Přeskočit na obsah

Elektronka

Z Infopedia
Verze z 14. 12. 2025, 06:12, kterou vytvořil InfopediaBot (diskuse | příspěvky) (Bot: AI generace (gemini-2.5-pro + Cache))
(rozdíl) ← Starší verze | zobrazit aktuální verzi (rozdíl) | Novější verze → (rozdíl)
Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox součástka Elektronka (anglicky vacuum tube nebo valve) je aktivní elektronická součástka, jejíž funkce je založena na emisi a následném řízení toku elektronů ve vakuu nebo v prostředí zředěného plynu. Skládá se z hermeticky uzavřené skleněné nebo keramické baňky, ze které je vyčerpán vzduch, a soustavy elektrod. Elektronky byly základním stavebním kamenem elektroniky v první polovině 20. století a umožnily vznik a rozvoj rozhlasu, televize, radaru a prvních počítačů. Ačkoliv byly ve většině aplikací nahrazeny menšími, úspornějšími a spolehlivějšími polovodičovými součástkami, jako jsou tranzistory a integrovaný obvody, v některých specifických oblastech se používají dodnes.

Základním principem elektronky je termoemise, při níž katoda zahřátá na vysokou teplotu uvolňuje do okolního vakua elektrony. Tyto elektrony jsou následně přitahovány kladně nabitou anodou (desk_a). Mezi katodu a anodu lze vložit jednu nebo více řídicích mřížek, jejichž napětím lze velmi efektivně ovlivňat proud elektronů tekoucí na anodu. Tímto způsobem může malá změna napětí na mřížce způsobit velkou změnu anodového proudu, což je princip zesílení.

📜 Historie

Historie elektronky je úzce spjata s objevy na poli fyziky koncem 19. a začátkem 20. století. Její vývoj představoval revoluci v komunikaci a technologiích.

💡 Objev termoemise

Základní princip, na kterém elektronka funguje, byl pozorován již v roce 1883. Thomas Alva Edison při experimentech se svými žárovkami zjistil, že mezi rozžhaveným vláknem a samostatnou kovovou destičkou umístěnou v baňce může téct elektrický proud, a to pouze jedním směrem. Tento jev, později nazvaný termoemise nebo Edisonův jev, si Edison nechal patentovat, ale nenašel pro něj praktické využití. V podstatě tak sestrojil první vakuovou diodu, aniž by plně pochopil její potenciál.

🔬 Vynález diody

Praktické využití Edisonova jevu nalezl až anglický fyzik John Ambrose Fleming v roce 1904. Při práci pro Marconiho společnost hledal citlivější detektor pro rádiové vlny. Zkonstruoval zařízení sestávající z vakuové baňky s katodou (žhaveným vláknem) a anodou (kovovou destičkou). Zjistil, že toto zařízení propouští proud pouze jedním směrem, a může tak efektivně usměrňovat střídavý proud – tedy převádět vysokofrekvenční rádiový signál na stejnosměrný proud, který bylo možné měřit. Své zařízení nazval "oscilační ventil" (oscillation valve) a je dnes považováno za první elektronku – diodu.

🚀 Revoluční vynález triody

Skutečný průlom přišel v roce 1906, kdy americký vynálezce Lee de Forest přidal do Flemingovy diody třetí elektrodu – řídicí mřížku – umístěnou mezi katodu a anodu. Tuto součástku nazval Audion. De Forest zjistil, že malou změnou napětí na této mřížce může ovládat mnohem větší proud tekoucí mezi katodou a anodou. Tím Audion získal schopnost zesilovat slabé elektrické signály. Tato schopnost zesílení byla klíčová pro rozvoj dálkové telefonie, rozhlasového vysílání a celé elektroniky. Lee de Forest je proto často nazýván "otcem rádia".

📈 Zlatý věk elektronek

Po vynálezu triody následoval rychlý vývoj. Pro zlepšení vlastností a odstranění nedostatků triody (především nežádoucí kapacity mezi mřížkou a anodou) byly vyvinuty složitější elektronky:

  • Tetroda (kolem roku 1926): Přidáním druhé, tzv. stínicí mřížky, se snížila kapacita mezi řídicí mřížkou a anodou, což umožnilo zesilování na vyšších frekvencích.
  • Pentoda (kolem roku 1929): Přidáním třetí, tzv. hradicí mřížky, se potlačil jev sekundární emise z anody, což dále zlepšilo linearitu a účinnost zesilovače.

