ビームテトロード

ビームテトロード（ビームパワーチューブとも呼ばれる）は、2つのグリッドを持ち、カソードからの電子流を複数の部分的にコリメートされたビームに形成して、アノード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、アノード電位がスクリーングリッドの電位よりも低い場合にアノードの二次放出電子をアノードに戻す真空管または熱電子バルブの一種です。 ^{[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、同じアノード供給電圧で、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年に発表されたマルコーニN40でした。^{[4] [5]} 21世紀に製造および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有害な影響によって制限されていました。^{[6]陽極二次放出の有害な影響は、}フィリップス/ムラードがサプレッサーグリッドを導入することで解決され、その結果、五極管設計が生まれました。フィリップスが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することに熱心でした。英国では、3人のEMIエンジニア（アイザック・ショーンバーグ、キャボット・ブル、シドニー・ロッダ）が1933年に代替設計の特許を申請しました。^[7]彼らの設計には、（通常の五極管と比較して）次の特徴がありました。

• 制御グリッドとスクリーングリッドの開口部は、グリッドを同じピッチで巻くことによって一直線に並べられました（五極管のグリッドは異なるピッチを使用しました）。^[8]
• 通常の四極管や五極管よりもスクリーングリッドと陽極の間の距離が長い。^[9]
• 補助電極構造は、陰極電位またはその近くに位置し、電子流の実質的に外側に配置され、スクリーングリッドと陽極の間に低静電電位領域を確立し、ビームの包囲角を制限し、ビーム領域外の陽極二次電子がスクリーンに到達するのを防ぎます^{[10] [11] [8]}（五極管には電子流内にサプレッサーグリッドがあります）。

この設計は今日ではビームテトロードとして知られているが、歴史的にはキンクレステトロードとも呼ばれていた。これは、従来のテトロードと同じ数のグリッドを持ちながら、真のテトロードの陽極電流対陽極電圧特性曲線に見られる負性抵抗のキンクがないからである。特に英国外の研究者の中には、ビームプレートが第5の電極を構成していると主張する者もいる。^{[12] [13]}

EMI 設計には、五極管に比べて次のような利点があります。

• この設計は、同様の出力の五極管よりも高い出力を生み出した。^[4]
• トランスコンダクタンスは同様の電力五極管よりも高かった。^[14]
• プレート抵抗は同様の出力五極管よりも低かった。^[14]
• スクリーングリッド電流は、五極管では陽極電流の約 20% であったのに対し、ビーム四極管では陽極電流の約 5 ～ 10% であったため、ビーム四極管の方が電力効率が高かった。
• この設計では、同等のパワーペントードよりもクラスA動作で第3高調波歪みが少なくなりました。 ^[15]

この新しい真空管は、1935年1月の物理光学学会博覧会でマルコーニN40として発表された。^[4] N40出力四極管は約1000個製造されたが、EMIとGECの共同所有であるMOV（マルコーニ・オスラム・バルブ）社は、グリッド線の正確な位置合わせが必要なため、設計が製造が困難すぎると判断した。^{[5] MOVは}RCA of Americaと設計共有契約を結んでいたため、設計は同社に引き継がれた。RCAには実用的な設計を生み出すリソースがあり、その結果6L6が生まれた。その後間もなく、ビーム四極管は、 1936年12月の6V6 、 1937年のMOV KT66 、1956年のKT88など、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るさまざまな製品に登場した。

フィリップスのサプレッサー グリッドの特許が失効した後、多くのビーム テトロードは「ビーム パワー ペントード」と呼ばれるようになりました。さらに、ペントードの代わりに動作するように設計されたビーム テトロードの例もいくつかありました。広く普及しているEL34 は、Mullard/Phillips やその他のヨーロッパのメーカーによって真のペントードとして製造されていますが、他のメーカー (GE、Sylvania、MOV) によってもビーム テトロードとして製造されていました。Sylvania と GE によって製造された 6CA7 は、EL34 のビーム テトロード ドロップイン交換品であり、KT77 は MOV 製の 6CA7 に類似した設計です。

米国で広く使用されていたビーム テトロード ファミリには、 25L6、35L6、50L6と、その小型版である 50B5 ​​と 50C5 が含まれていました。このファミリは、名称が似ていますが、6L6 と混同しないでください。これらは、何百万台ものAll American Five 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米国のラジオ受信機では、6V6、6V6G、6V6GT、小型 6AQ5 ビーム テトロードが非常に一般的に使用されていました。

軍事機器では、定格陽極損失が 25 ワットで最大 750 ボルトの供給で動作する807と 1625 が、最大出力50 ワットの無線周波数送信機の最終増幅器として、またオーディオ用のプッシュプル アプリケーションとして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すが、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。第二次世界大戦後に大量に市場に投入され、1950 年代から 1960 年代にかけて米国とヨーロッパのアマチュア無線家によって広く使用されました。

1950年代には、ビームテトロード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リンクし、相互変調歪みを低減します。

ビームテトロードは、スクリーングリッドとアノードの間に低電位空間電荷領域を作り出し、アノードの二次放出電子をアノードに戻すことで、スクリーングリッド管のダイナトロン領域またはテトロードキンクを排除します。ビームテトロードのアノード特性は、パワーペントードよりも低いアノード電圧で丸みが少なく、同じアノード供給電圧でより大きな出力とより少ない第3高調波歪みをもたらします。^[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配線は制御グリッドの配線と一直線に並んでおり、スクリーングリッドは制御グリッドの影になります。これによりスクリーングリッド電流が減少し、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と、スクリーングリッドとアノードの間の空間で電子が高密度のビームに集中し、ビーム密度がない場合よりもアノードをスクリーングリッドに近づけることができます。^[18]アノード電位がスクリーングリッドの電位よりも低いときに発生するこれらのビームの 強力な負の空間電荷により、アノードからの二次電子がスクリーングリッドに到達できなくなります。

受信型ビームテトロードでは、ビーム領域の外側にビーム閉じ込めプレートが導入され、電子ビームを円筒の一部である陽極の特定のセクターに制限します。^[19]これらのビーム閉じ込めプレートは、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を設定し、ビーム領域の外側から陽極に陽極二次電子を戻します。

完全な円筒対称性を持つビームテトロードでは、ビーム閉じ込めプレート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、陽極電力定格が100W以上の大型チューブに採用されています。Eimac 4CX250B（定格陽極消費電力250W）は、このクラスのビームテトロードの例です。これらのタイプの電極のサポートシステムの設計には、根本的に異なるアプローチが採用されていることに注意してください。4CX250Bは、製造元によって「ラジアルビームパワーテトロード」と説明されており、その電極システムの対称性に注目されています。

ビームテトロード応用回路には、スプリアス発振を防止し、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ることが多い。^{[21] [22] [23]}無線周波数応用では、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]

• チューブデータアーカイブ、数千のチューブデータシート
• ビームテトロード - 追加データ情報とグラフ

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