θερμιονική λυχνία

Γενικός όρος με τον οποίο υποδηλώνονται ηλεκτρονικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται ως ανορθώτριες, φωράτριες, ταλαντώτριες και ενισχύτριες ηλεκτρικών ρευμάτων. Η λειτουργία της θ.λ. βασίζεται στο θερμιονικό φαινόμενο (βλ. λ. θερμοηλεκτρονικό ή θερμιονικό φαινόμενο). Σε γενικές γραμμές η θ.λ. αποτελείται από δύο κύρια ηλεκτρόδια (κάθοδο και άνοδο, που λέγεται επίσης και πλάκα), μεταξύ των οποίων τοποθετούνται διάφορα βοηθητικά ηλεκτρόδια. To σύνολο είναι κλεισμένο σε ένα γυάλινο, κεραμικό ή μεταλλικό περίβλημα (αμπούλα) στο οποίο έχει δημιουργηθεί ένα υψηλό κενό με τρόπο τέτοιο ώστε να μην παρεμποδίζεται η κίνηση των ηλεκτρονίων, που εκπέμπονται από την πυρακτωμένη κάθοδο. Η δίοδος είναι η πιο απλή θ.λ. Αποτελείται από μία κάθοδο, δηλαδή από ένα νήμα, και από μία άνοδο. Τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την πυρακτωμένη κάθοδο, η οποία θερμαίνεται με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος, κατευθύνονται προς την άνοδο όταν αυτή διατηρείται σε ένα θετικό δυναμικό ως προς την κάθοδο. Αντίθετα, τα ηλεκτρόνια απωθούνται όταν η άνοδος βρίσκεται σε αρνητικό δυναμικό ως προς την κάθοδο. Στην αρχή αυτή στηρίζεται η λειτουργία της διόδου, στην οποία έχουμε ρεύμα μόνο προς μία κατεύθυνση και μπορεί έτσι να χρησιμοποιηθεί ως ανορθώτρια εναλλασσόμενων ρευμάτων. Στη δίοδο μεταξύ ανόδου και καθόδου υπάρχει ένα φορτίο χώρου εξαιτίας των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από την κάθοδο. Παρεμβάλλοντας μεταξύ ανόδου και καθόδου ένα άλλο ηλεκτρόδιο (εσχάρα) μπορούμε να ελέγχουμε τη ροή των ηλεκτρονίων από την κάθοδο προς την άνοδο (ανοδικό ρεύμα) μεταβάλλοντας το δυναμικό της εσχάρας. Η λυχνία αυτού του τύπου λέγεται τρίοδος (βλ. λ.). Μεγάλη σημασία έχει το γεγονός ότι σε μία μικρή μεταβολή της τάσης εσχάρας αντιστοιχεί μία ουσιαστική μεταβολή του ανοδικού ρεύματος. Επιπλέον, μεταξύ των μεταβολών της τάσης εσχάρας και εκείνων της έντασης του ρεύματος υπάρχει μία σχεδόν γραμμική σχέση, δηλαδή οι μεταβολές του ανοδικού ρεύματος είναι ανάλογες, μέσα σε ορισμένα όρια, προς τις μεταβολές της τάσης εσχάρας και από αυτό αναπαράγεται πιστά η πορεία αυτών των μεταβολών. Για τους λόγους αυτούς η τρίοδος χρησιμοποιείται ως ενισχύτρια. Αξιοσημείωτη από θεωρητικής πλευράς, αλλά με μικρό πρακτικό ενδιαφέρον, είναι η τέτροδος. Σε αυτήν, εκτός από την εσχάρα ελέγχου, όπως στην τρίοδο, έχει παρεμβληθεί μεταξύ εσχάρας ελέγχου και ανόδου, μία δεύτερη εσχάρα (προστατευτική εσχάρα), η οποία διατηρείται σε ένα θετικό δυναμικό με τον σκοπό να περιορίσει τη χωρητικότητα που υπάρχει μεταξύ της πρώτης εσχάρας και της ανόδου με αποτέλεσμα την αύξηση της ενισχυτικής ικανότητας της λυχνίας σε σύγκριση προς την τρίοδο όταν εργάζεται με τις ίδιες συνθήκες. Η παρεμβολή της προστατευτικής εσχάρας προκαλεί όμως ανεπιθύμητα φαινόμενα μεταξύ των οποίων