(Fr.: tube électronique; Du.: Elektronenröhre; Eng.: valve, US: electron tube), hermetisch afgesloten, glazen, keramische of metalen omhullingen, waarbinnen een stroom vrije elektronen in stand kan worden gehouden.
Om de beweging ervan mogelijk te maken heerst er in de buis in het algemeen een vacuüm; bij sommige buizen echter wordt een bepaalde hoeveelheid van een gas in de buis toegelaten. De buizen bevatten twee of meer metalen elektroden waarop van buiten af elektrische spanningen kunnen worden aangebracht via vacuümdichte, geïsoleerde doorvoeren, zodat de loop van de elektronen beïnvloed kan worden.
Elektronenbuizen zijn met hun uiteenlopende eigenschappen de fundamentele bouwstenen van elektronische apparatuur; in de meeste gevallen zijn zij echter verdrongen door de transistor, de halfgeleiderdiode, kristalschakelingen en andere op de eigenschappen van halfgeleiders berustende onderdelen. Elektronenstraalbuizen, microgolfbuizen en buizen voor het opwekken en versterken van zeer grote vermogens (zendbuizen) hebben zich echter tot op heden weten te handhaven.
Kathode.
De kathode is de elektrode waaruit de elektronen worden vrijgemaakt. Dit geschiedt meestal door thermische emissie als gevolg van een sterke verhitting met een gloeidraad die soms zelf de kathode vormt, zoals bij bijv. de wolfraamkathode; deze is zeer goed bestand tegen het bombardement van snelle ionen die bij de aanwezigheid van gasresten kunnen ontstaan. De emissie wordt bevorderd door het wolfraam te bedekken met een monoatomaire laag thorium, of barium met een weinig zuurstof; het barium verdampt bij de heersende omstandigheden echter vrij snel, zodat de laag steeds aangevuld moet worden. Bij de naleveringskathode geschiedt dit door diffusie van bariumatomen door het enigszins poreuze wolfraam naar de oppervlakte vanuit bariumhoudend materiaal. Bij de L-kathode is deze voorraad opgeslagen onder de laag wolfraam; andere naleveringskathoden ontstaan door een mengsel van wolfraampoeder en een bariumhoudende verbinding te persen of door het poreuze wolfraam te impregneren. De naleveringskathode kan een grote stroomdichtheid leveren.
Bij de oxidekathode, die men bij voorkeur toepast indien geen bijzondere eisen aan de kathode worden gesteld, ontstaat emissie met een hoog rendement bij een betrekkelijk lage temperatuur (700...800 °C) vanaf een mengsel van barium- en strontiumoxide dat de gloeidraad bedekt (directe verhitting) of een buisje dat rondom de gloeidraad is aangebracht en daarvan door aluminiumoxide is geïsoleerd (indirect verhitte kathode). De warmtecapaciteit van deze laatste kathode is zo groot dat de gloeidraad met wisselstroom gevoed kan worden.
Bij de dynode worden elektronen door secundaire emissie vrijgemaakt, bij de fotokathode door bestraling, in het bijzonder met licht.
Bezit de anode een positieve potentiaal ten opzichte van de kathode, dan zullen de elektronen erdoor worden aangetrokken en opgevangen. Is de anode negatief dan worden zij afgestoten en bereiken zij deze niet (toepassing als gelijkrichter).
Diode.
Bij deze elektronenbuis zijn slechts de beide genoemde elektroden aanwezig. Uit de grafiek die het verband aangeeft tussen de stroom door de diode en de spanning erover, is direct af te lezen dat geleiding slechts in één richting mogelijk is. In het verloop zijn drie gedeelten te onderscheiden.
1. Aanloopstroomgebied.
Hier is de anodespanning enigszins negatief, maar toch loopt er een kleine stroom daar sommige elektronen de kathode met zo’n snelheid verlaten dat zij in staat zijn tegen het afstotende veld van de anode in te lopen en de anode te bereiken. Naarmate de anodespanning sterker negatief wordt, zijn steeds minder elektronen hiertoe in staat; de anodestroom wordt steeds kleiner en wordt nul bij een negatieve anodespanning van enkele volt. In dit gebied is de anodestroom exponentieel afhankelijk van de anodespanning. Contactpotentialen hebben hier dan ook een grote invloed op de anodestroom.
2. Ruimteladingsgebied.
Bij toenemende positieve anodespanning zijn er op den duur zoveel elektronen op weg van de kathode naar de anode dat zij een negatieve ruimtelading vormen, waardoor de potentiaal in de buurt van de kathode daalt of zelfs negatief wordt. Dit belemmert het uittreden van nieuwe elektronen. Naarmate echter de anodespanning stijgt, dringt de positieve invloed ervan verder in de ruimtelading door en breekt deze af. Volgens Langmuir en Child verandert de anodestroom nu met de 3/2-macht van de anodespanning.
