Elektronenbuis

Een electronicabuis of een vacuumbuis, ook vaak afgekort tot buis is een actief electronisch component. Het is een vacuum getrokken buis met daarin electrodes, die gemaakt kan zijn van glas, keramiek of metaal. De simpelste vorm is een diode, met daarin een verhitte kathode en een anode. Buizen zijn geschikt om mee stroom gelijk te richten, signalen te versterken of om als zendbui te fungeren. Ook zijn er andere toepassingen zoals magnetronbuizen en beeldbuizen.

Werking en toepassing

De principewerking is als volgt: Uit de verwarmde kathode komen negatief geladen deeltjes vrij die door een opgebouwd elektrisch veld zich richting anode begeven en met de stuurroosters tussen de kathode en de anode worden deze velden beïnvloed. Totdat de transistoren hun intrede deden waren electronicabuizen de enige active componenten naast een relais. Deze hadden echter als begrenzing hun traagheid en het feit dat ze slechts de stand aan en uit kennen. Door de zeer lage massa van electronen kunnen buizen echter wel hoge snelheden bereiken en zijn daardoor geschikt voor hoge frequenties.

Heden ten dagen worden buizen nog steeds gebruikt in magnetrons, als zendbuis en tot voor kort als beeldbuis. Ook worden buizen nog steeds gebruikt in gitaar- en basversterkers vanwege hun robuuste karakter, hun klankeigenschappen en hun vaak karakteristieke klank. Ook in sommige high-end versterkers worden buizen gebruikt hoewel een buizenversterker niet per definitie superieur is aan een transistor versterker. Veel van dit soort versterkers worden heden ten dage in China geproduceerd en voor lage prijzen aangeboden via Chineese veiling sites. Hiernaast zijn er ook zeer dure exemplaren te koop zoals bijvoorbeeld van de firma quad.

Buizen worden nog steeds in vele landen geproduceerd zoals Rusland, China en Tsjechië. Hiernaast zijn er nog grote partijen ongebruikte buizen in omloop, z.g. New Old Stock (NOS) buizen. Vaak zijn deze van militaire oorsprong.

Soorten

• 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.

Verder zijn er meerdere combinaties mogelijk, er kunnen zich meerdere elektrodensystemen in een enkele buis bevinden zoals bij een dubbeldiode, een dubbeltriode, een triodepentode, een triodeheptode of een dubbelpentode. Hiermee kan het aantal buizen beperkt worden en is het mogelijk een betere gelijkheid tussen twee triodes / pentodes te verkrijgen. De dubbelpenthode ELL 80 is hier een voorbeeld van die in z.g push en pull eindversterkers werd toegepast. Een dubbeldiode (vaak met gemeenschappelijke kathode) kan dienen voor dubbelfasige gelijkrichting. Er is dan een voedingstransformator met twee secundaire wikkelingen nodig en soms een aparte wikkeling voor de gloeistroom als het om een direct verhitte kathode gaat.

Naast de bekende buizen zijn er andere soorten buizen zoals de kathodestraalbuis die voor de LCD schermen hun intreden deden werd gebruikt in televisietoestellen, oscilloscopen en als computer beeldscherm. Hiernaast bestaan er indicatorbuizen die gebruikt werden voor weergeven van opnameniveau van een bandrecorder of de signaalsterkte van de draaggolf zoals toegepast in oude radio's. Verder kent men röntgenbuizen, geigerteller-buizen, klystrons, magnetrons, beeldversterkers, vidicons en nixiebuisjes.

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.

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 basversterkers. In sommige high end versterkers worden elektronicabuizen nog wel gebruikt. Volgens sommige audiofielen zouden buizenversterker namelijk beter klinken dan een transistorversterker. Vaak nemen de buizen een prominente plaats in boven op de versterker.

Zie ook : Radiolamp

Zie ook : Buizenversterker

Bronnen

• Beekman, George. (20-10-2004). Elektronenbuis honderd jaar oud. Technisch Weekblad, pag. 17.
• Faber, Erik (26-02-2009).

Elektronenbuizen

  Vrije mediabestanden over Vacuum tubes op Wikimedia Commons