Wat zijn de basisprincipes van anodespanning?
Anodespanning is het concept dat ervoor zorgt dat vacuümbuistechnologie werkt. Het is de oorzaak dat vacuümbuizen hun twee hoofdfuncties van versterking en rectificatie kunnen uitvoeren. Halfgeleidertechnologie wordt hierdoor mogelijk gemaakt.
Als een stuk metaal wordt verwarmd, geeft dit elektronen af, die een negatieve elektrische lading dragen. Geladen deeltjes worden aangetrokken door deeltjes die een tegengestelde lading dragen en die met een vergelijkbare lading afstoten. Wanneer een stuk metaal elektronen uitzendt, draagt het een lading die positief is ten opzichte van die elektronen. Hierdoor keren de elektronen terug naar het metaal, omdat ze worden aangetrokken door de tegengestelde lading. Dit resulteert in een wolk van elektronen rond het metaal, die bekend staat als een ruimtelading.
Een vacuümbuis maakt gebruik van dit effect en het bevat een metalen plaat, een kathode, die wordt verwarmd. Een tweede metalen plaat wordt toegevoegd, een anode genoemd, en wanneer een positieve lading op de anode wordt aangebracht, trekt deze de elektronen aan die door de kathode worden uitgezonden en stroomt er stroom door de vacuümbuis. Deze toegepaste lading wordt de anodespanning genoemd en wanneer deze positief is, zorgt deze ervoor dat de stroom sneller stroomt en wordt deze voorwaartse voorspanning genoemd. Wanneer de anodespanning negatief is, verzet deze zich tegen de stroom en wordt deze reverse bias genoemd. Deze laatste eigenschap, waardoor stroom in slechts één richting door de vacuümbuis kan stromen, wordt rectificatie genoemd.
Een buis met twee platen wordt een diode genoemd. Het toevoegen van een derde plaat in het midden produceert een triode en laat de buis een elektrisch signaal versterken. Deze derde plaat wordt een besturingsrooster genoemd en is een netwerk van draden die de elektronen passeren op hun weg van de kathode naar de anode. Het rooster bevindt zich dichter bij de kathode, dus elke spanning die op het rooster wordt toegepast, vergroot de effecten van het creëren of tegenwerken van de stroom. Kleine veranderingen in de netspanning creëren dus grotere veranderingen in de stroom die door de buis stroomt.
Een probleem met dit ontwerp is dat, aangezien de stroom over de buis wordt versterkt, dit veranderingen in de anodespanning veroorzaakt. Dit beïnvloedt op zijn beurt de anodestroom en voorkomt dat de buis op zijn volledige potentiaal wordt versterkt. Een vierde element, het schermraster genaamd, is toegevoegd om dit effect te minimaliseren.
Het schermrooster creëerde echter een nieuw probleem - wanneer de anodespanning lager zou worden dan de schermroosterspanning, stroomden elektronen van de anode naar het schermrooster. Dit veroorzaakte een vervormd uitgangssignaal. De oplossing was om nog een raster toe te voegen, een onderdrukkingsrooster. Het heeft een voorspanning op dezelfde spanning als de kathode en stoot eventuele emissies van de anode af. Dit soort vacuümbuis met vijf elementen wordt een pentode genoemd.
Transistoren zijn drie-elementen halfgeleiders die op dezelfde manier werken als een triode, hoewel de feitelijke namen "anode" en "kathode" alleen in bepaalde soorten transistor worden gebruikt. De programmeerbare unijunctionele transistor is zo'n voorbeeld. Halfgeleiders hebben dezelfde functies van versterking en rectificatie, maar hun vermogen om dit te doen in een veel kleiner pakket en met lagere stroomvereisten is wat moderne elektronische en computertechnologieën mogelijk maakt.