KathodeK

SteuergitterG

Anode (Platte)P

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— Emittiert 0/s Zurückgekehrt 0/s Zur Anode 0/s

Steuerung

Heizleistung75%

Heißere Kathode, stärkere Glühemission (≈ T² e^(−W/kT))

Gitterspannung V_g−4.0 V

Ein negatives Gitter stößt Elektronen ab — das ist das "Ventil"

Anodenspannung V_p180 V

Die hohe positive Spannung der Anode zieht den Elektronenstrom an

Wechselspannungs-Gittersignal — Verstärkungsdemonstration Elektrische Feldpfeile Elektrodenbezeichnungen Automatische Rotation (Umlauf um die Ansicht)

Anodenstrom

Oszilloskop

Gitterspannung (Eingang) Anodenstrom (Ausgang)

Wenige Volt Schwingung am Gitter erzeugen Milliampere-Änderungen im Anodenstrom; über einem Lastwiderstand wird daraus eine verstärkte, invertierte Spannungsausgabe — das ist Verstärkung. Das Zittern der Cyan-Kurve ist echtes Schrotrauschen: Elektronen kommen einzeln an.

So funktioniert es

Glühemission. Der Heizer erwärmt die Kathode, bis Elektronen genug Energie gewinnen, um ihre Oberfläche in das Vakuum zu verlassen.

Raumladung. Die ausgetretenen Elektronen bilden eine negative Wolke nahe der Kathode, die Nachzügler abschirmt — ein selbstregulierendes Elektronenreservoir.

Anodenanzug. Die hohe positive Anodenspannung zieht Elektronen aus der Wolke und durch das Vakuum. Strom fließt nur in eine Richtung — entfernen Sie das Gitter und Sie haben eine Diode.

Gittersteuerung. Das weitmaschige Spiralgitter liegt direkt im Elektronenweg. Eine kleine negative Vorspannung reicht, um den Strom zu drosseln und ihn nahe V_g = −V_p/μ vollständig zu sperren. Kleiner Eingang, großer Ausgang — so verstärkt die Triode.

I_p ≈ K·(V_g + V_p/μ)^3/2 — das Child–Langmuir-Dreihalbpotenzgesetz; hier μ = 18

Über Trioden-Vakuumröhre

Vor dem Transistor gab es einen erhitzten Draht in einer Glasflasche. Elektronen von einer glühenden Kathode kochen, von einer positiv geladenen Anode angezogen, und Sie haben ein Einwegventil für Strom. Schieben Sie ein Drahtgeflecht — das Gitter — zwischen die beiden, und eine kleine Spannung an diesem Geflecht drosselt einen großen Strom durch die Röhre. Das ist Verstärkung, und ein halbes Jahrhundert lang funktionierte so jedes Radio, jede Telefonleitung und jeder Computer.

Diese Ausstellung ist eine Teilchensimulation einer koaxialen Triode, mit derselben Geometrie wie das Original: Kathode in der Mitte, Gitter darum gewickelt, Anodenzylinder außen. Ändern Sie die Gitterspannung und beobachten Sie, wie die Elektronenwolke abschnürt oder hindurchströmt; die charakteristischen Kurven der Röhre sind nicht aufgemalt — sie entstehen aus den simulierten Teilchen.

Lee de Forest fügte 1906 Flemings Diode das Gitter hinzu und nannte das Ergebnis den Audion. Als Vakuumtriode weiterentwickelt, wurde sie zur Grundkomponente der Elektronik — und zum unmittelbaren Vorfahren der Logikgatter, die Sie heute in DigiSim bauen können.

Technische Daten

Erfunden: 1906 — Lee de Forests Audion-Triode
Aufbau: Koaxial: Kathode, Steuergitter, Anode
Prinzip: Glühemission, gittergesteuerter Strom
Simuliert: Elektronen-Teilchendynamik im Röhrenfeld

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