三極真空管
すべての三極管は、電子を放出しフィラメントにより加熱された熱陰極電極、電子が引き付けられる平らな金属プレート電極と電流を制御するため2つの電極の間に置かれワイヤーの仕切りからなるグリッドを備える。これらは空気が取り除かれおよそ10 atmと高い真空になったガラス容器内に密閉される。フィラメントは最終的には燃え尽きてしまうため真空管の寿命は限られており、交換可能な部分として作られており、電極はソケットに差し込む端子ピンに取り付けられている。動作寿命は小さいものではおよそ2000時間であり、電力管では10,000時間である。
三極管では、金属カソードを熱することで熱電子放出と呼ばれるプロセスにより、電子が管に放出される。カソードは、薄い金属フィラメントを流れる離れた電流によって真っ赤に加熱される。高出力の三極管ではフィラメント自体がカソードであるが、ほとんどの場合フィラメントが離れたカソード電極を加熱する。実質的にはすべての空気が管から取り除かれているので、電子は自由に移動することができる。20Vから数千ボルトまでの正のDC電圧がアノードに印加される。負の電子は正に帯電したアノードに引き付けられ、管内にカソードからアノードへの電子の流れが作り出される。
この電流の大きさはカソードとグリッドの間に印加される電圧により制御することができる。グリッドは電子のゲートのように機能する。グリッドの負の電圧が高くなると一部の電子が反発するため、アノードに到達する電子の数が少なくなりアノード電流が小さくなる。グリッドの正の電圧はカソードから電子を引き寄せ、アノードに到達する電子の数が多くなりアノード電流が大きくなる。したがって、グリッドに印加される低出力変動(AC)信号は、はるかに強力なアノード電流を制御し増幅を起こすことができる。グリッド電圧の変動はアノード電流に同じ比例変動を起こす。アノード回路に適切な負荷抵抗を配置することにより、変動する電流が抵抗の両端に変動する電圧を引き起こす。この電圧は入力電圧の変動よりもはるかに大きくすることができ、電圧利得を得る。