真空管

真空管の特性は、一般的に真空管マニュアルや工学書に掲載されている特性曲線を用いて記述されます。これらの曲線は、電極電圧と電流の関係、例えば、異なる制御グリッド電圧におけるプレート電流とプレート電圧の関係を示しています。設計者はこれらの曲線から、動作点、電圧利得、負荷線特性、および出力電力を決定します。

19 世紀末、無線技術は開発の初期段階にあり、マルコーニ社は無線通信システムの開発と構築に取り組んでいました。グリエルモ・マルコーニは1899 年にイギリスの物理学者ジョン・アンブローズ・フレミングを科学顧問に任命しました。フレミングはエジソン電話 (1879 年) の科学顧問、エジソン電灯 (1882 年) の科学顧問を務め、エジソン・スワンの技術顧問も務めていました。^{[ 18 ]}マルコーニが必要としていたものの 1 つは、変調された無線周波数から情報を抽出する装置である検出器の改良でした。マルコーニは、コヒーラーよりも無線周波数干渉の自然発生源に対する反応が小さい磁気検出器を開発しましたが、磁気検出器は電話の受話器に音声周波数信号しか提供しませんでした。印刷機を駆動できる信頼性の高い検出器が必要でした。

エジソン効果電球で行われた実験の結果、^{[ 15 ]}フレミングは、電流を一方向にのみ流す真空管を開発し、これを発振管と名付けました。 ^{[ 19 ]}陰極は炭素ランプのフィラメントで、電流を流すことで加熱され、熱電子放出を起こしました。陰極から放出された電子は、プレート（陽極）が陰極に対して正の電圧になると、プレートに引き寄せられました。フレミングは、1904 年 11 月に英国のマルコーニ社のためにこれらの真空管の特許を取得し、1905 年 9 月に特許が発行されました。 ^{[ 20 ]}後にフレミング管として知られるようになった「発振管」は、無線受信回路の検出器コンポーネントとして高周波電流を整流する目的で開発されました。 ^{[ 15 ] [ 21 ]}

フレミングバルブは、正常に動作するクリスタル検出器よりも感度が高いわけではないが、^{[ 22 ]}クリスタル検出器のウィスカーに必要な面倒な調整を必要とせず、振動や動きによって最適な位置からずれることもなかったため、特に動いている船で使用する場合に有利であった。^{[ 23 ]}

19世紀、電信および電話技術者は、信号伝送距離を延長する必要性を認識していた。1906年、ロベルト・フォン・リーベンは、外部磁気偏向コイルを使用し、電話機器の増幅器として使用することを目的とした陰極線管の特許を申請した。 ^{[ 24 ]}しかし、このフォン・リーベンの磁気偏向管は、偏向コイルの消費電力のために、増幅器としては成功しなかった。^{[ 25 ]}フォン・リーベンは後に三極真空管の改良を行った。

リー・デ・フォレストは、1907年に自身のオリジナル（ダイオード）オーディオンの改良実験中に三極管を発明したとされている。^{[ 26 ]}フィラメント（陰極）とプレート（陽極）の間に電極を追加することで、結果として得られたデバイスが信号を増幅する能力があることを発見した。制御グリッド（または単に「グリッド」）に印加さ​​れる電圧が陰極電圧より低くなると、フィラメントからプレートに流れる電流が減少した。陰極付近のグリッドによって生成される負の静電場は、放出された電子の通過を妨げ、プレートへの電流を減少させた。グリッドが陰極に対して負であるため、陰極からグリッドへ直流電流は流れなかった。したがって、電流が流れないため電力入力は必要なく、グリッドに印加される電圧の変化によってプレート電流が変化し、プレートでより大きな電圧変化が生じる可能性があり、その結果、電圧と電力の増幅が実現した。 1908年、ド・フォレストは、無線通信における電子増幅器として使用するための、自身のオリジナルAudionの3電極バージョンに関する特許（米国特許第879,532号）を取得した。これは後に三極管として知られるようになった。

デ・フォレストのオリジナル装置は、従来の真空技術で作られました。真空は「完全な真空」ではなく、ごく少量の残留ガスが残るものでした。装置の動作原理は完全には解明されていませんでした。残留ガスは、プレート電圧が約60ボルトを超えると、目に見える電離によって青く光りました。1912年、デ・フォレストとジョン・ストーン・ストーンは、オーディオンをAT&Tの技術部門に持ち込み、そこでハロルド・D・アーノルドは、青く光が電離ガスによって引き起こされていることに気づきました。彼はAT&Tに特許を購入するよう勧めました。アーノルドは、青く光ることなく高プレート電圧で動作する高真空管を開発し、1913年の夏にAT&Tの長距離ネットワークでテストしました。^{[ 27 ]}

