इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति

इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति : इलेक्ट्रॉन नलिका व अर्धसंवाहक [ज्यांची विद्युत् संवाहकता धातू आणि निरोधक यांच्या दरम्यान असते अशा पदार्थांपासून बनविलेल्या, → अर्धसंवाहक] प्रयुक्ती यांना दिलेले गटनिदर्शक नाव. या प्रयुक्ती संदेशवहनासाठी व औद्योगिक इलेक्ट्रॉनीय नियंत्रक पद्धतींमध्ये फार मोठ्या प्रमाणात वापरतात.

इलेक्ट्रॉन नलिका : निर्वात किंवा तापायनिक (इलेक्ट्रॉनांच्या निर्मितीसाठी उष्णतेचा उपयोग करणाऱ्या) नलिका, वायुभरित नलिका, प्रकाशविद्युत् (इलेक्ट्रॉनांच्या निर्मितीसाठी प्रकाशाचा उपयोग करणाऱ्या) नलिका व अशाच प्रकारच्या इलेक्ट्रॉन प्रवाहाचा उपयोग करणाऱ्या प्रयुक्तींना इलेक्ट्रॉन नलिका म्हणतात. संपूर्ण किंवा अंशत: निर्वात केलेल्या काचेच्या किंवा अन्य योग्य पदार्थाच्या बंदिस्त आवरणात दोन किंवा अधिक विद्युत्‌ अग्रे बसवून या नलिका बनविलेल्या असतात. विद्युत् अग्रांमधील अवकाशातून वाहणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांमुळे निर्माण होणाऱ्या विद्युत् प्रवाहावर त्यांचे कार्य अवलंबून आहे. इलेक्ट्रॉनांचा पुरवठा करणारे विद्युत् अग्र (ऋणाग्र), हे इलेक्ट्रॉन आकर्षून घेणारी एक किंवा अधिक विद्युत् अग्रे (धनाग्रे किंवा पट्टिका) व इलेक्ट्रॉनांच्या गतीवर किंवा संख्येवर नियंत्रण ठेवणारी आणखी इतर विद्युत् अग्रे हे इलेक्ट्रॉन नलिकांचे तीन महत्वाचे घटक आहेत.

रेडिओ, दूरचित्रवाणी, रडार इ. असंख्य साधनांत इलेक्ट्रॉन नलिकांचा उपयोग होतो. अनेक तांत्रिक अनुप्रयोगांमध्ये एक मूलभूत किंवा साहाय्यक घटक म्हणून इलेक्ट्रॉन नलिका वापरतात. संदेशवहन व अनेक औद्योगिक नियंत्रण उपकरणांमध्ये इलेक्ट्रॉन नलिकांचा वापर आवश्यक आहे. प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशेने वाहणाऱ्या) प्रवाहाचे एकदिश प्रवाहात रूपांतर करणे, श्राव्य कंप्रतेपासून (ऐकू येणे शक्य असलेल्या म्हणजे १५ ते २०,००० हर्ट्‌झ कंप्रतेपासून म्हणजे दर सेकंदास  होणाऱ्या कंपन संख्येपासून, हर्ट्‌झ या शास्त्रज्ञाच्या नावावरून कंप्रतेच्या एककास हर्ट्‌झ हे नाव दिले आहे) तो अति-उच्च व परा-उच्च कंप्रतेचे (३,००० दशलक्ष हर्ट्‌झपर्यंतचे) आंदोलक (एकदिश प्रवाहाचे प्रत्यावर्ती प्रवाहात रूपांतर करणाऱ्या प्रयुक्ती) बनवणे, सूक्ष्म विद्युत् दाबाचे किंवा विद्युत् प्रवाहाचे विवर्धन करणे, रेडिओ तरंगांचे विरूपण [एखाद्या तरंगाच्या काही विशिष्ट लक्षणामध्ये दुसऱ्या तरंगाच्या काही विशिष्ट लक्षणानुसार बदल करणे, →विरूपण] व शोधन करणे (शोध घेणे), विद्युत् दाब नियमन, विवर्धन, स्वयंनियंत्रण, गणन इ. कामांसाठी इलेक्ट्रॉन नलिकांचा उपयोग करतात. विद्युत् राशींखेरीज रंग, वजन, प्रकाशतीव्रता, कालावधी इ. अनेक राशींचे मापन इलेक्ट्रॉन नलिका वापरून बनविलेल्या उपकरणांनी करता येते.

इलेक्ट्रॉन नलिकांचे कार्य इलेक्ट्रॉनांच्या प्रवाहावर अवलंबून आहे. हे वर आलेच आहे. यासाठी ऋणाग्रामधून प्रथम इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन झाले पाहिजे. हे उत्सर्जन घडविण्याच्या पद्धती पुढीलप्रमाणे आहेत.

तापायनिक उत्सर्जन : प्रत्येक धातूमध्ये काही ठराविक प्रमाणात मुक्त इलेक्ट्रॉन असतात असे मानले जाते. तथापि ते धातूमधून स्वयंस्फूर्तीने बाहेर पडू शकत नाहीत. धातूच्या पृष्ठभागावरून निसटून जाण्यासाठी अशा मुक्त इलेक्ट्रॉनाला ज्या किमान ऊर्जेची आवश्यकता असते तिला धातूचे निव्वळ कार्यफलन म्हणतात. ही किमान ऊर्जा अनेक पद्धतींनी देता येते. त्यांपैकी एकअतिशय महत्वाची पद्धत म्हणजे धातू तापविणे ही होय. धातूला मिळालेल्या ऊष्मीय ऊर्जेपैकी काही ऊर्जा इलेक्ट्रॉनांना मिळते व ते उत्सर्जित होतात. या उत्सर्जनाला ⇨ तापायनिक उत्सर्जन  म्हणतात.

तापायनिक उत्सर्जनासंबंधी गणितीय सूत्र रिचर्डसन यांनी मांडले व त्यात दूशमान यांनी सुधारणा केली. या सूत्रावरून ज्या धातूचे कार्यफलन कमी आहे त्यापासून साधारण कमी तापमानास इलेक्ट्रॉनांचा विपुल पुरवठा होऊ शकेल, असे अनुमान निघते. परंतु पुरेसे तापायनिक उत्सर्जन होण्यासाठी जेवढे तापमान आवश्यक असते त्या तापमानास कमी कार्यफलन असणारे काही धातू वितळतात तर काही उकळू लागतात. त्यामुळे तापायनिक उत्सर्जनासाठी उपयोगी पडणार्‍या धातूंची संख्या मर्यादित आहे.

ऋणाग्राचे तापमान वाढविले असता उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनांचे प्रमाण कसे वाढते ते टंगस्टनाच्या बाबतीत आढळून आलेल्या खालील मूल्यावरून लक्षात येईल (^०के. हे अक्षर केल्व्हिन निरपेक्ष तापक्रम दर्शविते).

तापमान (०के.)	१०००	२०००	२५००	३०००
उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन प्रवाह (अँपि. प्रति.चौ. सेंमी.)	१०-१५	१०-३	०·३	१५

प्रकाशविद्युत उत्सर्जन : अतिलघु तरंगलांबीच्या तरंगाचे विद्युत् चुंबकीय प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा म्हणजेच दृश्य प्रकाश) धातूच्या पृष्ठभागावर पडले असता धातूमधील इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते. या उत्सर्जनाला प्रकाशविद्युत् उत्सर्जन म्हणतात. या उत्सर्जनामुळे मिळणार्‍या इलेक्ट्रॉनांची संख्या तापायनिक उत्सर्जनापेक्षा कमी असली, तरी दूरचित्रवाणी व इलेक्ट्रॉनीय नियंत्रण पद्धतींत वापरण्यात येणार्‍या प्रकाशविद्युत नलिकांमध्ये या प्रकारच्या उत्सर्जनाचा उपयोग केला जातो. याही प्रक्रियेमध्ये ज्या धातूचे कार्यफलन कमी असेल त्यामधून अशा प्रकारचे उत्सर्जन सुलभतेने होते. म्हणून प्रकाश विद्युत् नलिकांमध्ये सिझियम, पोटॅशियम आदी धातू किंवा एखाद्या विशिष्ट पदार्थाचा थर दिलेला पृष्ठभाग वापरतात [→ प्रकाशविद्युत्].

द्वितीयक उत्सर्जन: आपाती (बाहेरून येणारे) इलेक्ट्रॉन (त्यांना प्राथमिक इलेक्ट्रॉनही म्हणतात) पुरेशा वेगाने धातूच्या पृष्ठभागावर आपटले म्हणजे ते धातूच्या पृष्ठभागातील इलेक्ट्रॉन बाहेर फेकू शकतात. याउत्सर्जनाला द्वितीयक उत्सर्जन म्हणतात. बर्‍याच धातूंच्या स्वच्छ पृष्ठभागावर होणारे द्वितीयक उत्सर्जन काही मर्यादेपर्यंत (प्राथमिक इलेक्ट्रॉनांची ऊर्जा ५००–१००० ev होईपर्यंत, १ ev = १·६० × १०^-१२ अर्ग) वाढत जाते व नंतर ते कमी होते. मिश्रधातूमध्ये द्वितीयक उत्सर्जन शुद्ध धातूपेक्षा जास्त असते. अनेक नलिकांमध्ये द्वितीयक उत्सर्जनक्षम पृष्ठभागांचा उपयोग केलेला असतो. उदा., अतिशय संवेदनशील प्रकाशविद्युत् वर्धक नलिका. काही वेळा द्वितीयक उत्सर्जन हानिकारक असते.

उच्च क्षेत्र उत्सर्जन: धातूच्या पृष्ठभागावर तीव्र विद्युत् क्षेत्राचा अनुप्रयोग करून पृष्ठभागातून इलेक्ट्रॉन खेचून काढता येतात. या प्रकारच्या उत्सर्जनाला उच्च क्षेत्र उत्सर्जन म्हणतात. यासाठी फार तीव्र क्षेत्राचा (सु. १०^९ व्होल्ट प्रति मीटर) उपयोग करावा लागतो. पारासंचय एकदिशकारकामध्ये (प्रत्यावर्ती प्रवाहाचे एकदिश प्रवाहात रूपांतर करणार्‍या प्रयुक्तीमध्ये) द्रवरूप पारा ऋणाग्र म्हणून वापरलेला असतो. येथे ऋणाग्रापासून होणारे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन या पद्धतीने होत असावे, असे मानले जाते.

आयनीकरण: अणूला पुरेशी ऊर्जा पुरवून त्यातील इलेक्ट्रॉन बाहेर काढता येतो. या प्रक्रियेमुळे एक ऋण आयन (इलेक्ट्रॉन) व एक धन आयन (इलेक्ट्रॉन गमावलेला अणू) असे दोन परस्पर विरुद्ध आयन एकाच वेळी निर्माण होतात.

वर दिलेल्या कोणत्याही पद्धतीने उत्सर्जित झालेल्या इलेक्ट्रॉनांना विद्युत् क्षेत्राद्वारे खूप वेग दिला असता हे इलेक्ट्रॉन निर्भारित अणूंवर आपटून ते त्यांना आयनित करू शकतात. या आयनीकरणाला आघाताने होणारे आयनीकरण म्हणतात. वायु व बाष्पभरित एकदिशकारकांचे कार्य या क्रियेवरच अवलंबून असते.

ऋणाग्र द्रव्य व रचना: कोणतीही धातू ९००^० के. किंवा त्याहून जास्त तापमानापर्यंत तापविल्याशिवाय तिच्यापासून पुरेसे तापयनिक उत्सर्जन मिळत नाही. इलेक्ट्रॉन नलिकांमध्ये सध्या टंगस्टन, थोरियम मिश्रित टंगस्टन व ऑक्साइड लेपित धातू एवढे तीनच प्रकारचे उत्सर्जक ऋणाग्रांसाठी वापरतात.

