En stråletetrode er en skærmet lampe med fire elektroder , hvori en rumladning med høj tæthed skabes for at undertrykke dynatroneffekten - takket være det specielle design af gitre og specielle stråledannende elektroder , formes elektronstrømmen til smalle stråler ( stråler) og rumladningens høje tæthed skaber en potentiel barriere nær lampens anode , der forhindrer udstrømning af sekundære elektroner fra anoden til afskærmningsgitteret.
Stråletetroden blev opfundet i begyndelsen af 1930'erne som en funktionel erstatning for pentoder , oprindeligt for udgangstrinene for lydfrekvensforstærkere (AF-forstærkere). Langt de fleste stråletetroder er designet til at fungere i udgangstrinene for UZCH og videoforstærkere ; kredsløbet og egenskaberne af sådanne kaskader er næsten identiske med forstærkende kaskader på pentoder. Beam tetrode forstærkere har bedre effektivitet end pentoder , men er mere modtagelige for magnetiske felter . En kraftig output beam tetrode var en næsten uundværlig komponent i en rørguitarforstærker . I moderne ultralydsgengivelse af høj kvalitet er stråletetroder og pentoder relativt sjældne på grund af det faktum, at de er ringere end lineære trioder i niveauet og spektralsammensætningen af forvrængning . .
Den klassiske vakuumtriode har en fundamental, fatal ulempe - en høj gennemløbskapacitans - kapacitansen mellem anoden og kontrolgitteret, som begrænser rækkevidden af forstærkede frekvenser på grund af Miller-effektens indflydelse . For at forstærke frekvenserne i kortbølgeområdet er det nødvendigt at reducere gennemløbskapacitansen betydeligt. I 1926 foreslog Albert Hull en løsning på problemet ved at placere et ekstra gitter mellem kontrolgitteret og triodens anode, kaldet afskærmningsgitteret.
Henrik rundeder arbejdede for Marconi, den første til praktisk at implementere Hulls idé og bringe enhederne til serieproduktion. I 1927 dukkede radiofrekvente tetroder med en kapacitans på højst 0,025 pF op på markedet [1] .
En anden fatal ulempe ved trioden var den lave ydelseskoefficient (COP) for triode lydfrekvensforstærkere (UCH). Tetroden, som har en gevinst i effektivitet sammenlignet med trioden med hensyn til funktionsprincippet, har en ikke-lineær anodestrøm-spændingskarakteristik på grund af forekomsten af dynatroneffekten og var ubelejlig til at erstatte trioder i denne applikation.
I samme 1926 løste gruppen af Gilles Holst problemet med at øge effektiviteten og undertrykke dynatroneffekten.fra Philips Physics Laboratory[2] [3] . Bernard Tellegen placerede et tredje gitter mellem afskærmningsgitteret og anoden på tetroden, elektrisk forbundet med katoden. Dette gitter blev gjort relativt sparsomt og forsinkede praktisk talt ikke den primære elektronstrøm fra katoden til anoden, men blokerede effektivt strømmen af sekundære elektroner fra den sekundære emission fra anoden til screeningsgitteret. Henry Round kom med den samme idé om at introducere et ekstra gitter i samme 1926, men prioriteringen i opfindelsen af pentoden tilhørte allerede Tellegen, og patentet på pentoden til Philips [2] . Bell Labs [4] , Marconi-Osram, RCA og de japanske radiofabrikker KO Vacuum Tube [5] købte en licens fra Philips til at fremstille pentoden, og EMI ønskede ikke at betale royalties for Tellegens patent og begyndte at lede efter sin egen tekniske løsning [6] [7] .
