Un tetrod fascicul este o lampă ecranată cu patru electrozi în care se creează o încărcătură spațială de înaltă densitate pentru a suprima efectul dinatron - datorită designului special al grilelor și electrozilor speciali care formează fascicul , fluxul de electroni este format în fascicule înguste ( fascicule) și densitatea mare a încărcăturii spațiale creează o barieră de potențial în apropierea anodului lămpii care împiedică ieșirea electronilor secundari din anod către grila de ecranare.
Tetrodul fasciculului a fost inventat la începutul anilor 1930 ca înlocuitor funcțional al pentodelor , inițial pentru etapele de ieșire ale amplificatoarelor de frecvență audio (amplificatoare AF). Marea majoritate a tetrodelor fasciculului sunt proiectate să funcționeze în etapele de ieșire ale UZCH și amplificatoarelor video ; circuitele și proprietățile unor astfel de cascade sunt aproape identice cu cascadele de amplificare pe pentode. Amplificatoarele tetrode cu fascicul au o eficiență mai bună decât pentodele , dar sunt mai susceptibile la câmpurile magnetice . O tetrodă puternică a fasciculului de ieșire era o componentă aproape indispensabilă a unui amplificator de chitară cu tuburi . În reproducerea modernă cu ultrasunete de înaltă calitate , tetrodele și pentodele fasciculului sunt relativ rare datorită faptului că sunt inferioare triodelor linie dreaptă în ceea ce privește nivelul și compoziția spectrală a distorsiunii . .
Trioda de vid clasică are un dezavantaj fundamental, fatal - o capacitate mare de transfer - capacitatea dintre anod și grila de control, care limitează gama de frecvențe amplificate datorită influenței efectului Miller . Pentru a amplifica frecvențele intervalului de unde scurte , este necesar să se reducă semnificativ capacitatea de transfer. În 1926, Albert Hull a propus o soluție la problemă prin plasarea unei grile suplimentare între grila de control și anodul triodei, numită grilă de ecranare.
Henry Roundcare lucra pentru Marconi, primul care a implementat practic ideea lui Hull și a adus dispozitivele în producție în serie. În 1927 au apărut pe piață tetrode de radiofrecvență cu o capacitate de cel mult 0,025 pF [1] .
Un alt dezavantaj fatal al triodei a fost coeficientul scăzut de performanță (COP) al amplificatoarelor de frecvență audio triodă (UCH). Tetroda, care are un câștig de eficiență în comparație cu trioda în ceea ce privește principiul de funcționare, are o caracteristică anodică curent-tensiune neliniară datorită apariției efectului dinatron și a fost incomod pentru înlocuirea triodelor în această aplicație.
În același 1926, grupul lui Gilles Holst a rezolvat problema creșterii eficienței și suprimării efectului dinatron.de la Laboratorul de Fizică Philips[2] [3] . Bernard Tellegen a plasat o a treia grilă între grila de ecranare și anodul tetrodului, conectată electric la catod. Această rețea a fost făcută relativ rară și practic nu a întârziat fluxul de electroni primari de la catod la anod, ci a blocat efectiv curentul de electroni secundari ai emisiei secundare de la anod la grila de ecranare. Henry Round a venit cu aceeași idee de a introduce o grilă suplimentară în același 1926, dar prioritatea în inventarea pentodului îi aparținea deja lui Tellegen, iar brevetul pentru pentod lui Philips [2] . Bell Labs [4] , Marconi-Osram, RCA și fabricile de radio japoneze KO Vacuum Tube [5] au achiziționat o licență de la Philips pentru fabricarea pentodului, iar EMI nu a vrut să plătească redevențe pentru brevetul lui Tellegen și a început să-și caute propriul tehnic. soluție [6] [7] .
În 1931 [8] , inginerii EMI Cabot Seaton Bull și Sidney Rodda au propus un design de tetrodă în care barierele fizice erau plasate între grila de ecranare și anod - fie electrozi conductivi care formează fascicul izolați de anod, fie bariere dielectrice (de exemplu, traverse ceramice ale rulmentului) sau o acoperire dielectrică depusă direct pe suprafața interioară a anodului. O jumătate din zona anodică a lămpii Bull și Rodda a colectat curentul catodic, cealaltă jumătate a fost „în umbra” barierei. Potrivit lui Bull și Rodda, o astfel de screening a contribuit la crearea unei sarcini spațiale în regiunea apropiată de anod, care suprimă efectul dinatron [9] . Catodul și grilele din lampa Bull și Rodda au repetat designul unui tetrod convențional încălzit indirect.