टंगस्टनाचे कार्यफलन जास्त असूनही (४·५२ ev) ऋणाग्रासाठी याचा अधिक उपयोग करतात. कारण उच्च वर्चस् (स्थितिज गुण, येथे विद्युत् दाब) नलिकांमध्ये यशस्वीरीत्या वापरता येईल असा हा एकच उत्सर्जक आहे. उच्च वर्चस् क्ष किरण नलिका, उच्च वर्चस् एकदिश कारक नलिका व रेडिओ प्रेषक (रेडिओ तरंग निर्माण करून त्यांचे प्रेषण करणारे साधन) आणि संदेशवहन साधनांत वापरावयाच्या मोठ्या शक्तीच्या विवर्धक नलिकांमध्ये टंगस्टनाचा उपयोग करतात. २६००–२८००^० के. या तापमानाच्या मर्यादेत टंगस्टन समाधान कारक काम देते.

एखादा क्षपणकारक (दुसर्‍या पदार्थाला हायड्रोजन देणारा किंवा त्यातून ऑक्सिजन घालवणारा, येथे बहुतेक वेळा कार्बन) व थोरियम ऑक्साइडाची अल्प मात्रा (१ ते २ टक्के) मिसळलेल्या टंगस्टनापासून थोरियममिश्रिति टंगस्टन बनवितात. ऋणाग्रासाठी त्याचा वापर करण्याआधी त्याला योग्य प्रक्रियांनी कार्यशील करावे लागते. असा ऋणाग्र १९००^० के. किंवा त्याहून कमी तापमानास भरपूर उत्सर्जन देतो. उत्सर्जनातील ही वाढ टंगस्टनाच्या पृष्ठभागावर थोरियमाचा एक आणवीय थर तयार झाल्यामुळे होते. संयुक्त पृष्ठभागाचे कार्यफलन टंगस्टनापेक्षा बरेच कमी (२·६३) असते. ऋणाग्राचे कार्य चालू असताना त्याच्या पृष्ठभागावरून थोरियमाची सतत वाफ होत असते, परंतु आतून थोरियम पृष्ठभागावर येत असल्यामुळे पृष्ठभागावर थोरियमाचा सतत थर राहतो. ज्यामध्ये १०,००० व्होल्ट किंवा त्याहून कमी वर्चस् असते, अशा नलिकांमध्ये थोरियममिश्रित टंगस्टन हा उत्सर्जक वापरतात. निकेल किंवा निकेलाच्या मिश्रधातूवर बेरियम व स्ट्राँशियम ऑक्साइडांचा योग्य प्रकारे लेप देऊन तिला कार्यशील बनविले म्हणजे ऑक्साइडलेपित उत्सर्जक तयार होतो. अशा पृष्ठभागाचे कार्यफलन पुष्कळच कमी (≈ १ ev) असते व त्यामुळे १,०००^० के. एवढ्या कमी तापमानासही भरपूर उत्सर्जन मिळू शकते. कोष्टक क्र. १ मध्ये वरील तीनही उत्सर्जकांची उत्सर्जन कार्यक्षमता व ते ज्या तापमानास काम देतात ते तापमान या गोष्टी दिल्या आहेत.

कोष्टक क्र. १. उत्सर्जक व त्यांची कार्यक्षमता
उत्सर्जक	उत्सर्जन कार्यक्षमता मिअँपि./सेंमी२/वॉट	तापमान ०के
टंगस्टन तंतू	२–१०	२५००–२६००
थोरियममिश्रित टंगस्टन तंतू	५–१००	१९००–२०००
ऑक्साइडलेपित तंतू	२००–१०००	१०००–१२००

इलेक्ट्रॉन नलिकांमध्ये वापरण्यात येणाऱ्या ऋणाग्रांचे प्रत्यक्ष तापविलेले व अप्रत्यक्ष तापविलेले असे दोन प्रकार असतात. पहिल्या प्रकारात ऋणाग्र उत्सर्जक द्रव्यापासून बनविलेल्या तंतूंच्या स्वरूपात असून हे तंतू इच्छित तापमानापर्यंत तापविण्यासाठी त्यांच्यातूनच विद्युत् प्रवाह सोडतात. अप्रत्यक्षरीत्या तापविलेल्या प्रकारात ऋणाग्र ऑक्साइडलेपित पोकळ दंडगोलाच्या स्वरूपात असते. हे ऋणाग्र तापविण्यासाठी त्याच्याजवळ परंतु विद्युत् दृष्ट्या त्याच्यापासून निरोधित असा तंतू बसविलेला असतो. या तंतूला तापक म्हणतात. आ.१ मध्ये प्रत्यक्ष व अप्रत्यक्ष तापविलेल्या ऋणाग्रांचे काही प्रकार दाखविले आहेत.

द्विप्रस्थ व त्रिप्रस्थ नलिका : द्विप्रस्थ ही दोन विद्युत् अग्रे असणारी इलेक्ट्रॉन नलिका आहे. एक अग्र (ऋणाग्र) इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाचे कार्य करते व दुसरे अग्र (धनाग्र) इलेक्ट्रॉन आकर्षून घेण्याचे कार्य करते. ऋणाग्राभोवती एक दंडगोलाकार पट्टिका (धनाग्र) बसविलेली असते. आ. ३ मध्ये द्विप्रस्थाचे चिन्ह दाखवले आहे. द्विप्रस्थाच्या पट्टिकेला ऋणाग्राच्या सापेक्ष धन विद्युत् दाब दिला असता ऋणाग्राकडून उत्सर्जित होणारे इलेक्ट्रॉन पट्टिकेकडे आकर्षिले जातात. बाह्यमंडल पूर्ण असेल, तर बाह्य मंडलातून धनाग्र ते ऋणाग्र असा प्रवाह वाहतो, त्यास पट्टिकाप्रवाह म्हणतात. याउलट पट्टिकेला ऋण विद्युत् दाब दिल्यास इलेक्ट्रॉन पुन्हा ऋणाग्राकडेच ढकलेले जातात व त्यामुळे पट्टिकाप्रवाह शून्य होतो. यावरून द्विप्रस्थामधील विद्युत् प्रवाह हा नेहमी एकाच दिशेने जातो, हे स्पष्ट होईल. द्विप्रस्थाच्या या गुणधर्माचा उपयोग प्रत्यावर्ती प्रवाहाचे एकदिश प्रवाहात रूपांतर करण्यासाठी होतो.

पर्यावेश : पट्टिकेपर्यंत येऊन पोहोचणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या ऋणाग्राने उत्सर्जित केलेल्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या व पट्टिकेचा विद्युत् दाब यांवर अवलंबून असते. पट्टिकेचा विद्युत् दाब कमी असल्यास उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनांपैकी फक्त काही इलेक्ट्रॉन पट्टिकेपर्यंत जाऊ शकतात व त्यामुळे पट्टिका व ऋणाग्र यांच्यामधील अवकाशात इलेक्ट्रॉन जमतात. या इलेक्ट्रॉनांमुळे प्रतिसारक विद्युत् क्षेत्र निर्माण होते व ते उत्सर्जकाकडून पट्टिकेकडे जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉन प्रवाहाला प्रतिबंध करू लागते. असे विरोधी विद्युत् क्षेत्र निर्माण करणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या या ढगाला पर्यावेश म्हणतात. पट्टिका व ऋणाग्र यांमधील अंतर कमी करून किंवा पट्टिकेवरील विद्युत् दाब वाढवून पर्यावेश कमी करता येतो व तो संपूर्ण नाहीसासुद्धा करता येतो.

पट्टिकेचा विद्युत् दाब वाढवित गेले असता पट्टिकाप्रवाह वाढत जातो. विद्युत् दाब एका विशिष्ट मूल्यापर्यंत (V_S) वाढविल्यास ऋणाग्रातून उत्सर्जित होणारे सर्वच्या सर्व इलेक्ट्रॉन पट्टिकेपर्यंत पोहोचू शकतात. यानंतर पट्टिकेचा विद्युत् दाब कितीही वाढविला, तरी पट्टिकाप्रवाह स्थिर राहतो. पट्टिकाप्रवाह व पट्टिका विद्युत् दाब यांचा संबंध दर्शविणाऱ्या वक्रावरील (आ. २) महत्तम पट्टिकाप्रवाह दर्शविणाऱ्या बिंदूस संपृक्त बिंदू व त्या प्रवाहमूल्यास संपृक्त प्रवाह (I_S) असे म्हणतात. द्विप्रस्थाचे आयुष्य वाढावे म्हणून त्यामधून संपृक्त प्रवाहापेक्षा कमी प्रवाह वापरतात. पट्टिका विद्युत् दाब संपृक्त विद्युत् दाबापेक्षा (V_S) कमी असताना पट्टिकेपर्यंत जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या पट्टिकेवरील धन विद्युत् दाबाने ऋणाग्रावर निर्माण केलेल्या विद्युत् स्थितिक (स्थिर विद्युतीय) क्षेत्राचे निराकरण करण्यास पुरेल एवढी असते. यापेक्षा अधिक उत्सर्जित होणारे इलेक्ट्रॉन ऋण पर्यावेशाने परत ऋणाग्राकडे ढकलले जातात. या पट्टिकाप्रवाहाला पर्यावेशाने मर्यादित झालेला प्रवाह म्हणतात. जो पट्टिकेच्या विद्युत् दाबावर अवलंबून असतो.

जालकाग्र : पट्टिका व ऋणाग्र यांच्यामध्ये परंतु ऋणाग्रास अधिक जवळ असे बारीक तारांचे कुंडलाकृती तिसरे विद्युत् अग्र (जालकाग्र) बसविले म्हणजे त्रिप्रस्थ ही नलिका तयार होते (आ. ३). पट्टिकेकडे जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येवर हे विद्युत् अग्र नियंत्रण ठेवते म्हणून त्याला नियंत्रक जालकाग्र म्हणतात. जालकाग्रावरील विद्युत् दाब ऋणाग्र सापेक्ष ऋण ठेवल्यास ऋणाग्र व जालकाग्र यांमधील पर्यावेश वाढतो व पट्टिकेपर्यंत थोडेच इलेक्ट्रॉन जाऊ शकतात. या उलट जालकाग्रावर धन विद्युत् दाब दिला असता जालकाग्राची क्रिया पट्टिकेप्रमाणेच होते व पट्टिकाप्रवाह खूप वाढतो. त्याचबरोबर जालकाग्र मंडलातही काही प्रमाणात विद्युत् प्रवाह वाहतो. हा प्रवाह जालकाग्रावरील विद्युत् दाबाबरोबर वाढतो. या प्रवाहामुळे प्रदान (बाहेर पडणाऱ्या) पट्टिकाप्रवाहात विकृती निर्माण होते. म्हणून त्रिप्रस्थाच्या बहुतेक उपयोगांत जालकाग्र ऋण ठेवलेले असते. जालकाग्रावरील विद्युत् दाबाची ऋणता वाढवीत गेले असता एका विशिष्ट विद्युत् दाबाला पट्टिकाप्रवाह शून्य होतो. या स्थितीला ‘मज्‍जाव स्थिती’ म्हणतात व त्या विद्युत् दाबाला प्रवाह-मज्‍जाव विद्युत् दाब म्हणतात. जालकाग्र ऋण ठेवण्यासाठी विद्युत् शक्तीचा जो उद्‌गम (उदा., घटमाला) वापरतात त्याला ‘C– शक्ती पुरवठा’ म्हणतात व जो ऋण विद्युत् दाब जालकाग्राला दिलेला असतो त्याला ‘जालकाग्र अवपात’ म्हणतात.

जालकाग्र पट्टिकेपेक्षा ऋणाग्राला अधिक जवळ असल्यामुळे, पट्टिकेच्या विद्युत् स्थितिक क्षेत्रापेक्षा जालकाग्राचे विद्युत् स्थितिक क्षेत्र त्यावर जास्त परिणाम करू शकते. म्हणून जालकाग्र अवपातामधील थोड्याशाच फराकाने पट्टिकाप्रवाहात बराच मोठा फरक घडवून आणता येतो. तेवढाच फरक पट्टिका विद्युत् दाबाने करावयाचा झाल्यास पट्टिका विद्युत् दाबात मोठ्याप्रमाणात फरक करावा लागेल. याचा अर्थ जालकाग्र मंडलातील (त्याला आदान म्हणजे आत घालणारे मंडलही म्हणतात) शक्तिच्या अल्प फरकाने पट्टिका मंडलातील (प्रदान मंडलातील) शक्तीत मोठा फरक घडवून आणता येतो. यामुळे त्रिप्रस्थाचा विवर्धनासाठी उपयोग करता येतो. येथे नलिका विवर्धन करीत नसून ती फक्त नियंत्रणाचे कार्य करते, हे लक्षात घेतले पाहिजे. विवर्धन प्राय: संबंधित मंडलात होत असते. जालकाग्रावरील विद्युत् दाब ऋण असल्यामुळे जालकाग्र मंडलात फारच थोड्या शक्तीचा व्यय होतो.

