Un tetrodo es un tubo de vacío (llamado válvula en inglés británico) que tiene cuatro electrodos activos . Los cuatro electrodos en orden desde el centro son: un cátodo termoiónico , una primera y una segunda rejilla y una placa (llamada ánodo en inglés británico). Hay varias variedades de tetrodos, siendo los más comunes el tubo de rejilla de pantalla y el tetrodo de haz . En tubos de rejilla de pantalla y tetrodes de haz, la primera rejilla es la rejilla de control y la segunda rejilla es la rejilla de pantalla . [1] En otros tetrodes, una de las cuadrículas es una cuadrícula de control, mientras que la otra puede tener una variedad de funciones.
El tetrodo se desarrolló en la década de 1920 agregando una rejilla adicional al primer tubo de vacío amplificador, el triodo , para corregir las limitaciones del triodo. Durante el período de 1913 a 1927, aparecieron tres tipos distintos de válvulas tetrode. Todos tenían una rejilla de control normal cuya función era actuar como control primario para la corriente que pasaba por el tubo, pero diferían según la función prevista de la otra rejilla. En orden de aparición histórica, estos son: el tubo de rejilla de carga espacial , la válvula de doble rejilla y el tubo de rejilla de pantalla.. El último de estos apareció en dos variantes distintas con diferentes áreas de aplicación: la válvula de rejilla de pantalla propiamente dicha, que se usó para amplificación de señales pequeñas de frecuencia media, y el tetrodo de haz que apareció más tarde, y se usó para audio o radio. amplificación de potencia de frecuencia. El primero fue rápidamente reemplazado por el pentodo de rf , mientras que el segundo se desarrolló inicialmente como una alternativa al pentodo como dispositivo amplificador de potencia de audio. El tetrodo de haz también se desarrolló como un tubo transmisor de radio de alta potencia.
Los tetrodos se utilizaron ampliamente en muchos dispositivos electrónicos de consumo, como radios, televisores y sistemas de audio, hasta que los transistores reemplazaron a las válvulas en las décadas de 1960 y 1970. Los tetrodos de haz se han utilizado hasta hace muy poco en aplicaciones de potencia como amplificadores de audio y transmisores de radio.
Cómo funciona
El tetrodo funciona de manera similar al triodo , a partir del cual se desarrolló. Una corriente a través del calentador o filamento calienta el cátodo , lo que hace que emita electrones por emisión termoiónica . Se aplica un voltaje positivo entre la placa y el cátodo, lo que provoca un flujo de electrones desde el cátodo a la placa a través de las dos rejillas. Un voltaje variable aplicado a la rejilla de control puede controlar esta corriente, provocando variaciones en la corriente de la placa. Con una carga resistiva o de otro tipo en el circuito de la placa, la corriente variable dará como resultado un voltaje variable en la placa. Con el sesgo adecuado, este voltaje será una versión amplificada (pero invertida) del voltaje de CA aplicado a la red de control, proporcionando ganancia de voltaje . En el tetrodo, la función de la otra cuadrícula varía según el tipo de tetrodo; esto se discute a continuación.
