Elektroncső

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Tungsram elektroncsövek

Az elektroncső az elektronikában használt aktív eszköz, amely elektronok vákuumban vagy gázzal töltött térben való áramlásán alapul. Az elektroncső egy többnyire hengeres védőburában rögzített, elektródákat tartalmazó, légmentesen lezárt elektronikai eszköz, amelyből az elektródák a működtetéshez ki vannak vezetve. Ha az elektroncső belsejében légritkított tér, azaz vákuum (10-1 Pa) van, ekkor vákuumcsövekről beszélünk, ha kis nyomású gáz, akkor gáztöltésű elektroncsőről. Az elektroncsöveket egyenirányításra, erősítésre, rezgés keltésére , illetve kijelzésre használták. A félvezetők elterjedésével alkalmazásuk egyre inkább háttérbe szorult, főként a fogyasztásuk, a működési módból következő melegedésük, mechanikai kivitelük, méreteik, élettartamuk miatt.Az elektroncsövet ma már félvezető eszköz: tranzisztor, félvezető dióda, tirisztor helyettesíti. Ugyanakkor katonai területen ma is használatban van, mert nem érzékeny az atomrobbanás okozta sugárzásra, és az elektromágneses zavarokra, szemben a félvezetőkkel. A profi hangtechnika is előszeretettel használja erősítőkben, egyrészt mert az átviteli tulajdonságai szubjektíven kellemesebb hangzást adnak, másrészt pedig működési folyamatait könnyebb kézben tartani, mint a félvezető alkatrészekét. Speciális elektroncsövet (magnetront) alkalmaznak a mikrohullámú sütőkben is.

Diagram of Vacuum-Tube Diode

Dióda

Diagram of Vacuum-Tube Triode

Trióda

Működése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Elektroncső az 1930-as évek végéről (Philips)

Működése a légritkított vagy gázzal töltött térben elektronok mozgásán alapszik. Az elektronok áramlása a katódról indul, a vezérlést az anód és a katód közé helyezett rácsnak nevezett elem végzi, a rajta átjutott elektronokat végül az 'anód' fogja fel. Az elektroncsövek nevét a beépített elektródák száma határozza meg: 2 elektróda (anód, katód) estén 'dióda', 3 elektróda estén (anód, katód, rács) 'trióda', a rácsok számának növekedésével 'tetróda', 'pentóda', 'hexóda', 'heptóda', 'októda' az elektroncső neve.

A katód melegítés hatására elektronokat bocsát ki magából. Ez a termoelektromos effektus. A kibocsátott elektronok a katód körül elektronfelhőt alkotnak.

A katód és az anód közé kapcsolt feszültség (negatív polaritású a katód) az 'anódfeszültség' hatására az elektronfelhőből az elektronok az anód felé áramlanak, az anódba csapódnak, a katód és az anód között 'anódáram' folyik. Ha a katód és az anód közötti feszültség polaritást megcseréljük, nincs elektronáramlás. Ezt a jelenséget használják ki az egyenirányító diódák.

Az elektroncsőben az anódáram a rácsra kapcsolt feszültséggel szabályozható. A rácsra adott feszültség nagyságától függően a rács körül kialakuló 'elektrosztatikus tér' befolyásolja az a katód és az anód közötti elektronáramlást.

A három elektródával rendelkező trióda a legegyszerűbb erősítő. Az elektroncső egyes jellemzői között a Barkhausen-egyenlet teremt összefüggést. Az egyenlet szerint az elektroncső feszültségerősítési tényezője \mu egyenlő az S meredekség és az R_b belső ellenállás szorzatával. Ha egy trióda rácsára negatív feszültséget kapcsolunk, a trióda nem működik. Tehát egy trióda tulajdonképpen úgy működik mint egy NPN tranzisztor (mivel az is pozitív bázisfeszültséget igényel).

