טריודה

טרִיוֹדָה היא שפופרת ריק בעלת שלוש אלקטרודות. אופן פעולת הטריודה מבוסס על תופעת הפליטה התרמיונית. הטריודה הראשונה נבנתה על ידי לי דה-פורסט בשנת 1907. המצאת הטריודה היוותה את הבסיס ליצירת תחום הנדסי חדש, שלאחר מכן כונה בשם "אלקטרוניקה". בשנות ה-50 של המאה ה-20 החל הטרנזיסטור, שהומצא ב-1948, להחליף את הטריודה ביישומים ומעגלים אלקטרוניים שונים. ביחד עם זאת, מרבית המעגלים והיישומים האלקטרוניים הקיימים היום, החל ממגברים ומשדרים, וכלה במחשבים אלקטרוניים, יושמו לראשונה באמצעות טריודות.

היסטוריה

במהלך ניסויים בנורת הליבון שהמציא, הלחים תומאס אדיסון טבלת מתכת, הקרויה אלקטרודה, בנוסף לחוט הלהט שבנורה. לאחר מכן, רוקנה הנורה מאוויר (תהליך שעברו כל נורות הליבון שבהן עסק אדיסון). הנורה הופעלה בדרך הרגילה, כאשר חוט הלהט התחמם והפיץ אור. אדיסון גילה, שלאחר שחוממה הנורה, אפשר היה להזרים זרם חשמלי בכיוון אחד, כך שהאלקטרונים נעים (בריק השורר בשפופרת) מהאלקטרודה החמה אל האלקטרודה הקרה. האלקטרודה הקרה נקראה אנודה, והאלקטרודה החמה נקראה קתודה. בכיוון ההפוך, דהיינו כאשר קוטב הסוללה החיובי חובר לקתודה והשלילי לאנודה, לא זרם כל זרם. התקן זה נקרא לימים דיודה.
אדיסון, למרות שלא ראה שום שימוש מעשי לתופעה, היה מודע למוזרותה ותיאר אותה בפרוטרוט בכתביו. התופעה מתרחשת מכיוון שכתוצאה מחימום חוט הלהט, האלקטרונים שבאטומי החומר המרכיב אותו מרפים את אחיזתם בחומר, ודי במתח חשמלי נמוך כדי להניעם לכיוון האנודה. בכיוון ההפוך, המתח צריך להתגבר על אנרגיית החימום כדי להזרים זרם, ולכן בכיוון זה הזרימה נחסמת.
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 מחד, והחימום מצד שני יוצרים עננת אלקטרונים המפוזרת מסביב לפני המוליך המחומם בריק השורר בשפופרת. המרחק של עננת האלקטרונים מהמוליך תלוי בטמפרטורה. אם באזור המוליך המחומם יימצא מוליך אחר הנמצא בפוטנציאל גבוה יותר, מיד יעברו אליו האלקטרונים שבעננה.
השפופרת התרמיונית הפשוטה ביותר, המתוארת למעלה, כוללת שתי אלקטרודות, וקרויה "דיודה". היא יכולה לשמש ליישור זרם, מאחר שהיא מהווה התקן המעביר זרם רק בכיוון אחד. שפופרות תרמיוניות מאוחרות יותר עשויות שמשפופרת זכוכית מרוקנת מאוויר, שבה יש אלקטרודות נוספות לקתודה ולאנודה. האלקטרודות יוצאות החוצה דרך בסיס השפופרת ונראות כבליטות מתכת בבסיס.
בשנת 1907, הוסיף לי דה פורסט אלקטרודה נוספת לדיודה הנ"ל, שנקראה "סריג". להתקן שנוצר היו שלוש אלקטרודות: קתודה, אנודה וסריג. משום כך נקרא ההתקן הזה "טריודה". כמו קודם, האלקטרודה המחוממת היא הקתודה, ואילו האנודה והסריג היו "קרות".
הסריג מוקם קרוב מאוד לקתודה, ומשום כך השפעת הפוטנציאל החשמלי שלו על זרימת הזרם גדולה בהרבה מהשפעת מתח האנודה. הסיבה היא שעוצמת השדה החשמלי קטן או גדל ביחס ישר לריבוע המרחק, לדוגמה קיצור המרחק לחצי יגדיל את עוצמת השדה החשמלי פי ארבעה. התוצאה הייתה, ששינויים גדולים במתח האנודה גרמו לשינויים קטנים בזרם, אבל שינויים קטנים במתח הסריג גרמו לשינויים גדולים בזרם. תכונה זו מהווה בסיס למעגלי הגברה, ליצירת מתנדים שמהווים את הבסיס ליצירת גלי רדיו, ולמעשה לכל מתקן אלקטרוני שהוא, כולל מחשב אלקטרוני.
בשנים הסמוכות לזמן המצאת הטריודה שוכללו הטריודות ופותחו נגזרות של טריודות: אלקטרודות נוספות הוכנסו לשפופרת (במיוחד ידועה הפנטודה-שפופרת בעלת חמש אלקטרודות), וכן נבנו שפופרות המכילות כמה טריודות בשפופרת אחת, ומחוממות על ידי חוט להט יחידי. במלחמת העולם השנייה השתמשה חברת מוטורולה, שהייתה הספקית העיקרית של מכשירי קשר נישאים לצבאות בעלות הברית בטריודות ופנטודות קטנות הפועלות בטמפרטורה נמוכה, כדי לחסוך את ההספק החשמלי שהתבזבז על חימום ולאפשר סוללות קטנות וקלות יותר. באותה תקופה נבנתה על ידי אלן טיורינג מכונה לפיענוח מכונת ההצפנה של גרמניה הנאצית - האניגמה. מכונה זו הייתה למעשה המחשב האלקטרוני הראשון והיא מומשה באמצעות טריודות וניגזרותיהן.
כיום משמשות הטריודות וניגזרותיהן במגברי שמע, בהם יש שמבחינים בצליל שונה מאילו המבוססים על מוליכים למחצה, ובמקומות בהם שוררים תנאי עבודה קיצוניים, כגון אזורי קרינה רדיואקטיבית שמוליכים למחצה רגישים לה, הספק ותדר גבוהים, או תנאי טמפרטורה קיצוניים.

גילוי (Demodulation)

התהליך ההפוך לתהליך האפנון, דהיינו חילוץ אות המידע (האות המאפנן) מהאות הנקלט על ידי האנטנה קרוי גילוי (Demodulation). לכל שיטת אפנון יש שיטת גילוי המתאימה לה. שיטת הגילוי הבסיסית ביותר שמתאימה לאפנון המשרעת (שתוארה לעיל), מתבססת על מיישר זרם שבמוצאו רשת נגד-קבל. היישור יכול להיעשות על ידי דיודה, שמחלצת מהאות רק כיוון אחד שלו, שבו נמצא המידע.