Putken toimintaperiaate

Lyhyesti ja tieteellisen tarkasti:

Elektroniputken toiminta perustuu kuumennetusta metallista irtoaviin sähköa kuljettaviin, negatiivisesti varautuneisiin alkeishiukkasiin eli elektroneihin, jotka etenevät tyhjiössä sähkökentän vetämänä suurella nopeudella kohti positiivista elektrodia eli ANODIa.

Kuinka sähkö voi kulkea tyhjässä?

Hehkulangalla kuumennetaan KATODI-elektrodi punahehkuiseksi, jolloin sen ympärille muodostuu lämpöenergian irrottamista elektroneista (=negatiivisesti varautuneita atomin osasia) pilvi. Tämä pilvi pysyy normaalisti paikoillaan katodin ympärillä, mutta jos lähelle tuodaan positiivisesti varattu ANODI, tämä vetää elektroneja puoleensa ja syntyy sähkövirta. Putken toiminnan kannalta on oleellista, että ilma on imetty pois elektronien kulkutieltä, koska törmäillessään ilmamolekyyleihin elektronit menettävät vähitellen liike-energiansa ja sähkövirran kulku estyy.

Ensimmäinen sovellutus

Tällaista kahdesta elektrodista koottua putkea kutsutaan DIODI:ksi. Diodilla on sellainen ominaisuus, että sähkö kulkee sen läpi vain toiseen suuntaan (elektronit pääsevät vain katodilta anodille, kylmästä anodista taas ei irtoa lainkaan elektroneja. Diodilla voidaan tasasuunnata, siis muuttaa vaihtojännite tasajännitteeksi. Tyypillisiä tasasuuntausputkia ovat mm. 5U4 ja GZ34, joissa samaan lasikuoreen on rakennettu 2 diodia.

Sähkövirran vahvistaminenkin onnistuu

Jos elektronien kulkutielle asetetaan metallilankaverkko (HILA), voidaan tällä ohjata elektronien kulkua katodilta anodille: Jos hilalle annetaan negatiivinen jännite katodiin nähden, elektronit alkavat hylkiä tätä ja virran kulku vaikeutuu. On saatu aikaan yksinkertainen vahvistinputki, TRIODI, jossa hilalle tuotu pieni ohjausjännite muuttaa voimakkaasti anodin kautta kulkevaa virtaa. Tunnetuimpia pienitehoisia triodeja ovat mm. 6C4, EC92 sekä kaksoistriodit (2 putkea samassa lasikuoressa): ECC81, 82 ja 83 sekä niiden amerikkalaisvastineet 12AT7, 12AU7 ja 12AX7

Erikoisputkia erikoissovellutuksiin

 

tube34

Suuria ja pieniä putkia.

Elohopeahöyryllä täytetyssä putkessa voidaan välittää suurempiakin virtoja, joten tällaiset elohopeatasasuuntaajat olivat varsin suosittuja ennen puolijohteiden keksimistä. Kuvassa vasemmanpuoleinen, 35 senttiä korkea paketti on tarkoitettu elokuvaprojektorin hiilikaarilampun tasasuuntaajaksi, ja se pystyy antamaan maksimissaan 25 A virran . Ste2500 on thyratron- putki, myöskin elohopeahöyryllä täytetty triodi, jota käytetään samaan tapaan kuin valonhimmentimen tyristoria. Virtaa tämä putki antaa n. 5 A, maksimijännitteen ollessa 600V. Pieni, metallikuorinen putki on nimeltään NUVISTORI, periaatteessa hyvin pienikokoinen metallikoteloon pakattu triodiputki. Vertailun vuoksi kuvassa on myös ECC83/12AX7, kitaristien hyvin tuntema etuasteen putki.

Lisättäessä triodiin vielä toinen hila saadaan TETRODI. Tämä n.s. suojahila yhdistetään yleensä positiiviseen, vakiona pysyvään jännitteeseen. Suojahilan tehtävänä on kiihdyttää elektroneja niiden matkalla anodille, lisäksi siten, että anodin todellinen jännite ei vaikuta kovin voimakkaasti elektronivirran voimakkuuteen. Tetrodeja käytetään lähinnä radiolähettimien pääteputkina sekä vahvistimissa (mm. amerikkalainen 6V6)

Lisätään jälleen 1 hila (ns. jarruhila) ja saadaan PENTODI. Jarruhilan tehtävä on estää suurella nopeudella liikkuvia elektroneja kimpoamasta takaisin anodilta ja tarttumasta suojahilaan. Jarruhila kytketään maahan. Tunnetuimpia pentodeja ovat EL34, EL84 ja 6L6. Toisinaan putki luokitellaan tetrodiksi, vaikka siinä onkin jarruhilaa vastaava elementti: tällöin puhutaan beam- tetrodista, ylimääräinen elektrodi on “beam former” eli säteen muotoilija.

Hiloja lisättäessä saadaan edelleen mutkikkaampia kokonaisuuksia: HEKSODI:ssa on 6 elementttiä (siis anodi, katodi ja 4 hilaa), OKTODI:ssa 8 elemettiä (6 hilaa? ei aivan). Näitä omituisuuksia käytettiin radiotekniikassa sekoittamaan 2 eri taajuutta keskenään ja muodostamaan tällä tavalla taajuuksien erotus ja summa. Esimerkkejä: ECH81 (triodi + heksodi), EK90 (heksodi).

Monielementtisten putkien erityinen suosio suuraajuustekniikassa perustuu useiden hilojen keskinäiseen vaikutukseen, tarkemmin ottaen niiden “eristysvaikutukseen”. Pentodin suojahila estää anodin ja ohjaushilan välisen takaisinkytkennän ja pienentää siis ohjaushilan aiheuttamaa kuormitusta suurilla taajuuksilla.

Television kuvaputki tai röntgenputki ovat elektroniputken perusidean äärimmäisiä sovellutuksia, videonauhurin kellon vihreä näyttö on eränlainen fosforianodilla varustetu triodi, mikroaaltouunistakin löydät putken (Magnetroni). Suurissa radiolähettimissä käytetään edelleen putkia, ja UHF- Tv-lähettimien parin metrin korkuiset, vedellä jäähdytettävät klystron- putket ovat melko juhlallisen näköisiä murikoita. Nixie- putki ja stabilisaattoriputket taas eivät ole ulkomuodostaan huolimatta putkia sanan varsinaisessa merkityksessä, vaan jalokaasulla täytettyjä lamppuja. Lähes satavuotias keksintö siis on edelleen hengissä ja hyvissä voimissa, sovelluksia löytyy runsaasti aivan jokapäiväisistä laitteista.