Tubo de rejilla de carga espacial
El tubo de rejilla de carga espacial fue el primer tipo de tetrodo que apareció. En el curso de su investigación sobre la acción del tubo triodo " audion " de Lee de Forest , Irving Langmuir descubrió que la acción del cátodo termoiónico calentado era crear una carga espacial , o nube de electrones, alrededor del cátodo . Esta nube actuó como un cátodo virtual. Con un voltaje de ánodo aplicado bajo, muchos de los electrones en la carga espacial regresaron al cátodo y no contribuyeron a la corriente del ánodo; solo aquellos en su límite exterior se verían afectados por el campo eléctricodebido al ánodo, y se aceleraría hacia él. Sin embargo, si se insertara una rejilla con un potencial aplicado positivo bajo (aproximadamente 10 V) entre el cátodo y la rejilla de control, se podría hacer que la carga espacial se extendiera más lejos del cátodo. Esto tuvo dos efectos ventajosos, ambos relacionados con la influencia de los campos eléctricos de los otros electrodos (ánodo y rejilla de control) sobre los electrones de la carga espacial. Primero, se podría lograr un aumento significativo en la corriente del ánodo con un voltaje de ánodo bajo; la válvula podría funcionar bien con un voltaje de ánodo aplicado más bajo. En segundo lugar, la transconductancia(velocidad de cambio de la corriente del ánodo con respecto al voltaje de la rejilla de control) del tubo se incrementó. Este último efecto fue particularmente importante ya que aumentó la ganancia de voltaje disponible de la válvula. [2] [3] [4]
Las válvulas de carga espacial siguieron siendo dispositivos útiles durante toda la era de las válvulas y se utilizaron en aplicaciones como radios de automóviles que funcionaban directamente con una fuente de 12 V, donde solo se disponía de un voltaje de ánodo bajo. El mismo principio se aplicó a otros tipos de tubos de rejilla múltiple como los pentodos . Como ejemplo, el Sylvania 12K5 se describe como "un tetrodo diseñado para la operación de carga espacial. Está diseñado para funcionar como un controlador de amplificador de potencia donde los potenciales se obtienen directamente de una batería de automóvil de 12V". La red de carga espacial se hizo funcionar a + 12V, lo mismo que el voltaje de suministro del ánodo. [5]
Otra aplicación importante del tetrodo de carga espacial fue como tubo de electrómetro para detectar y medir corrientes extremadamente pequeñas. Por ejemplo, el FP54 de General Electric se describió como un "tubo de rejilla de carga espacial ... diseñado para tener una impedancia de entrada muy alta y una corriente de rejilla muy baja. Está diseñado especialmente para la amplificación de corrientes continuas inferiores a 10−9
amperios, y se ha encontrado capaz de medir corrientes tan pequeñas como 5 x 10−18
amperios. Tiene un factor de amplificación de corriente de 250.000 y funciona con un voltaje de ánodo de 12 V y un voltaje de la red de carga espacial de + 4 V ". [6] El mecanismo por el cual la red de carga espacial reduce la corriente de la red de control en un tetrodo de electrómetro. es que evita que los iones positivos que se originan en el cátodo lleguen a la rejilla de control. [7]
Tenga en cuenta que cuando se agrega una cuadrícula de carga espacial a un triodo , la primera cuadrícula en el tetrodo resultante es la cuadrícula de carga espacial y la segunda cuadrícula es la cuadrícula de control .
Válvula de doble rejilla
En el tipo de tetrodo bi-grid, ambas rejillas están destinadas a transportar señales eléctricas, por lo que ambas son rejillas de control. El primer ejemplo que apareció en Gran Bretaña fue el Marconi-Osram FE1, que fue diseñado por HJ Round y estuvo disponible en 1920. [4] El tubo estaba destinado a ser utilizado en un circuito reflejo (por ejemplo, el receptor de barco de una sola válvula Tipo 91 [8] ) donde la misma válvula realiza las múltiples funciones de amplificador de RF, amplificador de AF y detector de diodos. La señal de RF se aplicó a una rejilla de control y la señal de AF a la otra. Este tipo de tetrodo se utilizó de muchas formas imaginativas en el período anterior a que la aparición de la válvula de rejilla de pantalla revolucionara el diseño del receptor. [9] [10]
En la ilustración se muestra una aplicación. Esto es reconocible como un transmisor de telefonía AM en el que la segunda rejilla y el ánodo forman un oscilador de potencia , y la primera rejilla actúa como un electrodo modulador. La corriente del ánodo en la válvula y, por lo tanto, la amplitud de salida de RF, se modula por el voltaje en G1, que se deriva de un micrófono de carbono. [11] Un tubo de este tipo también podría utilizarse como receptor de conversión directa de CW (radiotelegrafía). Aquí la válvula oscila como consecuencia del acoplamiento entre la primera rejilla y el ánodo, mientras que la segunda rejilla está acoplada a la antena. La frecuencia de latido AF es audible en los auriculares. La válvula actúa como un detector de producto auto-oscilante . [12]Otra aplicación muy similar de la válvula bi-grid fue como un mezclador de frecuencia auto-oscilante en los primeros receptores superhet [13] Una cuadrícula de control transportaba la señal de RF entrante, mientras que la otra estaba conectada a un circuito oscilador que generaba la oscilación local dentro del misma válvula. Dado que la corriente del ánodo de la válvula de doble rejilla era proporcional tanto a la señal en la primera rejilla como al voltaje del oscilador en la segunda rejilla, se logró la multiplicación requerida de las dos señales y la señal de frecuencia intermedia se seleccionó mediante un circuito sintonizado conectado al ánodo. En cada una de estas aplicaciones, el tetrodo bi-grid actuó como un multiplicador analógico desequilibrado en el que la corriente de placa, además de pasar ambas señales de entrada, incluye el producto de las dos señales aplicadas a las rejillas.
