Графическое обозначение пентода класса катодов косвенного нагрева Электроды, перечисленные сверху вниз: анод, супрессорная сетка, экранная сетка, управляющая сетка, катод
Пентод — это электронное устройство с пятью электродами . Этот термин чаще всего применяется к трехсеточной усилительной вакуумной лампе или термоэлектронному клапану, который был изобретен Жилем Хольстом и Бернхардом Д. Х. Теллегеном в 1926 году. [1] Пентод ( в некоторой литературе называемый трехсеточным усилителем [2] ) был разработан на основе экранно-сетчатой лампы или экранно-сетчатой лампы (тип тетродной лампы) путем добавления сетки между экранной сеткой и пластиной. Экранно-сетчатая лампа была ограничена в производительности как усилитель из-за вторичной эмиссии электронов с пластины. [3] Дополнительная сетка называется сеткой-супрессором . Сетка-супрессор обычно работает при потенциале катода или вблизи него и предотвращает попадание электронов вторичной эмиссии с пластины на экранную сетку. [4] [5] Добавление сетки-супрессора позволяет получить гораздо большую амплитуду выходного сигнала с пластины пентода в работе усилителя, чем с пластины экранной сетки трубки при том же напряжении питания пластины. Пентоды широко изготавливались и использовались в электронном оборудовании до 1960-х и 1970-х годов, в течение которых транзисторы заменили лампы в новых конструкциях. В течение первой четверти 21-го века несколько пентодных ламп производились для мощных радиочастотных приложений, усилителей музыкальных инструментов (особенно гитар), домашнего аудио и нишевых рынков.
Типы пентодов
Обычные пентоды называются пентодами с острым срезом или пентодами с высоким наклоном и имеют равномерный размер апертуры в управляющей сетке. Равномерная конструкция управляющей сетки приводит к тому, что коэффициент усиления (мю или μ) и крутизна изменяются очень мало с возрастающим отрицательным напряжением сетки, что приводит к довольно резкому отключению анодного тока. [6] Эти пентоды подходят для применения в конструкциях усилителей, которые работают в ограниченных диапазонах сигнала и смещения на управляющей сетке. Примеры включают: EF37A, EF86 /6267, 1N5GT, 6AU6A, 6J7GT. Часто, но не всегда, в европейской схеме наименования ламп для пентодов четное число указывало на устройство с острым срезом, а нечетное — на удаленное; EF37 был исключением из этой общей тенденции, возможно, из-за своей истории как обновления EF36 («The Mullard EF36, EF37 и EF37A» в Национальном музее ламп).
Пентоды с дистанционным отключением , переменной мю , суперуправлением или переменным наклоном обрабатывают гораздо большие напряжения сигнала и смещения на сетке управления, чем обычные пентоды, не отсекая анодный ток. Управляющая сетка пентода с переменной мю сконструирована таким образом, чтобы при заданном приращении изменения напряжения сетки управления оказывалось меньшее влияние на изменение тока анода, поскольку напряжение сетки управления увеличивается отрицательно относительно катода. [7] Управляющая сетка часто имеет форму спирали с переменным шагом. [8] По мере того, как напряжение сетки управления становится более отрицательным, коэффициент усиления лампы уменьшается. [7] [9] Пентоды с переменной мю уменьшают искажения и кросс-модуляцию (интермодуляцию) и допускают гораздо больший динамический диапазон усилителя, чем обычные пентоды. [10] Пентоды с переменной мю впервые были применены в каскадах усилителей радиочастот радиоприемников, как правило, с автоматической регулировкой громкости , и применяются в других приложениях, требующих возможности работы при больших изменениях напряжения сигнала и управления. Первыми коммерчески доступными пентодами с переменной μ были RCA 239 в 1932 году и Mullard VP4 в 1933 году. [11] [12]
Мощные пентоды или пентоды усилителей мощности . Мощные пентоды предназначены для работы при более высоких токах, более высоких температурах и более высоких напряжениях, чем обычные пентоды. Катод мощного пентода предназначен для достаточной электронной эмиссии, чтобы обеспечить требуемый ток через трубку для получения желаемой мощности в сопротивлении нагрузки. [ 13] Пластина или анод мощного пентода предназначены для рассеивания большей мощности, чем у обычного пентода. [14] EL34 , EL84 , 6CL6, 6F6, 6G6, SY4307A и 6K6GT — вот некоторые примеры пентодов, предназначенных для усиления мощности. Некоторые мощные пентоды для особых телевизионных требований:
Пентоды видеовыхода , например 15A6/PL83, PL802
пентоды кадрового выхода или вертикального отклонения , такие как PL84 и пентодные секции 18GV8/PCL85.
