Графический символ, представляющий пентод класса катодов косвенного нагрева . Электроды перечислены сверху вниз: анод, сетка-подавитель, сетка экрана, сетка управления, катод.
Пентод — это электронное устройство, имеющее пять электродов . Этот термин чаще всего применяется к трехсеточной усилительной вакуумной лампе или термоэлектронному клапану, который был изобретен Жилем Холстом и Бернхардом Д.Х. Теллегеном в 1926 году. [1] Был разработан пентод ( в некоторой литературе называемый трехсеточным усилителем [2] ). из трубки с экранной сеткой или трубки с защитной сеткой (разновидность трубки тетрода ) путем добавления сетки между экранной сеткой и пластиной. Эффективность трубки с экранной сеткой в качестве усилителя была ограничена из-за вторичной эмиссии электронов с пластины. [3] Дополнительная сетка называется сеткой-подавителем . Сетка-подавитель обычно работает при потенциале катода или около него и предотвращает попадание электронов вторичной эмиссии с пластины на экранную сетку. [4] [5] Добавление подавительной сетки позволяет получить гораздо большую амплитуду выходного сигнала от пластины пентода в режиме работы усилителя, чем от пластины трубки с экранной сеткой при том же напряжении питания пластины. Пентоды широко производились и использовались в электронном оборудовании до 1960-1970-х годов, когда транзисторы заменили лампы в новых конструкциях. В первой четверти 21 века несколько пентодных ламп производились для мощных радиочастотных приложений, усилителей музыкальных инструментов (особенно гитар), домашнего аудио и нишевых рынков.
Виды пентодов
Обычные пентоды называются пентодами с острым срезом или высоким наклоном и имеют одинаковый размер апертуры в управляющей сетке. Однородная конструкция управляющей сетки приводит к тому, что коэффициент усиления (мю или мк} и крутизна изменяются очень незначительно при возрастающем отрицательном напряжении 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 в сетке управления. Примеры: EF37A, EF86 /6267, 1N5GT, 6AU6A, 6J7GT. Часто, но не всегда, в европейской схеме наименования ламп для пентодов четное число указывает на резкое отключение. устройство, хотя нечетное указывало на дистанционное отключение; EF37 был исключением из этой общей тенденции, возможно, из-за его истории как обновления EF36 («Mullard EF36, EF37 и EF37A» в Национальном музее клапанов).
Пентоды с дистанционным отключением , переменным мю , суперуправлением или переменным наклоном выдерживают гораздо большие напряжения сигнала и смещения на управляющей сетке, чем обычные пентоды, не отключая анодный ток. Управляющая сетка пентода с регулируемым мю сконструирована таким образом, чтобы обеспечить заданное постепенное изменение напряжения управляющей сетки, оказывающее меньшее влияние на изменение анодного тока, поскольку напряжение управляющей сетки увеличивается отрицательно по отношению к катоду. [7] Управляющая сетка часто имеет форму спирали различного шага. [8] Поскольку напряжение управляющей сетки становится более отрицательным, коэффициент усиления лампы становится меньше. [7] [9] Пентоды с переменной мю уменьшают искажения и перекрестную модуляцию (интермодуляцию) и обеспечивают гораздо больший динамический диапазон усилителя, чем обычные пентоды. [10] Пентоды с регулируемой мю впервые были применены в каскадах усилителей радиочастоты радиоприемников, обычно с автоматическим регулированием громкости , и применяются в других приложениях, требующих способности работать при больших изменениях сигнала и управляющего напряжения. Первыми коммерчески доступными пентодами с переменной мю были RCA 239 в 1932 году и Mullard VP4 в 1933 году. [11] [12]
Силовые пентоды или пентоды усилителя мощности . Силовые пентоды предназначены для работы при более высоких токах, более высоких температурах и более высоких напряжениях, чем обычные пентоды. Катод силового пентода спроектирован так, чтобы обеспечивать достаточную эмиссию электронов, чтобы обеспечить необходимый ток через трубку для получения желаемой мощности в импедансе нагрузки. [13] Пластина или анод силового пентода спроектирована таким образом, чтобы рассеивать большую мощность, чем у обычного пентода. [14] EL34 , EL84 , 6CL6 , 6F6, 6G6, SY4307A и 6K6GT являются примерами пентодов, предназначенных для усиления мощности. Некоторые силовые пентоды для конкретных телевизионных требований:
Пентоды видеовыхода , например 15A6/PL83, PL802
пентоды кадрового вывода 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» представляет собой единый конверт, содержащий как триод, так и пентод, например ECF80 или ECL86.
