Elektronenbuis

De elektronenbuis oftewel radiobuis oftewel vacuümbuis was de eerste echte elektronische component. De eenvoudigste elektronenbuis, de diode, bestaat uit een vacuüm getrokken glazen buis waarin een gloeidraad geplaatst is (de kathode) met daaromheen een cilindervormig metalen plaatje (de anode). Wanneer de gloeidraad opgewarmd wordt en de anode met een voldoende grote spanning positief gepolariseerd is, zal er een elektronenstroom gaan lopen (Edisoneffect) wanneer de stroomkring tussen anode en kathode wordt gesloten. Maakt men de anode echter negatief t.o.v. de kathode dan vloeit er geen stroom. Andere elektronenbuizen hebben tussen de kathode en de anode een of meer roosters die de stroom elektronen beïnvloeden. Het aantal roosters bepaalt de benaming van de elektronenbuis.

de diode heeft twee elektroden, en wordt voor gelijkrichting gebruikt
de triode heeft 1 rooster - het stuurrooster - waarmee met een kleine spanningsverandering een relatief grote stroomverandering tussen anode en kathode teweeggebracht kan worden. Hiermee was de eerste versterker mogelijk.
de tetrode heeft 2 roosters, het extra rooster, tussen stuurrooster en anode, dient om de versterkingsfactor van de buis op te voeren. (tetra = 4)
de pentode heeft 3 roosters: stuurrooster, schermrooster en keerrooster waarmee het aantal actieve aansluitingen 5 bedraagt. (penta = 5)
de hexode, heptode en octode hebben respectievelijk 4, 5 en 6 roosters, en worden gebruikt als mengbuis in o.a. frequentieomvormers en radioontvangers.

Behalve de genoemde elektronenbuizen zijn ook allerlei combinaties in zwang, in feite twee of meer elektrodensystemen in een enkele buis: dubbeldiode, dubbeltriode, triodepentode, triodeheptode, dubbelpentode. Hiermee kan het aantal buizen beperkt worden en is het mogelijk een betere gelijkheid tussen twee triodes / pentodes te verkrijgen voor brugschakelingen en dergelijke.

Een dubbeldiode (vaak met gemeenschappelijke kathode) kan dienen voor dubbelfasige gelijkrichting. Er is dan een voedingstransformator met twee secundaire wikkelingen nodig.

Een triodeheptode is zeer geschikt in superheterodyne ontvangers. De triode wordt gebruikt in een oscillator en de heptode dient als mengbuis.

Er bestaat ook een buis met een triode en twee eindpentodes, die bedoeld is als eindtrap van een balansversterker. De triode is de fasedraaier en de pentodes dienen als eindbuis.

Behalve de gewone radiobuizen zijn er ook nog de kathodestraalbuis zoals die in (klassieke) TV-toestellen, oscilloscopen en computerbeeldschermen gebruikt worden en indicatorbuizen zoals die voor weergeven van opnameniveau van een bandrecorder of de signaalsterkte van de draaggolf in een radio. Ook röntgenbuizen, geigerteller-buizen, klystrons, magnetrons, beeldversterkers, vidicons en nixiebuisjes zijn vormen van elektronenbuizen.

Werking van een versterkerbuis

In het vacuüm van de versterkerbuis bevinden zich twee elektroden, de anode(+), uitgevoerd als een plaat (en daarom in het verleden ook zo genoemd), en de kathode(-), uitgevoerd als gloeidraad of als buisje met daarin een gloeidraad en bedekt met een stof, meestal bariumoxide, om een goede emissie van elektronen te bewerkstelligen. Tussen deze twee elektroden wordt met behulp van een hoge spanning (enkele tientallen tot honderden volts) een elektrisch veld opgebouwd. Elektronen die uit de verwarmde kathode zijn losgemaakt, bewegen zich van de kathode naar de anode.

Tussen kathode en anode, vlakbij de kathode is een roostervormige elektrode, het stuurrooster, geplaatst met daarop een negatieve spanning ten opzichte van de kathode, waardoor de elektronen moeilijker, of in het geheel niet, de anode kunnen bereiken. Afhankelijk van de grootte van de negatieve spanning zullen meer of minder elektronen naar de anode gaan. De stroom door de buis kan dus worden geregeld door de negatieve spanning op het rooster te variëren. Door in serie met de anode een belastingsweerstand op te nemen kan over die belastingsweerstand als gevolg van de variërende anodestroom een spanningsverandering opgewekt worden die aanzienlijk groter is dan de verandering in de negatieve spanning op het stuurrooster. Aldus wordt (spannings)versterking verkregen.