त्रिप्रस्थाच्या बहुतेक उपयोगांत जालकाग्र ऋण असल्यामुळे पट्टिकाप्रवाह पर्यावेशाने मर्यादित असतो. अशा स्थितीत पट्टिकेकडे जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या जवळजवळ संपूर्णपणे ऋणाग्र व जालकाग्र यांमधील अवकाशातील विद्युत्‌ क्षेत्रावर अवलंबून असते. एकदा इलेक्ट्रॉन जालकाग्र ओलांडून गेले म्हणजे ते पट्टिकेकडे एवढ्या वेगाने जातात की, जालकाग्र व पट्टिका यांमधील अवकाशातील पर्यावेशाचे मान नगण्य मानता येते. त्रिप्रस्थामध्ये ऋणाग्र व जालकाग्र यांमधील अवकाशात होणारी क्रिया द्विप्रस्थामधील क्रियेप्रमाणेच असते. परंतु येथे कार्य करणारे विद्युत् क्षेत्र

जालकाग्र व पट्टिका या दोन्ही विद्युत् अग्रांवरील विद्युत् दाबाने ठरविले जाते. जालकाग्राच्या रचनेत असमानता नसल्यास हे क्षेत्र	(EC+Eb)
	μ

एवढे असते. येथे E_C व E_b हेअनुक्रमे जालकाग्र व पट्टिका यांवरील विद्युत् दाब असून m हा विवर्धनांक आहे. जालकाग्र व पट्टिका यांवरील विद्युत् दाबांची ऋणाग्रावर विद्युत् स्थितिक क्षेत्र निर्माण करण्याची साक्षेप परिणामकारकता या गुणकानेच ठरते.

अभिलक्षण वक्र : इलेक्ट्रॉन नलिकांचे गुणधर्म हे ज्यांच्या साहाय्याने सांगता येतात त्यांना नलिकेची अभिलक्षणे म्हणतात. ही अभिलक्षणे कोष्टकांच्या किंवा वक्रांच्या स्वरूपात व्यक्त करता येतात. ती वक्रांच्या स्वरूपात व्यक्त केली असता त्यांना अभिलक्षण वक्र म्हणतात. द्विप्रस्थामध्ये पट्टिकेवरील विद्युत् दाब बदलून पट्टिकाप्रवाहात होणारा फरक मापून त्यावरून पट्टिकाप्रवाह व पट्टिका विद्युत् दाब यांचा आलेख काढला असता तो वक्र मिळतो, त्यास द्विप्रस्थाचा व्होल्ट-अँपिअर अभिलक्षण वक्र म्हणतात (आकृती ४). या वक्रावरून द्विप्रस्थामध्ये पट्टिका विद्युत् दाब व पट्टिकाप्रवाह यांचा संबंध रेखीय (एकघाती) नाही असे दिसून येते. म्हणून द्विप्रस्थ हा अरेखीय विद्युत् मंडल घटक आहे हे स्पष्ट दिसते. रेडिओ तरंगांचे शोधन करण्यासाठी द्विप्रस्थाच्या या गुणधर्माचा उपयोग होतो. अभिलक्षम वक्रात संपृक्त पट्टिकाप्रवाहाचा दाखविलेला भाग ऑक्साइडलेपित किंवा थोरियममिश्रित टंगस्टनाचा ऋणाग्र असल्यास बहुधा मिळत नाही.

त्रिप्रस्थाच्या तापकाला निर्धारित विद्युत् दाब दिला असता येथे बदलणाऱ्या राशी म्हणजे पट्टिका विद्युत् दाब (e_p), पट्टिकाप्रवाह (i_p) व जालकाग्र अवपात (e_g) ह्या होत. यांपैकी कोणतीही एक राशी स्थिर ठेवून उरलेल्या दोहोंमधील संबंध दर्शविणारा आलेख काढता येतो. अशा प्रकारे आपणास एकूण तीन अभिलक्षण वक्र मिळतात. त्यांना (१) पट्टिका अभिलक्षण वक्र (पट्टिकाप्रवाह-पट्टिका विद्युत् दाब), (२) परस्पर अभिलक्षण वक्र (पट्टिकाप्रवाह-जालकाग्र अवपात) व (३) स्थिर पट्टिकाप्रवाह अभिलक्षण वक्र (जालकाग्र अवपात-पट्टिका विद्युत् दाब) असे म्हणतात. हे सर्व वक्र नलिकेसंबंधी भिन्न प्रकाराने तीच माहिती देतात व त्यामुळे त्यांची उपयुक्तता वाढते. आ. ५ ते ७ मध्ये वरील तीन अभिलक्षण वक्र दाखविले आहेत.

नलिकेचे गुणक : विवर्धनांक (μ), पट्टिकारोध (r_p) व पारस्परिक संवहनांक (g_m) ह्या तीन राशी इलेक्ट्रॉन नलिकांच्या बाबतीत महत्त्वाच्या आहेत. त्यांच्या व्याख्या पुढीलप्रमाणे करतात : जालकाग्रावरील विद्युत् दाब स्थिर असताना पट्टिकादाबात ∆e_p एवढा अल्प बदल केला असता पट्टिकाप्रवाहात बदल होईल. जालकाग्र अवपातामध्ये योग्य प्रकारे अल्प बदल (∆e_g) करून पट्टिकाप्रवाहातील झालेला बदल नाहीसा केला व त्याचे मूल्य पूर्वीइतकेच केले तर पट्टिकादाबातील बदल (∆e_p) व जालकाग्र अवपातातील (∆e_g) बदल यांचे जे गुणोत्तर येते त्याच्या सीमामूल्यास विवर्धनांक (μ) असे म्हणतात. हा गुणक e_p, e_g किंवा i_p यांच्यावर अवलंबून नसतो असे दाखविता येते.

पट्टिकारोध (r_p) म्हणजे प्रत्यावर्ती प्रवाहाला होणारा नलिकेचा अंतर्गत विरोध होय. कोणतेही सिथिर अवपातमूल्य असताना पट्टिका विद्युत् दाबातील अल्प फरक (∆e_p) व त्यामुळे पट्टिकाप्रवाहात पडणारा अल्प फरक (∆i_p) यांच्या गुणोत्तराच्या सीमामूल्यास पट्टिकारोध म्हणतात.

इतर सर्व विद्युत् दाब स्थिर असताना पट्टिकाप्रवाहात पडणारा अल्प फरक (∆i_p) व तो फरक घडवून आणण्यासाठी जालकाग्र अवपातामध्ये करावा लागणारा अल्प फरक (∆e_g) यांच्या गुणोत्तराच्या सीमामूल्यास पारस्परिक संवहनांक म्हणतात.

वरील सर्व गुणक गणिती सूत्रात पुढीलप्रमाणे मांडता येतात :

वरील सूत्रांवरून gm = μ/ rp हे सूत्र मिळते. येथे	dep	,	dep	व	dip	ही सीमामूल्ये (अनुक्रमे eg, ip व eg यांतील बदल
	deg		dip		deg

अधिकाधिक अल्प होत असताना काढलेली) दर्शवितात [→ अवकलन व समाकलन].

प्रयोगाद्वारे असे दिसते की, r_p व g_m खरोखरीचे स्थिर नाहीत. पट्टिकाप्रवाह वाढविला असता r_p चे मूल्य घटते याउलट g_m चे मूल्य i_p च्या मूल्याबरोबर वाढत जाते. परंतु मंडल अभिकल्पाच्या (आराखड्याच्या) गणिताकरिता या राशी स्थिर राहतात असे मानले, तर फारशी चूक होत नाही.

विद्युत अग्रांमधील धारणा : दोन भिन्न विद्युत् भारित संवाहक अलग ठेवले असता त्यांमध्ये विद्युत् धारणा (विद्युत् भार साठवून ठेवण्याची पात्रता) उत्पन्न होते. कोणत्याही इलेक्ट्रॉन नलिकेतील विद्युत् अग्रे ही संवाहक असून त्यांमधील अवकाश विद्युत् निरोधक म्हणून काम करतो. यामुळे विद्युत् अग्रांच्या प्रत्येक जोडीमध्ये धारणा निर्माण होते. त्रिप्रस्थामध्ये तीन विद्युत् अग्रे असल्यामुळे येथे जालकाग्रपट्टिका (C_gp), पट्टिका-ऋणाग्र (C_pk) व जालकाग्र-ऋणाग्र (C_gk) अशा तीन धारणा निर्माण होतात (आ. ८).

यांपैकी जारकाग्र-पट्टिका यामधील धारणा (C_gp) अधिक महत्त्वाची असून तिच्यामुळे काही वेळा त्रासदायक परिणाम घडून या धारणेमुळे पट्टिका मंडलातील काही ऊर्जा जालकाग्र मंडलात जाते. या ऊर्जा क्रमाणाला पुन:प्रदाय म्हणतात. यामुळे काही विशिष्ट परिस्थितीत विवर्धकात आंदोलने होण्याची शक्यतानिर्माण होते व विवर्धकापासून मिळणाऱ्या लाभांकाच्या (प्रदान शक्ती व आदान शक्ती यांच्या गुणोत्तराच्या) मूल्यावर सर्वसाधारणपणे बराच परिणाम होतो.

चतुर्प्रस्थ व पंचप्रस्थ नलिका : त्रिप्रस्थ नलिकेमधील पर्यावेशाचा परिणाम जालकाग्र-पट्टिका धारणा कमी करण्यासाठी नियंत्रक जालकाग्र व पट्टिका यांच्यामध्ये नियंत्रक जालकाग्रासारखेच (परंतु दोन वेटोळ्यांमधीलअंतर जास्त असणारे) दुसरे जालाग्र बसविले म्हणजे चतुर्प्रस्थ ही नलिका तयार होते. या दुसऱ्या जालकाग्राला पटल जालकाग्र किंवा नुसते पटल म्हणतात. या पटलाला बराच मोठा धन विद्युत् दाब देतात. त्यामुळे नियंत्रक जालकाग्रामधून येणारे इलेक्ट्रॉन प्रवेगित होतात व पर्यावेश कमी होतो. त्याबरोबरच हे जालकाग्र नियंत्रक जालकाग्र व पट्टिका यांच्यामध्ये विद्युत् स्थितिक त्रायकाचे (संरक्षकाचे) कार्य करते. यामुळे (१) पट्टिका-नियंत्रक जालकाग्र पट्टिका धारणा कमी होते व (२) पट्टिकेवरील विद्युत् दाबामुळे ऋणाग्राच्या पृष्ठभागावर निर्माण होणारे विद्युत् स्थितिक क्षेत्र फार मोठ्या प्रमाणात कमी होते. पट्टिका विद्युत् दाब पटलावरील विद्युत् दाबापेक्षा जास्त असल्यास पट्टिकाप्रवाह बऱ्याच अंशी पटलावरील विद्युत् दाबावर अवलंबून असतो, या परिस्थितीत पट्टिका विद्युत् दाबाचा व प्रवाहावर फारच थोडा प्रभाव पडतो व त्यामुळे चतुर्प्रस्थाचा विवर्धनांक त्रिप्रस्थापेक्षा जास्त असतो.

