Vakuumrørsæraen
Theoretiske og eksperimentelle undersøgelser af elektricitet i det 18. og 19. århundrede førte til udviklingen af de første elektriske maskiner og begyndelsen til den udbredte brug af elektricitet. Elektronikens historie begyndte at udvikle sig uafhængigt af elektricitetshistorien sidst i det 19. århundrede med den engelske fysiker Sir Joseph John Thomsons identifikation af elektronen og den amerikanske fysiker Robert A. Millikans måling af dens elektriske ladning i 1909.
På tidspunktet for Thomsons arbejde havde den amerikanske opfinder Thomas A. Edison observeret en blålig glød i nogle af sine tidlige pærer under visse betingelser og fundet ud af, at der ville løbe en strøm fra den ene elektrode i lampen til den anden, hvis den anden (anoden) blev gjort positivt ladet i forhold til den første (katoden). Arbejder udført af Thomson og hans studerende og af den engelske ingeniør John Ambrose Fleming viste, at denne såkaldte Edison-effekt var resultatet af afgivelse af elektroner fra katoden, den varme glødetråd i lampen. Elektronernes bevægelse til anoden, en metalplade, udgjorde en elektrisk strøm, som ikke ville eksistere, hvis anoden var negativt ladet.
Denne opdagelse gav impulser til udviklingen af elektronrør, herunder et forbedret røntgenrør af den amerikanske ingeniør William D. Coolidge og Flemings termioniske ventil (et vakuumrør med to elektroder) til brug i radiomodtagere. For at kunne registrere et radiosignal, som er en meget højfrekvent vekselstrøm (AC), er det nødvendigt at ensrette signalet, dvs. at vekselstrømmen skal omdannes til jævnstrøm (DC) ved hjælp af en anordning, der kun er ledende, når signalet har den ene polaritet, men ikke når det har den anden – præcis hvad Flemings ventil (patenteret i 1904) gjorde. Tidligere blev radiosignaler detekteret af forskellige empirisk udviklede apparater som f.eks. “cat whisker”-detektoren, der bestod af en fin tråd (whiskeren) i fin kontakt med overfladen af en naturlig krystal af blysulfid (galena) eller et andet halvledermateriale. Disse apparater var upålidelige, manglede tilstrækkelig følsomhed og krævede konstant justering af kontakten mellem whisker og krystal for at opnå det ønskede resultat. Alligevel var de en forløber for de nuværende faststofanordninger. Det faktum, at krystalensrettere overhovedet virkede, tilskyndede forskerne til at fortsætte med at studere dem og gradvist opnå den grundlæggende forståelse af de elektriske egenskaber ved halvledermaterialer, som var nødvendig for at muliggøre opfindelsen af transistoren.
I 1906 udviklede Lee De Forest, en amerikansk ingeniør, en type vakuumrør, som kunne forstærke radiosignaler. De Forest tilføjede et gitter af fin tråd mellem katoden og anoden i den termioniske ventil med to elektroder, der var konstrueret af Fleming. Det nye apparat, som De Forest kaldte Audion (patenteret i 1907), var således et vakuumrør med tre elektroder. I drift har anoden i et sådant vakuumrør et positivt potentiale (positivt forspændt) i forhold til katoden, mens gitteret er negativt forspændt. En stor negativ forspænding på gitteret forhindrer, at de elektroner, der udsendes fra katoden, når frem til anoden; men da gitteret stort set er et åbent rum, tillader en mindre negativ forspænding, at nogle elektroner kan passere igennem det og nå frem til anoden. Små variationer i gitterpotentialet kan således styre store mængder anodestrøm.
Vakuumrøret gjorde det muligt at udvikle radioudsendelser, fjerntelefoni, fjernsyn og de første elektroniske digitale computere. Disse tidlige elektroniske computere var faktisk de største vakuumrørsystemer, der nogensinde er bygget. Den måske mest kendte repræsentant er ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), der blev færdiggjort i 1946.
De særlige krav, som de mange forskellige anvendelser af vakuumrør stiller, førte til talrige forbedringer, der gjorde det muligt for dem at håndtere store mængder strøm, fungere ved meget høje frekvenser, have en større pålidelighed end gennemsnittet eller være meget kompakte (på størrelse med en fingerbøl). Katodestrålerøret, der oprindeligt blev udviklet til at vise elektriske bølgeformer på en skærm med henblik på tekniske målinger, udviklede sig til tv-billedrøret. Sådanne billedrør fungerer ved at danne de elektroner, der udsendes fra katoden, til en tynd stråle, der rammer en fluorescerende skærm for enden af røret. Skærmen udsender lys, som kan ses uden for røret. Afbøjning af elektronstrålen medfører, at der dannes lysmønstre på skærmen, hvilket skaber de ønskede optiske billeder.
Trods den bemærkelsesværdige succes, som faststofanordninger har haft i de fleste elektroniske applikationer, er der visse specialiserede funktioner, som kun vakuumrør kan udføre. Disse omfatter normalt drift ved ekstreme strøm- eller frekvensforhold.
Vakuumrør er skrøbelige og bliver i sidste ende slidt op i brug. Svigt opstår under normal brug enten som følge af virkningerne af gentagen opvarmning og afkøling, når udstyret tændes og slukkes (termisk træthed), hvilket i sidste ende forårsager et fysisk brud i en del af rørets indre struktur, eller som følge af nedbrydning af katodens egenskaber på grund af restgasser i røret. Vakuumrør tager også tid (fra nogle få sekunder til flere minutter) om at “varme op” til driftstemperatur – i bedste fald en ulempe og i nogle tilfælde en alvorlig begrænsning for deres anvendelse. Disse mangler motiverede forskerne på Bell Laboratories til at søge efter et alternativ til vakuumrøret og førte til udviklingen af transistoren.