το σπουδαιότερο είναι η εκπομπή ηλεκτρονίων από την άνοδο (δευτερεύουσα εκπομπή) που έλκονται από την ίδια την προστατευτική εσχάρα, προκαλώντας παραμορφώσεις στην ενίσχυση. Για να αποφύγουμε αυτό το μειονέκτημα καταφεύγουμε σε δύο λύσεις: κατά τη μία, μπορούμε να αποφύγουμε τη δευτερεύουσα εκπομπή των ηλεκτρονίων επιβραδύνοντας κατάλληλα την ταχύτητα των ηλεκτρονίων που συνιστούν το ανοδικό ρεύμα (αυτό επιτυγχάνεται με την τέτροδο κατευθυνόμενης δέσμης παρεμβάλλοντας κοντά στην ανόδο δύο πλακίδια που συνδέονται εσωτερικά με την κάθοδο)· κατά την άλλη, το μειονέκτημα αυτό μπορεί να εξαλειφθεί εμποδίζοντας να φτάσουν τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια στην προστατευτική εσχάρα (αυτό επιτυγχάνεται με την πέντοδο, παρεμβάλλοντας μεταξύ προστατευτικής εσχάρας και ανόδου, μία άλλη εσχάρα –ανασταλτική εσχάρα– που διατηρείται σε ένα αρνητικό δυναμικό ως προς την άνοδο). Για ειδικούς σκοπούς κατασκευάζονται λυχνίες με μεγαλύτερο αριθμό ηλεκτροδίων (εξαοδική, επταοδική κλπ.). Συνήθως, σε χαμηλή ισχύ, επικρατεί η τάση της τοποθέτησης, στο ίδιο γυάλινο περίβλημα, δύο ή περισσότερων συγκροτημάτων λυχνιών (διπλοδίοδος, διπλοτρίοδος, τριοδική-εξαοδική κλπ.), για να περιοριστεί ο όγκος της συσκευής. Εκτός από τις λυχνίες κενού κατασκευάζονται λυχνίες που περιέχουν αέριο σε χαμηλή πίεση (λυχνίες αερίου). Αυτές οι λυχνίες χρησιμοποιούνται γενικά με ρεύματα ισχυρής έντασης (άνω του 1 αμπέρ) αλλά παράλληλα χαμηλής συχνότητας (λυχνίες θύρατρον). Σήμερα οι θ.λ. στις περισσότερες περιπτώσεις έχουν αντικατασταθεί από ημιαγωγούς (τρανζίστορ, διόδους, θυρίστορ). Ωστόσο βρίσκουν εφαρμογή σε συγκεκριμένες ειδικές περιπτώσεις όπως σε καθοδικούς σωλήνες (οθόνες τηλεοράσεων, υπολογιστών, παλμογράφων και λοιπών οργάνων) και σε πολύ υψηλές ισχείς (πομποί) και συχνότητες. Σε μικροκυματικές συχνότητες χρησιμοποιούνται ειδικές θερμιονικές λυχνίες: μάγνετρον, σωλήνες οδεύοντων κυμάτων, καρκίνοτρον και κλύστρο. Οι μάγνετρον βρίσκουν ευρύτατη εφαρμογή στους οικιακούς φούρνους μικροκυμάτων. Θερμιονικές λυχνίες για πομπούς. Μία θερμιονική λυχνία για μικρούς πομπούς υπερβραχέων κυμάτων. Σύμβολα πιο κοινών θερμιονικών λυχνιών: Α) δίοδος· Β) τρίοδος· Γ) τέτροδος· Δ) τέτροδος δέσμης που κατευθύνεται· Ε) πέντοδος· ΣΤ) διπλο-τρίοδος. Τα στοιχεία που συνθέτουν τη λυχνία είναι: 1) νήμα θέρμανσης· 2) κάθοδος· 3) άνοδος· 4) σχάρα ελέγχου· 5) προστατευτική σχάρα· 6) ανασταλτική σχάρα. Σε μερικούς τύπους λυχνιών (που χρησιμοποιούνται κυρίως σε πομπούς) η κάθοδος —ο μικρός σωλήνας που περιβάλλει το νήμα— λείπει και η ηλεκτρονική εκπομπή πραγματοποιείται από το ίδιο το νήμα θέρμανσης. Οι λυχνίες αυτές ονομάζονται «άμεσης θέρμανσης», αντίθετα προς τις άλλες που ονομάζονται λυχνίες «έμμεσης θέρμανσης». Αριστερά, τομή θερμιονικής λυχνίας: 1) νήμα θέρμανσης· 2) κάθοδος· 3) άνοδος· 4) σχάρα· 5) ποδαράκια· 6) γυάλινο περίβλημα.