נסביר תחילה מהיא דיודה. הדיודה התרמויונית מורכבת מקתודה, אנודה וגוף חימום הנמצאים בריק בתוך מעטפת זכוכית. כאשר גוף החימום (שהוא למעשה תיל ארוך), מתחמם כשמחברים אותו למתח מתאים.
גוף החימום מחמם את הקתודה. הקתודה עשויה צינור חלול מצופה בחומר הפולט אלקטרונים כאשר הוא מתחמם. בחלל הצינור עובר גוף החימום בלי שיגע בצינור עצמו. האנודה היא מעטפת גלילית ממתכת, שמקיפה את הקתודה ואת גוף החימום.
פליטת האלקטרונים מהאלקטרודה המחוממת נקראת פליטה תרמיונית. האלקטרונים נפלטים מפני המוליך כתוצאה מהחימום, גורמים לו להיות טעון חיובית, ולפיכך הם נמשכים אליו בחזרה. כוח המשיכה החשמלי מצד אחד, והחימום מצד שני יוצרים עננת אלקטרונים המפוזרת מסביב לפני המוליך המחומם בשפופרת הריק.
כתוצאה מעזיבת האלקטרונים, הקתודה נשארת עם עודף מטען חיובי, והמטען מושך את האלקטרונים שעזבו וגורם לחלק מהם לחזור אל הקתודה. על מנת שהאלקטרונים ינועו בתוך שפורפרת הריק אל האנודה ולא ימשכו חזרה אל הקאתודה, אנו מחברים את הקוטב החיובי של מקור זרם ישר, סוללה לדוגמא, לאנודה, ואת הקוטב השלילי לקתודה.
במצב זה יזרמו אלקטרונים מהקתודה דרך חלל שפורפרת הריק לאנודה, ומשם חזרה למקור-הזרם. מה יקרה אם אם נחליט להחליף את חיבורי הסוללה, דהיינו נחבר את הקוטב השלילי לאנודה והחיובי לקתודה? במצב זה לא יעבור הזרם דרך הדיודה זאת משום שהאלקטרונים יידחו על-ידי המטען השלילי של האנודה, ויחזרו במהירות אל הקתודה. על כן אנו יכולים לחשוב על התקן הדיודה כבעלת תכונה של מוליכות חד כיוונית.
מה יקרה אם במקום סוללה (זרם ישר) נחבר מקור זרם-חילופין אל האנודה ואל הקתודה?
במצב עניינים שכזה האנודה במחצית המחזור תהיה טעונה חשמל חיובי בשיעור גדול מהקתודה,ועל כן יעבור הזרם דרך הדיודה. במחצית השנייה של המחזור, כשאנודה טעונה מטען שלילי בשיעור גדול יותר מהקתודה, זרם לא יעבור דרך הדיודה. תהליך זה חוזר חלילה ולמעשה אנו נקבל סידרת פולסים של זרם חד-כיווני, שאפשר להפכם לזרם ישר וקבוע.
הטריודה היא התקן שבו שלוש אלקטרודות: קתודה, אנודה וסריג. כאשר כמו במקרה של הדיודה, האלקטרודה המחוממת היא הקתודה.
הסריג נמצא קרוב מאוד לקתודה, ולכן השפעת הפוטנציאל החשמלי שלו על זרימת הזרם גדולה בהרבה מהשפעת מתח האנודה. זאת משום שעוצמת השדה החשמלי קטן או גדל ביחס ישר לריבוע המרחק. במצב זה שינויים גדולים במתח האנודה יגרמו לשינויים קטנים בזרם, אבל שינויים קטנים במתח הסריג יגרמו לשינויים גדולים בזרם.
להבדיל מהדיודה, הטריודה יכולה להגביר מתחים משתנים קטנים ובכלל זה לחולל תנודות חשמליות, זאת אומרת לייצר זרמים חשמליים משתנים.
האיור לקוח מויקיפדיה
נניח שמתקבל מפל מתח משתנה, למשל, בין הסריג לקתודה של הטריודה. במקרה זה כשנפעיל את גוף החימום, אלקטרונים יזרמו אל האנודה. כשהמתח נמצא בחצי החיובי של מחזורו, הסריג יהיה טעון מטען חיובי יותר מן הקתודה. מצב עניינים זה יגרום לזרימה מוגברת של אלקטרונים דרך שפופרת הריק וזאת משום שהסריג הוא בעצם מעין מוקד משיכה לאלקטרונים נוסף על האנודה. הסיבה שמוקד משיכה נוסף זה הוא עוצמתי, היא משום שהסריג מצוי בקירבת הקתודה.
אם הסריג היה עשוי לוחית, ולא רשת ,האלקטרונים היו מצטברים עליו. בגלל המבנה הפתוח של הסריג האלקטרונים למעשה חולפים דרך חלליו ועוברים אל האנודה.
מכן אנו למדים שבמצב שבו הסריג טעון מטען חיובי יותר מן הקתודה, זורם זרם חזק יותר אל האנודה. כאשר משתנה כיוון המתח שעל הסריג ומצוי בחצי השלילי של מחזורו, חלה תופעה הפוכה: חלק מפליטת האלקטרונים מהקאתודה נדחית וחוזרת אליו, כתוצאה מהמתח השלילי שבסריג. הדחייה קיימת למרות היות האנודה מוקד משיכה לאלקטרונים. לכן, זרם האלקטרונים העובר בין הקתודה לאנודה הוא קטן.
תנודות קטנות יותר של מתח סריג גורמים להבדלי זרמים גדולים יחסית במעגל האנודה. על כן המתח (האות החשמלי) שמתקבל בסריג, מופיע בצורה מוגברת במעגל האנודה. אם נרצה להגביר את האות (המתח) עוד יותר אנו יכולים להפוך את הבדלי הזרמים שבאנודה להבדלי מתחים במעגל סריג, בשפופרת טריודה אחרת, ובכך למעשה לחזור שוב על אותה תופעה.
זוהי דרך פשוטה להגביר אותות קטנים שמתקבלים במערכת שמע עד לעוצמה שמאפשרת להפעיל רמקולים.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