Изображение силового пентода типа ГУ-81, российской электронной лампы, использовавшейся на военных радиостанциях в 70-х и 80-х годах.
Преимущества перед тетродом
Простой тетрод или трубка с экранной сеткой предлагал больший коэффициент усиления, большую мощность и более высокую частоту, чем более ранний триод . Однако в тетроде вторичные электроны , выбитые из анода (обкладки) ударяющими его электронами с катода (процесс, называемый вторичной эмиссией ), могут перетекать на экранную сетку благодаря ее сравнительно высокому потенциалу. Этот ток электронов, покидающих анод, уменьшает чистый анодный ток Ia . По мере увеличения анодного напряжения Va электроны с катода ударяются об анод с большей энергией, выбивая больше вторичных электронов, увеличивая ток электронов, покидающих анод. В результате обнаружено , что в тетроде анодный ток Ia уменьшается с увеличением анодного напряжения Va на части характеристической кривой . Это свойство (ΔVa / ΔIa < 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, предложенный Теллегеном , имеет дополнительный электрод, или третью сетку, называемую сеткой-подавителем , расположенную между экранной сеткой и анодом, что решает проблему вторичной эмиссии. На сетку супрессора подается низкий потенциал — обычно она либо заземлена, либо соединена с катодом. Электроны вторичной эмиссии с анода отталкиваются отрицательным потенциалом на сетке-подавителе, поэтому они не могут достичь экранной сетки, а возвращаются на анод. Первичные электроны катода имеют более высокую кинетическую энергию, поэтому они все равно могут пройти через сетку-подавитель и достичь анода.
Таким образом, пентоды могут иметь более высокий выходной ток и более широкий размах выходного напряжения; анод/пластина может находиться даже под более низким напряжением, чем экранная сетка, но при этом хорошо усиливать. [15]
Сравнение с триодом
Пентоды (и тетроды), как правило, имеют гораздо меньшую емкость обратной связи из-за экранирующего эффекта второй сетки.
Пентоды имеют тенденцию иметь более высокий шум ( шум разделения ) из-за случайного разделения катодного тока между экранной сеткой и анодом.
Триоды имеют меньшее внутреннее анодное сопротивление и, следовательно, более высокий коэффициент затухания при использовании в цепях вывода звука по сравнению с пентодами, когда отрицательная обратная связь отсутствует. Это также снижает потенциальное усиление напряжения, получаемое от триода, по сравнению с пентодом с той же крутизной, и обычно означает, что более эффективный выходной каскад может быть создан с использованием пентодов с сигналом возбуждения меньшей мощности.
Пентоды практически не подвержены влиянию изменений напряжения питания и поэтому могут работать с более плохо стабилизированным источником питания, чем триоды.
Пентоды и триоды (и тетроды) имеют по существу схожие зависимости между входным напряжением сетки (один) и выходным током анода, когда анодное напряжение поддерживается постоянным, то есть близким к квадратичному закону зависимости.
