Termoelektronemissioon ja vaakumtorud

Metalli sees on juhtivuselektronid vabad liikuma läbi kristallvõre, kuid ei ole vabad sellest lahkuma — vaakumisse pääsemine nõuab vähemalt materjali väljumistöö suurust energiat, täpselt sama tõke, mis kontrollib fotoefekti. Footon saab seda energiat pakkuda ühe hoobiga; soojus pakub seda statistiliselt, tõstes elektronide soojusenergia jaotust, kuni kasulik osa neist omab piisavalt energiat, et tõkkest iseseisvalt läbi pääseda. See muutub oluliseks alles väga kõrgetel temperatuuridel — päris vaakumtorude katoodid töötavad tavaliselt üle 1000 °C, mitte lihtsalt "soojad" — ja lahkuvad ainult elektronid; võre aatomid jäävad täpselt seal, kus need olid.

Kord juba vaakumisse pääsenud elektronid on täpselt see toormaterjal, mida vaakumtoru vajab. Kõige lihtsam seade, diood, lisab teise elektroodi (plaadi), mida hoitakse kuumutatud katoodi suhtes positiivsel pingel: elektronid tõmmatakse vahe ületades, kui plaat on positiivne, kuid vastupidises suunas ei voola midagi, kui plaat on negatiivne, sest külm plaat ei emiteeri iseenesest midagi. Just see ühesuunaline käitumine lubas varastel dioodidel muundada vahelduvvoolu alalisvooluks.

Triood lisab kolmanda elektroodi — traatvõre — katoodi ja plaadi vahele. Kuna võre asub elektronivoost palju lähemal kui plaat, muudab isegi väike pinge sellel elektrivälja, mida elektronid tunnevad täpselt seal, kust need katoodilt lahkuvad, reguleerides voolu plaadi suunas. Võre pinge ei lisa iseenesest voolu; see kontrollib, kui palju katoodi emissioonist läbi pääseb. Väike signaal võrel võib seetõttu tekitada palju suurema kõikumise plaadivoolus — võimendus — mis teebki trioodist elektroonika põhilise aktiivkomponendi enne transistori tulekut.