3. Verzadigingsgebied.
Wordt de anodespanning nog hoger, dan komt er een moment waarop de anodestroom vrijwel niet meer toeneemt. De ruimtelading is vrijwel geheel verdwenen en alle elektronen uit de kathode bereiken de anode. De verzadigingsstroom is in theorie alleen afhankelijk van de eigenschappen, in het bijzonder van de temperatuur, van de kathode. In de praktijk neemt de anodestroom toch nog iets toe bij verhoging van de anodespanning (effect van Schottky). Bij oxidekathoden treedt dit verschijnsel in sterke mate op.
Triode.
Bij deze elektronenbuis is om de kathode, tussen deze en de anode in, een spiraalvormige draadconstructie aangebracht: het rooster. Door de potentiaal daarop te variëren kan men de grootte van de elektronenstroom tussen kathode en anode regelen. Als men een weerstand in de anodeleiding opneemt, ontstaat een spanningsvariatie aan de anode die groter kan zijn dan de roosterspanningsvariatie; er treedt dan versterking op. Belangrijk is dat de sturing van de elektronenstroom vrijwel traagheidsloos is. Het aantal roosters kan 1...7 zijn; men spreekt dan van resp. triode, tetrode, pentode, hexode, heptode, octode en enneode.
Tetrode.
Bij deze buis is een tweede rooster (schermrooster) aangebracht dat fungeert als elektrostatisch scherm tussen stuurrooster en anode, zodat de terugwerking van de anode naar het stuurrooster veel kleiner is dan bij de triode.
Pentode.
Bij deze bevindt zich tussen het schermrooster en de anode een wijdmazig rem- en keerrooster, minder juist wel vangrooster genoemd, met een lage potentiaal dat ervoor zorgt dat de elektronen die door secundaire emissie aan de anode worden vrijgemaakt, het schermrooster niet kunnen bereiken.
Microgolfbuizen.
Bij het opwekken en versterken van zeer hoge frequenties maakt men gebruik van de looptijd van de elektronen in de buis; onder invloed van elektrische en eventueel magnetische velden worden richting en grootte van de snelheid van de elektronen gevarieerd, zodat plaatselijk opeenhopingen van elektronen ontstaan. Op dergelijke principes zijn het klystron, het magnetron, en de lopende-golfbuis gebaseerd.
Foto-elektrische buizen.
Bij de fotocel, de fotomultiplicatorbuis, opneembuizen en de beeldomvormer worden de elektronen door foto-emissie vrijgemaakt uit een fotokathode; de op de fotokathode gevallen hoeveelheid licht kan dan omgezet worden in een elektrisch signaal.
Met gas gevulde buizen.
Deze typen bevatten een geringe hoeveelheid gas. Indien de elektronen zo’n grote snelheid krijgen dat zij gasatomen kunnen ioniseren, wordt de negatieve ruimtelading van de elektronenwolk geneutraliseerd door positieve gasionen en kan de elektronenstroom tot een grote waarde stijgen zonder dat de potentialen van de diverse elektroden veel veranderd behoeven te worden. Gasvulling wordt wel toegepast bij fotocel en diode; voorts bij het thyratron, een met gas gevulde buis met tenminste één rooster. Bij de kwikdampgelijkrichter, die geschikt is voor het verwerken van zeer grote vermogens, ontstaat een boogontlading tussen een kwikplas en een positieve grafietanode die onder normale omstandigheden vrijwel geen elektronen kan emitteren. De boogontlading kan ingeleid worden met een hulpelektrode die aan het kwikoppervlak raakt (ignitron) of door vonkoverslag naar een geïsoleerd opgestelde elektrode, zoals bij het sendytron. Ook zijn er met gas gevulde buizen met een koude kathode, zoals de spanningsstabilisatiebuis en de telbuis.
Andere typen.
De elektronenstroom in de buis kan versterkt worden met behulp van secundaire emissie door elektronen te doen vallen op elektroden (dynoden) die bedekt zijn met een materiaal dat een grote secundaire emissie vertoont (zie Elektronenvermenigvuldiger). Bij de elektronenstraalbuis vormt men met een elektronenkanon een dunne elektronenbundel die gefocusseerd wordt op een scherm aan de binnenzijde van de buis.
Fabricage van elektronenbuizen.
Uit de afzonderlijke elektroden wordt het elektrodensysteem samengesteld, dat in een huls met pompstengel wordt geplaatst op een glazen bodem met doorvoeren en aansluitpennen. Dan wordt de bodem aan de huls vastgesmolten, waarna de buis via de pompstengel leeggepompt wordt. Gelijktijdig worden de metalen delen binnen de omhulling door hoogfrequentieverhitting uitgegloeid om de in de metalen achtergebleven gassen vrij te maken. Tevens wordt de kathode geactiveerd, waarna de buis wordt dichtgesmolten. Tenslotte wordt door hoogfrequentieverhitting een gasbinder (‘getter’), bijv. barium, verdampt die op de koele glaswand als een metaalspiegel neerslaat. Deze bindt de nog aanwezige gasresten en is ook tijdens het in bedrijf zijn nog tot enige gasabsorptie in staat.