Felépítése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Miniatür elektroncső (RCA)

Az elektroncső mechanikailag koncentrikus, egymásba helyezett hengeres elemekből épül fel. A kivezetések az elektromos kapcsolaton kívül tartóként is funkcionálnak. Gyakori, hogy egy burába két elektroncső elektródáit építik egybe, de egymástól elektromosan szigetelten, a fűtés azonban általában közös. Az elektroncső burkolata (burája) többnyire üvegből készül, de különleges elektroncsövek esetében ez lehet kerámia vagy fém is. Az elektródák kontaktusrendszere alkotja csőfejet, függetlenül attól, hogy az üveg csőburánál ez egy üvegtányérba forrasztott kivezetés rendszer, az úgynevezett lábak vagy miniatűr kivitelű elektroncső esetén forrasztható huzalok, illetve valamilyen külső foglalat és érintkező-rendszer alkotja a csőfejet.

A csőfoglalat vagy foglalat nem része az elektroncsőnek, de a megfelelő csőfoglatba behelyezve az elektroncsövet azt mechanikusan rögzíti, illetve elektromosan csatlakoztatja a többi áramköri elemhez.

Fűtőszál[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Általában a fűtőszál feladata, hogy megfelelő hőmérsékletűre melegítse a katódot.

Az elektroncsövekben alkalmazott fűtőszál hasonló az izzólámpák spiráljához. A fűtőszál a saját melegedése miatt ugyan kibocsát elektronokat, ez azonban nem elegendő. Léteznek olyan elektroncsövek, amelyekben a katód szerepét a fűtőszál tölti be, azonban általánosan a külön katóddal rendelkező elektroncsövek terjedtek el.

A fűtőszál izzásakor keletkező látható fény éppen úgy veszteség, mint az a hőmennyiség, ami kisugárzásra kerül.

Katód[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A direkt fűtésű katód esetében a katód maga az a volfrámszál, ami a fűtőáram hatására izzásba jön, hozzávetőlegesen 700 Celsius-fokon, és elektronokat emittál. A közvetett fűtésű katód esetében a katód melegítését szintén fűtőszál végzi, amit a tantál vagy nikkel katód henger vesz körbe. A direkt fűtés esetében a katód hőmérséklete körülbelül 1000 °C. A minél magasabb elektronkibocsátás miatt a katódot olyan anyaggal vonják be, amelynek nagy az elektron kibocsátó képessége (bárium-oxid, tórium-oxid), az az úgynevezett oxikatód. Idővel a katód veszít elektronkibocsátó képességéből, az elektroncső elöregszik.

A nagy teljesítményű egyenirányítók esetében a higanykatód terjedt el.

Léteztek olyan elektroncsövek is, amelyeket nem elektromos áram, hanem gáz fűtött.

Rács[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A rácsot általában egy a katóddal koncentrikus, spirális formában feltekert vezető valósítja meg. Több rács esetén a rácsok szintén koncentrikusan helyezkednek el a katód körül. A spirál menetei hozzávetőlegesen 1-2 milliméteres távolságra vannak egymástól, de mivel a rács elektrosztatikus terével vezérel, a kialakítása nem kritikus.

Anód[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A katódról érkező (és a rácson áthaladt) elektronokat fogja fel.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Thomas Alva Edison 1883-ban fedezte fel, hogy az izzó fémszál elektronokat bocsát ki magából.
  • 1904-ben John Ambrose Flemming Edison felfedezése alapján elkészíti az első diódát.
  • Lénárd Fülöp alkalmaz először rácsot elektronáram vezérlésére.
  • Az első triódát 1905-ben Lee de Forest alakítja ki, a lemez anód alkalmazásával.
  • Wehnelt felfedezi az oxikatódot, nevét a Wehnelt-henger, a képcsövek speciális hengeres katódja őrzi.
  • 1905-ben R. Leiben, Strauss és J.P.Ross már gáztöltésű triódát alkalmaz távírójelek erősítésére, majd de Forest szikratávíró vételéhez alkalmazza triódát.
  • 1906-ban John Ambrose Flemming feltalálja a triódát, s rá két évvel Ruhmer kidolgozza az átviteli utak többszörös kihasználását, már látszik a következő korszak, melyet az elektroncső és a nagy távolságú távközlés időszakának nevezhetünk.
  • 1913-ban A. Meissner a visszacsatolás alkalmazásával megszerkeszti az első csillapítatlan rezgéseket keltő elektronikus oszcillátort.