линейный выход или пентоды горизонтального отклонения , такие как PL36, 27GB5/PL500, PL505 и т. д.
«Триод-пентод» — это единый корпус, содержащий как триод, так и пентод, например ECF80 или ECL86.
Изображение мощного пентода типа ГУ-81, российской электронной лампы, использовавшейся в военных радиостанциях в 70-х и 80-х годах.
Преимущества перед тетродом
Простая тетродная или экранно-сетчатая трубка обеспечивала больший коэффициент усиления, большую мощность и более высокую частотную способность, чем более ранний триод . Однако в тетроде вторичные электроны, выбитые из анода (пластины) электронами из катода, ударяющими его (процесс, называемый вторичной эмиссией ), могут течь к экранной сетке из-за ее относительно высокого потенциала. Этот ток электронов, покидающих анод, уменьшает чистый анодный ток I a . По мере увеличения анодного напряжения V a электроны с катода ударяются об анод с большей энергией, выбивая больше вторичных электронов, увеличивая этот ток электронов, покидающих анод. В результате в тетроде обнаруживается , что анодный ток I a уменьшается с увеличением анодного напряжения V a на части характеристической кривой . Это свойство (Δ V a /Δ I a < 0) называется отрицательным сопротивлением . Это может привести к нестабильности тетрода, что приведет к паразитным колебаниям на выходе, которые в некоторых случаях называются динатронными колебаниями .
Пентод, представленный Теллегеном , имеет дополнительный электрод или третью сетку, называемую сеткой подавления , расположенную между сеткой экрана и анодом, что решает проблему вторичной эмиссии. Сетке подавления придается низкий потенциал — она обычно либо заземлена, либо подключена к катоду. Электроны вторичной эмиссии с анода отталкиваются отрицательным потенциалом на сетке подавления, поэтому они не могут достичь сетки экрана, а возвращаются к аноду. Первичные электроны с катода имеют более высокую кинетическую энергию, поэтому они все еще могут пройти через сетку подавления и достичь анода.
Таким образом, пентоды могут иметь более высокие выходные токи и более широкий размах выходного напряжения; анод/пластина могут даже находиться под более низким напряжением, чем экранная сетка, но при этом все равно хорошо усиливать сигнал. [15]
Сравнения с триодом
Пентоды (и тетроды), как правило, имеют гораздо меньшую емкость обратной связи из-за экранирующего эффекта второй сетки.
Пентоды, как правило, имеют более высокий уровень шума ( шум разделения ) из-за случайного разделения катодного тока между экранной сеткой и анодом,
Триоды имеют меньшее внутреннее анодное сопротивление, а следовательно, и более высокий коэффициент затухания при использовании в выходных аудиоцепях по сравнению с пентодами, когда отрицательная обратная связь отсутствует. Это также снижает потенциальное усиление напряжения, получаемое от триода по сравнению с пентодом той же крутизны, и обычно означает, что более эффективный выходной каскад может быть изготовлен с использованием пентодов, с меньшей мощностью управляющего сигнала.
Пентоды практически нечувствительны к изменениям напряжения питания и поэтому могут работать при более плохо стабилизированном питании, чем триоды.
Пентоды и триоды (и тетроды) имеют по сути схожие соотношения между входным напряжением сетки (одной) и выходным током анода, когда анодное напряжение поддерживается постоянным, т.е. близкие к квадратичным соотношениям.
Пентодные лампы впервые были использованы в радиоприемниках потребительского типа. Известный тип пентода, EF50 , был разработан до начала Второй мировой войны и широко использовался в радарных установках и другом военном электронном оборудовании. Пентод способствовал электронному превосходству союзников.