În 1934-1935, inginerul radio britanic John Henby Owen Harris a inventat așa- numita „ supapă Harris ” - un tetrod cu o distanță „anormal de mare” între grila de ecranare și anod ( spațiere anormală ) [10] ). Unitatea catod-grilă a lămpii Harris diferă de tetrodele convenționale prin aceea că pasul de înfășurare al celei de-a doua grile (de ecranare) a coincis cu pasul de înfășurare a primei grile (de control), astfel încât turele grilei de ecranare s-au dovedit a fi „ în umbra” spirelor grilei de control pentru fluxul de electroni. Diferența fundamentală dintre lampa Harris și tetrodele și pentodele sale moderne a fost dimensiunea relativ mare a anodului cilindric care umplea întregul volum al lămpii. Distanța dintre grila de ecranare și anod a fost de câteva ori mai mare decât distanța dintre a doua grilă și catod. Harris a descoperit că atunci când o anumită distanță critică dintre grila de ecranare și anod este depășită, tetroda își schimbă proprietățile: efectul nedorit dinatron este suprimat, caracteristica curent-tensiune anodului ia forma unei linii întrerupte aproape ideală cu o întrerupere bruscă. la marginea zonelor modurilor cheie și active [11] . Harris a susținut că întreruperea CVC-ului din tuburile sale a avut loc la tensiuni anodice mai mici decât pentodele existente atunci, astfel încât amplificatorul de putere de pe „tubul Harris” avea o eficiență mai mare decât amplificatorul pentod [10] . „Lampa Harris” a fost produsă în serie de British High Vacuum Valve Company (abrev. HIVAC ) [10] .
În 1935-1937. Compania americană RCA și compania britanică Marconi- Osram au combinat ideile tehnice ale lui Harris, Bull și Rodda și au lansat tetrode cu fascicule cu drepturi depline pe piețele din SUA și Marea Britanie. În Marea Britanie, baza programului de producție au fost lămpile de putere medie de tip KT66 [12] (KT din engleză. kinkless tetrode , „tetrode without kink [CV]” este un sinonim pentru „beam tetrode”). Britanicii au mai produs tetrode cu fascicule de putere redusă (de exemplu, tipurile KTW63, KTZ63), dar această producție nu a avut succes comercial din cauza costului mai mare decât al pentodelor [12] . În SUA, o serie de modele de tetrode cu fascicul au fost extinse de jos cu o lampă 6V6 de putere mai mică , iar de sus cu o lampă 807 de putere mare [12] .
La sfârșitul anilor 1930, în URSS a fost lansată producția de tetrode cu fascicul american (6P3S, 6P6S - analogi ai 6L6 și 6V6 în cilindri de sticlă). În Europa continentală, Philips și Telefunken au dictat moda - iar tetrodele cu fascicule nu erau atât de populare. Tetrodele fasciculului au depășit pentodele anilor 1930 în ceea ce privește eficiența și câștigul de tensiune [13] , dar nu suficient pentru a câștiga piața europeană. Deci, dezvoltarea lămpilor de mare putere a mers în două moduri - dezvoltarea tetrodelor cu fascicul în SUA și Marea Britanie și a pentodelor în Europa continentală [12] .
În timpul celui de -al Doilea Război Mondial, industria radio germană a fost distrusă, iar fabricile britanice au încetat să producă tetrode cu fascicul „sunet” [14] . A reluat abia în 1947 [14] , dar în 1949-1950 Mullard (o subsidiară a Philips) a lansat un pentod puternic de nouă generație EL34 , un înlocuitor funcțional pentru lămpile din seria KT, iar câțiva ani mai târziu - pentodul EL84 , un înlocuitor funcțional pentru 6V6. Circuitele de comutare tipice EL34 și EL84, dezvoltate de Mullard , au reflectat consensul predominant al inginerilor radio europeni [15] .