El receptor superheterodino
El principio del receptor superheterodino (o superhet ) moderno (originalmente llamado receptor heterodino supersónico , porque la frecuencia intermedia estaba en una frecuencia ultrasónica ) fue inventado en Francia por Lucien Levy en 1917 [14] (p 66), aunque el crédito generalmente también se le da a Edwin Armstrong . La razón original de la invención del superhet fue que antes de la aparición de la válvula de rejilla de pantalla, las válvulas amplificadoras, luego los triodos , tenían dificultades para amplificar las frecuencias de radio (es decir, frecuencias muy superiores a 100 kHz) debido al efecto Miller.. En el diseño superheterodino, en lugar de amplificar la señal de radio entrante, primero se mezcló con un oscilador de RF constante (el llamado oscilador local ) para producir un heterodino de típicamente 30 kHz. Esta señal de frecuencia intermedia (IF) tenía una envolvente idéntica a la de la señal entrante pero una frecuencia portadora mucho más baja, por lo que podría amplificarse de manera eficiente utilizando triodos. Cuando se detecta , se obtiene la modulación original de la señal de radio de frecuencia más alta. [15] Una técnica algo complicada, perdió el favor cuando los tetrodes de cuadrícula de pantalla hicieron radio frecuencia sintonizadaReceptores (TRF) prácticos. Sin embargo, el principio superheterodino resurgió a principios de la década de 1930 cuando se apreciaron sus otras ventajas, como una mayor selectividad , y casi todos los receptores modernos operan con este principio pero con una frecuencia de FI más alta (a veces más alta que la RF original) con amplificadores (como el tetrode) habiendo superado la limitación del triodo en la amplificación de señales de alta (radio) frecuencia.
El concepto superheterodino podría implementarse utilizando una válvula como oscilador local y una válvula separada como mezclador que toma la señal de la antena y el oscilador local como señales de entrada. Pero por economía, esas dos funciones también podrían combinarse en un solo tetrodo bi-grid que oscilaría y mezclaría en frecuencia la señal de RF de la antena. [13] En años posteriores, esto se logró de manera similar mediante el tubo convertidor pentagrid , una válvula amplificadora / oscilante de dos entradas similar, pero que (como los tubos pentodo ) incorporaba una rejilla supresoray en este caso dos rejillas de pantalla para aislar electrostáticamente la placa y ambas rejillas de señales entre sí. En los receptores de hoy, basados en tecnología de semiconductores de bajo costo ( transistores ), no hay ningún beneficio de costo al combinar las dos funciones en un dispositivo activo.
