Historisch:
De oorsprong van buis technologie was een kooldraadlamp. Nadat de nog met lucht gevulde lampen minder dan vijf minuten hadden overleefd, werd de lucht eruit gepompt. Met deze eerste lampen kon je al iets verlichten. Maar de binnenkant van de glazen bollen werd al snel zwart, wat suggereerde dat er wat materiaal uit de koolstofdraad kwam.
Verschillende ambachten leidden geleidelijk tot succes.
In de lamp werd een plaat metaal gemonteerd in de hoop dat de deeltjes daar zouden bezinken. Maar dit was niet zo.
Het geheel leek op een warenhuis tijdens een uitverkoop. De deeltjes verspreidden zich door het "gebouw". Ook het plaatwerk had geen invloed. Het begon pas te werken toen het plaatwerk van buitenaf elektrisch toegankelijk werd gemaakt met een draad. Het plaatwerk bleek licht negatief geladen te zijn en zolang de lamp brandde werd deze negatieve lading steeds weer "aangevuld". En omdat je wist dat er elektronen zijn en dat ze een negatieve lading hebben, kun je je voorstellen dat de gloeidraad elektronen uitzendt.
Maar zolang het blik niet met de gloeidraad was verbonden, was het als een magazijn waar de ingang open is maar er geen uitgang is. Uiteindelijk zat alles vol elektronen en ontstond er een negatieve wolk, om niet te zeggen een massa elektronen, zodat er geen elektronen meer uit de gloeidraad konden ontsnappen.
Nu heb je de metalen plaat verbonden met een uiteinde van de gloeidraad. De elektronen konden zo via deze “uitgang” de kamer verlaten en zo plaats maken voor nieuwe elektronen. Het feit dat ze weer op het punt van emissie zijn beland, is niet relevant voor de elektronen.
Helaas was het "reinigende" effect op de glazen bol nog niet groot, omdat alleen de elektronen die per ongeluk op het plaatwerk belandden (en daarmee de minuscule koolstofdeeltjes die ze met zich meedroegen) van het glas werden weggehouden. En een gloeilamp met metalen behuizing geeft niet veel licht.
De volgende poging was om de elektronen naar de metalen plaat te lokken. Dit werkte op het moment dat het plaatwerk werd onderworpen aan een positieve spanning (ten opzichte van de gloeidraad). Deze positieve spanning trok nu (zoals de rommeltafel) de elektronen aan. En omdat je ook de stroom hebt gemeten die er vloeide, zag je dat je afhankelijk van de spanning een grotere of kleinere stroom kreeg.
Nu was de elektronenbuis geboren. En dus begonnen mensen ermee te experimenteren. Zo werd in het “magazijn” een rooster met een variabele doorgang aangebracht na de ingang (kathode) en de uitgang (anode). Hierdoor kon de elektronenstroom tussen de anode en kathode niet alleen worden geregeld door het niveau van de anodespanning, maar ook door de negatieve spanning op het rooster.
Je moet het je zo voorstellen: de roosterstaven staan zo ver uit elkaar dat de meeste elektronen er doorheen kunnen. Een paar raakten de tralies, maar voor de meesten is het geen obstakel. Als je het rooster nu negatief maakt (gelijknamige ladingen stoten elkaar af en de elektronen zijn negatief), lijkt het alsof je de roosterstaven dikker maakt. De doorstroming wordt aanzienlijk vertraagd. In extreme gevallen sluit het rooster, ook als een positieve anodespanning de elektronen aantrekt.
In ruil daarvoor vormt zich een "achterstand" aan de kathode, d.w.z. een wolk van elektronen. Bij deze eerste bestuurbare buis werden relais geschakeld zonder verliezen in telefonie (of dat idee was er tenminste). Het waren dus een soort "relaisbuizen". Aan een versterkerwerking had toen nog niemand gedacht.