पटल जालकाग्राच्या धन विद्युत् दाबामुळे प्रवेगित होणारे इलेक्ट्रॉन पट्टिकेवर आपटून द्वितीयक इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते. पट्टिका विद्युत् दाब पटलावरील दाबापेक्षा कमी असेल, तर हे द्वितीयकइलेक्ट्रॉन पटलाकडे आकर्षित होतात व तेवढ्या प्रमाणात पट्टिकाप्रवाह कमी होतो. यामुळे चतुर्प्रस्थाच्या अभिलक्षण वक्रात ऋणरोध विभाग निर्माण होतो (आ. ९ मधील दबलेला भाग). द्वितीयक उत्सर्जनाचा हा परिणाम पट्टिकेच्या पृष्ठभागाचे कार्बनीकरण करून (काजळीचा थर चढवून) कमी करता येतो. चतुर्प्रस्थाच्या अभिलक्षण वक्रात सरळ भाग कमी असल्यामुळे ही नलिका आता या स्वरूपात वापरत नाहीत.

चतुर्प्रस्थामध्ये आढळणारा द्वितीयक उत्सर्जनाचा परिणाम कमी करण्यासाठी पटल जालकाग्र व पट्टिका यांच्यामध्ये आणखी तिसरे जालकाग्र (दमनकारी) बसविले म्हणजे पंचप्रस्थ नलिका बनते. या जालकाग्रामुळे नियंत्रक जालकाग्रास पट्टिकेपासून अधिकच विद्युत् स्थितिक संरक्षण मिळते. त्यामुळे नियंत्रक-जालकाग्र  धारणा फारच कमी होते व पट्टिका मंडलातून जालकाग्र मंडलात होणारा पुन:प्रदाय टळतो. पंतप्रस्थाच्या सर्वसामान्य वापरामध्ये नियंत्रक जालकाग्राला ऋण विद्युत्‌ दाब व पटल जालकाग्राला ठराविक स्थिर असा धन विद्युत्‌ दाब दिलेला असतो. दमनकारी जालकाग्र ऋणाग्राला जोडलेले असते. यामुळे दमनकारी जालकाग्र पट्टिकेच्या सापेक्षतेने ऋण होते व पट्टिकेवरून उत्सर्जित होणाऱ्या द्वितीयक इलेक्ट्रॉनांचे पुन्हा पट्टिकेकडे प्रतिसारण होते. म्हणून चतुर्प्रस्थाच्या पट्टिका अभिलक्षण वक्रात आढळणारा ऋणरोध भाग पंचप्रस्थामध्ये येत नाही (आ. १०). रेडिओ व श्राव्य कंप्रतेच्या विद्युत् दाबाचे विवर्धन करण्यासाठी पंचप्रस्थाचा उपयोग होतो. पंचप्रस्थाचा μ हा १००० पेक्षा जास्त असून r_p कित्येक लाख ओहम असतो. आ. ११ मध्ये पंचप्रस्थाचे पट्टिका अभिलक्षण वक्र दाखविले आहेत.

‘दूर-मज्‍जाव’ नलिका : नेहमीच्या त्रिप्रस्थ व पंचप्रस्थ या नलिकांच्या साहाय्याने सूक्ष्म विद्युत् संदेशाचे विवर्धन करता येते.परंतु आदान प्रत्यावर्ती संदेशाच्या ऋण परमप्रसरामुळे (मध्यम स्थितीपासून लंब दिशेने होणाऱ्या कमाल स्थानांतरणामुळे) जालकाग्रावरील परिणामकारक विद्युत् दाब कोणत्याही कालावधीत ‘मज्‍जाव’ अवपातापेक्षा अधिक ऋण झाल्यास त्या कालावधीत नलिकेतून वाहणारा प्रवाह शून्य होतो (आ. १२). यामुळे विवर्धकाच्या प्रदानामध्ये विकृती उत्पन्न होते. हे टाळण्यासाठी ‘दूर-मज्‍जाव’ या प्रकारच्या नलिका वापरतात. या नलिकांतील नियंत्रक जालकाग्राच्या तारांचा व्यास किंवा त्यांमधील अंतर सर्वत्र सारखे नसते. त्यामुळे जालकाग्राच्या काही भागापुरती ‘मज्‍जाव’ स्थिती प्राप्त झाली, तरी ज्या ठिकाणी तारांमधील अंतर जास्त आहे तेथून काही प्रमाणात प्रवाह वाहतच राहतो व संपूर्ण नलिका ‘मज्‍जाव’ स्थितीत लवकर पोहोचत नाही. या नलिका रेडिओ ग्राही (रेडिओ तरंग ग्रहण करणारे साधन) व कंप्रता विरूपित प्रेषकांमध्ये वापरतात.

शलाका शक्ती नलिका : या पंचप्रस्थाप्रमाणेच कार्य करतात.परंतु यात दमनकारी जालकाग्राऐवजी ऋणाग्रापासून निघणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांचे शलाकेत रूपांतर करणाऱ्या पट्टिका असतात. नियंत्रक व पटल जालकाग्र यांच्या वेटोळ्यांच्या तारा बरोबर एकामागे एक याव्यात अशा प्रकारे या जालकाग्रांची रचना केलेली असते. त्यामुळे नेहमीच्या पंचप्रस्थामध्ये पटल जालकाग्रामुळे जसे काही इलेक्ट्रॉन अडविले जातात, तसे तेथे होत नाही व पटल जालकाग्र प्रवाहाचे मूल्यही कमी असते. शलाका तयार करणाऱ्या पट्टिका नलिकेच्या आतच ऋणाग्राला जोडलेल्या असतात. या नलिकेत इलेक्ट्रॉन शलाकांच्या रूपात पट्टिकेकडे जात असल्यामुळे पट्टिकेजवळ पर्यावेश निर्माण होतो. हा पर्यावेश साध्या पंचप्रस्थामधील दमनकारी जालकाग्राचे कार्य (म्हणजे द्वितीयक इलेक्ट्रॉन पट्टिकेकडे परतविण्याचे कार्य) करतो.

शलाका शक्ती नलिकांचे पट्टिका अभिलक्षण वक्र सर्वसाधारणपणे पंचप्रस्थाप्रमाणेच असतात. हे वक्र पट्टिका विद्युत् दाब कमी असलेल्या विभागात जास्त सरळ असतात. त्यामुळे ही नलिका मोठा परमप्रसर असलेल्या संदेशाचेही विवर्धन करण्यासाठी वापरता येते. प्रदानामध्ये येणारी विकृती अत्यल्प असते. या नलिकेचा विवर्धनांक चतुर्प्रस्थ किंवा पंचप्रस्थ नलिकांपेक्षा कमी असतो व पट्टिकारोध जास्त असतो (परंतु पंचप्रस्थाएवढा नसतो). ठराविक दिशेत जाणाऱ्या जास्त इलेक्ट्रॉन घनतेच्या शलाका व कमी पटल जालकाग्र प्रवाह यांमुळे या नलिकांची प्रदानशक्ती जास्त असून कार्यक्षमताही अधिक असते.

विशेष प्रकारच्या नलिका : कंप्रतेचे रूपांतर करण्यासाठी व संगणकामधील (गणकयंत्रामधील) द्वार मंडलात [→ इलेक्ट्रॉनीय स्विच मंडले] पाच जालकाग्रे असणाऱ्या सप्तप्रस्थ नलिका वापरतात. उपयोगाप्रमाणे त्यांना अनुक्रमे पंचजालकाग्रयुक्त परिवर्तक (येथे कंप्रता बदलणारी) व दुहेरी नियंत्रक सप्तप्रस्थ नलिका म्हणतात. काही प्रकारच्या कंप्रता मिश्रकांमध्ये पर्यावेश-जालकाग्र नलिका वापरतात. यात नियंत्रक जालकाग्र व ऋणाग्र यांच्यामध्ये अल्प असे धन वर्चस् दिलेले जालकाग्र बसवितात. ऋणाग्रापासून निघालेले इलेक्ट्रॉन या जालकाग्रामधून पलीकडे जातात, परंतु नियंत्रक जालकाग्रावरील ऋण अवपातामुळे त्यांचा वेग मंदावतो व ह्या जालकाग्राजवळ बरेच इलेक्ट्रॉन जमतात. हे इलेक्ट्रॉन वरील नलिकेत ऋणाग्राचे काम करतात. या आभासी ऋणाग्राचे क्षेत्रफळ जास्त असते व त्यामुळे नलिकेचा पारस्परिक संवहनांक वाढतो. रेडिओ ग्राहीमध्ये मेलन (प्रेषण केंद्राच्या कंप्रतेशी जुळणी) झाले आहे किंवा नाही, हे समजण्यासाठी ‘विद्युत् नेत्र’ या नावाच्या अशाच प्रकारच्या नलिका वापरतात. यांच्या निर्वात नलिकांच्या विद्युत् दाबमापकामध्ये व विरूपणाचे मापन करणाऱ्या उपकरणांतसुद्धा उपयोग केला जातो. विद्युत् मापकाकरिता वापरावयाच्या नलिकांत विशिष्ट रचना करून जालकाग्र प्रवाह अत्यंत कमी, म्हणजे १०^-९ दशलक्षांश (मायक्रो) ॲंपिअरएवढा कमी, करण्यात आलेला असतो. अत्यंत सूक्ष्म विद्युत् प्रवाह व विद्युत् दाब मोजण्यासाठी या नलिकांचा उपयोग होतो. बऱ्याच वेळा जागेती बचत व नलिकांवर होणारा खर्च कमी करण्यासाठी एकाच आवरणात दोन द्विप्रस्थ, दोन त्रिप्रस्थ किंवा द्विप्रस्थ व त्रिप्रस्थ इ. प्रयुक्ती बसविलेल्या असतात. आ. १३ मध्ये अशा काही बहुएककी नलिकांची चिन्हे दिली आहेत. लहान आकाराच्या नलिका तयार करण्यात बरीच प्रगती झाली आहे. नलिकांच्या सूक्ष्मीकरणामुळे नलिकांना जागा कमी लागते हे तर खरेच, परंतु नलिकांतील आंतरविद्युत्-अग्रीय धारणा व विद्युत् अग्रांना जोडलेल्या तारांमधील धारणाही कमी होणे, हाही एक महत्त्वाचा फायदा होतो.

उच्च कंप्रतेसाठी वापरावयाच्या नलिका : उच्च कंप्रतेला निर्वात नलिकांचा उपयोग करण्यासाठी इलेक्ट्रॉनाला ऋणाग्रापासून पट्टिकेकडे जाण्यास लागणारा काल अथवा संक्रमण काल कमी असणे आवश्यक आहे, नाहीतर जालकाग्र मंडलात मोठ्या शक्तीचा व्यय होऊ शकतो. विद्युत् अग्रांमधील अंतर कमी करून व उच्च विद्युत् दाब वापरून हा संक्रमण काल कमी करता येतो. विद्युत् अग्रांमधील अंतर कमी झाल्यामुळे त्यांमधील धारणाही कमी होतात. विद्युत् अग्रांचे क्षेत्रफळ कमी करून धारणांचे मूल्य आणखी कमी करता येते. याशिवाय विद्युत् अग्रांना जोडलेल्या तारांचे प्रवर्तकत्व (विद्युत् प्रवाहाच्या बदलास विरोध किंवा विलंब करण्याची क्षमता) व आंतरविद्युत्- अग्रीय धारणा मंडलाची योग्य जोडणी करून कमी कराव्या लागतात, कारण उच्च कंप्रतेस या राशी नलिकेची कार्यक्षमता कमी करतात.

या सर्व सुधारणा केल्यानंतरसुद्धा अशा नलिकांपासून मिळणारी शक्ती एकतर कमी असते व त्यांची कंप्रता मर्यादाही फार वाढू शकत नाही. यामुळे अतिशय सूक्ष्मतरंगांची (कंप्रता मर्यादा १००० दशलक्ष हर्ट्‌झ ते ३०,००० दशलक्ष हर्ट्‌झ) निर्मिती करण्यासाठी मॅग्‍नेट्रॉन, क्लिस्ट्रॉन व पुरोगामी तरंग नलिका या सर्वस्वी निराळ्या प्रकारच्या नलिका वापरतात. या नलिकांचा विवर्धक व आंदोलक म्हणून उपयोग होत असून त्यांचा रडार, दूरचित्रवाणी व अन्य सूक्ष्मतरंग संदेशवहनामध्ये उपयोग होतो.