I 1931 [8] foreslog EMI-ingeniørerne Cabot Seaton Bull og Sidney Rodda et tetrodedesign, hvor fysiske barrierer blev placeret mellem afskærmningsgitteret og anoden - enten ledende stråledannende elektroder isoleret fra anoden, eller dielektriske barrierer (f.eks. keramiske lejetraverser), eller en dielektrisk belægning afsat direkte på anodens indre overflade. Den ene halvdel af anodeområdet på Bull og Rodda-lampen opsamlede katodestrømmen, den anden halvdel var "i skyggen" af barrieren. Ifølge Bull og Rodda bidrog en sådan screening til skabelsen af en rumladning i nær-anodeområdet, som undertrykker dynatroneffekten [9] . Katoden og gitrene i Bull og Rodda-lampen gentog designet af en konventionel indirekte opvarmet tetrode.
I 1934-1935 opfandt den britiske radioingeniør John Henby Owen Harris den såkaldte "Harris - ventil " - en tetrode med en "unormalt stor" afstand mellem afskærmningsgitteret og anoden ( unormalt mellemrum ) [10] ). Harris-lampens katode-gitter-enhed adskilte sig fra konventionelle tetroder ved, at viklingsstigningen i det andet (afskærmende) gitter faldt sammen med viklingsstigningen i det første (kontrol) gitter, således at vindingerne på afskærmningsgitteret viste sig at være " i skyggen” af styregitterets vindinger for elektronstrømmen. Den grundlæggende forskel mellem Harris-lampen og dens moderne tetroder og pentoder var den relativt store størrelse af den cylindriske anode, der fyldte hele lampens volumen. Afstanden mellem afskærmningsgitteret og anoden var flere gange større end afstanden mellem det andet gitter og katoden. Harris fandt ud af, at når en vis kritisk afstand mellem afskærmningsgitteret og anoden overskrides, ændrer tetroden sine egenskaber: den uønskede dynatroneffekt undertrykkes , anodestrøm -spændingskarakteristikken har form af en næsten ideel brudt linje med et skarpt brud ved grænsen af zonerne for tasten og aktive tilstande [11] . Harris argumenterede for, at bruddet i CVC'en i hans rør opstod ved lavere anodespændinger end de dengang eksisterende pentoder, så effektforstærkeren på "Harris-røret" havde en højere effektivitet end pentodeforstærkeren [10] . "Harris-lampen" blev masseproduceret af British High Vacuum Valve Company (forkortet HIVAC ) [10] .
I 1935-1937. Det amerikanske firma RCA og det britiske firma Marconi- Osram kombinerede Harris, Bull og Roddas tekniske ideer og lancerede fuldgyldige beamtetroder på det amerikanske og britiske marked. I Storbritannien var grundlaget for produktionsprogrammet medium-power lamper af typen KT66 [12] (KT fra engelsk. kinkless tetrode , "tetrode without kink [CV]" er et synonym for "beam tetrode"). Briterne producerede også laveffekt stråletetroder (for eksempel typer KTW63, KTZ63), men denne produktion var ikke kommercielt succesfuld på grund af de højere omkostninger end for pentoder [12] . I USA blev en række beamtetrode-modeller udvidet nedefra med en 6V6 -lampe med lavere effekt og ovenfra med en 807-lampe med høj effekt [12] .
I slutningen af 1930'erne blev produktionen af amerikanske stråletetroder lanceret i USSR (6P3S, 6P6S - analoger af 6L6 og 6V6 i glascylindre). På det europæiske kontinent dikterede Philips og Telefunken mode – og beamtetroder var ikke så populære. Beam-tetroder klarede sig bedre end pentoder fra 1930'erne i effektivitet og spændingsforstærkning [13] , men ikke nok til at vinde det europæiske marked. Så udviklingen af højeffektlamper gik på to måder - udviklingen af stråletetroder i USA og Storbritannien og pentoder i det kontinentale Europa [12] .
Under Anden Verdenskrig blev den tyske radioindustri ødelagt, og de britiske fabrikker holdt op med at producere "lyd"-stråletetroder [14] . Den blev først genoptaget i 1947 [14] , men i 1949-1950 udgav Mullard (et datterselskab af Philips) en kraftfuld ny generation pentode EL34 , en funktionel erstatning for KT-seriens lamper, og et par år senere - EL84 pentode , en funktionel erstatning for 6V6. Typiske koblingskredsløb EL34 og EL84, udviklet af Mullard , afspejlede den fremherskende konsensus blandt europæiske radioingeniører [15] .
