Elektroncső

Alapok

Részlet egy korabeli ismeretterjesztő diafilmből.

Az elektroncsövek (ang. electron tubes/valves, ném. Elektronenröhre) légritka térben lezajló eletronfizikai jelenségeken alapuló eszközök. Az elktroncsövek fénykora a XX. század első felére esett. Első aktív eszközként meghatározták az elektronika, a rádiótechnika fejlődését.

A csövek legalább két elektródával rendelkeznek: a katóddal és az anóddal. A legtöbb elekroncső elektromosan fűtött katóddal rendelkezik. A forró katódból elektronok lépnek ki (ez a termikus elektronemisszió) és ha az anódra a katódhoz képest pozitív feszültségek kapcsolunk, akkor megindul az elektronáram. Ha viszont az anód feszültsége negatív, akkor nem tud áram folyni, mert az anód nem fűtött, tehát nincsenek körülötte elektronok. Ez az eszköz a dióda, amely egyenirányításra alkalmazható.

Az elektroncsövek őse az izzólámpa volt. Az magyar technikai irodalomban is először nem csöveknek, hanem lámpáknak nevezték őket.

Előnyök - hátrányok

A csövek előnyei

• túlterhelésre kevésbé érzékenyek, mint a félvezetők
• nagyobb teljesítmények és feszültségek erősíthetők velük

Hátrányai

• nagy méret
• a fűtés komoly teljesítményt kíván
• magas anódfeszültség szükséges
• zajtulajdonságaik rosszabbak, mint a félvezetőké

Jelenleg is használt csöves felépítésű eszközök:

• "hagyományos" (képcsöves) TV-k, monitorok
• mikrohullámú sütők
• műsorszóró rádióadók

A fűtés és a katód

A régebbi csövekben a fűtőáram úgy melegítette a katódot, hogy egyszerűen átfolyt rajta. Ezek a közvetlen fűtésű csövek. Itt a katód és a fűtés áramköre galvanikus kapcsolatban van egymással. Erre a cső használatakor feltétlenül ügyelni kell. A katód kezdeteben (mint az izzólámpákban) egy wolframszál volt. Ez kb. 2000 C körül kezdi emittálni, ami elég nagy fűtőteljesítményt kíván. Később megjelentek a bevonatos (bárium, stroncium és ezek oxidjai) katódok. Ezek már 1000 C körüli hőmérsékleten is jól emittálnak, a katód csak halvány vörösen izzik.

Az korszerűbb csövekben a katód anyagát egy szigetelő hengerre viszik fel, és ebben a hengerben fut a fűtőszál (közvetett fűtésű csövek). Így a két kör el van egymástól szigetelve, ami egyszerűsíti az áramköri felhasználást (csak a fűtés-katód kapacitásra kell figyelni). Arra is ügyelni kell, hogy a fűtőkör meghatározott potenciálon legyen (ne lebegjen), ellenkező esetben a fűtés-katód szigetelés átüthet. A közvetett fűtés további előnye, hogy a fűtőszál-katód rendszer tömege és ezáltal a hőtehetetlensége megnő, ami által csak alig lesz érzékeny a váltóáramú fűtés lüktetéseire.

A csövek adatlapján mindig megadják a szükséges fűtőfeszültséget vagy -áramot. Az előírt értéket mindig be kell tartani. Amennyiben kisebb teljesítménnyt kap a fűtés (alulfűtés), akkor a katód eletronkibocsájtó képessége csökken és egyenetlen lesz. Ezáltal a cső paraméterei romlanak és a katódon kráterek képződnek, ami hosszútávon a cső tönkremeneteléhez vezet. Nagyobb fűtőteljesítmény (túlfűtés) nagyon igénybe veszi a katódot, anélkül, hogy az emisszió növekedne. Ezáltal rendkívüli módon csökken a cső élettartama.

A fűtés kapcsolása két csoportra osztható

• párhuzamos fűtés - a fűtőfeszültség adott (pl. 6,3 V), több cső párhuzamosan kapcsolandó a fűtőfeszültségre;
• soros fűtés - a fűtőáram adott (pl. 300 mA), több cső esetén a csövek fűtéseit sorba kell kapcsolni.

A soros fűtést elterjedten alkalmazták TV készülékekben, ahol a nagy csőszám miatt a teljes fűtőfeszültség a hálózati feszültséghez közelinek adódott és így nem volt szükség fűtőtranszformátorra.

Ugyan legtöbbször váltóáramú fűtést alkalmaznak, de a csövek egyenárammal is fűthetők. A közvetlen fűtésű csöveket pedig kifejezetten egyenárammal kell fűteni, különben a fűtésen keresztül brummos lesz az áramkör.

Dióda

Kételektródás elektroncső, mely anóddal és katóddal rendelkezik. Ha az anódra a katódhoz képest pozitív feszültséget kapcsolnak, akkor vezet. Különben lezár, azaz egyenirányításra alkalmas.

Érdekes megjegyezni, hogy a (vákum)diódán (ellentétben a félvezető diódával) akkor is folyik áram, ha az anód feszültsége nulla. Ennek oka az, hogy a katódból kilépő elektronok az anód gyorsító hatásának hiányában is rendelkeznek akkora sebességgel, hogy elrepüljenek az anódig, azaz áramot hoznak létre. Ezt nevezik indulóáramnak.

A dióda nyitófeszültsége nem olyan jól meghatározott, mint a félvezetőknél. Az vákuumdióda anódárama közelítőleg így függ az anód-katód feszöltségtől: [math] I_{\rm a} = U_{\rm ak}^{3/2}. [/math]

Felhasználási területe: egyenirányítás, demodulálás.

Trióda

A trióda egy háromelektódás elektroncső, mely anóddal, katóddal és vezérlőráccsal rendelkezik.