Typeaanduiding

De buizen hebben een typenummer bestaande uit letters en cijfers. De Amerikaanse aanduiding begint met een cijfer, de Europese met een letter. In het laatste geval bestaat de aanduiding uit twee tot vier letters, gevolgd door een tot drie cijfers. De cijfers achter de letters specificeren de uitvoering.

eerste letter: spanning of stroom en type van de gloeidraad		volgende letter(s): buistype		cijfer(s): soort voet, volgnummer
A	4 V direct of indirect	A	diode	1 - 9	buitenkontakten, 5- en 8-polig
B	180 mA direct uit batterij	B	dubbeldiode met één kathode	10 - 19	stalen buis, 8-polig
C	200 mA indirect	C	triode	20 - 29	loctal
D	1,4 V direct uit batterij	D	vermogenstriode	30 - 39	octal
E	6,3 V indirect	E	tetrode	40 - 49	rimlock
F	12,6 V indirect	F	pentode	70 - 79	miniatuurbuis
G	5 V indirect	H	hexode of heptode	80 - 89	noval
H	150 mA indirect	K	octode	90 - 99	pico 7
I	(20 V indirect)	L	vermogenstetrode of -pentode	150 - 159	stalen buis, 10-polig
K	2 V direct voor loodaccu	M	kathodestraalbuis, afstemoog	180 - 189	noval
L	450 mA indirect	Q	enneode	280 - 289	noval
O	zonder gloeidraad (gasgevulde buizen en halfgeleiders)	T	telbuis	500 - 599	magnoval
Q	vermogen- en zendbuizen
P	300 mA indirect	W	gasgevulde vermogensdiode	800 - 899	noval
U	100 mA indirect	X	gasgevulde dubbele vermogensdiode	900 - 999	pico 7
V	50 mA indirect	Y	vermogensdiode
X	600 mA indirekt	Z	dubbele vermogensdiode
Y	450 mA indirect
Z	zonder gloeidraad (gasgevulde buizen)

Het lijkt misschien vreemd dat de beginletter soms een spanning en soms een stroom aangeeft. Over het algemeen zal men in een toestel buizen gebruiken met dezelfde beginletter. De gloeidraden worden parallel geschakeld als ze voor een bepaalde spanning bedoeld zijn en in serie als ze voor een stroom bedoeld zijn. In het laatste geval is meestal ook een serieweerstand nodig.

Er zijn buizen die onder verschillende typenummers verkrijgbaar zijn. Heeft een buis een gloeidraad voor 6,3V en 0,3A, dan kan de beginletter een E of een P zijn, terwijl het om precies dezelfde buis gaat.

Geschiedenis

De elektronenbuis werd op 16 november 1904 gepatenteerd door de Brit Ambrose Fleming. De werking van de elektronenbuis is gebaseerd op het Edisoneffect. De gloeilamp van Edison had als bijverschijnsel dat de gloeidraad verdampte waardoor het glas zwart werd. In 1883 ontdekte Edison dat dit kon worden verhinderd door een metalen plaatje tussen de gloeidraad en het glas, en tevens ontdekte hij dat er een stroom kon lopen tussen het los opgestelde plaatje en de positieve pool, een gevolg van de losgeslagen elektronen van de gloeidraad. Fleming was een van de onderzoekers die dit verschijnsel bestudeerde, en op basis hiervan de eerste diode construeerde en patenteerde. De Amerikaan Lee de Forest voegde in 1906 aan de diode een derde elektrode toe, waardoor de eerste triode een feit was.

Door de ontwikkeling van de in 1947 uitgevonden transistor was de elektronenbuis als versterkerelement medio 1980 vrijwel geheel verdwenen uit consumentenapparatuur. Wel worden elektronenbuisversterkers door hun karakteristieke oversturingsgedrag nog veel gebruikt in de muziekindustrie als bijvoorbeeld gitaarversterker en basversterker. In zogeheten "audiofiele" Hi-Fi apparatuur wordt hij nog wel gebruikt, meestal prominent aanwezig boven op de behuizing. Volgens audiofielen klinkt de buizenversterker namelijk beter dan een transistorversterker.