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ビームテトロードは、ビームパワーチューブとも呼ばれ、2つのグリッドを持ち、陰極からの電子の流れを複数の部分的にコリメートされたビームに形成して、陽極とスクリーン グリッドの間に低電位の空間電荷領域を生成し、陽極電位がスクリーン グリッドの電位よりも低い場合に陽極二次放出電子を陽極に戻す真空管または熱電子管の一種です。[ 1 ] [ 2 ]ビームテトロードは通常、オーディオ周波数から無線周波数までの電力増幅に使用されます。ビームテトロードは、同じ陽極供給電圧の三極管または五極管よりも大きな出力電力を生成します。 [ 3 ]最初に市販されたビームテトロードは、1935 年に発表された Marconi N40 です。[ 4 ] [ 5 ] 21 世紀に製造され使用されているビームテトロードには、4CX250B、KT66、および 6L6 の派生型などがあります。
増幅回路では、従来の四極管の有効な陽極電圧 - 陽極電流動作領域は、スクリーングリッドの電位よりも低い陽極電位での陽極からの二次放出の悪影響によって制限されていました。[ 6 ]陽極二次放出の悪影響は、フィリップス/マラードがサプレッサグリッドを導入することで解決し、その結果、五極管の設計が生まれました。フィリップスはこの設計の特許を保有していたため、他のメーカーは特許を侵害することなく五極管タイプの真空管を製造しようと熱心でした。英国では、3人のEMIエンジニア（アイザック・ショーエンバーグ、キャボット・ブル、シドニー・ロッド）が1933年に代替設計の特許を出願しました。[ 7 ]彼らの設計は（通常の五極管と比較して）次の特徴を持っていました。
この設計は現在ではビーム四極管として知られていますが、歴史的には、従来の四極管と同じ数のグリッドを持ちながら、真の四極管のアノード電流対アノード電圧特性曲線に負の抵抗の屈曲がないため、キンクレス四極管としても知られていました。特に英国以外の著者の中には、ビームプレートが第 5 の電極を構成すると主張する人もいます。[ 12 ] [ 13 ]
EMI設計は、五極管に比べて以下の利点があった。
この新しい真空管は、1935 年 1 月に開催された物理光学学会の展示会で Marconi N40 として発表されました。[ 4 ] N40 出力四極管は約 1000 個生産されましたが、EMIとGECの共同所有であるMOV ( Marconi-Osram Valve ) 社は、グリッド ワイヤの良好な位置合わせが必要なため、この設計は製造が困難すぎると判断しました。[ 5 ] MOV 社はRCA of America 社と設計共有契約を結んでいたため、この設計は RCA 社に引き継がれました。RCA 社は実用的な設計を生産するリソースを持っており、その結果6L6が誕生しました。その後まもなく、ビーム 四極管はさまざまな製品に登場し、 1936 年 12 月には6V6、1937年にはMOV KT66、1956年にはKT88が発売されました。KT88 はオーディオ専用に設計され、今日ではコレクターに高く評価されています。
フィリップスのサプレッサーグリッドに関する特許が失効した後、多くのビームテトロードは「ビームパワーペントロード」と呼ばれるようになった。さらに、ペントロードの代わりに使えるように設計されたビームテトロードもいくつかあった。広く普及しているEL34は、Mullard/Philipsや他のヨーロッパのメーカーによって真のペントロードとして製造されていたが、GE、Sylvania、MOVなどの他のメーカーによってビームテトロードとしても製造されていた。SylvaniaとGEが製造した6CA7は、EL34の代替品としてそのまま使えるビームテトロードであり、KT77はMOV製の6CA7と似た設計である。
米国で広く使用されていたビーム四極管ファミリーは、25L6、35L6、50L6、およびそれらの小型版である50B5と50C5で構成されていました。このファミリーは、似たような名称にもかかわらず、6L6と混同してはいけません。これらは、数百万台のオールアメリカンファイブAMラジオ受信機で使用されていました。これらのほとんどは、トランスレス電源回路を使用していました。1940年から1950年頃に製造されたトランス電源を備えたアメリカのラジオ受信機では、6V6、6V6G、6V6GT、および小型の6AQ5ビーム四極管が非常によく使用されていました。
軍用機器では、定格陽極損失が25ワットで最大750ボルトの電源で動作する807と1625が、最大50ワットの出力を持つ無線周波数送信機の最終増幅器や、オーディオ用のプッシュプル用途で広く使用されていました。これらの真空管は6L6と非常によく似ていましたが、陽極損失定格がやや高く、陽極はベースのピンではなくトップキャップに接続されていました。第二次世界大戦後、大量に市場に出回り、1950年代から1960年代にかけて、アメリカとヨーロッパの無線アマチュアに広く使用されました。
1950年代には、ビーム四極管用の超線形オーディオ増幅回路が開発されました。[ 16 ]この増幅回路はスクリーングリッドを出力トランスのタップに接続し、相互変調歪みを低減します。
ビーム四極管は、スクリーングリッドと陽極の間に低電位空間電荷領域を形成することで、スクリーングリッド管のダイナトロン領域または四極管キンクを解消し、陽極二次放出電子を陽極に戻します。ビーム四極管の陽極特性は、低い陽極電圧ではパワー五極管よりも丸みが少なく、同じ陽極供給電圧でより大きな出力とより小さな第3高調波歪みが得られます。[ 17 ]
ビーム四極管では、制御グリッドとスクリーングリッドの開口部が一直線に並んでいます。スクリーングリッドのワイヤは制御グリッドのワイヤと一直線に並び、スクリーングリッドが制御グリッドの影の中に位置します。これによりスクリーングリッド電流が低減され、管の電力変換効率が向上します。グリッド開口部を一直線に並べることで、スクリーングリッドと陽極の間の空間に電子が密なビームとして集中し、ビーム密度がない場合よりも陽極をスクリーングリッドに近づけることができます。[ 18 ]陽極電位がスクリーングリッド電位よりも低い場合に発生するこれらのビームの 強い負の空間電荷により、陽極からの二次電子がスクリーングリッドに到達するのを防ぎます。
受信型ビーム四極管では、ビーム領域の外側にビーム閉じ込め板が導入され、電子ビームを円筒状の特定のセクターである陽極の特定のセクターに閉じ込めます。[ 19 ]これらのビーム閉じ込め板は、スクリーングリッドと陽極の間に低静電ポテンシャル領域も形成し、ビーム領域の外側から陽極二次電子を陽極に戻します。
完全な円筒対称性を持つビーム四極管では、ビーム拘束板を必要とせずにキンクレス特性を実現できます。[ 2 ] [ 20 ]この構造形式は通常、100W 以上の陽極電力定格を持つ大型の管で採用されます。Eimac 4CX250B (陽極損失定格 250W) は、この種のビーム四極管の一例です。これらのタイプの電極の支持システムの設計には、根本的に異なるアプローチが取られていることに注意してください。4CX250B は、製造元によって「ラジアルビーム電力四極管」と説明されており、電極システムの対称性に注目が集まっています。
ビーム四極管アプリケーション回路には、不要な発振を防ぎ、過渡電圧を抑制し、周波数応答を平滑化するための部品が含まれていることが多い。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]無線周波数アプリケーションでは、プレート回路部品とグリッド回路部品の間にシールドが必要である。[ 24 ]
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