Elektroniputki

pienoiskuva|Kitaravahvistimen elektroniputket hehkuvat hämärässä. Kuvassa venäläisiä 12AX7-etuasteputkia.
pienoiskuva|12AX7EH.

Elektroniputki (myös tyhjiöputki, radioputki) on elektroniikassa käytetty aktiivinen komponentti, joka voi toimia muun muassa vahvistimena, kytkimenä ja muistin elementtinä. Eletroniputken toiminta perustuu elektronien kulkuun tyhjiössä tai joidenkin purkausputkien tapauksessa ionien kulkuun kaasuissa.

 Historia 
Elektroniputki keksittiin ennen ensimmäistä maailmansotaa. Vuonna 1883 havaitun Edison-efektin perusteella Sir John Ambrose Fleming kehitti vuonna 1904 tyhjiöputkeen perustuvan diodin. Lee De Forest kehitteli edelleen Flemingin keksintöä lisäämällä putkeen hilan, jonka jännitettä säätämällä voitiin ohjata putken läpi kulkevan elektronivirran suuruutta. Suomalainen Eric Tigerstedt keksi muovailla hilasta sylinterin, joka ympäröi katodia. Tämä paransi putken suorituskykyä merkittävästi.

 Rakenne 
Elektroniputki on käytännössä lasi- tai teräsputki, jossa on tyhjiö tai joka on täytetty jalokaasulla. Lisäksi siinä on katodi, anodi ja mahdollisesti hila tai useampia hiloja, joiden avulla toimintaa voidaan linearisoida ja tehdä luotettavammaksi. Elektroniputki, jossa ei ole hilaa, on diodiputki. Yksihilaista elektroniputkea sanotaan triodiksi (ohjaushila), kaksihilaista tetrodiksi (lisäksi suojahila) ja kolmehilaista pentodiksi (lisäksi vielä jarruhila). Muita harvinaisempia malleja ovat heksodi, heptodi ja oktodi. Saman putken sisälle on usein pakattu useampia kokonaisuuksia. Esimerkiksi kaksoistriodi sisältää kaksi erillistä triodia.

 Hehkutus 
pienoiskuva|Suorahehkutetut RS242 triodit.
Ensimmäisten putkien toiminnalle välttämätön lämpö saatiin aikaan hehkuttamalla suoraan katodia. Tällaista rakennetta kutsutaan suorahehkutetuksi. Myöhemmin hehku siirrettiin erilleen katodista. Hehkulanka on näissä eristeputken sisällä ja katodi on tämän eristeen pinnalla. Etuna tässä rakenteessa on mm. se, että hehkutukseen voidaan käyttää vaihtovirtaa. Eristeputki tasaa lämpötilan vaihtelut, niin että katodin lämpötila on riittävän tasainen. Toinen etu on, että eri putkien katodit on sähköisesti eristetty toisistaan. Katodin pinta on päällystetty aineella, josta elektronit irtoavat helposti.

 Hila 
Hila on metalliverkko tai lankakierukka, joka ympäröi katodia. Kun hilalla on voimakas negatiivinen jännite, eivät katodilta irronneet elektronit kykene läpäisemään hilaverkkoa. Anodivirta jää siis pieneksi. Kun hilan jännite muuttuu positiiviseen suuntaan, pääsee osa katodin elektroneista anodille. Näin hilajännite ohjaa anodivirtaa. Anodivirran muutos jaettuna hilajännitteen muutoksella on putken siirtokonduktanssi tai jyrkkyys (S, ). Jyrkkyys kerrottuna putken anodille kytketyllä vastuksella antaa jännitevahvistuksen. Koska hila on yleensä negatiivinen katodiin nähden, ei hilan kautta juuri kulje virtaa. Elektroniputken sisäänmenovastus on siis hyvin suuri. Erikoisrakenteisia elektroniputkia käytetäänkin elektrometrivahvistimina hyvin pienten virtojen mittaamisessa.

 Katodi ja anodi 
Katodilta irrotetut elektronit kiihtyvät hyvin suureen nopeuteen korkean anodijännitteen (20–20 000 V) ansiosta. Anodimetalliin törmätessään niiden energia muuttuu lämmöksi. Tehokäyttöön tehdyissä putkissa anodin käyttölämpötila on korkea (useita satoja asteita). Radiolähettimien pääteputkissa tehohäviö voi olla satoja kilowatteja ja tällöin lämpö on siirrettävä anodilta vesijäähdytyksellä.

