Lampa elektronowa działa na zasadzie kontrolowanego przepływu elektronów przez próżnię lub rozrzedzony gaz w szczelnej szklanej lub metalowej obudowie. Proces ten umożliwia wzmacnianie, przekształcanie i generowanie sygnałów elektrycznych. W lampach próżniowych nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony emitowane z katody, czyli ujemnej elektrody. Nośnikiem ładunku może być również rozrzedzony gaz, który przenosi ładunek w postaci jonów oraz częściowo elektronów emitowanych z katody. Katoda posiada ujemny potencjał względem anody, która jest elektrodą dodatnią. Ponieważ elektrony gromadzą się na ujemnej katodzie, są przyciągane przez dodatnią anodę, co powoduje przepływ prądu w obwodzie katoda-anoda. Wielkość tego prądu zależy od napięcia między anodą, a katodą.
Zasada działania lampy elektronowej
Jak działa lampa elektronowa wzmacniającą sygnały?
Poniżej przedstawiono podstawowe zasady działania lampy elektronowej wzmacniającej sygnał na przykładzie najprostszej wersji, jaką jest trioda.
Budowa triody
Trioda składa się z trzech głównych elementów:
- Katoda – element emitujący elektrony, zwykle podgrzewany przez osobne włókno żarzenia (grzejnik).
- Anoda – element przyciągający elektrony, do którego przykłada się dodatnie napięcie.
- Siatka sterująca – umieszczona między katodą a anodą, umożliwia kontrolowanie przepływu elektronów i tym samym sterowanie prądem płynącym przez lampę.
Zasada działania triody
- Emisja elektronów:
- Katoda jest podgrzewana za pomocą żarzenia, co powoduje termoemisję elektronów. Gorąca katoda emituje elektrony do wnętrza bańki lampy.
- Przepływ elektronów:
- Anoda jest podłączona do dodatniego napięcia w stosunku do katody. W wyniku różnicy potencjałów elektrony emitowane przez katodę są przyciągane w kierunku anody, co powoduje przepływ prądu przez lampę.
- Sterowanie przepływem elektronów:
- Siatka sterująca, znajdująca się między katodą a anodą, ma napięcie ujemne względem katody. To ujemne napięcie odpycha część elektronów, ograniczając ich przepływ do anody. Zmieniając napięcie na siatce sterującej, można kontrolować ilość elektronów docierających do anody, a tym samym prąd płynący przez lampę.
- Nawet niewielkie zmiany napięcia na siatce sterującej powodują znaczne zmiany w prądzie anodowym. Dzięki temu trioda może wzmacniać sygnały elektryczne – małe sygnały przyłożone do siatki sterującej mogą kontrolować dużo większy prąd płynący od katody do anody.
Przykład działania triody w układzie wzmacniacza audio
Zmiany sygnału audio jest przyłożonego do siatki sterującej powodują proporcjonalne zmiany prądu anodowego, a ten z kolei jest przekształcany na wzmocniony sygnał wyjściowy, który może być przesyłany do transformatorów wyjściowych, a następnie głośników.
Jak działają inne typy lamp elektronowych?
Diody – mają tylko katodę i anodę, bez siatki sterującej. Działają jako prostowniki, przepuszczając prąd tylko w jednym kierunku.
Pentody i tetrody – bardziej zaawansowane wersje triody z dodatkowymi siatkami, które zwiększają kontrolę nad przepływem elektronów i zmniejszają zakłócenia.
Lampa elektronowa działa dzięki emisji elektronów z podgrzanej katody, ich przyciąganiu do anody i kontroli tego przepływu za pomocą siatki sterującej. Zasady te umożliwiają wzmacnianie sygnałów elektrycznych oraz wykonywanie innych funkcji w układach elektronicznych, takich jak np. prostowanie prądu.