mriežkami – vákuová tetróda, pentóda, heptóda atď.

Dodatočné mriežky majú za úlohu eliminovať rôzne parazitné javy, ktoré spôsobujú nežiaduce nelinearity na charakteristikách elektrónky, napr. sekundárnu emisiu z anódy. Sú pripojené obvykle na konštantné napätia podľa odporúčania výrobcu.

Špeciálne použitie majú viacmriežkové elektrónky, ktoré sa používajú na zmiešavanie signálov (napr. v superheterodynoch). Obsahujú dve pracovné mriežky a anódový prúd je závislý od súčinu napätí na nich.

Schémy elektrónok s nepriamym žeravením

• 
  Dióda
  f – žeravenie,
  k – katóda,
  a – anóda
• 
  Trióda
  f – žeravenie,
  k – katóda,
  g1 – mriežka,
  a – anóda
• 
  Tetróda
  f – žeravenie,
  k – katóda,
  g1, g2 – mriežky,
  a – anóda
• 
  Pentóda
  f – žeravenie,
  k – katóda,
  g1, g2, g3 – mriežky,
  a – anóda
• 
  Heptóda
  f – žeravenie,
  k – katóda,
  g1, g2, g3, g4 – mriežky,
  a – anóda

Zobrazovacie elektrónky

CRT

Klasická obrazovka (CRT, z angl. Cathode Ray Tube) je zariadenie na vytváranie obrazu na tienidle pomocou vychyľovaného elektrónového lúča.

VFD

Fluorescenčný dispej (VFD, z angl. Vacuum Fluorescent Display) je elektrónkový displej, kde sú jednotlivé znaky tvorené tvarovanou elektródou. Efekt svetla sa dosahuje dopadom elektrónov na fluoroscenčnú vrstvu. Dopad emituje monochromatické svetlo. Táto metóda zobrazovania sa využíva aj pre počítačové monitory, radarové obrazovky a pod. Uplatnenie má tiež v displejoch spotrebnej elektroniky, registračných pokladniciach a pod.

Indikátor vyladenia („magické oko“)

Indikátor vyladenia EM11

Je zvláštna elektrónka so zahnutou elektroluminiscenčnou dopadovou plochou. Elektrónový lúč je rozptýlený a osvetľuje spodnú časť zahnutého luminoforu. Lúč je vychyľovaný a tým osvetľuje väčšiu plochu luminoforu. Táto vlastnosť sa využíva pre zobrazenie úrovne signálu, kedy je veľkosť osvetlenej plochy priamo úmerná veľkosti signálu. Luminofor môže mať aj kruhový (kužeľový) tvar – rozptýlený elektrónový lúč vytvára zvláštnu kruhovú mihotavú žiaru pripomínajúcu oko.

Magické oko je vlastne trióda s veľkým zosilnením, ktorá sa nachádza v spodnej časti. V hornej časti elektrónky je indikačná časť tvorená tienidlom potiahnutým luminoforom pripojeným k zdroju anódového napätia (okolo 250 V). Uprostred tienidla je katóda a okolo katódy sa nachádza riadiaca elektróda, spojená s anódou triódy.

Mikrovlnné elektrónky

Magnetrón

Magnetrón (magnetron) je druh vákuovej elektrónky, ktorá vyrába vysokofrekvenčné elektromagnetické vlnenie – mikrovlny. Pracuje na princípe ohýbania toku elektrónov pomocou silného magnetického poľa. V praxi sa využívajú dve základné vlastnosti mikrovĺn – odraz od kovových predmetov (radar) a ohrievanie vody a vodu obsahujúcich látok (mikrovlnná rúra).

Špeciálne elektrónky

Svetlocitlivé

• fotónka, fotonásobič

Dodnes používané elektrónky

• výkonové NF elektrónky v nízkofrekvenčných zosilňovačoch
• výkonové VF elektrónky pre desiatky kW až MW (koncové stupne vysielačov)
• výkonové mikrovlnné elektrónky (magnetrón v domácich mikrovlnkách, ale aj v radaroch)
• obrazovky (CRT) a fluorescenčné displeje (VFD)
• fotonásobič

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Elektrónka

Externé odkazy

• Frank's Electron tube Pages on-line katalóg elektrónok
• Katalóg elektrónok Tesla
• Video – ručná výroba priamo žeravenej triódy