Od 20. do 50. let 20. století byly elektronky všudypřítomné. Byly srdcem rádiových přijímačů, vysílačů, televizorů, radarových systémů a také prvních elektronkových počítačů, jako byl například ENIAC, který obsahoval přibližně 18 000 elektronek.

📉 Ústup a nástup polovodičů

V roce 1947 byl v Bellových laboratořích vynalezen tranzistor. Tato polovodičová součástka dokázala plnit stejné funkce jako elektronka (zesilování, spínání), ale byla mnohem menší, lehčí, mechanicky odolnější, měla výrazně nižší spotřebu energie (nevyžadovala žhavení) a delší životnost. Od 60. let začaly tranzistory a později integrovaný obvody masivně nahrazovat elektronky ve většině aplikací. Elektronky se tak postupně staly symbolem zastaralé technologie.

⚙️ Princip funkce

Funkce každé elektronky je založena na několika základních fyzikálních principech.

🔥 Termoemise

Klíčovým jevem je termoemise. Katoda, obvykle vyrobená z kovu potaženého vrstvou oxidů (např. oxid barnatý nebo oxid strontnatý), je zahřátá na vysokou teplotu (stovky stupňů Celsia). Dodaná tepelná energie způsobí, že některé elektrony na povrchu katody získají dostatečnou energii k překonání přitažlivých sil atomových jader a opustí materiál katody. Vytvoří tak kolem katody "oblak" volných elektronů.

Existují dva typy katod: 1. Přímo žhavená katoda: Žhavicí vlákno je zároveň katodou. Používá se u starších nebo některých speciálních typů elektronek. 2. Nepřímo žhavená katoda: Samostatná katoda v podobě trubičky je zahřívána izolovaným žhavicím vláknem umístěným uvnitř. Toto uspořádání je běžnější, protože odděluje žhavicí obvod od signálového obvodu.

⚡ Řízení toku elektronů

  • Anoda (deska): Je to elektroda, na kterou je přivedeno vysoké kladné napětí (desítky až tisíce voltů) vůči katodě. Toto napětí vytváří silné elektrické pole, které přitahuje volné elektrony emitované z katody. Tím vzniká tzv. anodový proud.
  • Řídicí mřížka: Je to jemná drátěná spirála nebo síťka umístěná velmi blízko katody. Na tuto mřížku se přivádí řídicí signál, obvykle malé záporné napětí vůči katodě. Toto záporné napětí odpuzuje elektrony a brání jim v cestě k anodě. Čím je napětí na mřížce zápornější, tím méně elektronů projde k anodě a tím menší je anodový proud. Protože je mřížka velmi blízko katody, i malá změna jejího napětí má dramatický vliv na počet elektronů, které se dostanou k anodě. Tím dochází k zesílení.

💨 Vakuum

Všechny elektrody jsou umístěny v baňce, ze které je odčerpán téměř veškerý vzduch. Vysoké vakuum je nezbytné, aby se elektrony na své cestě od katody k anodě nesrážely s molekulami plynu. Srážky by způsobily ztrátu energie elektronů, ionizaci plynu a nepředvídatelné chování součástky. U některých speciálních elektronek (např. tyratron) se naopak využívá náplně zředěného plynu pro dosažení specifických vlastností.

🔧 Typy elektronek

Elektronky se dělí podle počtu elektrod. Každá přidaná elektroda (mřížka) modifikuje vlastnosti elektronky a rozšiřuje její možnosti použití.

