Vákuová elektrónka, v britskej angličtine nazývaná aj ventil, je elektronické zariadenie používané v mnohých starších modeloch rádií, televízorov a zosilňovačov. Katóda sa zahrieva, podobne ako v žiarovke, takže vyžaruje elektróny. Toto sa nazýva termionická emisia. Anóda je časť, ktorá prijíma emitované elektróny. Zariadenie môže mať ďalšie časti. Vákuové elektrónky musia byť horúce, aby fungovali. Väčšina z nich je vyrobená zo skla, preto sú krehké a môžu sa rozbiť. Vákuové elektrónky sa používali v prvých počítačoch, ako napríklad ENIAC, ktoré boli veľké a na svoju ďalšiu prevádzku potrebovali veľa práce.

Princíp činnosti

Elektrónka pracuje na princípe termionickej emisie: zahriata katóda (priama alebo nepriamo vyhrievaná žeraviaca špirála) uvoľní elektróny, ktoré potom pretekajú vo vákuu k anóde pri kladnom potenciále. Medzi katódou a anódou môže byť voliteľne umiestnená jedna alebo viac riadiacich mriežok (gridov), ktoré pomocou menšieho napätia regulujú tok elektrónov. Zmenou napätia na riadiacej mriežke možno zosilňovať signály — malé zmeny na mriežke spôsobia veľké zmeny prúdu medzi katódou a anódou.

Stavba a základné časti

  • Sklenený alebo kovový obal (vývodové kolíky v pätici) udržiava vakuum a zároveň je priehľadný u bežných sklenených trubíc.
  • Katóda – môže byť priamo vyhrievaná (filament zároveň katóda) alebo nepriamo (filament ohrieva samostatnú katódu pokrytú emitujúcim materiálom).
  • Anóda (platňa) – prijíma elektróny a odoberá výkon z elektrónky.
  • Mriežky – riadiaca mriežka (u triody), obrazová alebo potlačná mriežka (u tetrody/pentody) zlepšujú vlastnosti ako zosilnenie a stabilitu.
  • Getter – malý kovový zásobník, ktorý chemicky viaže zbytky plynov vo vnútri trubice a pomáha udržiavať vákuum.

Typy elektrónok

  • Dióda – má iba katódu a anódu, používala sa najmä ako usmerňovač napätia.
  • Trioda – pridanie jednej riadiacej mriežky umožnilo zosilnenie signálu.
  • Tetroda a pentoda – viac mriežok zvyšuje zosilnenie a znižuje spätnú väzbu medzi anódou a mriežkou.
  • Výkonové a vysoko-frekvenčné trubice – používané v rádiových vysielačoch, radaroch, mikrovlnných zosilňovačoch (klystróny, magnetróny, TWT).

Použitie

Historicky boli elektrónky kľúčové v rozvoji rádiokomunikácie, televízie, zvukových zosilňovačov a prvých elektronických počítačov (ENIAC). Po nástupe polovodičových súčiastok (tranzistorov) v 50. a 60. rokoch 20. storočia začali elektrónky ustupovať kvôli menšej spotrebe, menším rozmerom a vyššej spoľahlivosti tranzistorov. Napriek tomu sa vákuové trubice dodnes používajú v špecifických oblastiach:

  • vysokovýkonné rádiové a mikrovlnné vysielače (televízia, radar, priemyselné ohrievanie),
  • hudobné a hi‑fi zosilňovače (pre svoje špecifické harmonické vlastnosti a obľubu medzi audiofilmi),
  • špeciálne laboratórne a vedecké prístroje,
  • nektoré ekvalizéry a efekty pre gitarové zosilňovače.

Výhody a nevýhody

  • Výhody: schopnosť zvládať vysoké napätia a veľké výkony, isté linearity v audio pásme, odolnosť voči elektromagnetickým impulzom (v niektorých aplikáciách).
  • Nevýhody: veľké rozmery, vysoká tepelná strata (vyžarujú teplo), kratšia životnosť v porovnaní s polovodičmi, krehké sklenené puzdro a vyššie prevádzkové napätia a náklady.

Bezpečnosť a údržba

Pri manipulácii s elektrónkami treba dbať na bezpečnosť: trubice sú krehké, pri prevádzke sú horúce a môžu obsahovať vysoké napätia až stovky či tisíce voltov. Pred výmenou alebo kontrolou komponentov je nevyhnutné odpojiť napájanie a počkať, kým sa trubice a filtre vychladnú a kondenzátory vybijú. Pri likvidácii treba zvážiť recykláciu, pretože sú v nich kovové a sklenené prvky.

Porovnanie s polovodičmi

Tranzistory a integrované obvody nahradili elektrónky v drvivej väčšine aplikácií vďaka menším rozmerom, nižšej spotrebe energie, dlhej životnosti a nižším nákladom. Napriek tomu majú vákuové elektrónky miesto tam, kde sú dôležité špecifické parametre ako vysoké napätia, veľmi vysoké frekvencie alebo preferovaný zvukový charakter v audio aplikáciách.

Pre záujemcov o históriu elektroniky, zberateľov alebo amatérskych opravárov sú elektrónky zaujímavým a ľahko pozorovateľným prvkom vývoja moderných technológií. Pri práci s nimi však treba vždy dodržiavať bezpečnostné pravidlá.