טריודה – הבדלי גרסאות

'''טרִיוֹ‏דָ‏ה''' היא [[שפופרת ריק]] בעלת שלוש [[אלקטרודה|אלקטרודות]]. אופן פעולת הטריודה מבוסס על תופעת [[פליטה תרמיונית|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]]". בשנותב[[שנות החמישיםה-50 של המאה ה-20]] החל ה[[טרנזיסטור]], שהומצא ב-[[1948]], להחליף את הטריודה ביישומים [[מעגל אלקטרוני|ומעגלים אלקטרוניים]] שונים. ביחד עם זאת, מרבית המעגלים והיישומים האלקטרוניים הקיימים היום, החל ממגבריםמ[[מגבר]]ים ומשדרי רדיוו[[משדר]]ים, וכלה במחשביםב[[מחשב]]ים אלקטרוניים, יושמו לראשונה באמצעות טריודות.

במהלך ניסויים [[נורת ליבון|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 [[אלקטרון|שהאלקטרונים]] נעים (בריקב[[ריק]] 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 [[אטום|שבאטומי]] החומר המרכיב אותו מרפים את אחיזתם בחומר, ודי במתחב[[מתח 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 [[משיכה חשמלית|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.

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 [[פוטנציאל חשמלי|הפוטנציאל החשמלי]] שלו על זרימת הזרם גדולה בהרבה מהשפעת מתח האנודה. הסיבה היא שעוצמת [[שדה חשמלי|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[[מתנד (אלקטרוניקה)|מתנד]]ים 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. במלחמתב[[מלחמת העולם השנייה]] השתמשה חברת [[מוטורולה]], שהייתה הספקית העיקרית של [[מכשיר קשר|מכשירי רדיוקשר]] נישאים לצבאותל[[צבא]]ות [[בעלות הברית]] בטריודות ופנטודות קטנות הפועלות בטמפרטורה נמוכה, כדי לחסוך את [[הספק החימוםחשמלי|ההספק החשמלי]] שהתבזבז על חימום ולאפשר [[סוללה חשמלית|סוללות]] קטנות וקלות יותר. באותה תקופה נבנתה על ידי [[אלן טיורינג]] מכונה לפיענוח [[מכונת הצפנה|מכונת ההצפנה]] הגרמניתשל [[גרמניה הנאצית]] - ה[[אניגמה]]. 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 [[מוליך למחצה|מוליכים למחצה]], ובמקומות בהם שוררים תנאי עבודה קיצוניים, כגון אזורי [[קרינה רדיו אקטיביתרדיואקטיבית]] שמוליכים למחצה רגישים לה, הספק ותדר גבוהים, או תנאי [[טמפרטורה]] קיצוניים.

הפונקציה הבסיסית והחשובה ביותר של הטריודה הינה ההגברה. הטריודה מסוגלת להגביר אותות חשמליים חלשים, לדוגמה אותות רדיו הנקלטים על ידי אנטנה מתחנת שידור רחוקה. כפי שהוסבר למעלה, שינוי קטן במתח הסריג מחולל שינוי גדול מאוד בזרם האנודה. במעגל חשמלי הכולל [[נגד]] בטור לאנודה, המתח על הנגד יהווה העתק מדויק אבל מוגבר מאוד של המתח בין הסריג לקתודה. למעשה, ניתן לשלוט על מידת ההגברה בשתי צורות: האחת באמצעות מאפייני הטריודה, והשנייה באמצעות מאפייני המעגל האלקטרוני שבו היא מחוברת.

מעגל ההגברה הבסיסי הנ"ל סובל ממספר חסרונות, החמור שבהם הוא חוסר יציבות כתוצאה מכך שמאפייני הטריודה משתנים עם הזמן, וכן היכולת לשלוט עליהם בתהליך הייצור מוגבלת. אי לכך, פותחו מעגלי הגברה מורכבים יותר המתגברים על חסרונות אלה. אולם עיקרון ההגברה דומה בכולם ומיתבססומתבסס על תכונת ההגבר של הטריודה.

באמצעות הטריודה ניתן לבנות מעגלים אלקטרוניים הקרויים '''מתנדים[[מתנד]]ים''' (Oscillator), המסוגלים לייצר [[זרם חילופין]] בתדר גבוה מאד, ללא המגבלות שמטילה מערכת מכנית, שגם יאפשר שידור בעוצמה גבוהה וגם יהפוך את גודל האנטנות ליותר פרקטי.