ऋण किरण नलिका : हे विद्युत् संदेशाचे दृश्य प्रतिमेत रूपांतर करणारे साधन होय. दूरचित्रवाणी ग्राहीमध्ये चित्र-नलिका म्हणून तसेच ऋण किरण दोलनदर्शकामध्ये व रडारमध्ये यांचा उपयोग केला जातो [→ ऋण किरण नलिका दूरचित्रवाणी].

वायुभारित नलिका : या नलिकांत अत्यंत कमी दाबाखाली (सु. एक सहस्रांश मिमी.) अक्रिय (रासायनिक विक्रिया होण्याची सहज प्रवृत्ती नसलेला) वायू किंवा पाऱ्याची वाफ भरलेली असते. ऋणाग्रापासून निघणारे इलेक्ट्रॉन या वायूच्या रेणूंवर आपटतात व त्यांचे आयनीकरण करतात. आयनीकरणाने निर्माण झालेले धन आयन इलेक्ट्रॉन पर्यावेशाचे निराकरण करतात व यामुळे ऋणाग्रापासून इलेक्ट्रॉन मोठ्या संख्येने धनाग्रापर्यंत जाऊ शकतात. वायुभरित नलिकांचे काही प्रकार कोष्टक क्र. २ मध्ये दिले आहेत :

कोष्टक क्र. २. वायुभरित नलिकांचे काही प्रकार
थंड ऋणाग्र नलिका	उष्ण ऋणाग्र नलिका	द्रव पारा ऋणाग्र नलिका
प्रभा नलिका	टुंगार	बहुधनाग्र
विद्युत्‌ दाब नियामक	फेनोट्रॉन	इग्‍निट्रॉन
निऑन दिवा	थायरेट्रॉन	एक्सायट्रॉन
जालकाग्र-प्रभा नलिका

वायुभरित नलिकांमध्ये संवहनासाठी वायूमध्ये होणाऱ्या विद्युत् विसर्जनाचा उपयोग करतात. ही क्रिया प्रभा विसर्जन (मंद प्रकाश निर्माण करणारे विसर्जन) व प्रज्योत विसर्जन (प्रखर विद्युत् विसर्जन) या दोन प्रकारांनी होते. पहिल्या प्रकारामध्ये ऋणाग्र थंड असते व दुसऱ्या प्रकारात ते उष्ण असते. प्रभा विसर्जनामध्ये उच्च विद्युत् दाबपात (दाबाचे मूल्य कमी होणे, काही शत व्होल्ट) व कमी प्रवाह (काही मिअँपि.) मिळतो, तर प्रज्योत विसर्जनामध्ये कमी दाबपात (काही दश व्होल्ट) व मोठा प्रवाह (काही अँपिअर) मिळतो.

थंड ऋणाग्र नलिका : प्रभा नलिकेमध्ये दोन सारख्याच आकाराची विद्युत् अग्रे बसविलेली असतात. ऋणाग्राच्या निकटचा एक लहान विभाग सोडून नलिकेच्या इतर सर्व भागांतून प्रकाश मिळतो व त्यामुळे या नलिकेचा दर्शक दिवा म्हणून उपयोग होतो. यातील वर्चस् पात जवळजवळ स्थिर असून तो विद्युत् प्रवाहावर अवलंबून नसतो. याकरिता हा दिवा मंडलात वापरताना विद्युत् प्रवाहाचे नियंत्रण करण्यासाठी त्याबरोबर एकसरीमध्ये (म्हणजे एकापुढे एक) एक रोधक जोडावा लागतो. निऑन दिवे म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या दिव्यांच्या आधारणीतच (आधार देणाऱ्या भागातच) असा रोधक बसविलेला असतो व त्यामुळे हे दिवे १२० किंवा २४० व्होल्ट विद्युत् दाबाला नेहमीच्या दिव्याप्रमाणे वापरता येतात.

विद्युत् दाब नियामक नलिका : आ. १४ मध्ये या नलिकेची रचना दाखविली आहे. यात ऋणाग्र पोकळ दंडगोलाकृती असून त्याच्या अक्षदिशेत दंडाकृती धनाग्र बसविलेले असते. धनाग्राच्या आतील पृष्ठभागावर एखाद्या ऑक्साइडाचा (उदा., बेरियम ऑक्साइडाचा) लेप दिलेला असतो. धनाग्र व ऋणाग्र यांमधील अंतर, ऋणाग्राला वितळजोड (वेल्डिंग) करून बसविलेल्या आरंभक (सुरू करणाऱ्या) विद्युत् अग्राने कमी केलेले असते. म्हणून प्रभा विसर्जन सुरू करण्यासाठी कमी विद्युत् दाब पुरतो. नलिकेत होणारा दाबपात ऋणाग्राचे द्रव्य व नलिकेत भरलेला वायू यांवर अवलंबून असतो. एका ठराविक मर्यादेत विद्युत् प्रवाह बदलला तरी नलिकेत होणारा दाबपात हा सामान्यपणे स्थिर राहतो. म्हणून या नलिकेचा विद्युत् दाब नियमनामध्ये उपयोग होतो.

या नलिकांना थंड ऋणाग्र द्विप्रस्थ म्हणता येईल. त्यांचा आकृतीदर्शक प्रकाश उद्‌गम [ठराविक कालाने प्रकाश झोत उत्पन्न करणारा उद्‌गम, → आवृत्तीदर्शक], शिथिलन आंदोलक [ज्याचा प्रदान तरंग ज्या-वक्रीय नसतो असा आंदोलक, → आंदोलक], ध्रुवतादर्शक [ध्रुवित प्रकाशाचा आविष्कार दाखविण्याचे उपकरण, → ध्रुवणमिति] म्हणून तसेच विद्युत् दाब प्रचंड वाढला असता उपकरणांची व यंत्रांची होणारी हानी थांबविणाऱ्या साधनात उपयोग होतो.

जालकाग्र-प्रभा नलिका किंवा थंड ऋणाग्र त्रिप्रस्थ :यात आ. १५ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे जालकाग्र किंवा आरंभक विद्युत् अग्र बसविले म्हणजे त्याचा ऋणाग्र व धनाग्र यांच्यामध्ये होणाऱ्या विसर्जनावर थोडे फार नियंत्रण ठेवण्यासाठी उपयोग होतो. या नलिकांचा इलेक्ट्रॉनीय स्विच म्हणून उपयोग होतो.

उष्ण ऋणाग्र नलिका : या नलिकांत प्रज्योत विसर्जनी संवहन होत असल्यामुळे दाबपात कमी असतो. नलिकेत असणारी विद्युत् अग्रे, वापरलेला वायू, ऋणाग्राचा प्रकार, आकार व  अभिलक्षणे यांतील फरकाप्रमाणे यांचे वर्गीकरण करता येते.

या नलिकेच्या उत्सर्जक व पट्टिका ह्यांमध्ये वाढता विद्युत् दाब लावला असता विद्युत् प्रवाह प्रथम निर्वात नलिकेतल्याप्रमाणे वाढतो (आ. १६). पट्टिकेचे वर्चस् आणखी वाढवीत गेले असता इलेक्ट्रॉनांचा वेग वाढतो व ते वायूला आयनीकृत करतात. आयनीकरणामुळे निर्माण झालेले धन आयन पर्यावेशाचे निराकरण करतात व त्यामुळे नलिकेतील प्रवाह झपाट्याने वाढत जातो. या नलिकांत प्रवाह उत्सर्जनाच्या मर्यादेपर्यंत वाढू शकतो, त्यामुळे ऋणाग्राचे उत्सर्जन अनुकूलतम करण्याची यांत व्यवस्था असते. अभिलक्षण वक्रात दाखविलेला उभा भागानुरूप दाबपात हा आयनीकरण वर्चसावर अवलंबून असतो (पाऱ्याची वाफ वापरल्यास १० ते १५ व्होल्ट). ऋणाग्राचे उत्सर्जन वाढावे म्हणून ऑक्साइडलेपित किंवा थोरियममिश्रित टंगस्टनाचे ऋणाग्र वापरतात. नलिकेतील तापमान फार वाढले तर विद्युत् अग्रांचा नाश होतो म्हणून तापमान वाढू न देण्यासाठी विशेष योजना केलेली असते. ऋणाग्राचे उत्सर्जन वाढावे म्हणून कमीत कमी घनफळात जास्तीत जास्त पृष्ठफळ असावे, अशी त्याची रचना केलेली असते. ऋणाग्रातील उष्णता परावर्तक दंडगोल व दंडगोलाकृती ऋणाग्राला जोडणारी पाती हे भाग ऑक्साइडलेपित असतात. आ. १७ (अ) आणि (आ) मध्ये काही ऋणाग्रे दाखविली आहेत.

टुंगार व फेनोट्रॉन :उष्ण ऋणाग्राचा उपयोग करणाऱ्या वायुभरित एकदिशकारकामध्ये टुंगार (आ. १८) ही नलिका सर्वांत जुनी आहे. तीत इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनासाठी टंगस्टनाचा तंतू वापरलेला असून नलिकेत आर्‌गॉन वायू (५ ते १० सेंमी. दाबाचा) भरलेला असतो. धनाग्र ग्रॅफाइटाचे असते. यापासून ६०–९० व्होल्ट एकदिश विद्युत् दाबाचा १ ते १५ अँपिअर एवढा प्रवाह मिळतो.

फेनोट्रॉन हा काचेचा किंवा धातूचे कवच असलेला पाऱ्याची वाफ किंवा अक्रिय वायू (उदा., आर्‌गॉन, झेनॉन) कमी दाबाखाली भरलेला एकदिशकारक होय. जेथे उच्च विद्युत् दाब वापरावयाचा असेल तेथे काचेचेच कवच वापरतात. २,००० ते १२,००० व्होल्टच्या १ ते १० अँपिअर प्रवाहासाठी या नलिका वापरतात.

थायरेट्रॉन : ऋणाग्र व पट्टिका यांच्यामध्ये विशेष प्रकारचे जालकाग्र असणारी वायुभरित नलिका म्हणजे थायरेट्रॉन होय. थायरेट्रॉनामधील हे जालकाग्र केवळ प्रवाह सुरू करण्याचे कार्य करते. एकदा प्रवाह सुरू झाला म्हणजे या जालकाग्राचे त्यावर कोणतेच नियंत्रण राहत नाही. चालू झालेला प्रवाह थांबविण्यासाठी पट्टिका विद्युत् दाब शून्य किंवा अल्प काळ करावा लागतो. जालकाग्रावर एक विशिष्ट ऋण विद्युत् दाब स्थिर ठेवून पट्टिकेवरील धन विद्युत् दाब शून्यापासून वाढवीत गेल्यास, ज्या क्रांतिक (बदल घडविणाऱ्या विशिष्ट) दाबमूल्यावर नलिकेतील विद्युत् प्रवाहात एकदम वाढ होऊन ही प्रयुक्ती संवाहक बनते, त्यास आरंभक विद्युत् दाब म्हणतात. आरंभक विद्युत् दाब जालकाग्रावरील  ऋण विद्युत् दाबावर अवलंबून असतो. आरंभक विद्युत् दाब लावला असता जालकाग्र व पट्टिकाग्र यांमधील वायूच्या अणूंचे इलेक्ट्रॉन आघातामुळे आयनीकरण होते. यांपैकी धन आयन जालकाग्राकडे आकर्षिले जाऊन ते त्याभोवती पर्यावेश-आवरण तयार करतात. यामुळे जालकाग्राच्या विद्युत् स्थितिक क्षेत्राचे आवरणकक्षेच्या बाहेर निराकरण होते व अशा रीतीने जालकाग्राचा नियंत्रण गुणधर्म नाहीसा होतो. धन आयन जालकाग्र ओलांडून ऋणाग्राकडे आकर्षिले जातात व ते तेथील पर्यावेशाचे निराकरण करतात. म्हणून एकदा आयनीकरणाला सुरुवात झाली म्हणजे पट्टिका प्रवाहावर मर्यादा घालणारा पर्यावेश उरत नाही. त्यामुळे थायरेट्रॉनामध्ये निर्वात त्रिप्रस्थापेक्षा खूप मोठा प्रवाह मिळू शकतो. पट्टिकेचा विद्युत् दाब ऋण केला असता प्रवाह बंद पडतो. प्रवाह चालू असताना नलिकेत निर्माण झालेले आयन पूर्णपणे नष्ट होऊन जालकाग्राचे नियंत्रण प्रस्थापित करण्याकरिता काही कालावधी जाऊ द्यावा लागतो. या काळाला निरायनीकरण काल म्हणतात. हा सामान्यपणे १०० ते १,००० दशलक्षांश सेकंद एवढा असतो. सामान्यपणे थायरेट्रॉनामध्ये पाऱ्याची वाफ, आर्‌गॉन किंवा झेनॉन हे अक्रिय वायू किंवा हायड्रोजन वापरतात. हायड्रोजनभरित थायरेट्रॉनामध्ये निरायनीकरण काल फार कमी (१० दशलक्षांश सेकंद एवढा) असतो.