 Elektroniputket nykyteknologiassa 
Elektroniputken ovat korvanneet lähes kokonaan puolijohteisiin perustuvat transistorit ja diodit. 

On kuitenkin käyttöaiheita joihin elektroniputket soveltuvat ominaisuuksiensa johdosta puolijohteita paremmin ja erittäin vaativia käyttöolosuhteita, joihin ei ole vielä kyetty kehittämään luotettavasti kestäviä puolijohdekomponentteja. Sellaisia erityisiä käyttökohteita ovat ainakin hiukkastutkimus, fuusioreaktori, elektronisen sodankäynnin sovellutukset ja viimeksimainittuun liittyvä tutkatekniikka. 

Tyhjiöputkia on käytetty sotilaskäytöissä myös syystä että ne kestävät paremmin sähkömagneettista pulssia.

Suuritehoisissa viestintäsovelluksissa, kuten valtakunnallisissa ja kv. LF, MF ja HF taajuusalueiden radiolähettimissä käytetään edelleen elektroniputkia päätevahvistimissa.

Putkitekniikkaa käytetään myös kitaravahvistimissa sekä hifilaitteissa. 
Syynä putkien käyttöön äänentoistossa on putkien toistokäyrän (anodivirta vs. hilajännite) lineaarisuus transistoreihin verrattuna. Tämä seikka pitää signaalin säröytymisen (ml. keskeismodulaatio- ja transienttisärö) pienenä, eikä vahvistinta tarvitse varustaa yhtä voimakkaalla vastakytkennällä kuin transistoreja käytettäessä.

Raskaassa konepajateollisuudessa käytetään elektroniputkia induktiokuumentimissa.

Tyhjiöfluoresenssinäytöt ja valomonistinputket ovat myös esimerkkejä elektroniputken sovelluksista jotka ovat edelleen laajasti käytössä, vm. käyttökohteet ovat sotilaallisissa pimeänäkölaitteissa ja ionisoivan säteilyn mittaamisessa tuikeilmaisimin.

 Elektroniputkityyppejä 
 Diodiputki 
Diodi on elektroniikan komponentti, jolla on kaksi elektrodia, katodi ja anodi. Elektronit pääsevät liikkumaan kuumalta katodilta anodille. Sähkövirta kulkee kuitenkin anodilta katodille, koska näin on virran suunnasta aikoinaan sovittu.

Elektroniputkidiodin kylmästä anodista ei irtoa elektroneja, joten elektronit voivat kulkea vain yhteen suuntaan; katodilta anodille, vaikka anodilla olisi matalampi jännite (elektronit kulkevat virran suuntaa vastaan). Diodia voidaan siis käyttää vaihtovirran tasasuuntaukseen.

 Triodi 
pienoiskuva|pysty|Piirikaavioissa käytettävä epäsuoraan hehkutetun triodin symboli. Alimpana on hehkulanka ja sen kaksi kytkentäelektrodia. Muut elektrodit ylhäältä alaspäin: anodi, hila ja katodi.

Triodia käytetään elektroniikassa sähkövirran vahvistamiseen, kytkemiseen tai tietotekniikan muistielementtinä. Vastaava puolijohdekomponentti on JFET-transistori.

Triodissa on anodin ja katodin lisäksi hila. Jos hilalle tuodaan katodiin nähden negatiivinen jännite, sen synnyttämä sähkökenttä jarruttaa elektronien kulkua katodilta anodille, jolloin anodivirta pienenee; anodivirtaa voidaan ohjata hilan ja katodin välisellä jännitteellä. Täten sitä voidaan käyttää kytkimenä, virran vahvistimena tai muistielementtinä pitäen takaisinkytkennän (kiikku) avulla tilansa kunnes se muutetaan.

 Tetrodi 
Jos triodiin lisätään toinen hila, saadaan tetrodi. Tätä hilaa kutsutaan suojahilaksi, ja se yhdistetään positiiviseen, vakiona pysyvään jännitteeseen. Suojahilan tehtävänä on kiihdyttää elektroneja niiden matkalla anodille.

 Pentodi 
Lisättäessä kolmas hila saadaan pentodi. Tämän niin sanotun jarruhilan tehtävä on hidastaa elektroneja ja estää niiden kimpoaminen anodilta ja tarttuminen suojahilaan. Jarruhila on yleensä kytketty putken sisällä katodiin.

