Was sind die Grundlagen der Anodenspannung?
Anodenspannung ist das Konzept, mit dem die Vakuumröhrentechnologie funktioniert. Dadurch können Vakuumröhren ihre beiden Hauptfunktionen Verstärkung und Gleichrichtung ausführen. Dadurch wird die Halbleitertechnologie ermöglicht.
Wenn ein Metallstück erhitzt wird, gibt es Elektronen ab, die eine negative elektrische Ladung tragen. Geladene Teilchen werden von Teilchen angezogen, die eine entgegengesetzte Ladung tragen und solche mit einer ähnlichen Ladung abstoßen. Wenn ein Metallstück Elektronen emittiert, trägt es eine Ladung, die in Bezug auf diese Elektronen positiv ist. Dadurch kehren die Elektronen zum Metall zurück, da sie von der entgegengesetzten Ladung angezogen werden. Dies führt zu einer Elektronenwolke um das Metall, die als Raumladung bezeichnet wird.
Eine Vakuumröhre nutzt diesen Effekt und enthält eine Metallplatte, die als Kathode bezeichnet wird und erwärmt wird. Eine zweite Metallplatte, Anode genannt, wird hinzugefügt, und wenn eine positive Ladung an die Anode angelegt wird, zieht sie die von der Kathode emittierten Elektronen an, und Strom fließt durch die Vakuumröhre. Diese angelegte Ladung wird als Anodenspannung bezeichnet. Wenn sie positiv ist, fließt der Strom schneller und wird als Vorwärtsvorspannung bezeichnet. Wenn die Anodenspannung negativ ist, wirkt sie dem Stromfluss entgegen und wird als Sperrvorspannung bezeichnet. Diese letzte Eigenschaft, bei der der Strom nur in eine Richtung durch die Vakuumröhre fließt, wird als Gleichrichtung bezeichnet.
Eine Röhre mit zwei Platten wird als Diode bezeichnet. Das Hinzufügen einer dritten Platte in der Mitte erzeugt eine Triode und ermöglicht es der Röhre, ein elektrisches Signal zu verstärken. Diese dritte Platte wird Steuergitter genannt und ist ein Drahtgeflecht, durch das die Elektronen auf ihrem Weg von der Kathode zur Anode wandern. Das Gitter befindet sich näher an der Kathode, so dass jede an das Gitter angelegte Spannung die Auswirkungen des Erzeugens oder des Entgegenwirkens des Stromflusses verstärkt. Kleine Änderungen der Netzspannung führen also zu größeren Änderungen des Stromflusses durch die Röhre.
Ein Problem bei dieser Konstruktion besteht darin, dass der Strom durch die Röhre verstärkt wird und Änderungen in der Anodenspannung verursacht. Dies wirkt sich wiederum auf den Anodenstrom aus und verhindert, dass sich die Röhre auf ihrem vollen Potential verstärkt. Ein viertes Element, das so genannte Raster, wurde hinzugefügt, um diesen Effekt zu minimieren.
Das Schirmgitter verursachte jedoch ein neues Problem: Wenn die Anodenspannung unter die Schirmgitterspannung sank, flossen Elektronen von der Anode zum Schirmgitter. Dies verursachte ein verzerrtes Ausgangssignal. Die Lösung bestand darin, ein weiteres Gitter, ein so genanntes Suppressor-Gitter, hinzuzufügen. Es ist mit der gleichen Spannung wie die Kathode vorgespannt und stößt jegliche Emissionen von der Anode ab. Diese Art von Fünf-Elemente-Vakuumröhre wird als Pentode bezeichnet.
Transistoren sind Halbleiter mit drei Elementen, die ähnlich wie eine Triode arbeiten, obwohl die tatsächlichen Bezeichnungen "Anode" und "Kathode" nur bei bestimmten Transistortypen verwendet werden. Der programmierbare Unijunction-Transistor ist ein solches Beispiel. Halbleiter haben die gleichen Funktionen der Verstärkung und Gleichrichtung, aber ihre Fähigkeit, dies in einem viel kleineren Gehäuse und mit geringerem Leistungsbedarf zu tun, ermöglicht moderne Elektronik- und Computertechnologien.