Et par år senere fandt en lignende proces sted i USSR - de "forældede" 6P6S-lamper blev erstattet med den seneste 6P14P - en analog af EL84. På trods af succesen med EL34 (som USSR aldrig var i stand til at gentage [16] ), fortsatte briterne også med at forbedre stråletetroder. I midten af 1950'erne kom den seneste generation af "soniske" stråletetroder på markedet - den kraftige KT88 og den ultralineært optimerede KT77 [17] . Samtidig blev der frigivet en række specialiserede lamper, optimeret til drift i line-scan-forstærkere til tv (EL36 og dens sovjetiske analoge 6P31S, EL500 og dens analoge 6P36S osv.) og flashlamper til computerteknologi (6P34S).
Ligheden mellem de elektriske egenskaber og kredsløb af stråletetroder og højeffektpentoder har ført til en forvirring af disse udtryk i litteraturen. I opslagsbøger og klassificeringer er disse lamper kombineret i én sektion, for eksempel "Output pentoder og stråletetroder" [18] . I forskellige opslagsbøger kan den samme lampe omtales som både en stråletetrode og en pentode - på trods af de grundlæggende forskelle i det indvendige design af disse typer lamper. Så i Katsnelson og Larionovs opslagsbog fra 1968 kaldes 6P1P-stråletetroden en pentode , på trods af at den vedhæftede figur viser stråledannende plader, der er usædvanlige for en pentode [19] . I opslagsbogen fra State Energy Publishing House fra 1955 kaldes 6P1P en stråletetrode [20] . Det samme skete i den engelsksprogede litteratur: PCL82 kombinerede lampe (den sovjetiske analog er 6F3P [21] ) er klassificeret som "triode-beam tetrode" i Thorn-EMI tekniske dokumentation og som "triode-pentode" i Mullard-dokumentationen [6] . I den engelske litteratur var der også begrebet "beam triode" ( eng. beam triode ), som ikke er relateret til afskærmede lamper ("beam triode" er en lav-signal højfrekvent triode med en særlig form for anodedesign der reducerer kapacitansen mellem anoden og lejets gennemløb af gitteret [22] ).
Stråletetroder blev designet således, at den negative rumladning mellem skærmgitteret og katoden var stor nok til effektivt at forhindre sekundære elektroner i at strømme til skærmgitteret. Ved spændinger ved anoden, der er lavere end spændingen ved afskærmningsnettet, opstår en såkaldt virtuel katode nær anoden - en ret udvidet potentialbrønd , med en gennemsnitlig feltstyrke på nul. Den virtuelle katode virker på samme måde som en pentodes anti-dynatron-gitter, med én væsentlig forskel: i pentoder er anti-dynatron-gitteret viklet med en relativt bred stigning. I intersving-intervaller falder dens effektivitet ( ø-effekt forekommer ), som følge heraf har overgangen fra returzonen til interception-zonen en jævn, sløret karakter; i stråletetroder er den virtuelle katode jævnt fordelt over hele anodens anvendelige område, så overgangen er skarp. Som et resultat tillader forstærkningstrinnet på stråletetroden et lidt større område af anodespænding end trinnet på pentoden (med en sammenlignelig koefficient for ikke-lineær forvrængning) [23] .
Beam-tetroder er kendetegnet ved tre designfunktioner, som tilsammen skaber effekten af en "virtuel katode":
Katoderne af stråletetroder er lavet i form af flade kasser. Sammenlignet med en cylindrisk katode med samme nominelle areal har en kasseformet katode et større effektivt areal, og en lampe med en sådan katode har en større kontrolhældning langs det første gitter [25] . Stejlheden af stråletetroder ligger i området fra 3 (6V6) til 10 (6P27S) mA/V.