थायरेट्रॉनाची रचना आ. १९ मध्ये दाखविली आहे. यातील जालकाग्र पोकळ दंडगोलाकार असून ते ऋणाग्र व पट्टिका यांना जवळ जवळ संपूर्णपणे वेष्टित करते. ऋणाग्र व पट्टिका यांच्यामध्ये अडथळा टल असते. काही थायरेट्रॉनांमध्ये जालकाग्र ऋणाग्राभोवती बसविलेले असते. पट्टिकेकडे इलेक्ट्रॉन जाण्यासाठी अडथळा पटलाला छिद्रे असतात. थायरेट्रॉनाच्या बाबतीत जालकाग्र विद्युत् दाब व आरंभक विद्युत् दाब यांचा आलेख महत्त्वाचा असतो. या वक्राला नियंत्रण अभिलक्षण वक्र म्हणतात.

काही थायरेट्रॉन जालकाग्राला धन विद्युत् दाब दिला असतानाच संवाहक बनतात. या थायरेट्रॉनामध्ये एकाऐवजी दोन जालकाग्र अडथळा पटले असतात. याबाबतीत प्रवाह सुरू करण्यासाठी लागणारा जालकाग्र विद्युत् दाब पट्टिकेच्या विद्युत् दाबावर अवलंबून नसतो.

थायरेट्रॉनामध्ये प्रवाह सुरू झाल्यावर त्यावर जालकाग्राचे नियंत्रण राहत नसले, तरी प्रवाह मोठ्या असल्यामुळे जालकाग्र प्रवाह दुर्लक्षणीय नसतो. सामान्यपणे जालकाग्र प्रवाह ५० दशलक्षांश अँपिअर किंवा त्याहून कमी असतो. परंतु काही उपयोगांत हा प्रवाह यापेक्षाही कमी असणे जरूर असते. आ. २० मध्ये दाखविल्याप्रमाणे त्रायक जालकाग्राचा उपयोग करून जालकाग्र प्रवाहाचे मूल्य शतपटीने कमी करता येते.

द्रव पारा ऋणाग्र नलिका : या नलिकांमध्ये दाबपात कमी असून त्यातून फार मोठा प्रवाह मिळू शकतो. या प्रकारचे एकदिशकारक १२५ ते २०,००० व्होल्ट विद्युत् दाबास ५० ते ७,५०० सहस्र वॉट शक्ती हाताळू शकतात. द्रव पारा ऋणाग्र नलिकांमध्ये उच्च क्षेत्र उत्सर्जन व आयन आघात या दोन्ही प्रक्रियांनी इलेक्ट्रॉन मुक्त होतात. आरंभक अग्र व द्रव पारा यांच्यामध्ये प्रथम विद्युत् विसर्जन होते. या प्रक्रियेमधील आयनीकरणाने तयार होणाऱ्या धन आयनांचा पाऱ्याच्या पृष्ठभागावर मारा होऊन किंवा थर जमून इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होतात. यानंतर ऋणाग्र (द्रव पारा) व धनाग्र यांमध्ये प्रज्योत विसर्जन सुरू होते. या प्रकारच्या ऋणाग्रामध्ये होणाऱ्या इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाची प्रक्रिया अद्यापही नीट समजलेली नाही.

बहुधनाग्र नलिका : यात काच किंवा धातूच्या नलिकेत विविध विद्युत् अग्रे बसविलेली असून नलिका वाताभेद्य बनविलेली असते किंवा नलिकेची निर्वात अवस्था टिकविण्यासाठी निर्वात पंपाची योजना केलेली असते. काचेच्या नलिकेत २, ३ किंवा ६ धनाग्रे असून ही नलिका हवेच्या साहाय्याने थंड ठेवण्यात आलेली असते. धातूच्या नलिकेत ६, १२ किंवा १८ धनाग्रे बसविलेली असून नलिका थंड करण्यासाठी पाण्याचा उपयोग करतात. काचेच्या नलिकांची ४०० अँपिअरपर्यंत व धातूच्या नलिकांची ८,००० अँपिअरपर्यंत प्रवाह नेण्याची क्षमता असते व विद्युत् दाब मर्यादा २५० ते २०,००० व्होल्ट एवढी असते.

इग्निट्रॉन : यात एकच धनाग्राचा उपयोग केलेला असतो. संवहनाच्या प्रत्येक आवर्तनामध्ये प्रज्योत सुरू करण्यासाठी यात प्रज्वलकाचा (एक प्रकारच्या विद्युत् अग्राचा) उपयोग केलेला असतो. प्रज्वलक बोरॉन कार्बाइडासारख्या उच्च रोध असणाऱ्या पदार्थांपासून बनविलेला असून त्याचे एक टोक पाऱ्याच्या कुंडात बुडलेले असते. या विद्युत् अग्रातून योग्य मूल्याच्या प्रवाहाचा स्पंद पाठविला असता प्रज्वलक व पारा यांचा जेथे संबंध येतो तेथे ‘ऋणाग्र बिंदू’ तयार होतो व हा ‘ऋणाग्र बिंदू’ संवहनासाठी आवश्यक असणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांचा पुरवठा करतो. एकदा प्रज्योत सुरू झाल्यावर प्रज्योत प्रवाह ऋणाग्र बिंदूचा नाश होऊ देत नाही व प्रज्वलकाचे कार्य संपते. इग्निट्रॉनमध्ये प्रज्वलकाद्वारा वारंवार विसर्जन सुरू करण्याचे तंत्र वापरलेले असल्यामुळे धनाग्र व ऋणाग्र यांमधील अंतर कमी ठेवता येते. त्यामुळे दाबपात कमी होतो व या नलिकेची कार्यक्षमताही जास्त राहते. यात आयंनाचा भरपूर पुरवठा होत असल्यामुळे या नलिका जास्त प्रवाहाचे, धोका न पोहोचता संवहन करू शकतात. वितळजोडकामासाठी व एकदिशीकरणासाठी वापरावयाचे असे इग्निट्रॉनांचे दोन प्रकार आहेत. या नलिकांपासून २५० ते २०,००० किंवा त्याहून जास्त विद्युत् दाबाचा २५ ते १,००० अँपिअर प्रवाह मिळतो.

एक्सायट्रॉन : या नलिकेत ऋणाग्र बिंदू टिकून तो स्थिर राहण्यासाठी खास व्यवस्था केलेली असते. प्रज्योतीची सुरुवात स्थिर करण्याकरिता वापरण्यात आलेल्या क्रिया जवळजवळ बहुधनाग्र नलिकेत असलेल्या क्रियांप्रमाणेच असतात.

प्रकाशविद्युत् नलिका : प्रकाशविद्युत् प्रयुक्तींचे मूलभूत असे तीन प्रकार आहेत. (१) ज्यामध्ये प्रकाश पाडल्यामुळे ऋणाग्राच्या पृष्ठभागापासून इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते व विद्युत् प्रवाह मिळविण्यासाठी धनाग्रास बाहेरून विद्युत् दाब लावावा लागतो, अशा नलिकांना ‘प्रकाश-उत्सर्जक’ असे म्हणतात. (२) ज्या प्रयुक्तीवर प्रकाश पाडल्यामुळे विद्युत् चालक प्रेरणा (मंडलात विद्युत् प्रवाह वाहण्यास कारणीभूत होणारी प्रेरणा) निर्माण होऊन बाहेरून विद्युत् दाब न लावता प्रवाह मिळतो, त्यांना ‘प्रकाशविद्युत् चालक’ असे म्हणतात व (३) ज्या प्रयुक्तींचा रोध प्रकाशाच्या तीव्रतेनुसार बदलतो व म्हणून ज्यामध्ये बाहेरून विद्युत् दाब लावला असतानाच प्रवाह मिळू शकतो, त्यांना ‘प्रकाश-संवाहक’ म्हणतात.

आ. २१ मध्ये प्रकाशविद्युत् नलिका व तिचे चिन्ह दाखविले आहे. ही नलिका निर्वात केलेली असून तिच्यामध्ये अर्धदंड गोलाकृती ऋणाग्र व मध्यभागी दंडाकृती धनाग्र अशी दोन विद्युत् अग्रे असतात. चांदीच्या (किंवा दुसऱ्या योग्य धातूच्या) पृष्ठभागावर सिझियम धातू किंवा परिणामी कार्यफलन कमी करणारे इतर द्रव्य, यांचा एक थर बसवून ऋणाग्र तयार केलेले असते. ऋणाग्रासाठी जो प्रकाशसंवेदनशील पदार्थ वापरलेला असतो, त्यानुसार प्रकाशविद्युत् परिणाम घडून येण्याकरिता लागणाऱ्या लघुतम प्रकाश तरंगलांबीचे मूल्य ठरते.

ऋणाग्रावरून उत्सर्जित होणारे सर्वच्या सर्व इलेक्ट्रॉन गोळा करण्यासाठी धनाग्राला थोडासाच (१० ते २० व्होल्ट) विद्युत् दाब पुरे होतो. यानंतर विद्युत् दाब कितीही वाढविला तरी प्रवाह आणखी वाढत नाही. आ. २२ (अ) मध्ये प्रकाशविद्युत् नलिकेचे अभिलक्षण वक्र दाखविले आहेत. हे वक्र पंचप्रस्थ नलिकेप्रमाणे आहेत हे लक्षात येईल.  नलिकेतील विद्युत् प्रवाहात वाढ करण्याकरिता अगदी कमी दाबाखाली योग्य असा वायू भरला म्हणजे वायुभरित प्रकाशविद्युत् नलिका तयार होते. या नलिकेत वायूच्या रेणूंवर इलेक्ट्रॉन आपटून त्यांना आयनीकृत करतात. त्यामुळे प्रकाशाने उत्सर्जित केलेल्या प्राथमिक इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येपेक्षा कितीतरी पटीने अधिक इलेक्ट्रॉन निर्माण होऊन धनाग्राकडे आकर्षिले जातात. अशा प्रकाश विद्युत् नलिकेचे अभिलक्षण वक्र आ. २२ (आ) मध्ये दाखविले आहेत. वायू वापरण्याने नलिकेची संवेदनक्षमता जवळजवळ १० ते १०० पटींनी वाढते. धन आयन जड असल्यामुळे त्यांचा वेग कमी असतो व त्यांना ऋणाग्रापर्यंत पोहोचण्यासाठी साहजिकच जास्त वेळ लागतो. ऋणाग्रावर पडणाऱ्या प्रकाशाच्या तीव्रतेत जर फार जलद फरक (कंप्रता ५ ते १० सहस्र हर्ट्‌झ) होत असेल, तर वरील कारणामुळे नलिका विद्युत् प्रवाहात त्यांचा परिणाम आढळत नाही.