Câțiva ani mai târziu, un proces similar a avut loc în URSS - lămpile „învechite” 6P6S au fost înlocuite cu cel mai recent 6P14P - un analog al EL84. În ciuda succesului EL34 (pe care URSS nu a reușit niciodată să-l repete [16] ), britanicii au continuat să îmbunătățească și tetrodele fasciculului. La mijlocul anilor 1950, cea mai recentă generație de tetrode cu fascicul „sonic” a intrat pe piață - KT88 de mare rezistență și KT77 cu optimizare ultra- liniară [17] . În același timp, au fost lansate o serie de lămpi specializate, optimizate pentru funcționarea în amplificatoare de scanare linie ale televizoarelor (EL36 și analogul său sovietic 6P31S, EL500 și analogul său 6P36S etc.) și lămpi bliț pentru tehnologia computerelor (6P34S).
Asemănarea proprietăților electrice și a circuitelor tetrodelor fasciculului și pentodelor de mare putere a condus la o confuzie a acestor termeni în literatură. În cărțile de referință și clasificatoare, aceste lămpi sunt combinate într-o singură secțiune, de exemplu, „Pentode de ieșire și tetrode de fascicul” [18] . În diferite cărți de referință, aceeași lampă poate fi denumită atât tetrod fascicul, cât și pentod - în ciuda diferențelor fundamentale în designul intern al acestor tipuri de lămpi. Deci, în cartea de referință Katsnelson și Larionov din 1968, tetroda fasciculului 6P1P este numită pentodă , în ciuda faptului că figura atașată prezintă plăci de formare a fasciculului neobișnuite pentru un pentod [19] . În cartea de referință a Editurii State Energy din 1955, 6P1P este numit tetrod fascicul [20] . Același lucru s-a întâmplat și în literatura în limba engleză: lampa combinată PCL82 (analogul sovietic este 6F3P [21] ) este clasificată ca „tetrodă cu fascicul triodă” în documentația tehnică Thorn-EMI și ca „pentodă triodă” în documentația Mullard [6] . În literatura engleză, a existat și conceptul de „triodă de fascicul” ( ing. triodă de fascicul ), care nu are legătură cu lămpile ecranate („triodă de fascicul” este o triodă de înaltă frecvență cu semnal scăzut, cu o formă specială de proiectare a anodului). care reduce capacitatea dintre anod și traversele de rulment ale rețelei [22] ).
Tetrodele fasciculului au fost proiectate astfel încât sarcina spațială negativă dintre grila ecranului și catod să fie suficient de mare pentru a preveni în mod eficient curgerea electronilor secundari în grila ecranului. La tensiuni la anod care sunt mai mici decât tensiunea de la grila de ecranare, în apropierea anodului apare un așa-numit catod virtual - un put de potențial destul de extins , cu o intensitate medie a câmpului zero. Catodul virtual acționează similar cu grila anti-dinatron a unui pentod, cu o diferență semnificativă: în pentode, grila anti-dinatron este înfășurată cu un pas relativ larg. În intervalele de întoarcere, eficiența sa scade ( se produce efectul de insulă ), ca urmare, trecerea de la zona de întoarcere la zona de interceptare are un caracter neted, neclar; în tetrodele fasciculului, catodul virtual este distribuit uniform pe întreaga zonă utilizabilă a anodului, astfel încât tranziția este ascuțită. Ca urmare, treapta de amplificare de pe tetroda fasciculului permite o gamă ceva mai mare de tensiune anodică decât etapa de pe pentod (cu un coeficient comparabil de distorsiune neliniară) [23] .
Tetrodele fasciculului sunt caracterizate de trei caracteristici de design, care împreună creează efectul unui „catod virtual”:
Catozii tetrodelor fasciculului sunt realizați sub formă de cutii plate. În comparație cu un catod cilindric de aceeași zonă nominală , un catod în formă de cutie are o suprafață efectivă mai mare , iar o lampă cu un astfel de catod are o pantă de control mai mare de-a lungul primei grile [25] . Abruptul tetrodelor fasciculului se află în intervalul de la 3 (6V6) la 10 (6P27S) mA/V.