===יצירת מתנד באמצעות הטריודה===

את'''מתנד''' תכונתהוא ההגברהמעגל שלאלקטרוני המסוגל לייצר אות חשמלי משתנה בזמן. לרוב, צורת האות היא אות [[סינוס]]. את תכונת הטריודה ניתן לנצל ליצירת מתנד באופן הבא:

במעגל ההגברה שתואר קודם, מחליפים את הנגד (הקרוי גם '''עומס אוהמי''') ב[[מעגל תהודה]]. למעגל זה התכונה שלאות חשמלי בתדר מסוים, הקרוי '''תדר התהודה''', התלוי בגדליבערכי ה[[סליל|הסליל]] (משרן) וה[[קבל]] שלו, התנגדותו גבוהה, ולאותות חשמליים בתדר שונה, התנגדותו קרובה ל-0. כפי שהוסבר קודם, תהיה ההגברה של האות משמעותית רק עבור אות חשמלי בתדר התהודה.

ה'''מתנד''' נוצר על ידי העברת חלק מסיגנל חזרה לסריג הטריודה, כך שנוצר [[משוב]] המגביר את עצמו. העובדה שמעגל התהודה מגביר יותר את תדר התהודה החוזר ומוגבר שנית בטריודה, גורמת לכך שתדר הסיגנל ששורד בסוף הוא התדר שבו הגברת מעגל התהודה מכסמלית, דהיינו תדר התהודה שלו. המתח החשמלי במוצא המעגל (באנודה של הטריודה) הוא למעשה מתח חילופין היושב על רמת מתח ישר (DC), שכן הטריודה בסופו של דבר עובדת בזרם ישר. לכן, כדי לבודד את רכיב החילופין לפני ההעברה לאנטנה בדרך כלל משתמשים בשנאיב[[שנאי]], שגם מתאם את העכבות עם האנטנה.

==איפנון=אפנון (Modulation)===

[[איפנוןאפנון]] הוא כינוי לתהליך של שינוי מאפיינים של גל הרדיו המשודר הקרוי גם '''[[גל נושא|הגל הנושא]]''' לאחר ייצורו במעגל המתנד. שיטת האפנון הראשונה והבסיסית ביותר נקראת [[איפנוןאפנון משרעת]] (AM-Amplitude Modulation). בתהליך ה-AMובו משנים את העוצמה של הגל הנושא בהתאם לערכי האות שאותו רוצים לשדר, למשל האות המופק מצליל הדיבור של קרין רדיו. זהו האות שהמשדר משדר, ועל המקלט לשחזר אותו מהאינפורמציה הנקלטת.

====אפנון תנופהמשרעת על ידי טריודה====

מעגל אפנון התנופההמשרעת הבסיסי מייצר אות שהוא תוצאת המכפלה של האות המשודר בגל הנושא. ביטוי מתמטי לאות כזה ניתן על ידי הנוסחה:

כאשר הוא :<math>\ \omega</math> תדר הגל הנושא ו-<math>\ S(t)</math> הוא האות המאפנן. כלומר, אות בתדר גבוה (תדר הגל הנושא) מוכפל באות המידע (שאותו על המקלט לשחזר). המכפלה נעשית על ידי מעגל הגברה, שבו במקום מתח הזנה קבוע לאנודה מוזן המוצאהגל הנושא (מהמוצא של מתנדהמתנד), ולתוך הסריג מוזן האות המאפנן (אות המידע). שיטת אפנון ה-AM הינה פשוטה ביותר למימוש, אולם סובלת ממספר חסרונות שבגללם פותחו מעגלי אפנון מורכבים יותר, אף הם מומשו באמצעות טריודות ונגזרותיהן.

במחשב הראשוני [[אניאק]], ה[[אוגר (מחשבים)|הרגיסטריםאוגר]]ים העשרונים היו בנויים ממעגלי [[פליפ פלופ]] שנבנו סביב שפופרת טריודה כפולה מדגם 6SN7 - מצב יציב ראשון היה כאשר חצי שפופרת הוליכה זרם וחצי השפופרת השנייה לא הוליכה זרם (לדוגמה ייצוג הערך "0") המצב היציב השני היה הפוך (הערך "1"), כך שמעגל פליפ פלופ אחד עם שפופרת טריודה כפולה שימש לשם [[זיכרון]] של [[ביט]] אחד.

המעגלים הספרתיים מהווים את הבסיס לפעולתו של המחשב האלקטרוני. יש לציין כי המחשב מבוסס על מהות הפונקציות הסיפרתיותהספרתיות עצמן, ולא בהכרח על המעגלים החשמליים המממשים אותן. את אותן פונקציות סיפרתיותספרתיות אפשר לממש על ידי [[מערכות]] אחרות, כגון [[פנאומטיקה|פניאומטיות]], או [[אופטיקה|אופטיות]], או מבוססי [[מכניקה קוונטית]]. היום, מכל מקום, מבוססים המחשבים על מימוש חשמלי של הפונקציות הסיפרתיותהספרתיות בעזרת [[מוליך למחצה|מוליכים למחצה]].