Triodi — tyhjiöputken kolmi-elektrodi: määritelmä ja toimintaperiaate

Triodi, tyhjiöputken kolmi‑elektrodi — selkeä määritelmä, toimintaperiaate ja vahvistusominaisuudet sekä sovellukset audio- ja elektroniikkapiireissä.

Triodi ("valve" englanniksi) on eräänlainen tyhjä putki, jossa on johtoja (tyhjiöputki). Se ei ole tyhjiöputkidiodi, jossa on vain kaksi johdinta (elektrodia), vaan siinä on kolmas elektrodi, jota kutsutaan ristikoksi kahden johdon (katodi (sähköheittäjä) ja anodi (sähkösyöjä)) välissä.

Määritelmä ja rakenne

Triodi on tyhjiöputkentyyppi, jossa on kolme pääelektrodia:

• katodi – yleensä lämmitetty hehkujohto tai eristetty lämmitetty katodi, joka tuottaa elektroneja termionisen emissioin kautta,
• anodi (putken "levy" tai "plate") – kerää katodilta virtaavat elektronit, ja
• ristikko (kontrolliekstrodi) – sijoitettu katodin ja anodin väliin ja vaikuttaa sähköisesti elektronien kulkuun.

Toimintaperiaate

Kun katodi lämmitetään, se emittoi elektroneja. Ilman ristikon vaikutusta elektronit kulkevat kohti anodista, jolloin syntyy anodivirta. Ristikon potentiaali suhteessa katodiin vaikuttaa tähän virtaan:

• negatiivinen ristikkovastus pienentää tai estää elektronien pääsyn anodiin,
• positiivinen ristikkovastus lisää elektronien virtausta anodiin.

Yksinkertainen kytkentä ja vahvistus

Tyypillinen triodin peruskytkentä on common-cathode (yhteissaturoitu katodi) -vahvistin: ristikkoon syötetään tulosignaali ja anodiin kuormavastus RL. Pienjännitetasolla triodin jännitevahvistus voidaan approksimoida kaavalla Av ≈ −μ · (RL / (rp + RL)) tai vaihtoehtoisesti Av ≈ −gm · (rp || RL). Miinusmerkki kertoo vaiheenkäännöstä: triodin anodilähtö on vaiheessa 180° ristikkosignaaliin nähden.

Historia ja kehitys

Triodin alkuperä tunnetaan yleisesti Lee De Forestiin liittyvästä keksinnöstä (ns. "Audion", noin 1906–1907), joka mahdollisti signaalien vahvistamisen radiotekniikassa. Myöhemmin kehitettiin tetradi ja pentodi, jotka korjasivat triodin rajoitteita (esimerkiksi anodin ja ristikkojen välisen kapasitiivisuuden aiheuttama häiriö ja matala lähtöresistanssi).

Käyttökohteet

Triodeja on käytetty ja käytetään edelleen muun muassa:

• radio- ja audio-etuvahvistimissa, putkivahvistimissa (musiikkia arvostavat audiofiilit),
• lähetysteho- ja signaalivahvistimissa (erityisesti aikaisemmassa radiotekniikassa),
• oskillaatoreissa ja kytkimissä,
• testi- ja mittauslaitteissa sekä tietyissä erikoissovelluksissa, missä putken ääniominaisuudet tai lineaarisuus ovat toivottuja.

Edut ja rajoitukset

Edut:

• luonnollinen ja miellyttävä särön muoto audiokäytössä,
• hyvä lineaarisuus tietyissä käyttöalueissa,
• vaikuttava toiminta korkeissa jännitteissä ja lyhyissä signaaliketjuissa ilman puolijohteiden epälineaarisuutta.

• vaatii lämmityksen (tehohäviö ja lämpeneminen),
• suurempi koko ja herkkyys mekaanisille tärinöille (mikrofonisuus),
• rajoitettu vahvistuskerroin ja suurempi sisäinen kapasitanssi verrattuna myöhempiin putkityyppeihin (tetrodit, pentodit) ja puolijohteisiin,
• tarve korkeille anodijännitteille ja huollolle.

Tekniset parametrit — mitä ne kertovat

Kun valitaan triodia sovellukseen, huomioidaan yleensä:

• vahvistuskerroin (μ) — kuvaa kuinka tehokkaasti ristikon jännitemuutos vaikuttaa anodin jännitteeseen pidettäessä anodivirta vakiona,
• transkonduktanssi (gm) — kertoo anodin virran muutoksen ristikon jännitemuutoksessa,
• anodin dynaaminen resistanssi (rp) — kertoo anodin jännitteen ja virran välisen muutoksen suhteen,
• suositeltu anodi- ja ristikkajännite sekä maksimi tehot ja lämpötilarajat.

Yhteenveto

Triodi on tyhjiöputken yksinkertaisin monielektrodinen tyyppi, jonka kolmas elektrodi (ristikko) mahdollistaa signaalien vahvistamisen ja hallinnan. Vaikka triodit ovat osin korvautuneet puolijohteilla ja monielektrodiputkilla modernissa elektroniikassa, niillä on edelleen paikkansa erityisesti audio- ja radiokäytössä sekä sovelluksissa, joissa niiden ominaisääni tai toimintaperiaate on etu.

Hae kirjaimella