Im Allgemeinen bezieht sich Vakuum auf einen Raum, in dem geladene Teilchen wie Elektronen, Protonen, Neutronen und alle anderen Materien fehlen. Mit anderen Worten: Vakuum ist nichts anderes als der leere Raum.
Eine Vakuumröhre ist ein elektronisches Gerät, das den Elektronenfluss im Vakuum steuert. Es wird auch als Elektronenröhre oder Ventil bezeichnet. John Ambrose Fleming entwickelte 1904 die erste Vakuumröhre. Flemings Diode ermöglicht den Fluss von elektrischem Strom nur in eine Richtung (von der Kathode zur Anode) und blockiert den elektrischen Strom in einer anderen Richtung (von der Anode zur Kathode). Im Jahr 1906 erfand der amerikanische Elektroingenieur Lee De Forest die Audion-Vakuumröhre.
Die Erfindung der Vakuumröhren hat einen neuen Zweig der Technik namens Elektronik hervorgebracht. In der Anfangszeit wurden Vakuumröhren in Fernsehgeräten, Radios, Radargeräten, elektronischen Computern und Verstärkern verwendet. Nach der Entwicklung von Halbleiterbauelementen wurde jedoch der Einsatz von Vakuumröhren in elektronischen Geräten reduziert. Heutzutage werden die meisten elektronischen Geräte (Computer, Fernseher, Radar usw.), die aus Vakuumröhren bestehen, durch Halbleiterbauelemente wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltkreise ersetzt.
Vakuumröhren sind riesig und nehmen viel Platz ein. Der Aufbau und die Funktionsweise von Vakuumröhren sind jedoch leicht zu verstehen. Vakuumröhren werden aus Materialien wie Glas und Keramik hergestellt. Vakuumröhren basieren hauptsächlich auf dem thermionischen Emissionsprozess, um die freien Elektronen zu emittieren. Beim thermionischen Prozess wird Wärme zur Emission der freien Elektronen genutzt. Eine Vakuumröhre, die durch Wärmeeinwirkung freie Elektronen emittiert, wird als thermionisches Ventil oder thermionische Röhre bezeichnet.
Eine Vakuumröhre besteht aus einer Kathode (auch als Glühfaden bezeichnet), einer Anode (auch als Platte bezeichnet) und einer Elektrode (auch als Gitter bezeichnet). Die Kathode ist ein Elektronenemitter, der die freien Elektronen emittiert, während die Anode ein Elektronenkollektor ist, der die freien Elektronen sammelt.
Eine Vakuumröhre besteht aus einer Kathode (auch als Glühfaden bezeichnet), einer Anode (auch als Platte bezeichnet) und einer Elektrode (auch als Gitter bezeichnet).
Ein Gitter oder eine Elektrode steuert den elektrischen Strom oder den Elektronenfluss zwischen Anode und Kathode. Die von der Kathode emittierten freien Elektronen werden zur Anode oder Platte angezogen. Diese freien Elektronen transportieren den elektrischen Strom, während sie sich von der Kathode zur Anode bewegen.
Direkt beheizte und indirekt beheizte Kathode
In den Glühröhren wird die Kathode elektrisch auf eine gewünschte Temperatur erhitzt, um die freien Elektronen von der Metalloberfläche zu emittieren. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: durch direktes Erhitzen der Kathode oder indirektes Erhitzen der Kathode.
Wenn die Wärme oder der elektrische Heizstrom direkt zur Kathode geleitet wird, die die freien Elektronen emittiert, spricht man von einer direkt beheizten Kathode oder einem direkt beheizten Emitter. Bei der direkt beheizten Kathode ist die Kathode selbst das Heizelement oder der Glühfaden. Daher ist die zur Emission der freien Elektronen von der Metalloberfläche erforderliche Wärme im Vergleich zur indirekt beheizten Kathode geringer.
Wenn die Wärme oder der elektrische Heizstrom indirekt an eine Kathode geleitet wird, die die freien Elektronen emittiert, spricht man von einer indirekt beheizten Kathode oder einem indirekt beheizten Emitter.
Bei der indirekt beheizten Kathode besteht keine elektrische Verbindung zwischen Kathode und Heizer. Daher ist die Kathode selbst kein Heizelement. Der elektrische Heizstrom wird durch die Heizung oder den Glühfaden geleitet und die Kathode wird indirekt erhitzt. Daher ist die Wärmemenge, die zur Emission der freien Elektronen von der Metalloberfläche erforderlich ist, höher als bei der direkt beheizten Kathode.