Válvula de rejilla de pantalla
En este tipo de tetrodo, que tuvo un uso generalizado (pero más aún en forma de pentodo que incluye una cuadrícula adicional, pero por lo demás es similar), se inserta una llamada cuadrícula de pantalla entre la cuadrícula de control y el ánodo (placa ) para reducir la retroalimentación capacitiva (o capacitancia de Miller ) desde el ánodo (que contiene la señal de salida amplificada) a la rejilla de control (entrada). Piense en el ánodo y la rejilla de control como dos placas paralelas de un condensador con un espacio de 4 mm entre ellas, lo que da como resultado una capacitancia neta de C. Ahora imagina que colocamos una fina hoja de metal entre esas placas. Eso por sí solo no cambia la capacitancia entre la rejilla y el ánodo. El resultado se puede ver como un condensador de esa hoja a la rejilla de control con una diferencia de solamente 2 mm, resultando en una capacitancia de 2 C . De manera similar, hemos creado un capacitor de 2 C entre la hoja y el ánodo, y estos dos "capacitores" en serie dan como resultado una capacitancia de C , sin cambios con respecto al tubo original.
Lo que hacemos, sin embargo, es conectar esa hoja de metal a tierra (o tierra de CA). Eso tiene el efecto de poner en cortocircuito cualquier señal que venga a través del condensador del ánodo antes de que pueda acoplarse capacitivamente a la rejilla de control. Ese es el propósito de la hoja de metal, pero, por supuesto, una hoja de metal sólida también evitaría que los electrones lleguen al ánodo. Entonces, en cambio, el electrodo intermedio se construye como una rejilla, una malla a través de la cual la mayoría de los electrones balísticos podrán pasar en su camino hacia el ánodo, pero aún teniendo el efecto de reducir la mayoría de los electrones balísticos.acoplamiento capacitivo entre el ánodo y la rejilla de control. Ahora, simplemente conectando la rejilla de la pantalla a tierra lograría esto, pero también actuaría inadvertidamente como una segunda rejilla de control cuya carga negativa repelería los electrones provenientes del cátodo que no fueron repelidos por la rejilla de control. Entonces, en cambio, la rejilla de la pantalla está conectada a un voltaje muy positivo (cercano o igual al voltaje en el ánodo) pero a tierra de CA (asegurada por un capacitor de derivación a tierra). Aunque algunos electrones golpearán la rejilla de la pantalla y producirán una corriente en ella, a expensas de la corriente de la placa, la mayoría de los electrones pasarán a través de los huecos de la malla, sin ser molestados.
La primera válvula de rejilla de pantalla verdadera, con una rejilla de pantalla diseñada para este propósito, fue patentada por Hiroshi Ando en 1919, y las primeras versiones prácticas fueron construidas por NH Williams y Albert Hull en General Electric y Bernard Tellegen en Phillips en 1926. [ dieciséis]
Este tipo de tetrodo se desarrolló con el propósito de reducir en gran medida la capacitancia de la rejilla de control del ánodo que, se había hecho evidente, dificultaba el uso de triodos como amplificadores de radiofrecuencia de pequeña señal. La capacitancia de la rejilla del ánodo del triodo causó inestabilidad y oscilación cuando tanto el ánodo como la rejilla estaban conectados a circuitos resonantes sintonizados (como es habitual en un amplificador de RF) o en la mayoría de los circuitos donde el ánodo está conectado a una carga inductiva. [17] Entonces, para frecuencias por encima de aproximadamente 100 kHz, la oscilación solo podría evitarse limitando en gran medida la ganancia de cada etapa; a frecuencias superiores a 1 MHz, los triodos son prácticamente inútiles en amplificadores sintonizados. Y en general, siendo una especie de retroalimentación negativa (dado que la señal en el ánodo está en fase opuesta al voltaje en la red), la amplificación a frecuencias más altas se vuelve cada vez más difícil.
