Elektronenbuis

De elektronenbuis, ook wel radiobuis of vacuümbuis genoemd, was de eerste echt actieve elektronische component. Vanwege de gelijkenis  van vroege typen met een gloeilamp werden die typen wel radiolamp genoemd.

De eenvoudigste elektronenbuis, de diode, bestaat uit een vacuüm getrokken glazen buis waarin een gloeidraad geplaatst is die dienstdoet als kathode, met daaromheen een cilindervormig metalen plaatje, de anode. Als de gloeidraad wordt opgewarmd en de anode met voldoende spanning positief is gepolariseerd, zullen elektronen van de kathode naar de anode bewegen (Edisoneffect) Wordt de stroomkring tussen anode en kathode gesloten, dan gaat er een elektrische stroom lopen  van anode naar kathode. Per definitie loopt een stroom van een pluspool naar een minpool, terwijl de negatief geladen elektronen van min naar plus gaan. Maakt men de anode echter negatief ten opzichte van de kathode, dan vloeit er geen stroom. 

Andere elektronenbuizen hebben tussen de kathode en de anode een of meer roosters, roostervormige elektroden, die de stroom elektronen beïnvloeden. Een negatief geladen rooster stoot de elektronen af en een positief geladen rooster versnelt de elektronen.

Soorten 
Het aantal roosters bepaalt de benaming van de elektronenbuis.
 de diode heeft twee elektroden, en wordt voor gelijkrichting en demodulatie gebruikt.
 de triode, met 3 (tri) elektroden, heeft 1 rooster, het stuurrooster, waarmee met een kleine spanningsverandering een relatief grote stroomverandering tussen anode en kathode teweeggebracht kan worden. Hiermee was de eerste versterker mogelijk.
 de tetrode, met 4 (tetra) elektroden, heeft 2 roosters, het extra rooster, tussen stuurrooster en anode, dient om de versterkingsfactor van de buis op te voeren. 
 de pentode, met 5 (penta) elektroden, heeft 3 roosters: stuurrooster, schermrooster en keerrooster. 
 de hexode (hex = 6), heptode (hepta = 7) en octode (okta = 8) en enneode (ennea = 9) hebben respectievelijk 4, 5, 6 en 7 roosters, en worden gebruikt als mengbuis in o.a. frequentie-omvormers en radio-ontvangers.

Behalve de genoemde elektronenbuizen zijn ook allerlei combinaties in zwang, in feite twee of meer elektrodesystemen in een enkele buis: dubbeldiode, dubbeltriode, triodepentode, triodeheptode, dubbelpentode. Hiermee kan het aantal buizen beperkt worden en is het mogelijk een betere gelijkheid tussen twee triodes/pentodes te verkrijgen voor brugschakelingen en dergelijke.

Een dubbeldiode (vaak met gemeenschappelijke kathode) kan dienen voor dubbelfasige gelijkrichting. Er is dan een voedingstransformator met twee secundaire wikkelingen nodig.

Een triodeheptode is zeer geschikt in superheterodyne ontvangers. De triode wordt gebruikt in een oscillator en de heptode dient als mengbuis.

Er bestaat ook een buis met een triode en twee eindpentodes, die bedoeld is als eindtrap van een balansversterker. De triode is de fasedraaier en de pentodes dienen als eindbuis.

Behalve de gewone radiobuizen zijn er ook nog de kathodestraalbuis zoals die in (klassieke) tv-toestellen, oscilloscopen en computerbeeldschermen gebruikt wordt, en indicatorbuizen zoals die voor weergeven van opnameniveau van een bandrecorder of de signaalsterkte van de draaggolf in een radio. Ook röntgenbuizen, geigerteller-buizen, klystrons, magnetrons, beeldversterkers, vidicons en nixiebuisjes zijn vormen van elektronenbuizen.

Werking van een versterkerbuis 
In het vacuüm van een versterkerbuis bevinden zich de anode (+), uitgevoerd als een plaat (en daarom in het verleden ook zo genoemd), en de kathode (-), uitgevoerd als gloeidraad of als buisje met daarin een gloeidraad en bedekt met een stof, meestal bariumoxide, om een goede emissie van elektronen te bewerkstelligen. Tussen deze twee elektroden wordt met behulp van een hoge spanning (enkele tientallen tot honderden volts) een elektrisch veld opgebouwd. Elektronen die uit de verwarmde kathode zijn losgemaakt, bewegen zich van de kathode naar de anode.