Op dit punt zijn de eerste twee buistypes die we nu "kennen": verwarmde kathode (gloeidraad gemaakt van wolfraam = wolfraamkathode) en anodeplaat = twee elektroden = diode.
Verwarmde kathode, anode en rooster = drie elektroden = triode.
We hebben gezien dat de stroom door de triode enerzijds kan worden geregeld door de netspanning, maar anderzijds ook door de anodespanning. Deze omstandigheid zette de "relaisbuis" limieten. Als u een normaal relais gebruikt met een stroom in de spoel sluit een contact, dus het maakt voor de nu magnetische spoel niet uit hoe groot de spanning over het gesloten contact is. Het is sowieso nul als het contact perfect gesloten is. En de aandrijfspoel en het gesloten contact hebben elektrisch niets met elkaar te maken.
Maar bij de buis is dat anders: als de buis geleidt, doet hij dat alleen als er nog een positieve anodespanning op staat. Dit heeft hetzelfde effect als wanneer het telefoonrelais, dat met de buis moet worden in- en uitgeschakeld, via een Weerstand aangesloten op de bedrijfsspanning. Je hebt een hogere spanning nodig omdat een deel van de spanning op deze weerstand (of in ons geval op de buis) blijft (moet blijven) en dit spanningsverlies is een extra vermogensverlies.
De volgende stap was het vinden van een elektrode die deze reactie van de anode aanzienlijk verminderde. Er werd een tweede vrij grofmazig rooster ingebouwd waar de elektronen doorheen moesten. Een negatieve spanning zou ervoor gezorgd hebben dat de elektronen niet verder zouden vliegen, dus werd het schermrooster aangesloten op een positieve spanning. Enerzijds waren er nu elektronen die werden opgevangen door de staven die op hun baan lagen. De meesten vlogen er echter doorheen en werden aanzienlijk versneld in het proces. En zolang elektronen op een elektrode landen, vloeit er een stroom.
Dus als we weer gebruik maken van ons warenhuis, worden de klanten na het betreden en passeren van het controlenet per lopende band verder vervoerd, ongeacht of ze naar deze bestemming willen of niet. Ze zijn dus via een lopende band (zeefrooster) onderweg richting de uitgang (anode). We zouden deze buis een tetrode noemen dankzij de vier elektroden.
Afhankelijk van hoe ver de uitgang open stond (volgens het niveau van de anodespanning), was er stoten bij de uitgang (anode) en gebeurde het dat er meer klanten "ontsnapten" van de uitgang terug naar het binnenland dan het aantal dat echt de winkel uit. Om een opstuwing in deze regio te voorkomen werd een troep ingezet, die de relschoppers via een aparte route terugstuurde naar de ingang.
Of gerelateerd aan de buis: onder bepaalde spanningsomstandigheden, d.w.z. wanneer de anodespanning klein is in vergelijking met de schermroosterspanning, maar de elektronen de anode met een behoorlijke kracht raken, schakelen ze daar "secundaire elektronen" uit, die worden aangetrokken door de schermraster omdat dit positiever is als de anode. Dus de stroom neemt af (in een bepaald bereik) naarmate de spanning toeneemt, wat overeenkomt met een negatieve weerstand.
Deze functie kan tot ongewenste effecten leiden en moet normaal gesproken worden voorkomen. Hiervoor werd het derde rooster, het remrooster, gebruikt. Dit voorkomt dat de elektronen terugvliegen naar het schermraster omdat het op nul staat Voltage machine ligt en heeft dus een nogal afstotend effect, of de anode is nog positiever.
Op het gebied van geschiedenis moet ook worden vermeld dat de gloeilamp als een Buizen-Origin werd al snel uitgerust met betere filamenten die meer lichtopbrengst brachten omdat ze hogere temperaturen doorstaan. Met de hogere temperatuur nam ook de elektronenemissie toe. Met behulp van de wolfraamgloeidraad werd een bruikbare emissie bereikt. De eerste radiobuizen waren nog voorzien van dergelijke warmteafgiftedraden.