Pe caracteristicile I-V luate instrumental în zona de tranziție, este adesea descrisă o buclă în formă de S „ histereză ”, corespunzătoare unei creșteri bruște a curentului anodic cu o mică creștere a tensiunii anodului. Odată cu o scădere a tensiunii anodului, saltul de curent are loc la valori puțin mai mici ale curentului și tensiunii. Motivul pentru acest fenomen este că în zona de tranziție la aceeași valoare a tensiunii anodice, sunt posibile două distribuții diferite de încărcare spațială. Redistribuirea ascuțită, aproape instantanee a încărcăturii spațiale și generează supratensiuni de curent [23] . Etapele de amplificare sunt proiectate astfel încât lampa să funcționeze întotdeauna în modul de interceptare, astfel încât, în practică, histerezisul în zona de tranziție nu contează.
Concentrația curentului catodic în fascicule înguste face ca tetrodele fasciculului să fie sensibile la câmpurile electromagnetice externe. Un câmp magnetic extern puternic poate devia fasciculul atât de mult încât, în loc de intervalul viraj-to-turn al celei de-a doua grile, traiectoria sa va fi închisă la o rotire a acestei grile, în timp ce curentul celei de-a doua grile crește, curentul anodic. , puterea de ieșire și eficiența scad, iar compoziția spectrală a distorsiunilor se modifică. Potrivit lui Morgan Jones, modificările spectrului de armonici care sunt perceptibile de ureche pot fi generate nu numai de câmpurile externe, ci și de magnetizarea reziduală a fitingurilor din tub. Curenții proprii (regulați) din interiorul lămpii sunt prea slabi pentru a afecta magnetizarea reziduală - pentru a o elimina, ar trebui să utilizați bobine de demagnetizare externe cu o putere de 750 W sau mai mult [26] .
Amplificarea puterii frecvenței audio este din punct de vedere istoric primul și principalul domeniu de aplicare a tetrodelor fasciculului. În nomenclatura tetrodelor cu fascicul de sunet se disting lămpile, proiectate pentru amplificatoare de putere relativ scăzută (putere maximă de ieșire nu mai mult de 2 W) cu o tensiune de filament nestandard. Lămpile cu incandescență directă cu o tensiune de filament de 2 V (2P1P, 2P2P, 2P9M) au fost destinate radiourilor cu baterie (portabile) . Lămpile cu incandescență indirectă cu o tensiune de filament de 30 V și mai mult (30P1S) au fost destinate radiourilor de rețea ieftine alimentate de circuite cu filament direct dintr-o rețea de 110 sau 127 V. Receptoarele de acest tip au fost produse în serie în SUA sub denumirea generală „American five-tube” ( All-American Five ), în URSS erau rare.
Cu excepția lămpilor specializate menționate mai sus, nomenclatura tetrodelor fasciculului este un set de lămpi similare din punct de vedere structural, cu o tensiune standard a filamentului de 6,3 V, care diferă doar prin dimensiune și parametrii de funcționare maximi admisi. Lămpile de același tip (6V6, 6L6 etc. și clonele lor) au fost produse în modele diferite, cu limite diferite de disipare și putere de ieșire, prin urmare, în practică, nomenclatura tetrodelor pentru frecvența ultrasonică este o linie continuă de lămpi. La începutul liniei sunt lămpi de putere relativ scăzută din familia 6V6 (analogicul sovietic este 6P6S, analogul în versiunea cu degete este 6P1P [27] ). Puterea maximă disipată la anodul 6P6S este limitată la 14 W, puterea maximă furnizată sarcinii într-un amplificator cu un singur ciclu de clasă A este de 5,5 W la K NI = 12% sau 4,2 W la K NI = 6% [28] . Un amplificator push-pull bazat pe o pereche de 6P6S din clasa AB1 este capabil să furnizeze până la 14 W la sarcină la K NI \u003d 3,5%. La celălalt capăt al liniei se află lămpile puternice KT88, dezvoltate în anii 1950, cu o putere maximă de disipare a anodului de 42 de wați. Un amplificator push-pull pe o pereche de KT88 din clasa AB1 dezvoltă o putere de ieșire de până la 100 W la K NI \u003d 2%. Între acești stâlpi se află un rând de lămpi de putere medie, dintre care unele sunt prezentate în tabel. Tubul britanic KT77 se deosebește în această serie: a fost proiectat special pentru utilizarea în amplificatoare push-pull în comutație ultra-liniară [17] .
| Index | Unitate rev. | 6V6 (6P6S) | 6L6 (6P3S) | KT66 | KT77 | KT88 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Putere maximă disipată la anod și grila ecranului | mar | 14 + 2.2 | 19 (pentru 6L6) + 2,5
20-20,5 (pentru 6P3S, 6L6G) + 2,5 |
25 + 3,5 | 32 + 6 [17] | 42+8 |
| Tensiune maximă a anodului DC | LA | 350 | 360 în A2.