 Lisää hiloja 
Heksodissa on neljä hilaa, heptodissa viisi, ja oktodissa kuusi. Näitä on käytetty radiolähettimissä ja -vastaanottimissa erityisesti sekoittajana.

 Tyratroni 
pienoiskuva|Valtava vety-tyratroni, jota on käytetty pulssitutkissa. Vieressä releiden liipaisuun käytetty pieni tyratroni.
Tyratroni muistuttaa tyristoria, ja se on kaasutäytteinen. Täytekaasuja ovat muun muassa elohopeahöyry, neon, ksenon ja suurjännitesovelluksissa sekä sovelluksissa, joissa tarvitaan erittäin nopeita kytkentäaikoja, vety. Tyratroni-putkia on sekä kuumennetulla että kylmällä katodilla varustettuina. Tyratronia ja sen muunnoksia käytetään edelleen erittäin suuritehoisissa laitteissa.

 Krytroni 

Krytroni on tyratronin muunnos. Se on kaasutäytteinen ja hyödyntää valokaaripurkausta hohtopurkauksen sijaan voidakseen käsitellä hyvin suuria virtoja ja jännitteitä. Krytronissa on anodin, katodin ja hilan lisäksi neljäs elektrodi, herkistyselektrodi () lähellä katodia. Herkistyselektrodille tuodaan matala positiivinen jännite, joka ionisoi osan kaasusta helpottaen laukeamista. Joissakin krytroneissa voi herkistyselektrodissa tai sen tilalla olla beetasäteilyä lähettävää radioaktiivista materiaalia helpottamassa ionisoitumista. Määrä on hyvin pieni, eikä se aiheuta säteilyvaaraa.

Krytronia voidaan käyttää nopeutensa takia imploosioperiaatteisten ydinaseiden laukaisimissa, joten tiettyjen krytronimallien tuotanto ja vienti on tarkasti säädeltyä. Krytronit joiden huippuanodijännitteen nimellisarvo on  tai enemmän, ja huippuanodivirran nimellisarvo on  tai enemmän ja anodin viiveaika on  tai alle, ovat erityisen sopivia ydinasekäyttöön ja siksi kuuluvat EU:n luetteloon kaksikäyttötuotteiden valvonnasta. Liite I, luettelon kohta 3A228.

Krytronia, jossa käytetään täytekaasun sijasta tyhjiötä, kutsutaan sprytroniksi. Sitä käytetään sovelluksissa, joissa runsas ionisoiva säteily saattaisi aiheuttaa krytronin laukeamisen itsestään.

 Ignitroni 

pienoiskuva|Kaaviokuva ignitronista: (1) Anodi, (2) Katodi, (3) Sytytyselektrodi, (4) Elohopeaa, (5) Keraamiset eristimet, (6) Jäähdytysneste
Ignitroni on ohjattava tasasuuntausputki, joka muistuttaa elohopeatasasuuntaajaa. Siinä on katodi, jonka päällä on elohopeaa, anodi sekä sytytyselektrodi. Sytytyselektrodille tuotu virtapulssi aikaansaa sähköä johtavaa plasmaa, ja putki ”syttyy”. Ignitroni pystyy käsittelemään erittäin suuria virtoja, pulsseissa jopa satoja tuhansia ampeereja.

 Muita elektroniputkityyppejä 
Katodisädeputki eli television, tietokonemonitorin ja oskilloskoopin kuvaputki, röntgenputki ja mikroaaltouunin magnetroni ovat myös elektroniputkia.
pienoiskuva|Edelleen käytössä ja toiminnassa oleva elohopeatasasuuntaaja 1940-luvulta Belsize Parkin rautatieaseman sähkökeskuksessa, Lontoossa. Kuvassa ylinnä on pyöreä tyhjiöastia, pohjalla elohopea-allas ja sivuilla olevat ”sarvet” anodeja. Huomaa astian alaosassa näkyvät siniset valokaaret.
pienoiskuva|Myös mikroaaltouunin magnetroni on elektroniputki.

 Katso myös 
 Klystroni

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 

 Virtual Valve Museum Arkistoitu 23.4.2018.  Paljon tietoa erilaisista elektroniputkista.
 The   Valve   Museum  Tietoa putkista.

Luokka:1900-luvun sähkötekniikan keksinnöt
Luokka:Elektroniikan komponentit
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit