De Triode

De Audion-buis van De Forest werd bekend als de triode-buis omdat deze drie elementen had:gloeidraad, rooster en plaat (net zoals de "di" in de naam diode verwijst naar twee elementen:gloeidraad en plaat). Latere ontwikkelingen in diodebuistechnologie leidden tot de verfijning van de elektronenemitter:in plaats van de gloeidraad direct als het emitterende element te gebruiken, kon een andere metalen strip, de kathode genaamd, door de gloeidraad worden verwarmd.

Deze verfijning was nodig om enkele ongewenste effecten van een gloeidraad als elektronenemitter te vermijden. Ten eerste ervaart een gloeidraad een spanningsval over zijn lengte, omdat de stroom de weerstand van het filamentmateriaal overwint en warmte-energie dissipeert. Dit betekende dat de spanningspotentiaal tussen verschillende punten langs de lengte van de gloeidraad en andere elementen in de buis niet constant zou zijn. Om deze en soortgelijke redenen zou wisselstroom die wordt gebruikt als stroombron voor het verwarmen van de gloeidraad, de neiging hebben om ongewenste AC-ruis in de rest van het buizencircuit te introduceren. Bovendien was het oppervlak van een dunne gloeidraad op zijn best beperkt, en een beperkt oppervlak op het elektronen-emitterende element heeft de neiging een overeenkomstige limiet te stellen aan de stroomcapaciteit van de buis.

De kathode was een dunne metalen cilinder die precies over de gedraaide draad van de gloeidraad paste. De kathodecilinder zou door de gloeidraad voldoende worden verwarmd om elektronen vrijelijk uit te zenden, zonder de ongewenste neveneffecten van het daadwerkelijk dragen van de verwarmingsstroom zoals de gloeidraad moest. Het buissymbool voor een triode met een indirect verwarmde kathode ziet er als volgt uit:

Aangezien het filament nodig is voor alle soorten vacuümbuizen, behalve voor een paar soorten, wordt het voor de eenvoud vaak weggelaten in het symbool, of het kan worden opgenomen in de tekening, maar zonder stroomaansluitingen:

Een eenvoudig triodecircuit wordt getoond om de basiswerking als versterker te illustreren:

Het laagspanningswisselstroomsignaal dat tussen het rooster en de kathode is aangesloten, onderdrukt afwisselend de elektronenstroom tussen de kathode en de plaat en verbetert vervolgens. Dit veroorzaakt een verandering in spanning op de uitgang van de schakeling (tussen plaat en kathode). De AC-spanning en stroomsterkten op het rooster van de buis zijn over het algemeen vrij klein in vergelijking met de variatie van spanning en stroom in het plaatcircuit. De triode functioneert dus als een versterker van het binnenkomende wisselstroomsignaal (neemt hoogspannings-, hoogstroomgelijkstroom die wordt geleverd door de grote gelijkstroombron aan de rechterkant en "smoort" deze door middel van de gecontroleerde geleidbaarheid van de buis).

In de triode is de hoeveelheid stroom van kathode naar plaat (de "gecontroleerde" stroom is een functie van zowel de raster-naar-kathodespanning (het stuursignaal) als de plaat-naar-kathodespanning (de elektromotorische kracht die beschikbaar is om elektronen te duwen). door het vacuüm. Helaas heeft geen van deze onafhankelijke variabelen een puur lineair effect op de hoeveelheid stroom door het apparaat (vaak eenvoudigweg de "plaatstroom" genoemd). Dat wil zeggen dat triodestroom niet noodzakelijkerwijs reageert in een directe , proportioneel aan de toegepaste spanningen.

In dit specifieke versterkercircuit worden de niet-lineariteiten verergerd, aangezien de plaatspanning (met betrekking tot de kathode) verandert samen met de roosterspanning (ook met betrekking tot de kathode) terwijl de plaatstroom door de buis wordt gesmoord. Het resultaat is een golfvorm van de uitgangsspanning die niet precies lijkt op de golfvorm van de ingangsspanning. Met andere woorden, de eigenzinnigheid van de triodebuis en de dynamiek van dit specifieke circuit zullen de golfvorm vervormen. Als we echt ingewikkeld wilden worden over hoe we dit hebben gezegd, zouden we kunnen zeggen dat de buis harmonischen introduceert door de ingangsgolfvorm niet exact te reproduceren.

Een ander probleem met triode-gedrag is dat van verdwaalde capaciteit. Onthoud dat elke keer dat we twee geleidende oppervlakken hebben, gescheiden door een isolerend medium, er een condensator zal worden gevormd. Elke spanning tussen die twee geleidende oppervlakken genereert een elektrisch veld binnen dat isolerende gebied, waardoor mogelijk energie wordt opgeslagen en reactantie in een circuit wordt geïntroduceerd. Dat is het geval met de triode, het meest problematisch tussen het rooster en de plaat. Het is alsof er minuscule condensatoren zijn aangesloten tussen de paren elementen in de buis:

Deze parasitaire capaciteit is vrij klein en de reactieve impedanties zijn meestal hoog . Meestal tenminste, tenzij er met radiofrequenties wordt omgegaan. Zoals we zagen met de Audion-buis van De Forest, was radio waarschijnlijk de belangrijkste toepassing voor deze nieuwe technologie, dus deze "kleine" capaciteiten werden meer dan alleen een potentieel probleem. Een andere verfijning in buizentechnologie was nodig om de beperkingen van de triode te overwinnen.