Különleges elektroncsövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Adócsövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az adócsövek alatt a gyakorlatban nagy teljesítményű elektroncsöveket értenek. A nagy teljesítmény eléréséhez általában direkt fűtésű a katód, az anódfeszültség, a fűtőteljesítmény jelentősen megnövelt, az elektródák csatlakoztatása is különleges.

Az adócsövek a nagy felvett és leadott teljesítmény miatt állandó lég- vagy vízhűtést igényelnek. Egyes esetekben a hűtést a anód külső felületére porlasztott vízzel segítik elő, a párolgás okozta hőelvonás kihasználásával.

Kijelzőcsövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy tipikus Nixie-cső, amit általában számjegyek kijelzésére használnak

Olyan gázzal töltött elektroncsövek, amelyek az elektromos jeleket látható fénnyé alakítják. A fényt általában ködfénykisüléssel hozzák létre. Az elektródák kialakításától függően számjegyek vagy pontok válnak láthatóvá. A pont kijelzésű számlálócsöveknél egy kör kerületén elhelyezett 10 pont közül egy világít, így a kijelző cső számkerékhez hasonlóan viselkedik. A számkijelzésű kijelzőcsöveket gyakran NIXIE csöveknek nevezik.

Képcsövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A képcsövek grafikus, képi információ megjelenítésére szolgálnak. A képcsövekben a grafikus információ képpontokként jelenik meg, egységes képnek a szemünk tehetetlensége miatt érzékeljük. Az oszcilloszkóp- és radar csövek általában monokróm (egyszínű) megjelenítést biztosítanak, a Televízió- és monitorcsövek kialakításuktól függően lehetnek képesek monokróm vagy színes képelemek megjelenítésére. A képcsövek speciális katódsugárcsövek, ahol a katódból kilépő elektronokat egy speciális kialakítású anód az elektronágyú nagy sebességre gyorsítja, és az ernyőnek ütköző elektronok az elektrolumineszcencia jelenségét kihasználva fényt gerjesztenek. Az ernyő bevonatától függően változik a kibocsátott fény színe. A kibocsátott fény intenzitása arányos a beérkező elektronok számával, így az egyes képpontok fényessége változtatható.

Oszcilloszkóp csövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A felgyorsított elektronsugarat általában egy egymásra merőleges lemezpár (X és Y irányú eltérítő elektródák) elektrosztatikus terével pozicionálják az ernyő megfelelő pontjára. A ernyő sík és többnyire kör alakú, bevonata általában zöld színű, a megjelenített képpont méretét az ernyőbe ütköző elektronsugár kiterjedése (fókuszálás) határozza meg. Az oszcilloszkóp csövekben az elektronsugár intenzitása állítható, így a megjelenített képpontok intenzitása a sebességtől függetlenül azonos lehet.

Televízió- és számítógép monitor képcsövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az egy színt megjeleníteni képes (monokróm) képcsövek felépítése hasonló az oszcilloszkóp csövek felépítéséhez, de lényeges különbség, hogy az eltérítő rendszere mágneses, és az elektronsugár intenzitás változtatható, mivel a megjelenített képpont intenzitása fényessége alapvetően fontos információ. Az ernyő téglalap alakú, és enyhén görbült. A képernyő méretét az téglalap átlójának méretével jellemzik, az oldalak aránya állandó.

A színes képcsövek gyakorlatilag 3 közös ernyőt használó monokróm képcsőből épülnek fel. Az egyes ernyők piros, kék és zöld fényt kibocsátó bevonattal rendelkeznek. Egy mechanikus maszk biztosítja, hogy a megfelelő elektronsugár csak a megfelelő képpontot találja el. A maszk vagy egy speciálisan kialakított rács-szerkezet, vagy pedig lyukakkal ellátott fémlap. Egy megjelenített színes képpont így valójában 3 képpontból áll össze.

A számítógép monitor képcsövek jellemzője a felbontás, amely a megjeleníthető képpontok, 'pixelek számát mutatja.