  • Dioda: Má dvě elektrody (katodu a anodu). Funguje jako jednosměrný ventil pro elektrický proud. Používá se hlavně jako usměrňovač pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný.
  • Trioda: Má tři elektrody (katodu, řídicí mřížku a anodu). Je to nejjednodušší zesilovací prvek. Používá se v zesilovačích a oscilátorech.
  • Tetroda: Má čtyři elektrody (přidává stínicí mřížku). Byla vyvinuta pro zlepšení vysokofrekvenčních vlastností triody.
  • Pentoda: Má pět elektrod (přidává hradicí mřížku). Nabízí vysoký zesilovací činitel a lepší linearitu než tetroda. Byla velmi rozšířená ve výkonových stupních zesilovačů.
  • Složitější elektronky: Existují i elektronky s více mřížkami, jako je hexoda (4 mřížky), heptoda (5 mřížek) nebo oktoda (6 mřížek), které se používaly pro směšování signálů v rádiových přijímačích. Často se také v jedné baňce kombinovalo více systémů, např. dvě triody (dvojitá trioda) nebo trioda a pentoda.

Speciální elektronky

💡 Využití

Ačkoliv jsou elektronky z velké části překonané, stále existují oblasti, kde jsou nenahraditelné nebo preferované.

📻 Historické aplikace

🎶 Současné využití

  • Audio zesilovače: Mnoho audiofilů a hudebníků preferuje elektronkové zesilovače (zejména pro elektrické kytary) pro jejich specifický "teplý" zvuk a charakteristické zkreslení při přebuzení.
  • Vysokofrekvenční a vysokovýkonové aplikace: V rozhlasových a televizních vysílačích, průmyslovém ohřevu nebo v urychlovačích částic jsou stále potřeba součástky schopné zpracovat obrovské výkony (megawatty), což polovodiče zvládají obtížně. Zde se stále používají výkonové elektronky, klystrony a magnetrony.
  • Mikrovlnné trouby: Srdcem každé mikrovlnné trouby je magnetron, který generuje mikrovlnné záření pro ohřev jídla.
  • Vojenské a kosmické aplikace: Elektronky jsou podstatně odolnější vůči elektromagnetickému pulsu (EMP) a ionizujícímu záření než citlivé polovodičové součástky. Proto nacházejí uplatnění v některých vojenských a kosmických zařízeních.

✅ Výhody a nevýhody

Výhody

  • Schopnost zpracovat velmi vysoká napětí a výkony.
  • Nízký šum u některých typů (zejména triod).
  • Vynikající linearita v některých audio aplikacích.
  • Vysoká odolnost vůči napěťovým špičkám a krátkodobému přetížení.
  • Vysoká odolnost vůči radiaci a EMP.

Nevýhody

  • Vysoká spotřeba energie (nutnost žhavení katody).
  • Velké rozměry a hmotnost.
  • Mechanická křehkost (skleněná baňka).
  • Omezená životnost (opotřebení katody, ztráta vakua).
  • Produkce velkého množství odpadního tepla.
  • Mikrofoničnost – citlivost na mechanické otřesy, které se mohou projevit v signálu.
  • Vysoké provozní napětí, které může být nebezpečné.

🤓 Pro laiky

Představte si elektronku jako velmi rychlý a citlivý kohoutek na vodu.

  • Katoda je zdroj vody (v našem případě elektronů), který je neustále pod tlakem, protože je "rozžhavený".
  • Anoda je výtok z kohoutku, kam chceme, aby voda tekla. Je "přitažlivá" pro vodu (má kladné napětí).
  • Řídicí mřížka je samotný ovladač kohoutku. Je umístěna hned u zdroje vody.

Když je kohoutek (mřížka) plně "utažený" (má silné záporné napětí), žádná voda (elektrony) neprotéká. Když jím jen nepatrně pootočíme (snížíme záporné napětí), začne protékat silný proud vody. Klíčové je, že k pootočení ovladačem (změně napětí na mřížce) potřebujeme jen velmi málo síly, ale tímto malým úsilím ovládáme obrovský proud vody (anodový proud). Právě v tomto poměru malé síly k velkému výsledku spočívá princip zesílení. Elektronka tak umožňuje, aby například velmi slabý signál z antény rádia ovládal dostatečně silný proud na to, aby rozezněl reproduktor.


Šablona:Aktualizováno

Citováno z „https://infopedia.cz/index.php?title=Elektronka&oldid=14772“