Apareció una ventaja adicional del tetrodo pantalla-cuadrícula, también debido al campo electrostático variable del ánodo a medida que cambia su voltaje, en el sentido de que esos cambios de voltaje en la salida tuvieron un efecto muy reducido en el voltaje de la red de control requerido para causar un voltaje particular. corriente de placa. Esto corresponde a una mayor resistencia dinámica del ánodo, lo que permite una ganancia de voltaje mucho mayor cuando la resistencia de carga externa es grande. En consecuencia, los tetrodos (y pentodos) se caracterizan principalmente por su transconductancia (cambio en la corriente de la placa en relación con el voltaje de la red de control), mientras que los triodos se caracterizan más importantemente por su mu, la ganancia de voltaje máxima posible independientemente de cuán grande sea la resistencia de carga externa. En el momento de la introducción de las válvulas de rejilla de pantalla (alrededor de 1927), un pequeño triodo típico utilizado para la amplificación de señales pequeñas tenía una resistencia dinámica del ánodo de 20 kΩ o menos, y una capacitancia del ánodo de la rejilla de 1 a 5 pF , mientras que el las cifras correspondientes para una válvula de rejilla de pantalla típica fueron 1 MΩ y 0,004 pF . [18]
Por lo tanto, las válvulas de rejilla de pantalla, con una mayor ganancia de voltaje y una capacidad de frecuencia más alta que los triodos, permitieron el desarrollo de los primeros amplificadores de RF verdaderos en los rangos de frecuencia de MF y HF en equipos de radio. Se utilizaron comúnmente en las etapas de amplificación de radiofrecuencia de los receptores de radio en el período de 1927 a 1930, reemplazado por el pentodo, que es similar en la mayoría de los aspectos.
En funcionamiento normal, la rejilla de la pantalla se conecta a un voltaje de CC positivo ligeramente menor que el voltaje de la placa y se fuerza a tierra de CA a través de un condensador de derivación. Para aprovechar al máximo la muy baja capacitancia interna del ánodo de la rejilla a altas frecuencias, sus circuitos deben construirse de manera que el blindaje entre el ánodo y la rejilla continúe externamente. En el caso ilustrado (S625), la válvula estaba pensada para ser insertada en un orificio en un blindaje externo de chapa metálica con conexión a tierra alineado para corresponder con la posición de la rejilla de pantalla interna. La entrada o circuito de la rejilla de control estaba en un lado del blindaje, mientras que el ánodo o circuito de salida estaba en el otro. En el caso del imán musical de Osram, cada etapa completa del amplificador de rf de 2 etapas, así como la etapa del detector sintonizado, estaba encerrada en una caja metálica grande individual parablindaje electrostático . Estas cajas se han eliminado en la ilustración, pero se pueden ver los bordes hacia arriba de las bases de las cajas.
Característica del ánodo de las válvulas de rejilla de pantalla
La razón de la aplicabilidad limitada de la válvula de rejilla de pantalla y su rápido reemplazo por el pentodo de RF (introducido alrededor de 1930) fue la característica peculiar del ánodo (es decir, la variación de la corriente del ánodo con respecto al voltaje del ánodo) del primer tipo de tubo.