В компьютерах Colossus и Manchester Baby использовалось большое количество пентодных ламп EF36. [16] [17] [18] [19] Позднее лампа 7AK7 была специально разработана для использования в компьютерном оборудовании. [20]
После Второй мировой войны пентоды широко использовались в телевизионных приемниках, особенно в преемнике EF50, EF80. Вакуумные лампы были заменены транзисторами в 1960-х годах. Тем не менее, они продолжают использоваться в определенных приложениях, включая мощные радиопередатчики и (из-за их хорошо известного лампового звука ) в высококачественных и профессиональных аудиоприложениях , микрофонных предусилителях и усилителях электрогитар . Большие запасы в странах бывшего Советского Союза обеспечили непрерывные поставки таких устройств, некоторые из которых были разработаны для других целей, но адаптированы для аудио использования, например, передающая лампа ГУ-50 .
Схемы пентодов с триодной обвязкой
Пентод может иметь экранную сетку (сетку 2), подключенную к аноду (пластине), в этом случае он возвращается к обычному триоду с соизмеримыми характеристиками (более низкое сопротивление анода, более низкий мю, более низкий уровень шума, большее требуемое напряжение возбуждения). Тогда говорят, что устройство «триодно-обвязанное» или «триодно-подключенное». Иногда это предусмотрено как опция в схемах усилителей аудиофильских пентодов, чтобы придать искомые «звуковые качества» триодного усилителя мощности. Резистор может быть включен последовательно с экранной сеткой, чтобы избежать превышения мощности или номинального напряжения экранной сетки и предотвратить локальные колебания. Триодное подключение является полезным вариантом для аудиофилов, которые хотят избежать расходов на «истинные» мощные триоды.
^ Г. Хольст и Б.Д.Х. Теллеген, «Средства усиления электрических колебаний», патент США 1945040, январь 1934 г.
^ "RCA Receiving Tube Manual, 1940"; стр. 118
^ Солимар, Ласло (2012). Современная физическая электроника. Springer Science and Business Media. стр. 8. ISBN 978-9401165075.
^ ETC Carney, Allen F. (1998). Серия учебных курсов по электричеству и электронике ВМС, модуль 06: Введение в электронную эмиссию, трубки и источники питания. Пенсакола, Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и подготовки. стр. 1-47.
^ Райх, Герберт Дж. (1941). Принципы электронных ламп. Нью-Йорк: McGraw-Hill. С. 62.
^ ab Departments of the Army and the Air Force (1952, rev. 1958). TM 11-662 Основная теория и применение электронных ламп. Вашингтон, округ Колумбия: USGPO. С. 104 - 105.
↑ Департаменты армии и военно-воздушных сил (1952, ред. 1958). TM 11-662. стр. 41.
↑ Ballantine, Stuart и Snow, HA (декабрь 1930 г.). «Уменьшение искажений и перекрестных помех в радиоприемниках с помощью тетродов с переменной μ». Труды IRE . стр. 2122.
^ Райдер, Джон Ф. (1936) Автоматический регулятор громкости. Нью-Йорк: Издательство Джона Ф. Райдера. С. 12–17.
^ Стоукс, Джон В. (1982). 70 лет радиоламп и ламп . Вестал, Нью-Йорк: Vestal Publishers Ltd. стр. 57.
^ Троуэр, Кит Р. (2009). British Radio Lamps, The Classic Years: 1926-1946 . Рединг, Англия: Speedwell. стр. 5.
↑ Департаменты армии и военно-воздушных сил (1952, ред. 1958). TM 11-662. стр. 167.
↑ Департаменты армии и военно-воздушных сил (1952, ред. 1958). TM 11-662. С. 168 - 169.
^ «Руководство по приемным трубкам RCA, 1940»; стр. 8.
^
Тони Сейл. «Проект по восстановлению Колосса»
^
Тони Сейл. «Колосс: его цель и действие».
^ Майкл Сонби. «Аудиопентоды с малым сигналом». Архивировано 13 декабря 2016 г. на Wayback Machine .
^
Б. Джек Коупленд. «Колосс: Секреты компьютеров Блетчли-Парка, взламывающих коды».
^
Сильвания. Служба инженерных данных. 7AK7. Июль 1953 г.
