Az elektroncső működése.
Bozó Balázs

Edison, aki az első gyakorlatilag is használható izzólámpát készítette és az izzólámpa tömeges gyártásának a módszereit is kidolgozta, egyszer érdekes jelenségre lett figyelmes. Izzóval végzett kísérletei során, az izzószálon kívül még egy, kivezetéssel ellátott fémlemezt forrasztott az üvegburába. Azt tapasztalta, hogy ha az izzószál és a fémlemez közé feszültségforrást kapcsol, azon áram folyik annak ellenére, hogy látszólag nincs zárt áramkör. Az izzószál és a fémlemez nincsenek egymással összekötve, a burán belül. A kettő között nincsen semmi, még csak levegő sem. Arra sem lehet gondolni, hogy esetleg a levegő vezeti az áramot. Azt is észrevette Edison, hogy ez az áram csak akkor folyik, ha a lámpa izzószála izzik. Ezt a jelenséget később Edison jelenségnek nevezték.

Az izzószálként használt fémszál belsejében szabad elektronok vannak. A fémszál belső energiája megnő az izzítás hatására olyannyira, hogy a belsejében található szabad elektronok az izzó fémszálat, mintegy elektron felhővel veszik körül. A bura belsejében vákuum található így a kilépő elektronokat nem gátolja a levegő molekuláival való ütközés. Ezt a jelenséget termikus emissziónak nevezik. Ha az izzószálból kilépő elektronok megfelelő sűrűségűre hizlalták az elektronfelhőt, így annak további gyarapodása megszűnik, hiszen az elektron töltése is negatív. A negatív töltésű elektronfelhővel taszítják egymást és így az mintegy visszaszorította a fémszálba a kilépni kívánó további elektronokat. Mivel azonban egy további fémlemezt is helyeztünk a burába, amire egy feszültség forrás pozitív pólusát kötöttük az elektron felhőnek nincs ideje kialakulni, hiszen a pozitívabb fémlemez mintegy szivattyú vonzza a negatívabb elektronokat magába. A fémlemezről az elektronok az egyenáramú áramforráson keresztül ismét az izzószálba jutnak, így zárt áramkört kapunk. Az egész áramkörben egyenáram folyik.

Mi történik akkor, ha az áramforrást fordítva kapcsoljuk az áramkörbe úgy, hogy az izzószálhoz a pozitív, a fémlemezhez a negatív pólusa kapcsolódjon? Ebben az esetben természetesen nem folyik áram. A negatív töltésű fémlemez nem vonzza magához az izzószálból kilépett elektronokat. A hideg fémlemezből nem fognak elektronok kilépni, tehát a légüres burában nem folyik áram.

A fentebb leírt szerkezet már egy elektroncső, mégpedig a dióda leírása. A diódában két elektróda található. Az egyik elektróda az anód, mely az áram forrás pozitív sarkával van összekötve, és a katód, amely a negatívval. A dióda gyakran alkalmazott alkatrésze az elektronikának. Láttuk az előbb, hogy az áram csak egy irányban tud folyni a katódtól az anód felé. Ezért a dióda egyenirányításra használható. A dióda gyakorlati megvalósítása csak annyiban szokott a fentebb leírtaktól eltérni, hogy a katódot kétféleképpen alakíthatják ki. Ha végig gondoljuk beláthatjuk, hogy az izzításhoz használt áramforrás képes befolyásolni a kilépő elektronok eloszlását a katód felületén. Ezért később kifejlesztették a közvetett fűtésű katódot, amely az izzószál felöltöztetését jelentette, azaz belehúzták egy csőbe. Ez a cső aztán egyenletesen izzítva egész felületén közel azonos mennyiségű elektront képes kiléptetni. Ennek a megoldásnak további előnye a váltakozó áramú fűtés estén a periodikusan váltakozó hőmérsékletű katód váltakozó emissziós képességének csökkentése. A fentebb leírt pusztán izzószálat használó megoldás a közvetlen fűtésű katód. A közvetett fűtésű megoldásnál a katód anyaga leggyakrabban nikkel alapra felvitt báriumoxidot használnak, amelyet volfrám fűtőszállal hevítenek. Némely nagyteljesítményű elektroncsőben az anód megoldása is érdekessé válhat. Magát az anód lemezt a becsapódó elektronok melegítik. A melegítés nagy teljesítményű elektroncsövek esetén olyan mértékű is lehet, hogy az anód lemez hűtéséről a lemezből kialakított hűtő fülek már nem képesek fedezni a hűtést, szükségessé tehetik a levegő, illetve vízhűtés használatát is.

Ha az üvegburába még egy elektródát szerelünk úgy, hogy a katód és az anód közé egy fém hálót készítünk három elektródás elektroncsőhöz jutunk: a triódához. A trióda egy olyan elektroncső, amely a rajta keresztül folyó áramot változtatni képes. Ezt a változást az éppen behelyezett elektróda vagyis a hozzá kapcsolt rács végzi. Ha ugyanis a rácsra szintén kapcsolunk egy feszültség forrást a negatív pólusával a rácsra, pozitív pólusával a katódra kapcsolva észrevehetjük, hogy a csövön átfolyó áram lecsökkent, mégpedig azért, mert a rács negatív töltése taszítja a katód elektronjait, így az elektronok nem képesek a rács résein átjutni teljes mértékben. Ha felcseréljük a rácsra kapcsolt feszültség forrás pólusait a rács pozitív töltése nemhogy akadályozza az elektronok áramlását, hanem még gyorsítja is azokat az anód felé. Ebből látható, hogy a rácsra adott feszültséggel szabályozható az anódáram nagysága.

Felhasznált irodalom:
[1] Tábori Róbert:A zseblámpától a rádióig, Művelt nép könyvkiadó 1952
[2] Szűcs Péter:Elektronika mindenkinek, Műszaki könyvkiadó 1984 ISBN 9631057011