En aplicaciones normales, el voltaje del ánodo era de aproximadamente 150 V, mientras que el de la rejilla de la pantalla era de aproximadamente 60 V (Thrower p. 183). [4] Como la rejilla de la pantalla es positiva con respecto al cátodo, recoge una cierta fracción (quizás una cuarta parte) de los electrones que de otro modo pasarían de la región de la rejilla al ánodo. Esto hace que la corriente fluya en el circuito de la rejilla de la pantalla. Por lo general, la corriente de la pantalla debido a esta causa es pequeña y de poco interés. Sin embargo, si el voltaje del ánodo debe estar por debajo del de la pantalla, la rejilla de la pantalla también puede recolectar electrones secundarios.Expulsado del ánodo por el impacto de los electrones primarios energéticos. Ambos efectos tienden a reducir la corriente del ánodo. Si el voltaje del ánodo se incrementa desde un valor bajo, con la rejilla de la pantalla a su voltaje de funcionamiento normal (60 V, digamos), la corriente del ánodo inicialmente aumenta rápidamente porque más de esos electrones que pasan a través de la rejilla de la pantalla son recolectados por el ánodo en lugar de pasando de nuevo a la cuadrícula de la pantalla. Esta parte de la característica del ánodo tetrodo se asemeja a la parte correspondiente de la de un triodo o pentodo.. Sin embargo, cuando el voltaje del ánodo aumenta aún más, los electrones que llegan al ánodo tienen suficiente energía para causar una copiosa emisión secundaria, y muchos de estos electrones secundarios serán capturados por la pantalla, que tiene un voltaje positivo más alto que el del ánodo. Esto hace que la corriente del ánodo disminuya en lugar de aumentar cuando aumenta el voltaje del ánodo. En algunos casos, la corriente del ánodo puede volverse negativa (la corriente fluye fuera del ánodo); esto es posible ya que cada electrón primario puede producir más de un secundario. La caída de la corriente del ánodo positiva acompañada de un aumento del voltaje del ánodo le da a la característica del ánodo una región de pendiente negativa, y esto corresponde a una resistencia negativa.lo que puede provocar inestabilidad en determinados circuitos. En un rango más alto de voltaje del ánodo, el voltaje del ánodo excede suficientemente al de la pantalla para que una proporción creciente de los electrones secundarios sean atraídos de regreso al ánodo, por lo que la corriente del ánodo aumenta una vez más y la pendiente de la característica del ánodo se vuelve positiva. de nuevo. En un rango aún más alto de voltajes de ánodo, la corriente del ánodo se vuelve sustancialmente constante, ya que todos los electrones secundarios ahora regresan al ánodo, y el control principal de la corriente a través del tubo es el voltaje de la rejilla de control. Este es el modo de funcionamiento normal del tubo. [19]
La característica de ánodo de una válvula de rejilla de pantalla es, por lo tanto, bastante diferente a la de un triodo . Incluye un rango de voltajes de ánodo, donde el voltaje de ánodo es menor que el de la rejilla de la pantalla, en el que hay una característica de resistencia negativa distintiva , a veces llamada "torsión de tetrodo". Esto suele ser indeseable, aunque puede aprovecharse como en el oscilador dynatron (Eastman, p 431). [3] La región de corriente aproximadamente constante de baja pendiente a alto voltaje de ánodo también es una característica distintiva del tetrodo. Esto es muy deseable, ya que corresponde a una alta resistencia a la fuente.en el circuito del ánodo, y mejora en gran medida la ganancia de voltaje que puede producir el dispositivo. Las primeras válvulas de rejilla de pantalla tenían factores de amplificación (es decir, el producto de la transconductancia y la resistencia de la pendiente del ánodo) diez veces mayor que los triodos de pequeña señal comparables. [20] La alta resistencia del ánodo (es decir, baja pendiente) en el rango de funcionamiento normal es una consecuencia de la acción de blindaje electrostático de la rejilla de la pantalla, ya que evita que el campo eléctrico debido al ánodo penetre en la región de la rejilla de control, donde De lo contrario, podría influir en el paso de electrones, aumentando la corriente de electrones cuando el voltaje del ánodo es alto y reduciéndolo cuando es bajo.
En la práctica, la torsión de resistencia negativa de la característica del ánodo limita la utilidad de la válvula de rejilla de pantalla a aplicaciones donde solo se amplifican pequeñas señales, de modo que las variaciones en el voltaje del ánodo también son correspondientemente pequeñas, y las condiciones de operación nunca se apartan de la región. de impedancia positiva alta (pendiente positiva baja) a voltaje de ánodo grande. Se puede evitar que la emisión secundaria contribuya a la corriente de la pantalla (y, por lo tanto, reste valor a la corriente del ánodo) agregando una rejilla supresora , haciendo un pentodo o placas de haz para hacer un tetrodo de haz./ tetrodo sin pliegues, que se puede utilizar en amplificadores de potencia donde las variaciones de voltaje del ánodo, debido a la presencia de un voltaje de señal grande, son mucho mayores. Las características de ánodo de estos tubos son muy similares a las de los pentodos . En ambos casos, la corriente del ánodo aumenta rápidamente a un valor aproximadamente constante cuando el voltaje del ánodo se eleva a tan solo unas pocas decenas de voltios, y la región de alta resistencia positiva del ánodo (pendiente baja) se extiende desde este valor bajo hasta el ánodo máximo. voltaje que puede ser de varios cientos de voltios o más.