400 în A1 (mod test) |
500 | 800 [17] | 800 |
| Puterea maximă a unei cascade push-pull din clasa AB1 (AB2) în conexiune tetrodă, cu un coeficient normalizat de distorsiune neliniară |
W, k% | 14 la 3,5% | 31-32 la 2% (AB2)
47 la 2% (AB2) |
50 la 3-5% | - [17]
Ultraliniar 72 la 1,5% |
100 la 2% |
| Puterea maximă a unei cascade push-pull în clasa A într-o conexiune triodă, cu un coeficient normalizat de distorsiune neliniară |
W, k% | 18 la 1,2% [17] |
În perioada postbelică au fost produse tetrode cu fascicule, optimizate pentru funcții specifice:
Printre designeri și amatori, există o opinie că lămpile de dinainte de război (6V6, 6L6, KT66) sunt de preferat în frecvențe ultrasonice, iar lămpile de design postbelic și în special lămpile „liniare” ar trebui evitate [32] . Aprecierea celei mai bune liniarități a tuburilor de sunet timpurie se bazează pe faptul că acestea au fost optimizate pentru o distorsiune scăzută - cât de scăzută a permis tehnologia. Tuburile și amplificatoarele din acei ani au fost proiectate pentru a oferi un nivel acceptabil de distorsiune cu un număr minim de tuburi fără utilizarea feedback-ului [33] . Și teoria feedback -ului în sine tocmai era creată. Reducerea lămpilor în anii 1940 a schimbat abordarea de proiectare: odată cu utilizarea FOS profundă, liniaritatea lămpii a dispărut în fundal [32] . Prin urmare, de exemplu, pentodul cu degetul postbelic EL84 (6P14P) pierde în distorsiune față de tetrodul fasciculului antebelic 6V6 [34] .
Circuitul cascadelor UMZCH pe tetrodele fasciculului repetă complet circuitul cascadelor pe pentode. Diferența, din punct de vedere practic, constă în potrivirea cascadei la sarcină. Harris a remarcat, de asemenea, că rezistența optimă la sarcină a cascadei pe „lampa Harris” ar trebui să fie mai mică decât cea a cascadei pe pentode echivalente. Aceeași abordare se aplică cascadelor pe tetrodele fasciculului „real”: rezistența optimă la sarcină din punctul de vedere al minimizării distorsiunii ar trebui să fie suficient de scăzută. Odată cu o creștere a rezistenței la sarcină, proporția armonicilor superioare nedorite în spectrul de distorsiune crește, prin urmare, la frecvențe înalte, capul difuzorului ar trebui să fie șuntat cu un circuit RC (circuit Zobel) [35] . În radiogramele cu difuzor încorporat, același efect a fost obținut prin derivarea înfășurărilor primare ale transformatorului de ieșire.
Tetrodele fasciculului, precum pentodele, pot fi utilizate într-o conexiune triodă - pentru aceasta este suficient să închideți grila de ecranare la anod. A fost modul triodă care a fost folosit în clasicul amplificator Williamson; un astfel de amplificator bazat pe o pereche de tetrode cu fascicul KT66 din clasa AB1 a furnizat 15 W de putere de ieșire sarcinii [36] . În practica UMZCH modernă cu un singur ciclu, această abordare este rar utilizată - triodele cu încălzire directă domină în aceste amplificatoare [37] , UMZCH sunt mai puțin frecvente pe triodele cu încălzire indirectă „stabilizatoare” (12AS7, 6C33C, 6C19P).
| Dispozitive electronice de vid (cu excepția fasciculului catodic ) | ||
|---|---|---|
| Lămpi generatoare și amplificatoare | ||
| Alte | ||
| Tipuri de performanță |
| |
| Elemente structurale |
| |