A nagy intenzitású elektronsugár képes arra, hogy károsítsa a ernyő fénykibocsátó rétegét, ezért készültek az úgynevezett képernyővédő, screen saver programok. A színes képcsövek esetében a maszkba, monokróm képcsövek esetében pedig az ernyő anyagába csapódó elektronok gyenge röntgensugárzást váltanak ki.

Radar ernyők[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Felépítésük hasonló az oszcilloszkóp csövekéhez, lényeges különbség azonban, hogy az elektronsugarat mágneses térrel térítik el, valamint a fénykibocsátó réteg képes arra, hogy az elektronok becsapódása által kiváltott fényt hosszabb ideig fenntartsa. Ez az utánvilágítási idő úgy van megválasztva, hogy nagyjából megegyezzen a radarantenna egy körülfordulási idejével.

Az első hazai fejlesztésű és gyártású, számítógéphez csatlakozó teljesen grafikus kijelző megjelenítője egy radarernyő volt.

Hangolásjelzők[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hangolásjelzők a régi rádiókban, erősítőkben használt, a köznyelv által varázsszemnek nevezett elektroncsövek az elektrolumineszcencia jelenségét használják ki, a képcsövekhez hasonlóan. A hangolásjelző csövek anódjára felvitt bevonat a fényt bocsát ki a becsapódó elektronok hatására. A hangolásjelzők anódja többnyire körgyűrű, körszegmens, téglalap formájú. A vezérlő rács olyan kialakítású, ami biztosítja, hogy az anód területéből többet vagy kevesebbet érjen az elektronáram, az információt a világító terület nagysága jelenti.

Mikrohullámú elektroncsövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A klisztonok és magnetronok, haladóhullámú csövek: A 'mikrohullámú elektroncsövek' az áramló elektronok és a nagyfrekvenciás tér közötti energetikai kölcsönhatást használják fel. Az egyenfeszültséggel felgyorsított elektronokat a pályájuk egy szakaszán nagyfrekvenciás tér fékezi, az elektronok kinetikus energiájának egy része mikrohullámú energiává alakul, mivel a fékezett elektronok kinetikai energiája csökken ugyan, de az energiamegmaradás miatt ugyanennyivel nő a mikrohullámú tér energiája. A klisztronok, magnetronok és haladóhullámú csövek a deciméteres és centiméteres hullámhossz tartományban rezgések előállítására és erősítésére szolgálnak.

A mikrohullámú elektroncsövek kivitele olyan, hogy a lehető legjobban illeszkedjenek a mikrohullámú technikában használatos tápvonalakhoz.

Klisztronok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Üreges klisztron
  • Reflex klisztron

Magnetronok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Haladóhullámú csövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Röntgencsövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgencsövek a nagy sebességre gyorsított, az anódba becsapódó elektronok által kiváltott röntgensugárzás előállítására szolgálnak. A nagy sebességre gyorsított elektronok anódba csapódása okozta terhelés elviselésére az anód anyagának kiválasztása és kialakítása különleges megoldásokat igényel, gyakori a forgóanód, és a vízhűtés, a röntgensugárzást a lehető legkevésbé elnyelő anyag használata a teljes burkolatra, vagy csak a sugárzás kivezető ablakra.

A nagy gyorsítófeszültség miatt a elektródák csatlakoztatása, szigetelése különleges megoldásokat igényel, valamint a környezet sugárterhelésének csökkentésére árnyékolás szükséges.

Fotocellák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 'fotokatód'ra eső fény intenzitásának nagyságával szabályozható a fotocellák árama. A fotókatód bevonata (pl. szelén) biztosítja, hogy a fotoelektromos hatás-ra kilépő elektronok száma még kis fényintenzitás esetén is elegendő legyen.

Foto- és elektronsokszorozók[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kis intenzitású fény- illetve elektronsugárzás elektronikus erősítésére szolgáló elektroncsövek, amelyekben a kaszkádkapcsolású speciális elektródák dinódák segítségével a szekunder elektron emisszó jelenségét használják ki.