La región operativa de resistencia negativa del tetrodo se explota en el oscilador dynatron , que es un ejemplo de oscilador de resistencia negativa. (Eastman, p. 431) [3]
Haz tetrodo
El alto valor de la resistencia de la pendiente del ánodo de los tetrodos (mencionado anteriormente) los hace capaces de un alto voltaje y ganancia de potencia, y también es potencialmente una causa de alta eficiencia del ánodo que, si pudiera explotarse, haría que los tetrodos sean superiores a los triodos como potencia. dispositivos amplificadores en aplicaciones tales como amplificadores de potencia de audio y las etapas de salida de transmisores de radio. Para un amplificador de potencia de triodo que funcione con un transformador o carga inductiva en Clase A, la eficiencia teórica máxima es del 25%. Esta baja cifra es en parte consecuencia de la impedancia de baja pendiente de ánodo (R una ) de este tipo de tubo; el bajo valor de un triodo R una es casi siempre mucho menor que la impedancia de carga óptima ánodo en un amplificador de potencia. Sin embargo, para un pentodo o tetrodo, Ra suele ser lo suficientemente alta para lograr la impedancia de carga óptima y, en estas circunstancias, la eficiencia teórica máxima se eleva al 50%. [21] Esto le da a los tetrodos y pentodos una importante ventaja práctica sobre los triodos, que es de particular valor cuando se requieren salidas de alta potencia.
Sin embargo, la torcedura del tetrodo limita la variación permisible del voltaje del ánodo y restringe el uso de válvulas de rejilla de pantalla a aplicaciones de pequeña señal. La rejilla supresora del pentodoelimina la torsión en la característica del ánodo al evitar que los electrones secundarios, que se originan en el ánodo, alcancen la rejilla de la pantalla y, por lo tanto, permite una excursión más amplia del voltaje del ánodo, como se requiere para la amplificación de potencia. El mismo efecto se puede producir en el caso de un tetrodo introduciendo dos modificaciones. En primer lugar, los cables de la cuadrícula de la pantalla se alinean con los de la cuadrícula de control de modo que los primeros se encuentren en la "sombra" de electrones creada por la segunda. Esto reduce la corriente de la rejilla de la pantalla, lo que proporciona una mayor eficiencia y también concentra los electrones en haces densos en el espacio entre la rejilla de la pantalla y el ánodo. La intensa carga espacial negativa de estos haces evita que los electrones secundariosdel ánodo para que no llegue a la rejilla de la pantalla, eliminando así la torsión del tetrodo. En segundo lugar, en válvulas pequeñas cuya estructura de electrodos se soporta de forma convencional con alambres verticales y espaciadores de mica, se encontró necesario introducir electrodos formadores de vigas de chapa entre la rejilla de la pantalla y el ánodo. El propósito de estas placas de haz es restringir los haces de electrones en partes del sistema de electrodos que son secciones de un cilindro. [22](Ver vista en sección, derecha). La creación exitosa del haz de electrones entre la rejilla de la pantalla y el ánodo requerido para una característica de ánodo sin pliegues depende de los detalles de la geometría de la estructura del electrodo del tetrodo del haz. En los casos en los que los electrodos tengan una simetría cilíndrica completa, se puede lograr una característica sin pliegues sin necesidad de placas de vigas, siendo suficiente la alineación de los cables de la rejilla de la pantalla con los de la rejilla de control. Esta forma de construcción generalmente se adopta en tubos más grandes con una potencia de ánodo de 100 W o más. El Eimac 4CX250B (con una disipación de ánodo de 250 W) es un ejemplo de esta clase de tetrodo de haz. Tenga en cuenta que se adopta un enfoque radicalmente diferente para el diseño del sistema de soporte para los electrodos en estos tipos (ver ilustración).El fabricante describe el 4CX250B como un 'tetrodo de haz radial', lo que llama la atención sobre la simetría de su sistema de electrodos.
