Co je to elektronka?Pár bláznů je opěvuje, zatímco ti "normální" nechápou a koukají na ty blázny skrz prsty. Patřím k těm prvním. A cože to opěvuji? Věc tak prostou a přitom tak složitou, nádherný klenot, bez nějž by nebylo rádia ani televise - elektronku.Elektronka je nejen zázrak techniky, ale i náramně krásná věc. Pár důmyslně pomotaných drátků, kousek plíšku, to celé umně naaranžované ve skleněné vitrince doplněné slušivým zrcátkem getru; někde se do toho pustí proud, uvnitř se to rozsvítí... a bože, ono to hraje, ono to zpívá! Za mnohé vděčíme elektronkám, bez nich by nebyly vymoženosti moderní elektroniky vůbec myslitelné. Snad tyto stránky pomohou v tom, aby lesk skleněných baněk a oranžový svit katod v novém tisíciletí nezmizel z tohoto světa. Snad napomohou tomu, aby se alespoň z několika těch tzv. "normálních" stali ti praví blázni, snad pomohou vysvětlit jim, co elektronka je a že ještě zdaleka nepatří na smetiště dějin.
Jak to, že vakuem teče proud?Jako každá složitá věc, teorii relativity nevyjímaje, i tato je vlastně náramně jednoduchá. I malé dítě dnes ví, že elektrický proud je vlastně proud záporně nabitých částeček - elektronů - a že kovy proud vedou velmi ochotně, protože v jejich struktuře je dostatek volných elektronů, které nemají jinak nic důležitého na práci a tudíž se po přiložení elektrického pole dají vesele do pohybu směrem od záporného pólu ke kladnému.Elektron je elementární částice, o jejíž podstatě nám stačí zjednodušeně vědět (pánové fysikové laskavě prominou), že je to vlastně jakási příšerně mrňavá kulička se záporným elektrickým nábojem. Elektrický proud v kovovém vodiči si tedy lze představit jako uspořádaný tok nepředstavitelného množství těchto kuliček - elektronů - jedním směrem. Jenže v kusu kovového drátu se za každým rohem poflakuje nějaký ten elektron, který stačí popohnat správným směrem, ale v elektronce je přece vakuum, tedy naprosté NIC! A kde nic není, ani smrt nebere! A tedy ani proud neteče... Pokud někde něco není a my to tam prostě potřebujeme (v tomto případě potřebujeme jisté množství elektronů, které bychom donutili vést vakuem proud), musíme to zkrátka vzít a strčit to tam. U elektronek se to dělá tak, že se do vzduchoprázdné baňky strčí tzv. katoda, což je kus kovu, který, jak již víme, obsahuje dostatek volných elektronů nutných k vedení proudu. Jenže se pořád nic neděje, elektrony si spokojeně chrápou uvnitř katody a ve vakuu uvnitř elektronky je stále pusto a prázdno. Takže - co dál? Něco tu zkrátka ještě chybí. Elektrony zevlující v krystalové mřížce kovu je nutno donutit vylézt na povrch a vyskočit ven, takže jim musíme dodat nějakou energii. A tak jim pod katodou pěkně zatopíme. Tepelná energie donutí elektrony začít se hýbat mnohem svižněji než za pokojové teploty, některé dokonce začnou vyskakovat nad povrch katody a chvilinku se proletí vzduchoprázdným prostorem, než zpátky dopadnou na katodu. Proč dopadnou zpět? Inu, jak jsme si definovali elektron hned zpočátku (pánové vědátoři opět laskavě prominou), není elektron nic jiného než záporně nabitá mrňavá kulička. Opustí-li tato částečka katodu, stane se katoda kladně nabitou, protože rovnováha kladných a záporných nábojů je tím narušena. A tak se elektron poté, co okusí slastnou chvíli svobody, poslušně vrátí na povrch katody, protože opačné náboje se přitahují. Pořád se tedy nic neděje, ale oproti předchozímu odstavci jsme již dosáhli pokroku. Proud tu sice stále neteče, ale mohl by, kdyby měl kam. Volných a na práci doslova nažhavených elektronů tu máme již dost. A tak do vzduchoprázdného prostoru poblíž katody vložíme další kus vodiče, který vyvedeme ven. Na tvaru prakticky nezáleží, je jedno, jestli jde o kousek drátu, o staniol z bonboniéry nebo o ucho z nerezového kastrolu zakoupeného za výhodnou cenu v rámci podezřele levného autobusového