På de instrumentelt optagne I–V-karakteristika i overgangszonen er der ofte afbildet en " hysterese " S-formet sløjfe, svarende til en brat stigning i anodestrømmen med en lille stigning i anodespændingen. Med et fald i anodespændingen sker strømspringet ved lidt lavere værdier af strøm og spænding. Årsagen til dette fænomen er, at i overgangszonen ved samme værdi af anodespændingen er to forskellige rumladningsfordelinger mulige. Skarp, næsten øjeblikkelig omfordeling af rumladningen og generer strømstød [23] . Forstærkertrin er designet således, at lampen altid fungerer i aflytning, så i praksis er hysteresen i overgangszonen ligegyldig.
Koncentrationen af katodestrøm i smalle stråler gør stråletetroder følsomme over for eksterne elektromagnetiske felter. Et stærkt eksternt magnetfelt kan afbøje strålen så meget, at i stedet for drej-til-drej-intervallet for det andet gitter, vil dets bane blive lukket for en drejning af dette gitter, mens strømmen af det andet gitter stiger, anodestrømmen , udgangseffekt og effektivitet falder, og den spektrale sammensætning af forvrængninger ændres. Ifølge Morgan Jones kan ændringer i spektret af harmoniske, der er mærkbare for øret, ikke kun genereres af eksterne felter, men også af den resterende magnetisering af rørfittings. Egne (regelmæssige) strømme inde i lampen er for svage til at påvirke restmagnetiseringen - for at fjerne den skal du bruge eksterne afmagnetiseringsspoler med en effekt på 750 W eller mere [26] .
Forstærkning af lydfrekvenseffekt er historisk set det første og vigtigste anvendelsesområde for stråletetroder. I nomenklaturen af lydstråletetroder skelnes lamper, designet til relativt lav effekt (maksimal udgangseffekt ikke mere end 2 W) forstærkere med en ikke-standard glødetrådsspænding. Direkte glødelamper med en glødetrådsspænding på 2 V (2P1P, 2P2P, 2P9M) var beregnet til batteri (bærbare) radioer . Indirekte glødelamper med en glødetrådsspænding på 30 V og derover (30P1S) var beregnet til billige netværksradioer drevet af glødetrådskredsløb direkte fra et 110 eller 127 V netværk . Modtagere af denne type blev masseproduceret i USA under det generelle navn "American five-tube" ( All-American Five ), i USSR var de sjældne.
Med undtagelse af de førnævnte specialiserede lamper er nomenklaturen af stråletetroder et sæt af strukturelt lignende lamper med en standard glødetrådsspænding på 6,3 V, der kun adskiller sig i størrelse og maksimalt tilladte driftsparametre. Lamper af samme type (6V6, 6L6 osv. og deres kloner) blev produceret i forskellige designs med forskellige dissipations- og udgangseffektgrænser, derfor er nomenklaturen af tetroder for ultralydsfrekvens i praksis en kontinuerlig linje af lamper. I begyndelsen af linjen er relativt laveffektslamper fra 6V6-familien (den sovjetiske analog er 6P6S, analogen i fingerversionen er 6P1P [27] ). Den maksimale effekt afgivet ved 6P6S-anoden er begrænset til 14 W, den maksimale effekt, der leveres til belastningen i en klasse A -enkelttaktsforstærker, er 5,5 W ved K NI = 12 % eller 4,2 W ved K NI = 6 % [28] . En push-pull forstærker baseret på et par 6P6S i klasse AB1 er i stand til at levere op til 14 W til belastningen ved K NI \u003d 3,5%. I den anden ende af linjen er de kraftige KT88-lamper, udviklet i 1950'erne, med en maksimal anodeeffekttab på 42 watt. En push-pull forstærker på et par KT88 i klasse AB1 udvikler en udgangseffekt på op til 100 W ved K NI \u003d 2%. Mellem disse pæle er der en række mellemeffektlamper, hvoraf nogle er vist i tabellen. Det britiske KT77-rør skiller sig ud i denne serie: det er designet specielt til brug i push-pull-forstærkere i ultra-lineær switching [17] .
| Indeks | Enhed rev. | 6V6 (6P6S) | 6L6 (6P3S) | KT66 | KT77 | KT88 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Maksimal effekt afgivet ved anode- og skærmgitteret | tir | 14 + 2,2 | 19 (for 6L6) + 2,5
20-20,5 (for 6P3S, 6L6G) + 2,5 |
25 + 3,5 | 32 + 6 [17] | 42+8 |
| Maksimal DC-anodespænding | PÅ | 350 | 360 i A2.