El efecto general de los desarrollos originales fue producir un tubo amplificador de potencia altamente efectivo, cuya característica de ánodo es muy parecida a la de un pentodo , pero que tiene una mayor eficiencia como resultado de una corriente de pantalla reducida. Una ventaja adicional fue que la distorsión del tercer armónico se redujo mucho en relación con un pentodo comparable (Terman págs. 198–9). [19] Los tubos de potencia de haz fueron introducidos en 1936 por RCA, comercializados para uso en amplificadores de potencia de audio, y rápidamente reemplazaron los pentodos convencionales en esta aplicación. [23] Desarrollos posteriores produjeron tubos de potencia de haz que eran capaces de producir una salida de alta potencia a frecuencias que se extendían hasta la región de UHF.
El tetrodo de haz, patentado en 1933, [24] fue inventado en Gran Bretaña por dos ingenieros de EMI, Cabot Bull y Sidney Rodda, como un intento de eludir el pentodo de potencia, cuya patente era propiedad de Philips. Aunque las placas de haz (cuando están presentes) podrían contarse como un quinto electrodo (como en un pentodo), este tipo de tubo se clasifica sin embargo como un tetrodo, quizás para subrayar la diferencia en principio con el empleado en los pentodos verdaderos, que se basan en sobre el efecto de una rejilla supresora. Los tetrodos de haz se utilizaron ampliamente como tubos amplificadores de potencia de audio en artículos de consumo como radios y televisores y en equipos electrónicos industriales hasta la década de 1960, cuando fueron reemplazados por transistores.. Su uso principal ahora es en aplicaciones industriales de alta potencia como transmisores de radio. Los tetrodos de haz de consumo de baja potencia todavía se utilizan en algunos dispositivos de amplificación de potencia de audio de tubo de vacío especiales y heredados, como los amplificadores de guitarra de tubo ; el KT66 y el KT88 son ejemplos populares en equipos de audio, mientras que QY4-400 es un ejemplo que tiene una disipación de ánodo de 400 W, capaz de aplicaciones en transmisores de radio de hasta 100 MHz. El 4CX250B, mencionado anteriormente, puede funcionar a una disipación total del ánodo de 250 W hasta 500 MHz. Abundan muchos otros tipos.
Tetrodo de distancia crítica
En 1935, Hivac introdujo un enfoque alternativo al problema de eliminar la torsión del tetrodo. JH Owen Harries descubrió que si se variaba la separación del ánodo de la rejilla de la pantalla, se podía encontrar una separación crítica (aproximadamente 3 cm). donde la torsión en la característica del ánodo del tetrodo desapareció, y la amplificación de la válvula se volvió particularmente libre de distorsión. [25] [26]Tanto la fidelidad como la eficiencia superaron a las de los pentodos disponibles de la época. Se introdujo una gama de tetrodos de este tipo, destinados al mercado de receptores domésticos, algunos con filamentos de calentamiento directo de 2V, destinados a equipos de batería de baja potencia, otros con cátodos de calentamiento indirecto de 4V o superiores para funcionamiento en red. Las potencias de salida oscilaron entre 0,5 W y 11,5 W. De manera confusa, varias de estas nuevas válvulas tenían el mismo número de tipo que los pentodos existentes con características casi idénticas. Los ejemplos incluyen Y220 (0,5 W, filamento de 2 V), AC / Y (3 W, calentador de 4 V), AC / Q (11,5 W, calentador de 4 V), etc. [25]
Ver también
- Tetrodo de efecto de campo
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