Triode
Englisch: triode
Elektronenröhre mit Anode, Kathode und Steuergitter; kleine Ladungsänderungen am Gitter regeln den Elektronenfluss zwischen Kathode und Anode, was Verstärkung ermöglicht.
Triode: die Vakuumröhre, die die Verstärkung startete
Eine Triode ist eine Vakuumröhre mit drei aktiven Elektroden: eine geheizte Kathode, die Elektronen ausstößt, eine Anode (Platte), die sie aufsammelt, und ein Steuergitter, das zwischen ihnen positioniert ist. Das Gitter, das auf eine kleine negative Spannung relativ zur Kathode gehalten wird, kann den Elektronenstrom mit minimalem Leistungseintrag modulieren und ermöglicht es einem schwachen Signal, einen viel größeren Strom zu steuern. Dies ist der grundlegende Mechanismus aller Trioden-Verstärkung.
Die Kathode ist üblicherweise ein Draht oder eine Spule, die indirekt durch einen separaten Heizfaden oder in älteren Ausführungen direkt geheizt wird. Moderne Trioden verwenden oxidbeschichtete Kathoden, um die Elektronenbremsstrahlung bei niedrigeren Temperaturen zu maximieren, typischerweise um 800 bis 1100 Grad Celsius. Die Anode, meist zylindrisch und das Gitter umschließend, wird mit einer positiven Spannung von Dutzenden bis Hunderten von Volt je nach Röhrentyp versorgt. Das Gitter selbst ist eine Spirale oder ein Gittergeflecht aus Draht, das nur wenige Mikrometer von der Kathodenfläche positioniert ist, um die steilen Steuereigenschaften zu erreichen, die für die Verstärkung erforderlich sind.
Trioden werden nach ihrem Verstärkungsfaktor, ihrem Innenwiderstand und ihrer maximalen Anodenbelastung klassifiziert. Ein mu von 20 bedeutet, dass eine Änderung von 1 Volt am Gitter die gleiche Wirkung auf den Anodenstrom hat wie eine Änderung von 20 Volt an der Anode. Übliche Kleinsignal-Trioden wie die 12AX7 haben mu-Werte zwischen 20 und 100; Leistungstrioden, die in Ausgangsstufen wie der 2A3 verwendet werden, arbeiten mit niedrigerem mu, können aber Anodenströme von Hunderten von Milliampere und Belastungen über 10 Watt verarbeiten. Der Innenwiderstand einer Triode bestimmt ihre Ausgangsimpedanz, wenn sie als Verstärkerstufe verwendet wird.
Wo Trioden versagen und wo sie bestehen bleiben
Gitterstrom kann fließen, wenn die Gitterspannung ausreichend positiv wird; diese Nichtlinearität verursacht Verzerrungen und begrenzt den Spielraum. Trioden sind auch anfällig für Mikrofonie: physikalische Vibration des Gitters verursacht kapazitive Kopplung zum Steuereingang und führt zu akustischem Rauschen. Die Zwischenelektroden-Kapazität zwischen Gitter und Anode (Miller-Kapazität) begrenzt die Hochfrequenzantwort. Die Röhre muss in vibrationskritischen Anwendungen mit Erschütterungsisolation montiert werden.
Obwohl Trioden nach den 1960er Jahren in den meisten Verbraucher- und Digitalelenktronik durch Transistoren ersetzt wurden, bleiben sie das bevorzugte aktive Element in bestimmten hochwertigen Audioverstärkern, Gitarrenverstärkern und einigen HF-Leistungsstufen. Sie vertragen Übersteuerung besser als Transistoren, erzeugen weniger Verzerrungen beim Schalten in gegentaktigen Ausgangsstufen, und einige Betreiber berichten von subjektiven Audiocharakteristiken. In HF-Anwendungen sind Trioden immer noch häufig in Rundfunk-Sendern und Hochleistungs-Syntheseanlagen oberhalb von 100 MHz anzutreffen. Der Name Triode spiegelt einfach ihre Drei-Elektroden-Struktur wider, geprägt nachdem die Diode (zwei Elektroden) sich als unzureichend für praktische Verstärkung erwies.