400 i A1 (testtilstand) |
500 | 800 [17] | 800 |
| Den maksimale effekt af en push-pull-kaskade i klasse AB1 (AB2) i tetrodeforbindelse, med en normaliseret koefficient for ikke-lineær forvrængning |
W, k% | 14 på 3,5 % | 31-32 ved 2 % (AB2)
47 ved 2 % (AB2) |
50 ved 3-5 % | - [17]
Ultralineær 72 på 1,5 % |
100 ved 2 % |
| Den maksimale effekt af en push-pull-kaskade i klasse A i en triodeforbindelse, med en normaliseret koefficient for ikke-lineær forvrængning |
W, k% | 18 ved 1,2 % [17] |
I efterkrigstiden blev stråletetroder produceret, optimeret til specifikke funktioner:
Blandt designere og amatører er der en opfattelse af, at førkrigslamper (6V6, 6L6, KT66) er at foretrække i ultralydsfrekvenser, og lamper med efterkrigsdesign og især "lineære" lamper bør undgås [32] . Bedømmelsen af den bedste linearitet af tidlige lydrør er baseret på, at de var optimeret til lav forvrængning - så lavt som teknologien tillod. Rør og forstærkere fra disse år blev designet til at give et acceptabelt niveau af forvrængning med et minimum antal rør uden brug af feedback [33] . Og selve feedbackteorien var netop ved at blive skabt. Billiggørelsen af lamper i 1940'erne ændrede designtilgangen: med brug af dyb FOS faldt lampens linearitet ind i baggrunden [32] . Derfor taber f.eks. efterkrigs-fingerpentoden EL84 (6P14P) i forvrængning til førkrigsstråle-tetroden 6V6 [34] .
Kredsløbet for UMZCH- kaskader på stråletetroder gentager fuldstændigt kredsløbet med kaskader på pentoder. Forskellen fra et praktisk synspunkt ligger i at matche kaskaden til belastningen. Harris bemærkede også, at den optimale belastningsmodstand for kaskaden på "Harris-lampen" skulle være lavere end kaskadens på tilsvarende pentoder. Den samme tilgang anvendes til kaskader på "rigtige" stråletetroder: den optimale belastningsmodstand ud fra et synspunkt om at minimere forvrængning bør være tilstrækkelig lav. Med en stigning i belastningsmodstanden øges andelen af uønskede højere harmoniske i forvrængningsspektret, derfor bør højttalerhovedet ved høje frekvenser shuntes med et RC-kredsløb (Zobel-kredsløb) [35] . I radiogrammer med indbygget højttaler opnåedes samme effekt ved at shunte udgangstransformatorens primære viklinger.
Beam-tetroder kan, ligesom pentoder, bruges i en triodeforbindelse - for dette er det nok at lukke afskærmningsgitteret til anoden. Det var triode-mode, der blev brugt i den klassiske Williamson-forstærker; sådan en forstærker baseret på et par KT66-stråletetroder i AB1-klassen leverede 15 W udgangseffekt til belastningen [36] . I praksis med moderne enkeltcyklus UMZCH bruges denne tilgang sjældent - direkte opvarmede trioder dominerer i disse forstærkere [37] , UMZCH er mindre almindelige på "stabilisator" indirekte opvarmede trioder (12AS7, 6C33C, 6C19P).
| Vakuum elektroniske enheder (undtagen katodestråle ) | ||
|---|---|---|
| Generator og forstærker lamper | ||
| Andet | ||
| Typer af ydeevne |
| |
| Strukturelle elementer |
| |