Egyéb csőtípusok

Számkijelző cső (Nixie-cső)

Számkijelző cső felépítése (1: anód-háló, 2: kijelző katódok).

A számkijelző csöveket (elterjedt nevükön Nixie-csöveket) számjegyek és más szimbólumok kijelzésére használják. Működési elvük a glimmlápáéval egyezik meg. Az anód hálós kialakítású, hogy át lehessen rajta látni. Az egymás mögött elhelyezkedő vékony katódok formázzák a kijelzendő karakteretek. A kijelzés attól függ, hogy melyik katódra kerül az anódhoz képest negatív feszültség. Azon a katódon ködfénykisülés indul be, ami által a katód körvonala láthatóvá válik.

Legtöbbször 99% neon töltéssel rendelkeznek és piros színű kijelzést adnak. A kijelzés kontrasztját sok esetben a búrára felvitt sötét bevonattal (lakkal) növelik meg.

A tipikus feszültségigényük 170-200 V 2-4 mA áram mellett. Egyes típusoknál (mint az ábrán is) a kijelzést a búra vége felől kell nézni, más típusok esetén oldalirányú az kijelzés.

Érdekes történeti adalék, hogy ugyan már az 1930-as évektől léteztek számkijelző csövek, de az első igazán megbízható konstrukciót a Newark-beli Haydu Brothers Laboratories fejlesztette ki. Ezt a céget 1936-ban alapították a magyar származású Haydu testvérek, Zoltan és George. 1954-ben a Burroughs Corporation vásárolta meg a céget és vele együtt a kifejlesztett eszközöket. Az ő bejegyzett névjegyük lett a Nixie, ami a "Numeric Indicator (Ex)=X perimental No. I" rövidítéséből származik.

Röntgencső

A röntgencsöveket röntgensugarak, azaz nagyenergiájú (1..100 keV, 1..0,01 nm) elektromágneses sugárzás előállítására használják.

A röntgesugarak keltése azon alapszik, hogy nagy energiájú elektronokkal bombázzák az anódot. Ezek az nagyon gyors elektronok beleütközve az anód anyagába megközelítik a benne található atommagokat és eltérülnek rajtuk vagy elektronokat löknek ki az anód atomjainak belső elektronhéjáról. Az első esetben keletkezik a folytonos spektrumú fékezési sugárzás, a második esetben pedig a vonalas karakterisztikus sugárzás. Mindkettő a röntgen tartományba esik.

A röntgencsövek felépítése lényegében azonos a diódáéval, a különbség főleg az anód különleges kiképzésében van. Az anódot magas rendszámú anyagból kell kialakítani (pl. wolfram) annak érdekében, hogy minél jobban kölcsönhasson az elektronsugárral. A cső által felvett teljesítmény (2..30 kW) 99%-a az anódon disszipálódik, ezért különös gonddal tervezik az anód hűtését (pl. forgatás, vízhűtés). A tipikus anódfeszültség 40..150 kV. Ez megköveteli azt is, hogy a csőben a vákuum nagyon jó legyen (kb. 10^-4 Pa).

Csövek jelölése

Az elektroncső típusjelzése majdnem minden esetben utal a cső felépítésére és paramétereire.

Európai (betűjelzésű) rendszer

Az első betű a fűtés adatait adja meg. A legtöbbször előforduló betűk jelentése:

Betű	A cső fűtése	Megjegyzés
A..	4 V
D..	0,52 ... 1,5 V	telepes cső
E..	6,3 V	nagyon elterjedt
F..	12,6 V
P..	0,3 A	főleg TV csövek
U..	0,1 A	"univerzális" csövek

A következő betű(k) a cső funkcióját határozzák meg. Ha több betű is szerepel, akkor egy búrába több (részben független) funkciót helyeztek. A fontosabbak:

Betű	Elektróda-rendszer
.A.	dióda
.B.	duodióda (kettős dióda)
.C.	trióda
.E.	tetróda
.F.	pentóda
.H.	hexóda vagy heptóda
.L.	végpentóda
.M.	eletronsugárcső
.Y.	egyenirányító dióda
.Z.	kettős egyenirányító dióda

Példa: EABC80 egy 6,3 V fűtőfeszültségű cső, amely tartalmaz egy diodát, egy kettős diódát és egy triódát.

Amerikai (számjelzésű) rendszer

A jelölés egy számmal kezdődik, ami a fűtőfeszültség voltban kifejezett értéke. Tehát a 6,3 V-os fűtésű csövek "6"-tal kezdődnek.

Orosz (szovjet) rendszer

Felépítésében hasonlít az ameriaki rendszerre. Vevőcsövek esetén első szám ugyanúgy a fűtést jellemzi. Adócsöveknél a jelölés első tagja a felhasználásra utal:

Betű	Latin betű	Felhasználás
ГК	GK	generátor cső 25 MHz-ig
ГУ	GU	URH generátor cső (25-600 MHz)
ГС	GSz	SHF generátor cső
ГМ	GM	modulátor cső

A második helyen az adócsöveknél típuskód, a vevőcsöveknél pedig a funkcióra utaló betű áll. A fontosabbak:

Betű	Latin betű	Elektróda-rendszer
С	Sz	trióda
Н	N	kettős trióda
П	P	végpentóda
Ж	Zs	pentóda

Külső hivatkozások

Csőkatalógusok:

• www.radiomuseum.org
• www.tubedata.org
• Wehrmacht csövek
• Mini csőtár

"Korunk csodája, az elektroncső" diafilm 1960-ból

Irodalom

Dr. Valkó Iván Péter: Elektroncsövek és félvezetők, Tankönyvkiadó, Budapest, 1974.