zájezdu. Důležité je to, aby tato nově vytvořená elektroda, které budeme říkat anoda, byla stejně jako katoda pomocí drátku vyvedena vně baňky. Nažhavíme teď katodu, elektrony se probudí, začnou vyletovat z katody a vytvoří kolem ní jakýsi oblak. Přiložíme-li v tuto chvíli na anodu kladné napětí (a logicky zároveň na katodu připojíme záporný pól téhož zdroje), dají se elektrony do uspořádaného pohybu od katody ke kladně nabité anodě. Stal se zázrak - vzduchoprázdným prostorem začal téct elektrický proud. Ještě moment - proč je vlastně z baňky vyčerpán vzduch? No právě proto, aby elektronům v letu od katody k anodě nic nepřekáželo; kdyby po cestě vrážely do velkého množství atomů a molekul různých plynů, ze kterých se vzduch skládá, nedostaly by se nikam. Dioda - nejjednodušší elektronkaV předchozím odstavci se nám povedl epochální vynález - sestrojili jsme diodu. Dioda má jen dvě elektrody - katodu a anodu. A pochopitelně žhavení, abychom líné elektrony donutili k práci. Uvědomíme-li si, že diodou protéká proud tehdy, je-li na anodě kladné napětí a na katodě záporné, dojdeme zároveň k poznání, že po připojení napětí opačné polarity, tedy kladného napětí na katodu a záporného na anodu, nepoteče diodou nic a elektrický proud už vůbec ne. Můžeme tedy diodu použít k usměrnění střídavého proudu, což je také účel, ke kterému ji nejčastěji používáme.Konstrukčně dioda obvykle nepřipomíná slepenec žhavého kusu kovu a zmuchlaného staniolu z bonboniéry. Katoda bývá nejčastěji tzv. nepřímo žhavená, tedy vyrobená z niklové trubičky potřené vrstvou nějaké látky, která snadno emituje elektrony; uvnitř trubičky je pak isolovaně uloženo žhavicí vlákno, které má za úkol katodu nažhavit. Katoda ovšem může být i tzv. přímo žhavená - katodou je pak přímo ten drátek, který rozžhavíme průchodem elektrického proudu. Většina elektronek má nepřímo žhavenou katodu, přímo žhavené katody se používají jen v elektronkách určených pro aparáty napájené z baterií a v některých usměrňovacích, koncových a vysílacích elektronkách. Anoda pak obvykle mívá tvar různě tvarovaného válce obklopujícího katodu. Dioda s mřížkou - triodaDioda je velmi užitečná, ale v podstatě dost nudná elektronka - buď vede nebo nevede proud podle toho, v jaké polaritě na diodu přivedeme napětí. Uvědomme si opět, o co v diodě jde - ze žhavené katody vystupují elektrony, které vnitřním vzduchoprázdným prostorem dospějí až k anodě, je-li tato ovšem v daném okamžiku připojena na kladné napětí.Zkusme tedy nyní anodě dát stálé kladné napětí vůči katodě. Diodou protéká proud konstantní velikosti, k jeho změně dojde jen změnou napětí na anodě. Proud elektronů lze ovšem ovlivnit ještě dalším způsobem, znamená to ovšem zásah do konstrukce elektronky. Dáme elektronům do cesty mezi katodou a anodou kovovou síťku či spirálku, jejímiž oky budou elektrony moci dále procházet. Přivedeme-li na tuto třetí elektrodu, již budeme nazývat mřížkou, napětí, budou se v obvodu anody dít zajímavé věci. Vyrobili jsme triodu. Je-li na mřížce nulové napětí, nezjistíme oproti diodě žádný rozdíl - proud protéká a jeho velikost závisí jen na výši anodového napětí. Přivedeme-li na mřížku kladné napětí vůči katodě (u elektronek se veškerá napětí elektrod vztahují ke katodě, což už nebudeme dále připomínat), velikost anodového proudu se prudce zvýší. Mřížka je totiž blíž ke katodě a tedy mnohem více než anoda ovlivňuje množství elektronů, které vystoupí z katody. A stačí jí k tomu mnohem menší napětí. Stejně tak, přivedeme-li na mřížku záporné napětí, proud poklesne nebo může dokonce i zcela ustat. Došli jsme tedy k závěru, že změnou napětí na mřížce můžeme ovlivňovat velikost anodového proudu, aniž by se měnila velikost anodového napětí. Což je právě to, čím trioda ve své době dobyla svět a čím umožnila vznik rozhlasu. Díky tomuto jevu totiž trioda zesiluje.
|