Eerste ontwikkelingen:
Al snel was het emissievermogen van de wolfraamdraden niet meer voldoende en werden andere materialen gebruikt. Daarnaast was de verwarming gescheiden van de kathode omdat met losse elementen de verwarming op vrijwel elk potentiaal kon worden aangesloten, terwijl de kathode kon worden aangesloten op aarde of op een spanning van meer dan 100V. Zo konden apparaten worden ontwikkeld (de eerste buistelevisies) die het zonder transformator voor buisverwarming konden stellen.
Afhankelijk van de toepassing zijn buizen met maximaal zeven roosters ontwikkeld (EQ80).
Daarnaast werden buizen met kleinere ontwerpen vervaardigd. Ook de aansluittechniek is doorontwikkeld. En tot slot werd ook de verwarmingsspanning aangepast aan de speciale noden.
Nadat vrijwel elke fabrikant hun buizen volgens hun eigen code had genoemd, werd in West-Europa een aanduidingsstandaard geïntroduceerd. Deze bestond uit minimaal twee letters en een cijfer. Toen de eerste meervoudige buizen werden geïntroduceerd sinds het begin van deze code, moesten er meer letters (maximaal 4) en meer cijfers worden gebruikt. De volgende tabel geeft informatie over de betekenis van de belangrijkste letters en cijfers.
Laten we de EABC 80 als voorbeeld nemen:
Als eerste is er de verwarming. daardoor betekent
EEN = 4V
C = 0,2A serieverwarmer
D = 1,4 V
E = 6,3 V
G = 3,15V (GY501) of 5V (GZ34)
H = 0,15A serieverwarmer
K=2V
P = 0,3A serieverwarmer
U = 0,1A serieverwarmer
V = 0,05A serieverwarmer X = 0,6A serieverwarmer.
Ten tweede (en volgende) is de buisfunctie
A = kleine signaaldiode
B = dubbele diode met klein signaal
C = kleine signaaltriode
D = vermogenstriode
E = tetrode of secundaire emissiebuis
F = klein signaalpentode
H = hexode of heptode (4 of 5 roosters)
K = octode
L = power pentode (of beampower tetrode)
M = Magisch Oog / Indicatorbuis
P = (met achtervoegsel) secundaire emissiebuis
Q = Enneode (7 roosters)
Y vermogensdiode
Z = dubbele vermogensdiode
Dan de cijfers. Enerzijds geven deze het type aansluiting (socket type) aan, anderzijds zijn het serienummers, waarbij de oneven nummers soms stuurbuizen kunnen aangeven.
1-9 cijfers = pin of bekerbasis
10 … = 8-polige sleutelhuls (pennen zien eruit als vingerkootjes)
20… = Loctal, komt grotendeels overeen met de octale socket, maar heeft dunnere pinnen. Lorenz bouwde buizen met deze fitting maar met de aanduiding 71... (EM71)
30… = 8-polige octale stekkerdoos
40… = Rimlock 8-polig
50… potvoet 8 palen
500… Magnova-aansluiting 9-polig
60… = subminiatuurbuis, gesoldeerd
70... = subminiatuur buisvoet, meestal 8 polen
80… = 9-polige Noval-stekkerdoos
90… = miniatuur stekkerdoos 7 polig
200… = stickerbasis (zoals Noval, slechts 1 pin meer) 10 polen
De EABC80 is dus een buis met een Noval-aansluiting, met het volgnummer NUL, met 6,3V verwarming, bevat zowel een kleinsignaaldiode als een kleinsignaaldubbeldiode en een kleinsignaaltriode.
Na deze eerste uitleg wat mechanische dingen:
Bij een buis spelen vooral mechanische parameters een belangrijke rol. Hier weer terug naar het eerder genoemde probleem van de elektronen, die uit de anode worden geslagen en er niet meer op terugvallen als de anodespanning laag is, maar terechtkomen op het schermrooster, dat positiever is dan de anode. We hebben gezien dat het onderdrukkingsrooster fungeert als een "politie" om de misleide "rellende" elektronen te onderscheppen en ze terug naar de kathode te transporteren.