Tussen kathode en anode, vlak bij de kathode, is een roostervormige elektrode, het stuurrooster, geplaatst, met daarop een negatieve spanning ten opzichte van de kathode, waardoor de elektronen moeilijker, of in het geheel niet, de anode kunnen bereiken. Afhankelijk van de grootte van de negatieve spanning zullen meer of minder elektronen naar de anode gaan. De stroom door de buis kan dus worden geregeld door de negatieve spanning op het rooster te variëren. Door in serie met de anode een weerstand op te nemen, kan over die weerstand als gevolg van de variërende anodestroom een spanningsverandering opgewekt worden die aanzienlijk groter is dan de verandering in de negatieve spanning op het stuurrooster. Aldus wordt (spannings)versterking verkregen.

Typeaanduiding 
De buizen hebben een typenummer bestaande uit letters en cijfers. De Amerikaanse aanduiding begint met een cijfer, de Europese met een letter. In het laatste geval bestaat de aanduiding uit twee tot vier letters, gevolgd door een tot drie cijfers. De cijfers achter de letters specificeren de uitvoering.

Het lijkt misschien vreemd dat de beginletter soms een spanning en soms een stroom aangeeft. Over het algemeen zal men in een toestel buizen gebruiken met dezelfde beginletter. De gloeidraden worden parallel geschakeld als ze voor een bepaalde spanning bedoeld zijn en in serie als ze voor een stroom bedoeld zijn. In het laatste geval is meestal ook een serieweerstand nodig.

Er zijn buizen die onder verschillende typenummers verkrijgbaar zijn. Heeft een buis een gloeidraad voor 6,3 V en 0,3 A, dan kan de beginletter een E of een P zijn, terwijl het om precies dezelfde buis gaat.

Bijvoorbeeld: De populaire buis ECC83 heeft een gloeidraad voor 6,3 V (eigenlijk 12,6 volt met een middenaftakking, zodat de buis zowel met 6,3 als met 12,6 volt kan worden verhit), bevat twee triodes en heeft een novalvoet. De ECH21 heeft ook een gloeidraad voor 6,3 V, bevat een triode en een heptode en heeft een octalvoet.

Bij de professionele uitvoering van de buis worden de cijfers na de 1e letter gezet. Voorbeeld ECC81 is de commerciële uitvoering, E81CC is de professionele. De karakteristieken van beide types zijn gelijk maar de uitvoering verschilt, bv. vergulde contacten.

Geschiedenis 
De elektronenbuis werd op 16 november 1904 gepatenteerd door de Brit John Ambrose Fleming. De werking van de elektronenbuis is gebaseerd op het Edisoneffect. De gloeilamp van Edison had als bijverschijnsel dat de gloeidraad verdampte waardoor het glas zwart werd. In 1883 ontdekte Edison dat dit kon worden verhinderd door een metalen plaatje tussen de gloeidraad en het glas, en tevens ontdekte hij dat er een stroom ging lopen als hij het plaatje buiten de gloeilamp verbond met de positieve pool van de gloeidraad, een gevolg van de losgeslagen elektronen van de gloeidraad. Fleming was een van de onderzoekers die dit verschijnsel bestudeerde, en op basis hiervan de eerste diode construeerde en patenteerde. De Amerikaan Lee De Forest voegde in 1906 aan de diode een derde elektrode toe, waardoor de eerste triode een feit was.

Door de ontwikkeling van de in 1947 uitgevonden transistor was de elektronenbuis als versterkerelement medio 1980 vrijwel geheel verdwenen uit consumentenapparatuur. De transistor is veel compacter, hoeft niet eerst warm te worden, verbruikt minder energie en gaat langer mee dan de elektronenbuis. De prestaties van elektronenbuizen verminderen door herhaalde opwarming en afkoeling en zelfs door diffusie van atomair helium uit de omgevingslucht doorheen het glas, dat het gedrag van de elektronen verstoort.

Wel worden elektronenbuisversterkers door hun karakteristieke oversturingsgedrag nog veel gebruikt in de muziekindustrie als bijvoorbeeld gitaarversterker en basversterker. In zogeheten "audiofiele" Hi-Fi-apparatuur wordt hij nog wel gebruikt, meestal prominent aanwezig boven op de behuizing.

Bronnen 
Beekman, George. (20-10-2004). Elektronenbuis honderd jaar oud. Technisch Weekblad, pag. 17.
Faber, Erik (26-02-2009).

Classificatiesysteem
 Elektronenbuis
Radiotechniek