フィンランドの発明家エリック・ティガーステッドは、1914年にドイツのベルリンでサウンド・オン・フィルム・プロセスに取り組んでいた際に、オリジナルの三極管設計を大幅に改良した。ティガーステッドの革新は、電極を同心円筒形にして陰極を中央に配置することで、陽極での放出電子の収集を大幅に増加させたことである。^{[ 28 ]}

ゼネラル・エレクトリック社の研究所（ニューヨーク州スケネクタディ）のアーヴィング・ラングミュアは、ヴォルフガング・ゲーデの高真空拡散ポンプを改良し、それを用いて真空中の熱電子放出と伝導の問題を解決した。その結果、ゼネラル・エレクトリック社は1915年に硬真空三極管（プリオトロンというブランド名で販売）の製造を開始した。^{[ 29 ]}ラングミュアは硬真空三極管の特許を取得したが、デ・フォレストとAT&Tが優先権を主張し、特許を無効にした。

プリオトロンに続いて、フランス製の「TM」型、そして後にイギリス製の「R」型が登場し、1916年までに連合軍で広く使用されるようになった。歴史的に、製造された真空管の真空度は通常10 μPaから10  nPa（8 × 10 ⁻⁸ Torrから8 × 10 ⁻¹¹ Torr）の範囲であった。^{[ 30 ]}  

三極管とその派生型（四極管と五極管）は相互コンダクタンス素子であり、グリッドに印加される制御信号は電圧であり、結果としてアノードに現れる増幅された信号は電流である。^{[ 31 ]}これに対し、後から登場したバイポーラ接合トランジスタは、小さな電流を使用して大きな電流を制御する。

真空管の場合、相互コンダクタンスまたは相互コンダクタンス（g _m）は、プレート（陽極）/カソード電流の変化を、プレート（陽極）-カソード間電圧の対応する変化で割った値として定義されます。ただし、プレート（陽極）-カソード間電圧は一定です。小信号真空管のg _mの典型的な値は1～10ミリジーメンスです。これは真空管の3つの主要パラメータの1つであり、他の2つはゲインμとプレート抵抗R _pまたはR _aです。これらのパラメータは、ファンデルバイル方程式によって関連付けられています。${\displaystyle g_{m}={\mu \over R_{p}}}$

三極管のプレート電流はグリッド電圧に正確に比例せず、つまり動作特性が非線形であったため、初期の真空管オーディオアンプは低音量時に高調波歪みが発生した。印加グリッド電圧の関数としてプレート電流をプロットすると、伝達曲線がほぼ線形となるグリッド電圧の範囲が存在することがわかった。

この動作範囲を使用するには、 DC動作点を線形領域に合わせるために、グリッドに負のバイアス電圧を印加する必要がありました。これはアイドル状態と呼ばれ、このときのプレート電流は「アイドル電流」と呼ばれます。制御電圧はバイアス電圧に重畳され、その結果、入力電圧がその点付近で正負に変化すると、プレート電流はほぼ線形に変化しました。

この概念はグリッドバイアスと呼ばれます。初期のラジオの多くには、「C電池」（現在のCセルとは無関係）と呼ばれる3つ目の電池が搭載されていました。C電池の正極は真空管の陰極（ほとんどの回路では「接地」）に接続され、負極は真空管のグリッドにバイアス電圧を供給しました。

後期の回路では、ヒーターがカソードから絶縁された真空管が製造されるようになり、カソードバイアス方式が採用されたため、別途負電源を用意する必要がなくなった。カソードバイアス方式では、カソードとグランドの間に比較的抵抗値の低い抵抗器が接続される。この抵抗器に電流が流れることで、カソードはグリッドに対して正の電位となり、直流回路ではグリッドはグランド電位となる。

しかし、交流電源からの電源供給に「A」電池と「B」電池が置き換えられた後も、一部の機器には引き続きC電池が使用されていました。これは、これらの電池は基本的に電流を消費しないため、交換の必要なく何年も（多くの場合、真空管の寿命よりも長く）使用できるからです。

無線周波数送信機や受信機で、抵抗負荷ではなく同調負荷に三極管が初めて使用されたとき、プレート（増幅器の出力）と制御グリッド（増幅器の入力）の間の寄生容量（ミラー容量と呼ばれる）のために、ゲインが非常に制限されていない限り、同調増幅段が発振する傾向があることがわかりました。

最終的に、プレート（陽極）に接続された高周波トランスに逆位相の追加巻線を設け、それを小型コンデンサを介してグリッドに接続する中和技術が開発された。適切に調整することで、ミラー容量を打ち消すことができた。この技術は1920年代にニュートロダイン社のラジオで採用され、成功を収めた。中和は周波数に依存するため、慎重な調整が必要であり、広い周波数範囲では機能しなかった。