प्रकाशविद्युत् नलिकेमध्ये उत्पन्न होणारा विद्युत् प्रवाह फारच कमी (काही दशलक्षांश अँपिअर) असतो. तो वाढविण्यासाठी काही नलिकांत द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करणाऱ्या पृष्ठभागांचा उपयोग केलेला असतो. या नलिकांना प्रकाशगुणक नलिका म्हणतात. आपटणारा एक प्राथमिक इलेक्ट्रॉन जेवढे द्वितीयक इलेक्ट्रॉन मुक्त करतो त्यास उत्सर्जन गुणोत्तर (d) म्हणतात. याचे मूल्य पृष्ठभागाचे गुणधर्म व प्राथमिक इलेक्ट्रॉनाची ऊर्जा या दोन गोष्टींवर अवलंबून असते. ऊर्जा (V) वाढविली असता गुणोत्तराचे मूल्य प्रथम वाढत जाते, पण ते लवकरच एका विशिष्ट मूल्यास (Vm) महत्तम मूल्य (dm) धारण करते. यापुढे इलेक्ट्रॉनाची ऊर्जा वाढविली असता dचे मूल्य उलट कमीच होत जाते. बहुतेक सर्व शुद्ध धातूंकरिता Vm चे मूल्य ३०० ते ९०० व्होल्टच्या दरम्यान असून dm चे मूल्य ०·५ ते १·५ च्या आसपास असते. विशिष्ट रीतीने तयार केलेले पृष्ठभाग (उदा., चांदी + ऑक्सिजन + सिझियमाचा थर) अथवा निरोधक यांमध्ये मात्र हे गुणोत्तर ५ ते १० एवढे मोठे असू शकते. ऋणाग्रापासून उत्सर्जित होणारे इलेक्ट्रॉन व१ या विशिष्ट पृष्ठभाग असलेल्या वर्धकाग्रावर आपटतात (आ. २३) व त्यातून पुष्कळ द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होतात. हे इलेक्ट्रॉन व२ या दुसऱ्या वर्धकाग्राला लावलेल्या अधिक धन दाबामुळे त्याच्याकडे प्रवेगित होतात व त्यांचे पुन्हा द्वितीयक उत्सर्जन होते. अशा रीतीने सोपानी पद्धतीत मांडलेल्या वर्धकाग्रांचा उपयोग करून मूळ सूक्ष्म प्रवाहाचे खूप मोठ्या पटीत विवर्धन करता येते.

प्रकाश-संवाहक नलिका : कॅडमियम, सिलिनियम व लेड सल्फाइड यांसारख्या अर्धसंवाहक पदार्थांचा रोध प्रकाश तीव्रतेबरोबर बदलतो, या तत्त्वावर या साधनाचे कार्य चालते. सर्वसामान्यपणे या प्रकाराच्या नलिकांचा रोध ५ ते १० दशलक्ष ओहम असून यावर प्रकाश पडला असता तो ०·५ ते १ दशलक्ष ओहम एवढा होतो.

प्रकाशविद्युत चालक नलिका : ही प्रयुक्ती चार मूलभूत स्तरांनी बनलेली असते. (१) सगळ्यांत वरचा स्तर संवाहक धातूचा असून तो अतिशय पातळ असल्यामुळे अर्धपारदर्शक असतो, (२) याच्या खालचा स्तर निरोधक द्रव्याचा असून तोही अतिशय पातळ (~१०^-४ सेंमी. जाडीचा) असतो, (३) याला लागून एक अर्धसंवाहक द्रव्याचा पातळ स्तर असतो व (४) त्याच्याखाली संवाहक धातूचा पाया असतो. १ व ३ या स्तरांतील संधीमध्ये एकदिशकारक गुणधर्म असतात. हे गुणधर्म त्या दोघांमधील क्र. २ च्या अवरोधी स्तराच्या अस्तित्वामुळे येतात. ३ व ४ यांमधील संधी मात्र साधा संधी असतो. यांतील क्र. १ च्या स्तरावर प्रकाश पाडला असता या प्रयुक्तीमध्ये विद्युत् चालक प्रेरणा उत्पन्न होऊन मंडल पूर्ण केल्यास त्यामध्ये एकदिश विद्युत् प्रवाह मिळतो व तो मोजता येतो. आ. २४ मध्ये याची रचना दाखविली आहे.

प्रकाशविद्युत्‌ नलिकांचा अभिचालित्र (एका मंडलातील विद्युत् स्थितीमध्ये बदल करून दुसऱ्या मंडलाला कार्यान्वित करणाऱ्या विद्युत् यांत्रिक साधनाच्या) मंडलामध्ये उपयोग होतो. प्रकाशतीव्रता मोजण्यासाठी व रंग ओळखण्यासाठीही त्यांचा उपयोग करतात. यांशिवाय विद्युत् संवाहक असे अर्धपारदर्शक पृष्ठभाग, काही प्रकारच्या गुणक नलिका, प्रतिमा नलिका व दूरचित्रवाणीमधील प्रतिमा ऑर्थिकॉन इ. साधनांत या नलिका वापरतात [→ दूरचित्रवाणी].

शिरोडकर, सु. स.

अर्धसंवाहक प्रयुक्ती : १९४८ साली ट्रँझिस्टरचा शोध लागल्यापासून इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीमध्ये इलेक्ट्रॉन नलिकांची जागा बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात अनेक प्रकारच्या अर्धसंवाहक प्रयुक्तींनी घेतली आहे. प्रमुख अर्धसंवाहक प्रयुक्तींची माहिती खाली दिली आहे :

(१) अर्धसंवाहक द्विप्रस्थ : p व n प्रकारच्या अर्धसंवाहकांचा संधी म्हणजेच अर्धसंवाहक द्विप्रस्थ होय. याला संधी द्विप्रस्थ अशीही संज्ञा आहे. संधीच्या p विभागाला n विभागाच्या तुलनेने धन वर्चस् दिल्यास म्हणजे संधीला सम अवपात (एका बाजूला कल असलेला विद्युत् दाब) दिल्यास संधीचा विद्युत् रोध अगदी कमी असतो व संधीला व्यस्त अवपात दिल्यास त्याचा विद्युत् रोध पुष्कळ वाढतो. यामुळे p-n संधीला एकदिशीकरण गुणधर्म असतो. या प्रकारचे द्विप्रस्थ एकदिशकारक व शोधक म्हणून वापरतात [→ ट्रॅंझिस्टर तंत्रविद्या; अर्धसंवाहक].

(२) झेनर द्विप्रस्थ : अर्धसंवाहक द्विप्रस्थाचा हा एक प्रकार आहे. p-n संधीला दिलेला व्यस्त अवपात विशिष्ट मर्यादेपेक्षा वाढविला, तर संधीमधून वाहणारा विद्युत् प्रवाह अमर्याद वाढतो. याला ‘झेनर परिणाम’ म्हणतात व या परिणामाचा उपयोग करून घेऊन ज्याचे कार्य चालते अशा अर्धसंवाहक द्विप्रस्थाला झेनर द्विप्रस्थ असे म्हणतात. याचा विशेष गुणधर्म म्हणजे झेनर परिणाम कार्यान्वित असताना संधीमधून वाहणारा विद्युत् प्रवाह कमी जास्त केला, तरी संधीच्या p व n विभागांमधील विद्युत् दाब स्थिर राहतो. या गुणधर्मामुळे झेनर द्विप्रस्थाचा उपयोग नियामक मंडलामध्ये स्थिर विद्युत् दाब घटक म्हणून केला जातो [→ अर्धसंवाहक].

(३) सुरंग द्विप्रस्थ : हा एक विशेष प्रकारचा अर्धसंवाहक द्विप्रस्थ आहे. p-n संधीमधील अवरोध अगर संक्रमण स्तर अगदी अरुंद (सु. ०·१० मिमी.) केल्यास व अर्धसंवाहकांतील अपद्रव्याचे (भिन्न द्रव्याचे म्हणजे अशुद्धीचे) प्रमाण वाढविल्यास संधीला सम अवपाताच्या विशिष्ट मर्यादेत ऋण-रोध गुणधर्म प्राप्त होतो. या गुणधर्मांचा उपयोग करून या प्रकारचा द्विप्रस्थ आंदोलक विवर्धक म्हणून व स्विच मंडलात वापरता येतो [→ अर्धसंवाहक].

(४) बिंदु-स्पर्श ट्रँझिस्टर : ट्रँझिस्टरमधील तीन थरांना उत्सर्जक, पाया व संकलक (एकत्र करणारा) अशा संज्ञा आहेत. या प्रकारच्या ट्रँझिस्टमध्ये उत्सर्जक व संकलक हे थर अर्धसंवाहकाच्या खंडाच्या पृष्ठभागावर एकमेकांशेजारी स्पर्शविलेल्या तारांच्या अणकुचीदार टोकांच्या स्वरूपात असतात. बहुधा ही टोके अर्धसंवाहक खंडाच्या एकाच पृष्ठभागावर सु. ०·०५ मिमी. अंतरावर टेकविलेली असतात (आ. २५). क्वचित प्रसंगी अर्धसंवाहकाच्या पातळ चकतीच्या दोन्ही बाजूंवर एक एक बिंदु-स्पर्श वापरूनही अशा प्रयुक्ती बनविलेल्या असतात.

ट्रँझिस्टरच्या वर्गातील प्रयुक्तींच्या शोधांची सुरुवात या प्रकारच्या ट्रँझिस्टरच्या शोधाने झाली. याच्या रचनेत सामान्यपणे n प्रकारचा अर्धसंवाहक, बेरिलियम-ताम्र अग्राचा उत्सर्जक बिंदु-स्पर्श व फॉस्फरब्राँझ अग्राचा संकलक बिंदु-स्पर्श वापरतात. हा तयार करताना अर्धसंवाहक खंडाचा पृष्ठभाग प्रथम काळजीपूर्वक घासून काढतात व त्यावर बिंदु-स्पर्श दाबून बसवितात. संकलक बिंदु-स्पर्शामधून व्यस्त अवपाताच्या दिशेने विद्युत् दाब लावून विद्युत् विभंग (विद्युत् विसर्जन) होण्यास पुरेल इतक्या शक्तीच्या क्षणिक (एक सहस्रांश सेकंद किंवा कमी) विद्युत् प्रवाह-स्पंद वाहू दिला जातो व बिंदु-स्पर्श अर्धसंवाहकाच्या वितळबिंदूपर्यंत तापविला जातो. या विद्युत् क्रियेमुळे संकलक बिंदु-स्पर्शाच्या प्रवाह-गुणानांकाचे (∝^* या प्रचलाचे म्हणजे विशिष्ट परिस्थितीत स्थिर रहाणाऱ्या राशीचे) मूल्य अनेक पटींनी वाढते. वरील क्रिया न केल्यास हे मूल्य एकापेक्षा बरेच कमी असते. उत्सर्जक बिंदु-स्पर्शाची अर्धसंवाहकामध्ये विद्युत् भारवाहकांचे अंत:क्षेपण करण्याची (आत प्रवेशित करण्याची) क्षमता (γ) सु. ०·३ इतकी असते व संक्रमण क्षमता सु. एक असल्यामुळे प्रयुक्तीचा एकूण प्रवाह-विवर्धनांक (∝) सु. तीन पर्यंत मिळू शकतो.

वर वर्णन केलेल्या संकलक बिंदु-स्पर्शावरील विद्युत् क्रियेमुळे ∝^* मध्ये वाढ होते व शिवाय संकलकाच्या वर्चसी अवरोधामधून (अडथळ्यातून) क्षरण (गळती) प्रवाहातही (Ic₀) वाढ होते. यामुळे संकलकाला दहा व्होल्ट विद्युत् दाब दिल्यास या प्रकारच्या प्रयुक्तीमध्ये उत्सर्जक प्रवाह शून्य केला, तरी सु. एक मिअँपि. प्रवाह वाहतो. संधि-ट्रँझिस्टरामध्ये अशाच परिस्थितीत एक मायक्रोअँपि. इतकाच प्रवाह वाहतो.

शंभर मेगॅहर्ट्‌झ कंप्रतेपर्यंत समाधानकारकपणे काम देऊ शकतील असे २०० मिलिवॉटपर्यंत शक्तीचे बिंदु-स्पर्श ट्रँझिस्टर तयार करता येतात. त्यांचा आंदोलक व बहुकंपी ‘उघड मीट’ मंडलात [→ इलेक्ट्रॉनीय स्विच मंडले] सुलभतेने उपयोग करता येतो, कारण त्यांचा ∝हा प्रचल एकापेक्षा मोठा असतो व त्यामुळे त्याचा पाया आदान-अग्र म्हणून वापरल्यास त्याच्या मंडलात ऋण-रोध सहजपणे प्राप्त होतो. या प्रकारच्या ट्रँझिस्टरांची अभिलक्षणे स्थिरमूल्यी नसतात व त्यांच्यामधील क्षरण प्रवाह तुलनेने जास्त असतो. त्यामुळे ते फारसे वापरीत नाहीत.