Пентодные лампы впервые были использованы в радиоприемниках бытового типа. Хорошо известный тип пентода EF50 был разработан еще до начала Второй мировой войны и широко использовался в радарах 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] Позже лампа 7АК7 была специально разработана для использования в компьютерном оборудовании. [20]
После Второй мировой войны пентоды широко использовались в ТВ-приемниках, особенно в преемнике EF50 — EF80. В 1960-х годах электронные лампы были заменены транзисторами. Тем не менее, они продолжают использоваться в некоторых приложениях, включая мощные радиопередатчики и (из-за их известного лампового звука ) в высококачественных и профессиональных аудиоприложениях , микрофонных предусилителях и усилителях для электрогитары . Большие запасы в странах бывшего Советского Союза обеспечивают постоянные поставки таких устройств, некоторые из которых предназначены для других целей, но адаптированы для использования в аудиосистеме, например, передатчик ГУ-50 .
Пентодные схемы с триодной связкой
Экранная сетка пентода (сетка 2) может быть соединена с анодом (обкладкой), и в этом случае он превращается в обычный триод с соизмеримыми характеристиками (меньшее анодное сопротивление, меньшее значение mu, меньший шум, требуется большее напряжение возбуждения). В этом случае устройство называется «триодным» или «триодным». Иногда это предусмотрено в качестве опции в схемах пентодных усилителей для аудиофилов , чтобы придать востребованные «звуковые качества» триодного усилителя мощности. Резистор может быть включен последовательно с экранной сеткой, чтобы избежать превышения номинальной мощности или напряжения экранной сетки, а также для предотвращения местных колебаний. Триодное подключение — полезный вариант для аудиофилов, которые хотят избежать затрат на «настоящие» мощные триоды.
^ Г. Холст и Б.Д. Теллеген, «Средство для усиления электрических колебаний», патент США 1945040, январь 1934 г.
^ "Руководство по приемной трубке RCA, 1940"; стр.118
^ Солимар, Лазло (2012). Современная физическая электроника. Springer Science and Business Media. п. 8. ISBN 978-9401165075.
^ ETC Карни, Аллен Ф. (1998). Серия учебных курсов по электричеству и электронике ВМФ, модуль 06: Введение в электронную эмиссию, лампы и источники питания. Пенсакола, Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения. п. 1-47.
^ Уитакер, Джерри (2016). Справочник по силовым вакуумным лампам, 3-е издание. ЦРК Пресс. п. 87. ИСБН978-1439850657.
^ Райх, Герберт Дж. (1941). Принципы электронных ламп. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 62.
^ ab Департаменты армии и ВВС (1952, ред. 1958). ТМ 11-662 Основы теории и применения электронных ламп. Вашингтон, округ Колумбия: USGPO. С. 104 - 105.
^ Департаменты армии и ВВС (1952, ред. 1958). ТМ 11-662. п. 41.
^ Баллантайн, Стюарт и Сноу, HA (декабрь 1930 г.). «Уменьшение искажений и перекрестных помех в радиоприемниках с помощью тетродов с регулируемой мю». Учеб. ИРЭ . п. 2122.
^ Райдер, Джон Ф. (1936) Автоматический регулятор громкости. Нью-Йорк: Джон Ф. Райдер, издатель. стр. 12 - 17.
^ Стоукс, Джон В. (1982). 70 лет радиоламп и ламп . Вестал, Нью-Йорк: Vestal Publishers Ltd. с. 57.
^ Троуэр, Кейт Р. (2009). Британские радиоклапаны, Классические годы: 1926–1946 . Ридинг, Англия: Спидвелл. п. 5.
^ Департаменты армии и ВВС (1952, ред. 1958). ТМ 11-662. п. 167.
^ Департаменты армии и ВВС (1952, ред. 1958). ТМ 11-662. п. 168 – 169.
^ "Руководство по приемной трубке RCA, 1940"; п8.
^
Тони Сейл. «Проект восстановления Колосса»
^
Тони Сейл. «Колосс: его назначение и работа».
^ Майкл Сонби. «Аудиопентоды малого сигнала». Архивировано 13 декабря 2016 г. на Wayback Machine .
^
Б. Джек Коупленд. «Колосс: Секреты компьютеров, взламывающих коды Блетчли-Парка».
^
Сильвания. Служба инженерных данных. 7АК7. Июль 1953 года.
Викискладе есть медиафайлы, связанные с пентодами .