Met power pentodes is er nog een mogelijkheid om het remrooster achterwege te laten. Je kunt achter het schermrooster een soort tunnel bouwen waar de elektronen doorheen moeten vliegen om bij de anode te komen. Deze metalen tunnel is als een remrooster met de kathode verbonden. Door de bundeling van de elektronenbundel worden de (kruipende) elektronen afkomstig van de anode volledig blootgesteld aan de aanval van de correct geleide elektronen en als het ware in de goede richting geduwd. En als je dat niet wilt, beland je in de tunnelmuur.
Deze constructie wordt een beampower tetrode genoemd. Hoewel het geen echt remrooster heeft, verschilt de functie niet van die van de pentode. Daarom is het niet gemarkeerd met een eigen letter en wordt het vaak nauwelijks genoemd in de datasheets.
Over de buiskrommen kan alleen zoveel worden gezegd: de steilheid van de Ia/Ug-kromme heeft veel te maken met de versterking. Over het algemeen kan men stellen dat hoe steiler, hoe hoger de versterking. In de loop van de tijd is gebleken dat het zo dicht mogelijk bij de kathode brengen van het stuurrooster de transconductantie verhoogt. Oorspronkelijk waren de roosters roosters, later werden er draden om steunbalken gewikkeld om een ladderachtig ding te bouwen. Het probleem met dergelijke roosters is dat ze stabiel moeten zijn zodat ze dicht genoeg bij de kathode kunnen worden geplaatst. Hiervoor zijn de klemroosters ontwikkeld. Hier worden rondhouten niet eenvoudig gewikkeld, maar wordt een stabiel vakwerkframe gebouwd, dat strak wordt opgewonden en gelast met extreem dunne draad. Deze roosterdraden kunnen nauwelijks oscilleren en veranderen ook onder thermische invloeden niet van vorm.
Nu zou je kunnen aannemen dat er tegenwoordig alleen roosterbuizen zijn. Dat is niet het geval. Omdat de roosterbuis ofwel zou leiden tot gewijzigde buisgegevens, zodat een buisvervanging pas mogelijk zou zijn na aanpassing van de schakeling, ofwel met dezelfde gegevens, zouden de voordelen van deze technologie geen nut hebben en alleen de hogere inspanning voor de productie zou worden weerspiegeld in de prijs.
En hier zijn een paar basisfeiten:
De huidige kathodes kunnen hoge stromen leveren. Ze mogen tijdens bedrijf echter nooit zo zwaar worden belast dat alle elektronen in de elektronenwolk (de "opslagplaats" tussen de kathode en het stuurrooster) "weggebrand" worden. De maximale kathodestroom mag dus maximaal 0,1 seconde worden overschreden als er daarna voldoende tijd is om de elektronenwolk weer op te bouwen.
De anodeplaat en het schermrooster moeten stroom voeren en zijn dus één Leistung blootgesteld, die ze als warmte moeten uitstralen. Als dit vermogen wordt overschreden, beginnen de onderdelen te gloeien, waardoor ten eerste de hele buis thermisch wordt overbelast, ten tweede ontstaat er een ongecontroleerde uitzetting van de elektroden en dus mogelijk kortsluitingen en ten derde kunnen de mechanische afmetingen en daarmee de buisgegevens veranderen permanent.
Het stuurrooster kan vanwege de delicate constructie geen stroom accepteren (meer dan ongeveer 10 microampère). Positieve stuurroostercircuits zullen de buizen in zeer korte tijd beschadigen. Uitzonderingen zijn speciale pulsbuizen die worden gebruikt bij het blokkeren van oscillatoren. Maar de netstroomtijd is erg kort en de hersteltijd is navenant lang.