(५) संधि-ट्रँझिस्टर : p व n प्रकारच्या अर्धसंवाहक घटकांपासून बनवलेला विवर्धक म्हणजे ट्रँझिस्टर होय. अर्धसंवाहकाचे p व n प्रकारचे तीन थर एकाआड एक असे ठेवून संधि-ट्रँझिस्टर तयार करतात. संधि-ट्रँझिस्टरसाठी वापरण्यात येणारे आधारभूत अर्धसंवाहक द्रव्य म्हणजे जर्मेनियम किंवा सिलिकॉन हे होय. संधि-ट्रँझिस्टर दोन प्रकारचे आहेत. (अ) p-n-p व (आ) n-p-n. रचनेच्या दृष्टीने संधि-ट्रँझिस्टर म्हणजे विमुख ठेवलेले दोन p-n द्विप्रस्थ होत. इलेक्ट्रॉनीय मंडलात त्रिप्रस्थ नलिकेच्याऐवजी (आ) प्रकारच्या संधि-ट्रँझिस्टरचा वापर सर्रासपणे केला जातो [→ ट्रँझिस्टर तंत्रविद्या इलेक्ट्रॉनीय विविर्धक].

संधि-ट्रँझिस्टर प्रचल:दोन आदान अग्रे व दोन प्रदान अग्रे असलेले विद्युत् जाल म्हणून मंडलात जोडलेल्या ट्रँझिस्टरकडे पाहता येते व त्याची अभिलक्षणे तीन प्रकारच्या प्रचल समूहांनी निर्दिष्ट करता येतात. संरोध (सर्व प्रकारच्या विद्युत् रोधांची बेरीज) किंवा Z प्रचल, प्रवेशितांक (संरोधाचा व्यस्तांक) किंवा y प्रचल व संमिश्र किंवा h प्रचल हे तीन प्रचल समूह यासाठी वापरतात. यांपैकी h प्रचलांचे मूल्य जास्त सुलभतेने व अचूकतेने मोजता येते. त्यामुळे मंडलांचे अभिकल्पन (आराखडा किंवा योजना) करताना या प्रचलांचा उपयोग केला जातो व ट्रँझिस्टरांचे उत्पादकही आपल्या माहिती-पुस्तकात प्रत्येक ट्रँझिस्टरच्या या प्रकारच्या प्रचलांची मूल्ये निर्दिष्ट करतात. या गटातील चार प्रचल खाली दिल्याप्रमाणे आहेत :

hi = आदान रोध =	∂Vi	Vo स्थिर मूल्य
	∂Ii

hr = व्यस्त विद्युत् दाब गुणोत्तर =				∂Vi	Ii स्थिर मूल्य
				∂Vo
hf = प्रवाह लाभांक =	∂Io		Vo स्थिर मूल्य
	∂Ii
ho = प्रदान संवाहनांक =	∂Io	Ii स्थिर मूल्य
	∂Vo

वरील समीकरणांत i व o हे अनुप्रत्यय अनुक्रमे आदान व प्रदान प्रचलांकरिता वापरले आहेत.

समाईक उत्सर्जक, समाईक पाया व समाईक संकलक अशा तीन प्रकारांनी ट्रँझिस्टरची जोडणी मंडलात करता येते. प्रचलांची मूल्ये जोडणीच्या प्रकारावर अवलंबून असतात. जोडणीचा प्रकार दर्शविण्याकरिता प्रचलाच्या खुणेनंतर अनुक्रमे e (उत्सर्जक), b (पाया) व c (संकलक) हे अनुप्रत्यय वापरतात. म्हणजेच hie, hre, hfe, hoeहे प्रचल समाईक उत्सर्जक मंडला करिता, hib,hrb,hfb, hob हे प्रचल समाईक पाया मंडलासाठी व hic, hrc, hfc, hoc, हे प्रचल समाईक संकलक मंडलाकरिता वापरण्यात येतात.

संधि-ट्रँझिस्टरचे अभिलक्षणवक्र: हे जोडणीच्या प्रकारावर अवलंबून असतात. प्रत्येक प्रकारच्या जोडणीत मिळणारे अभिलक्षण वक्र आ. २६, २७ व २८ मध्ये दिले आहेत.

(६) क्षेत्र–परिणामी ट्रँझिस्टर : भारवाहक-अंत:क्षेपणाच्या क्रियेवर याचे कार्य अवलंबून नाही आणि म्हणून हा नेहमीच्या अर्थाने ट्रँझिस्टर नाही. याच्या रचनेत एकाच प्रकारच्या (n किंवा p)अर्धसंवाहकाच्या दोन विभागांमध्ये एक संवाहक परिवाह (मार्ग) वापरलेला असतो. अर्धसंवाहकाच्या या दोन विभागांना उगम व निचरा असे म्हणतात व त्यांमधील परिवाह कायम स्वरूपात तयार करून ठेवलेला असतो किंवा प्रवर्तित करता येतो. परिवाहाची संवाहकता ‘द्वार’ नावाच्या एका विद्युत् अग्राने नियंत्रित केली जाते. कायम स्वरूपाच्या परिवाहामध्ये एका व्यस्त अवपाती p–n संधीची परिवाहाच्या एका बाजूच्या पृष्ठभागावर द्वार म्हणून योजना केलेली असते. द्वाराचा अवपात वाढविल्यास संधीचा अवक्षय (गतीशील वाहकाची विद्युत् भार घनता दुसर्‍या विशिष्ट प्रकारच्या स्थिर विद्युत् भार घनतेचे निराकरण करण्यास तुटपुंजी पडत असलेला) विभाग परिवाहामध्ये सरकतो व त्यामुळे परिवाह बंद होतो. या प्रकाराला ‘अवक्षय कार्यपद्धती’ असे म्हणतात. प्रवर्तित परिवाहामध्ये एका निरोधक थराच्या मागे धातूचे विद्युत् अग्र ठेवून द्वाराची योजना केलेली असते. निरोधकाच्या खाली असलेल्या अर्धसंवाहकाच्या भागाची संवाहकता उलट प्रकारची (म्हणजे n–संवाहकतेऐवजी p–संवाहकता किंवा याउलट) करून परिणामत: उगम व निचरा यांच्यामध्ये वाहक मार्गाची निर्मिती केली जाते. ही क्रिया होते तेव्हा द्वाराखालील अर्धसंवाहक द्रव्याच्या उलट प्रकारचे अर्धसंवाहक द्रव्य उगम व निचरा या भागांत असते. द्वाराला विद्युत् दाब दिला असता परिवाहाची संवाहकात वाढते म्हणून या प्रकाराला संवाहकता वर्धन कार्यपद्धती असे नाव दिले आहे. अवक्षय पद्धतीमध्ये परिवाह बंद करावयास द्वाराला जितका विद्युत् दाब द्यावा लागतो त्यापेक्षा विद्युत् दाब कमी असेल, तेव्हा हा विद्युत् दाब कमी जास्त केल्यास परिवाहातील प्रवाह कमी जास्त करता येतो. संवाहकता वर्धन पद्धतीमध्ये परिवाह चालू करावयास जितका विद्युत् दाब द्वाराला द्यावा लागतो त्यापेक्षा विद्युत् दाब अधिक असेल, तेव्हा हीच क्रिया होऊ शकते. या प्रयुक्तीचा आदान संरोध साध्या ट्रँझिस्टरपेक्षा पुष्कळच अधिक असतो व तिचे अभिलक्षण वक्र बहुतांशी पंचप्रस्थ नलिकेच्या वक्राप्रमाणे असतात.

(७) सिलिकॉन नियंत्रित एकदिशकारक : n व p प्रकाराच्या सिलिकॉन अर्धसंवाहकाचे एकाआड एक चार थर देऊन तयार केलेली n—p—n—p प्रयुक्ती म्हणजे सिलिकॉन नियंत्रित एकदिशकारक होय. उच्च विद्युत् दाब लावता यावा म्हणून याच्या रचनेमध्ये पायाचा थर जास्त जाडीचा केलेला असतो. मात्र त्यामुळे प्रयुक्तीच्या प्रवाह विवर्धनांकाचे मूल्य कमी होते. दोन n थरांमधील p थराला अगदी कमी मूल्याचा विद्युत् प्रवाह स्पंदांच्या स्वरूपात पुरविल्यास प्रयुक्तीमधून वाहणारा बराच मोठा विद्युत् प्रवाह सुरू करता येतो. या p थराला द्वार-अग्र असे म्हणतात. प्रयुक्तीमधील प्रवाह सुरू झाल्यावर मात्र त्यावर द्वाराचे नियंत्रण रहात नाही. प्रयुक्तीमधील प्रवाह विशिष्ट मूल्यापेक्षा कमी झाला किंवा पूर्णपणे थांबला म्हणजे पुन्हा द्वाराचे नियंत्रण प्रस्थापित होते. थायरेट्रॉन नलिकेच्याऐवजी ही प्रयुक्ती स्विच म्हणून अगर नियंत्रित एकदिशकारक म्हणून आता सर्रास वापरली जाते [→ ट्रँझिस्टर तंत्रविद्या].

निर्वात नलिका व अर्धसंवाहक प्रयुक्ती यांची तुलना : ट्रँझिस्टर हा मूलत: त्याच्या आदान अग्राकडून प्रदान अग्राकडे पाठविलेल्या विद्युत् संकेतांचे विवर्धन करणारा रोधक आहे. इलेक्ट्रॉन नलिकांनी होणारी अनेक कामे ट्रँझिस्टर अधिक कार्यक्षमतेने करू शकतात. ट्रँझिस्टरमध्ये तापक नसल्यामुळे त्यांना फार कमी विद्युत् प्रवाह लागतो व इलेक्ट्रॉन नलिकांमध्ये नलिका तापण्यासाठी लागतो तसा वेळही ट्रँझिस्टर व इतर अर्धसंवाहक प्रयुक्तींमध्ये लागत नाही. ट्रँझिस्टरांचा आकार अतिशय लहान असून ते वजनाने हलके असतात व त्यांचे आयुष्य इलेक्ट्रॉन नलिकांपेक्षा जास्त असते. इलेक्ट्रॉन नलिकांत तापक तंतू जळून जाण्याचा, संवाहक तुटण्याचा व निर्वात नलिकांतील निर्वात स्थिती बिघडण्याचा संभव असतो. त्यामुळे इलेक्ट्रॉन नलिका तुलनेने लवकर बिघडतात. ट्रँझिस्टर यांत्रिकदृष्ट्या बळकट असतात. या कारणामुळे रेडिओ, इलेक्ट्रॉनीय संगणक, इलेक्ट्रॉनीय उपकरणे, नियंत्रण पद्धती व जिथे विद्युत् दाब कमी असतो अशा ठिकाणी ट्रँझिस्टर वापरता येतात. ट्रँझिस्टर उच्च विद्युत् दाबाला वापरता येत नाहीत व त्यांची कार्यक्षमताही उच्च तापमानाला कमी होते. ट्रँझिस्टरांची कमाल प्रदान शक्ती तुलनेने कमी असते. उलट इलेक्ट्रॉन नलिका फार मोठ्या शक्तीचे उत्पादन व विवर्धन करू शकतात व अशा ठिकाणी इलेक्ट्रॉन नलिका वापरणे कमी खर्चाचे होते.

जोशी, के. ल.

संदर्भ : 1. Carroll, J. M. Electronic Devices and Circuits, New York, 1962.

2. Cockrell, W. D. Ed. Industrial Electronics, 1958.

3. Dean, K. J. Transistors : Theory and Circuitry, New York, 1964.

4. Kiver, M. S. Television and Electronics, New York, 1959.

5. Spangenberg, K. R. Vacuum Tubes, Tokyo, 1948.

6. Terman, F. E. Radio Engineering Handbook, New York, 1947.