A dinódák egyszerre viselkednek anódként és katódként: összegyűjtik a megelőző fokozatból származó elektronokat, és ugyanakkor a következő fokozat katódjaként több elektront emittálnak.

A fotosokszorozó egy fotokatódból és egy elektronsokszorozóból áll. A beérkező fény hatására a fotokatódból emittált elektronok számát növelik, míg az elektronsokszorozók vagy a magát a berkező elektront, vagy a beérkező elektron által kiváltott másodlagosan emittált elektront erősítik tovább. A sokszorozók kimenő árama arányos a beeső fény- vagy elektronsugár intenzitásával.

Mivel a beeső fény hullámhosszától nem függ jelentősen az emisszió, alkalmas infravörös fény fogadására is. Az éjjellátó készülékek elekro-optikai képátalakítója tulajdonképpen elektro-lumineszcens anyaggal bevont ernyővel rendelkező elektronsokszorozó.

Képfelvevő csövek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ezek az elektroncsövek az álló- vagy mozgóképek képpontokra bontását, és az egyes képpontok eső fény intenzitásával arányos elektromos jellé alakítását végzik.

Ortikonok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az optikai képet egy mozaikelektródára vetítik, amelyen a fotoemisszió következtében egy 'töltéskép' alakul ki. A töltésképet egy kis energiájú elektronsugár hátulról letapogatja, és árammá alakítja.

Vidikonok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az optikai képet egy átlátszó lapra vetítik, amelynek másik oldalán egy, a megvilágítással helyileg változó vezetőképességű 'fotokonduktív' réteg van. A megvilágítással arányos jelet egy, a fotokonduktív réteget pásztázó elektronsugár állítja elő.

Színes képek esetében optikai eszközökkel bontják szét a három alapszínre, és minden alapszínhez egy külön képfelvevő cső tartozik, vagy a fotoemissziós réteg illetve a fotokonduktív réteg színérzékeny.

Alkalmazása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egyenirányítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Erősítés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Erősítésre általában triódát használnak. A trióda helyettesíthető tranzisztorral.

Kapcsolás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kijelzés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Keverés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Rezgéskeltés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egyéb alkalmazások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jelzésük[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Nyugat-Európa[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Nyugat-Európában a normál elektroncsövek azonosítására egy betűkből és számokból álló azonosító rendszer használatos, ami betűkből és legalább 2 számból áll.

Az első betű az elektroncső fűtéséről (feszültség vagy áram) ad információt. A következő egy vagy több (legfeljebb három) betű azt mutatja, hogy milyen és hány elektródarendszer van közös burában.

A elektródarendszert jelölő betűk:

A Dióda
AA Kettős dióda, két külön katóddal
B Kettős dióda, közös katóddal
C Trióda (nem végfokcső)
D Végtrióda
E Tetróda (nem végfokcső)
F Pentóda (nem végfokcső)
H Hexóda vagy heptóda
K Októda vagy heptóda
L Végpentóda
M Hangolásjelző
N Gáztöltésű trióda vagy thyratron
P Tetróda (szekunder emissziós)
Q Nonóda
W Gáztöltésű dióda
X Gáztöltésű kettősdióda
Y Nagyfeszültségű dióda (egyenirányító)
Z Nagyfeszültségű kettősdióda (egyenirányító)

A számok: A betűcsoportot követő első szám a foglalt, illetve a csőfej típusát határozza meg, a következő szám egyéb, többnyire gyártóspecifikus azonosító.

Észak-Amerika (RETMA)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az azonosítók egy – legfeljebb háromjegyű – számmal kezdődnek, ez jelöli a cső fűtésének feszültségét (egész számra kerekítve).

Ezt egy vagy két betű követi, majd az elektroncsőben található aktív elemek darabszáma. Az azonosítók végén néha még áll egy - legfeljebb háromtagú - betűcsoport, ami általában különböző változtatásokat jelöl az eredetihez képest (pl. aranyozott csatlakozó, katonai verzió, nagyobb teljesítmény).

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Forrás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Elektroncső témájú médiaállományokat.