Die Triode

Die Audion-Röhre von De Forest wurde als Triodenröhre bekannt, weil sie drei Elemente hatte:Filament, Gitter und Platte (genauso wie sich das „di“ im Namen Diode auf zwei Elemente bezieht:Filament und Platte). Spätere Entwicklungen in der Diodenröhrentechnologie führten zur Verfeinerung des Elektronenemitters:Anstatt den Glühfaden direkt als emittierendes Element zu verwenden, konnte ein anderer Metallstreifen, die Kathode genannt, durch den Glühfaden erhitzt werden.

Diese Verfeinerung war notwendig, um einige unerwünschte Effekte einer Glühwendel als Elektronenemitter zu vermeiden. Erstens erfährt ein Glühfaden entlang seiner Länge einen Spannungsabfall, wenn der Strom den Widerstand des Glühfadenmaterials überwindet und Wärmeenergie abführt. Dies bedeutete, dass das Spannungspotential zwischen verschiedenen Punkten entlang der Länge des Glühdrahts und anderen Elementen in der Röhre nicht konstant wäre. Aus diesem und ähnlichen Gründen würde Wechselstrom, der als Stromquelle zum Erhitzen des Heizdrahts verwendet wird, dazu neigen, unerwünschtes Wechselstrom-„Rauschen“ in den Rest des Röhrenkreises einzubringen. Darüber hinaus war die Oberfläche eines dünnen Glühfadens bestenfalls begrenzt, und eine begrenzte Oberfläche des elektronenemittierenden Elements neigt dazu, die Strombelastbarkeit der Röhre entsprechend zu begrenzen.

Die Kathode war ein dünner Metallzylinder, der eng über den verdrillten Draht des Glühfadens passte. Der Kathodenzylinder würde durch den Heizdraht ausreichend erhitzt, um ungehindert Elektronen zu emittieren, ohne die unerwünschten Nebeneffekte des tatsächlichen Führens des Heizstroms, wie es der Heizdraht tun musste. Das Röhrensymbol für eine Triode mit indirekt beheizter Kathode sieht so aus:

Da das Filament für alle bis auf wenige Typen von Vakuumröhren erforderlich ist, wird es der Einfachheit halber oft im Symbol weggelassen oder es kann in der Zeichnung enthalten sein, jedoch ohne Stromanschlüsse:

Eine einfache Triodenschaltung wird gezeigt, um ihre grundlegende Funktionsweise als Verstärker zu veranschaulichen:

Das zwischen Gitter und Kathode geschaltete Niederspannungs-Wechselstromsignal unterdrückt und verstärkt dann den Elektronenfluss zwischen Kathode und Platte. Dies bewirkt eine Spannungsänderung am Ausgang der Schaltung (zwischen Platte und Kathode). Die Wechselspannungs- und Stromstärken auf dem Gitter der Röhre sind im Allgemeinen relativ klein im Vergleich zu den Spannungs- und Stromschwankungen in der Plattenschaltung. Somit fungiert die Triode als Verstärker des ankommenden Wechselstromsignals (sie nimmt Hochspannungs- und Hochstrom-Gleichstrom von der großen Gleichstromquelle rechts auf und „drosselt“ sie durch die kontrollierte Leitfähigkeit der Röhre).

In der Triode ist die Strommenge von Kathode zu Platte (der „kontrollierte“ Strom ist eine Funktion sowohl der Gitter-zu-Kathoden-Spannung (dem Steuersignal) als auch der Platte-zu-Kathoden-Spannung (der zur Verfügung stehenden elektromotorischen Kraft, um Elektronen zu drücken). durch das Vakuum). Leider hat keine dieser unabhängigen Variablen einen rein linearen Einfluss auf die Stromstärke durch das Gerät (oft einfach als „Plattenstrom“ bezeichnet). Das heißt, der Triodenstrom reagiert nicht unbedingt auf eine direkte , proportional zu den angelegten Spannungen.

In dieser speziellen Verstärkerschaltung verstärken sich die Nichtlinearitäten, wenn sich die Plattenspannung (in Bezug auf die Kathode) zusammen mit der Gitterspannung (auch in Bezug auf die Kathode) ändert, wenn der Plattenstrom durch die Röhre gedrosselt wird. Das Ergebnis ist eine Wellenform der Ausgangsspannung, die nicht genau der Wellenform der Eingangsspannung entspricht. Mit anderen Worten, die Eigenartigkeit der Triodenröhre und die Dynamik dieser speziellen Schaltung verzerren die Wellenform. Wenn wir wirklich kompliziert werden wollten, wie wir dies formulierten, könnten wir sagen, dass die Röhre Oberwellen einführt, indem sie die Eingangswellenform nicht exakt reproduziert.

Ein weiteres Problem beim Triodenverhalten ist das der Streukapazität. Denken Sie daran, dass jedes Mal, wenn wir zwei leitfähige Oberflächen haben, die durch ein isolierendes Medium getrennt sind, ein Kondensator gebildet wird. Jede Spannung zwischen diesen beiden leitenden Oberflächen erzeugt ein elektrisches Feld in diesem isolierenden Bereich, das möglicherweise Energie speichert und eine Reaktanz in einen Stromkreis einführt. Dies ist bei der Triode der Fall, am problematischsten zwischen Gitter und Platte. Es ist, als ob zwischen den Elementpaaren in der Röhre winzige Kondensatoren geschaltet wären:

Nun, diese Streukapazität ist ziemlich klein und die Blindimpedanzen normalerweise hoch . Normalerweise, das heißt, es sei denn, es handelt sich um Funkfrequenzen. Wie wir bei der Audion-Röhre von De Forest gesehen haben, war Radio wahrscheinlich die Hauptanwendung für diese neue Technologie, sodass diese „winzigen“ Kapazitäten mehr als nur ein potenzielles Problem wurden. Eine weitere Verfeinerung der Röhrentechnologie war notwendig, um die Einschränkungen der Triode zu überwinden.