Elektroniputki
Wikipedia
Elektroniputki (l. tyhjiöputki) on elektroniikan aktiivinen komponetti, joka voi toimia elektroniikassa mm. vahvistimena, kytkimenä ja muistin elementtinä. Sen toiminta perustuu sähkön kulkuun tyhjiössä ja kaasuissa.
Elektroniputki keksittiin ennen ensimmäistä maailmansotaa. Vuonna 1883 havaitun Edison efektin (virta kulkee tyhjiössä anodilta katodille, kun katodia lämmitetään) perusteella Sir John Ambrose Fleming kehitti vuonna 1904 tyhjiöputkeen perustuvan diodin. Lee de Forest kehitteli edelleen Flemingin keksintöä lisäämällä putkeen hilan, jonka jännitteen määrää säätelemällä voitiin ohjata elektronivirran suuruutta. Suomalainen Eric Tigerstedt keksi muovailla hilasta sylinterin, joka ympäröi katodia. Tämä paransi putken suoritusarvoja ratkaisevasti. Keksintö sai nimekseen triodi ja se merkitsi mullistusta radiotekniikalle ja elektroniikalle.
Elektroniputki on käytännössä lasi- tai teräsputki, jossa on tyhjiö tai joka on täytetty jalokaasulla. Lisäksi siinä on katodi, anodi ja mahdollisesti hila tai useampia hiloja, joiden avulla toimintaa voidaan linearisoida ja tehdä luotettavammaksi. Elektroniputki, jossa ei ole hilaa on diodiputki. Yksihilaista elektroniputkea sanotaan triodiksi (ohjaushila), kaksihilaista tetrodiksi (lisäksi suojahila) ja kolmehilaista pentodiksi (lisäksi vielä jarruhila). Muita harvinaisempia malleja ovat heksodi,heptodi ja oktodi. Saman putken sisälle on usein pakattu useampia kokonaisuuksia. Esimerkiksi kaksoistriodi pitää sisällään kaksi erillistä triodia.
Ensimmäisten putkien toiminnalle välttämätön lämpö saatiin aikaan hehkuttamalla suoraan katodia. Tällaista rakennetta kutsutaan suorahehkutetuksi. Myöhemmin hehku siirrettiin erilleen katodista. Hehkulanka on näissä eristeputken sisällä ja katodi on tämän eristeen pinnalla. Etuna tässä rakenteessa on mm. se, että hehkutukseen voidaan käyttää vaihtovirtaa. Eristeputki tasaa lämpötilan vaihtelut, niin että katodin lämpötila on riittävän tasainen. Toinen etu on, että eri putkien katodit on sähköisesti eristetty toisistaan. Katodin pinta on päällystetty aineella, josta elektronit irtoavat helposti.
Hila on metalliverkko tai lankakierukka, joka ympäröi katodia. Kun hilalla on voimakas negatiivinen jännite, eivät katodilta irronneet elektronit kykene läpäisemään hilaverkkoa. Anodivirta jää siis pieneksi. Kun hilan jännite muuttuu positiiviseen suuntaan, pääsee osa katodin elektroneista anodille. Näin hilajännite ohjaa anodivirtaa. Anodivirran muutos jaettuna hilajännitteen muutoksella on putken siirtokonduktanssi tai jyrkkyys (S, Steilheit). Jyrkkyys kerrottuna putken anodille kytketyllä vastuksella antaa jännitevahvistuksen. Koska hila on yleensä aina negatiivinen katodiin nähden ei hilan kautta juuri kulje virtaa, elektroniputken sisänmenovastus on siis hyvin suuri. Erikoisrakenteisia elektroniputkia käytetäänkin elektrometrivahvistimina hyvin pienten virtojen mittaamisessa.
Katodilta irrotetut elektronit kiihtyvät hyvin suureen nopeuteen korkean anodijännitteen (20 - 20000 V) ansiosta. Anodimetalliin törmätessään niiden energia muuttuu lämmöksi. Tehokäyttöön tehdyissä putkissa anodin käyttölämpötila on korkea (useita satoja asteita). Radiolähettimien pääteputkissa tehohäviö voi olla satoja kilowatteja ja tällöin lämpö on siirrettävä anodilta vesijäähdtyksellä.
Elektroniputken ovat korvanneet lähes kokonaan puolijohteisiin perustuvat transistorit ja diodit. Tyhjiöputkia käytetään kuitenkin vielä joissakin sotateknologian tuotteissa sillä ne eivät vaurioidu yhtä herkästi elektromagneettisesta pulssista eli EMP:stä. Myös erittäin suuritehoisissa sovelluksissa, kuten valtakunnallisissa radio- ja TV- lähettimissä, käytetään elektroniputkia päätevahvistimissa. Putkitekniikkaa käytetään vielä nykyään laajalti myös kitaravahvistimissa sekä Hifi-laitteissa. Syynä tähän on putkien toistokäyrän (anodivirta vs. hilajännite) lineaarisuus transistoreihin verrattuna. Tämä pitää signaalin luontaisen säröytymisen pienenä, eikä vahvistinta tarvitse varustaa yhtä voimakkaalla vastakytkennällä kuin transistoreja käytettäessä. Tämä vähentää eräitä särötyyppejä (transientti- ja intermodulaatiosärö)
Katodisädeputki eli television kuvaputki ja röntgenputki ovat myös elektroniputkia.
