Historie elektronky

O historii vzniku elektronek je napsáno již dost, (viz odkazy). Nechci opisovat texty či stránky někoho jiného. Chybou by ale bylo, kdybych se o historii vůbec nezmínil. Připravil jsem článek tak, jak se psalo o elektronkách ve třicátých letech minulého století. Čerpal jsem z „Technického slovníku naučného” od autorů Teysslera – Kotyšky, vydaného v roce 1929.

Elektronová lampa (trubice,trioda atd.).
Jsou to trubice skleněné, velmi značně vyčerpané (zbývající plyn má napětí v mezích 10-5 až 10-6 mm sloupce rtuťového), opatřené katodou k (obr.1.), kterou lze baterií akumulátorů B1 rozžhaviti a anodu a, k níž připojuje se kladný pól baterie B2 , již nazýváme baterií anodovou.

Do prostoru mezi anodou a katodou zasahá obyčejně mřížka m, k níž se může připojit baterie B3, tvořící třetí proudový okruh (mřížkový). Pro jednoduchost odmyslíme si prozatím mřížku m a mřížkový okruh a uvažujeme elektrické děje v anodovém okruhu, tj. prostoru a a k. Je-li katoda z wolframu, může se zahřáti až do bílého žáru; je-li z kovu pokrytého kysličníkem vhodného kovu alkalických zemin, stačí žár menší. Účinkem napětí B2 při žhnutí katody k, vybavují se z této elektrony a pohybují se k anodě a. Tím vzniká anodový proud intenzity Ia a napětí Va jenž jest při různé teplotě charakterizován křivkami obr.2.

Křivka I platí pro nižší teplotu katody, II pro vyšší teplotu. Jak je patrno, roste-li anodové napětí Va vzrůstá intenzita anodového proudu, až se dostaví proud nasycený tj. stálé intenzity Is. Při malém napětí Va tvoří z katody unikající elektrony prostor, z něhož jen některé se dostanou k anodě při dostatečné hodnotě napětí Va přecházejí všechny elektrony k anodě, intenzita proudu více nestoupá, anodový proud jest nasycen. Pro tuto intenzitu Is platí zákon Richardsonův:

Is	= aP √Te -	b
		T

Kde a a b jsou stálé veličiny, závislé na jakosti katody, P jest plocha katody, T absolutní její teplota a e základ přirozených logaritmů.Pro wolfram jest a =2·36.107 a b =5·24.104 (podle Langmuira). Nejmenší napětí anodového proudu při nasycení budiž Vs ; Nedosahuje-li Va této hodnoty,tj., je-li Va < Vs , jest také Ia < Is , pak všechny elektrony nedocházejí k anodě, ale vrací se účinkem prostorového náboje elektronů u katody nahromaděných tím, že tyto indukují stejně velký, ale opačně označený náboj v katodě. Pro tento prostorový proud anodový platí vztah (Langmuir, Shottky)

Ia	= cVa	3
		2

Podle něhož intenzita prostorového proudu nezáleží na katodě a její teplotě a řídí se konstantou c, odvislou pouze od rozměrů anody a katody. Změní-li anodové napětí své znamení, zabrání se tím úplně výronu elektronů ze žhavého drátu a proud elektronovou lampou neprochází. Na této důležité vlastnosti zakládá se praktické upotřebení elektronových lamp jako usměrňováků proudů (eliminátorů, v.t. Lee de Forest připojil do elektronové lampy třetí elektrodu, mřížku m (obr.1) mezi anodu a katodu, tak aby napětím na této mřížce (B3) dal se anodový proud pozměniti. Má-li tato mřížka napětí Vm pozitivní, pak se tím tvoření prostorového náboje u katody brání a proud anodový zesiluje. Při záporném napětí mřížky se proud anodový zeslabuje, popř. docela potlačí. Střídá-li napětí Vm své znamení, povstanou tím značné změny v anodovém proudu. Této vlastnosti elektronové lampy užívá se při elektronových vysílačích a zesilovačích v praktické radiotelegrafii a radiofonii. Označíme-li intenzitu celkového proudu jako emisi trubice Ie skládá se tento proud ze dvou částí, tj. z intenzity anodového proudu Ia a z intenzity mřížkového proudu Im , takže Ie = Ia + Im .
A pro tuto emisi platí podobný zákon jako dříve pro anodový proud ( bez mřížky), tj.:

Ie	= c[Vm+ DVa]	3
		2

při čemž D značí stálou veličinu, již nazýváme průnik. Celková elektrom. síla (Vm +DVa) nazývá se ekvivalentní napětí. Průnik, čili převratná hodnota zesilovacího koeficientu záleží na rozměrech trubice a velikosti mezer mřížkových. Zanedbáváme-li prostorový náboj trubice lze celkový náboj vyjádřiti součtem Cm Vm+C aVa , kde Cm a C a značí kapacitu mřížky a anody. Průnik jest pak určen poměrem

D	=	Ca
		Cm

Přesný výraz pro D určuje poměr

D = -	∂Vm	Ie

	∂Va

jenž stanoví míru, v níž anodové pole proniká mezerami mřížky a jak působí v poměru k napětí mřížkovému na emisní proud. Závislost emisního proudu na obou napětích, anodovém a mřížkovém vyznačujeme emisní charakteristikou, tj. kreslíme diagram, jehož základní proměnou jest Vm a jehož ordinatou jest intenzita emise pro jednotlivé stálé hodnoty V a. Tím obdržíme soubor křivek, z nichž průběhu lze určiti všechny důležité konstanty dané triody. Tak npř. v obr. 3 nakresleny jsou charakteristiky pro 4 hodnoty anodového napětí 0, 50, 100, 200 volt s průnikem D = 10%, což znamená, že změna anodového napětí jeví se v desetkráte menší změně mřížkového napětí.

Z průběhu křivek lze posouditi též strmost (koeficient strmosti) trubice S, určenou směrnicí tečné v daném bodě charakteristiky. Všeobecný výraz pro tuto veličinu S jest

S =	∂Ie	Va

	∂Vm

A konečně i vnitřní odpor trubice

Ri =	∂Va	Vm

	∂Ie

Při čemž jest splněna podmínka: D.S.Ri = 1 (Barkhausenova podmínka). Průnik D lze charakteristiky určiti přibližně z počátečního bodu, kde Vm = -DVa (pro Ie = 0 ) a kde změnou anodového napětí o ΔVa posune se křivka o Vm = -D ΔVa. Pro praktické upotřebení elektronové pampy důležitá jest přímá část charakteristiky, npř. Část 1, 2, 3, vyznačená na obr. 3, při čemž těmto bodům postupně odpovídají příslušná napětí A, B, C, na mřížce. Malým změnám napětí kolem B odpovídají úměrné, ale veliké změny v intenzitě anodového proudu. Připojíme-li na mřížku střídavý proud, npř. sinusový, pak se k anodovému stejnoměrnému proudu přidruží sinusový proud téže frekvence jako na mřížce, nemá-li daný proud sinusový větší rozkmit nežli AB (resp.BC ).

Jinak, přesahuje-li rozkmit daného proudu na mřížku připojeného hodnotu AB, nabude Ia hodnoty nasyceného proudu a v anodovém kruhu objeví se střídavý proud vrchními kmity značně zdeformovaný. Má-li mřížka tak značné záporné napětí, že se jím neutralizuje i pozitivní rozkmit přirozeného sinusového proudu, nedocházejí elektrony k mřížce a jest Im = 0. Mřížka sama majíc pouze účinek řídící, nespotřebuje energie a střídavý proud bere svou energii z baterie anodové. Na tom jest založeno zesilování elektronovými lampami. Elektronová lampa může se státi sama vysílačem elektrických kmitů, aniž by mřížka vyžadovala vlastního zdroje kmitového. Při spojení naznačeném na obr. 4. jest mřížka m spojena induktivně tj. transformátorem I s anodovým kruhem o kapacitě C1 a samoindukci s, jemuž se dodává energie dynama D spojením klíče K. Proudovým nárazem při spojení K přenese se transformátorem I malé napětí z kruhu C1s na mřížkový okruh, které vyvolá zesílený účinek zpětnou vazbou na anodový kruh, jenž zesílí účinek na mřížce, který opět zesiluje anodový proud, takže se (ovšem za určitých fázových rozdílů mezi zmíněnými proudy) dostaví konečně ustálený kmit v anodovém kruhu a elektronová lampa stane se generátorem velmi stálých a pravidelných kmitů.

webdesing: Auja