グリッドとプレート間の容量に起因する三極管の無線周波数増幅器としての安定性の問題に対処するため、物理学者のウォルター・H・ショットキーは1919年に四極管またはスクリーングリッド管を発明した。 ^{[ 32 ]}彼は、制御グリッドとプレートの間に静電シールドを追加することでこの問題を解決できることを示した。この設計はハルとウィリアムズによって改良された。^{[ 33 ]} 追加されたグリッドはスクリーングリッドまたはシールドグリッドとして知られるようになった。スクリーングリッドはプレート電圧よりもかなり低い正の電圧で動作し、増幅する周波数で低インピーダンスのコンデンサで接地される。[ ^{34 ]この} 構成によりプレートと制御グリッドが大幅に分離され、中波放送周波数で中和回路が不要になる。スクリーングリッドはまた、カソード付近の空間電荷に対するプレート電圧の影響を大幅に低減し、増幅回路で四極管が三極管よりも大きな電圧利得を生み出すことを可能にする。一般的な三極管の増幅率は10以下から100程度であるのに対し、四極管の増幅率は500が一般的である。その結果、単一の真空管増幅段でより高い電圧利得を得ることが可能になり、必要な真空管の数を減らすことができた。スクリーングリッド管は1927年末までに市販された。^{[ 35 ]}

しかし、スクリーングリッド管の増幅器としての有効な動作領域は、プレートからの二次電子放出のため、スクリーングリッド電圧よりも高いプレート電圧に限定されていました。どの真空管でも、電子はプレートに十分なエネルギーで衝突し、プレート表面から電子を放出します。三極管では、二次電子放出はプレートによって単に再捕獲されるため重要ではありません。しかし、四極管では、スクリーングリッドも正の電圧であるため、二次電子はスクリーングリッドによって捕獲され、プレート電流から奪われ、管の増幅率が低下します。あるプレート電圧範囲では二次電子が一次電子より多くなる可能性があるため、プレート電圧の増加に伴ってプレート電流が減少することがあります。これはダイナトロン領域^{[ 36 ]}または四極管キンクと呼ばれ、それ自体が不安定性を引き起こす可能性のある負性抵抗の一例です^{[ 37 ]} 。二次電子放出のもう1つの望ましくない結果は、スクリーン電流が増加し、スクリーンが定格電力を超える可能性があることです。

プレート特性における、本来は望ましくない負性抵抗領域は、ダイナトロン発振回路において利用され、プレートを共振LC回路に接続するだけで発振するシンプルな発振器が実現された。ダイナトロン発振器は、数年後に登場したトンネルダイオード発振器と同じ負性抵抗の原理に基づいて動作していた。

スクリーングリッド管のダイナトロン領域は、スクリーングリッドとプレートの間にグリッドを追加して五極管を作ることで除去されました。五極管のサプレッサグリッドは通常カソードに接続され、アノードに対する負の電圧によって二次電子が反発され、スクリーングリッドではなくアノードに収集されるようになります。五極管という用語は、管に5つの電極があることを意味します。五極管は1926年にベルナール・D・H・テレゲン^{[ 38 ]}によって発明され、単純な四極管よりも一般的に好まれるようになりました。五極管は2つのクラスで作られています。サプレッサグリッドがカソードに内部配線されているもの（例：EL84/6BQ5）と、サプレッサグリッドがユーザーがアクセスできる別のピンに配線されているもの（例：803、837）です。電力用途向けの代替ソリューションは、後述するビーム四極管またはビーム電力管です。

スーパーヘテロダイン受信機は、単一のペンタグリッドコンバータ管の機能に統合された局部発振器とミキサーを必要とします。この目的のために、三極管と六極管、さらには八極管の組み合わせなど、さまざまな代替案が使用されてきました。追加のグリッドには、制御グリッド（低電位）とスクリーングリッド（高電圧）があります。多くの設計では、このようなスクリーングリッドを追加の陽極として使用し、発振器機能にフィードバックを提供します。このフィードバック電流は、入力される無線周波数信号の電流に加算されます。このようにして、ペンタグリッドコンバータは、「オールアメリカンファイブ」の小型真空管バージョンを含むAM受信機で広く使用されるようになりました。7A8などの八極管は、米国ではほとんど使用されませんでしたが、ヨーロッパでは、特に低消費電力が利点となる電池駆動ラジオで、はるかに一般的でした。

ラジオ機器のコストと複雑さをさらに軽減するために、2つの独立した構造（例えば三極管と五極管）を1つのマルチセクション管のバルブに組み合わせることができます。初期の例としては、Loewe 3NFがあります。この1920年代のデバイスは、完全なラジオ受信機を構成するために必要なすべての固定コンデンサと抵抗とともに、3つの三極管を1つのガラス管に収めています。Loeweのセットは真空管ソケットが1つしかなかったため、ドイツではソケットの数に応じて州税が課せられていたため、競合他社よりも大幅に低価格で販売することができました。しかし、信頼性は損なわれ、真空管の製造コストははるかに高くなりました。ある意味では、これらは集積回路に似ています。米国では、CleartronがEmerson Baby Grand受信機で使用するために「Multivalve」三極管を短期間製造しました。このEmersonのセットも真空管ソケットが1つですが、4ピンベースを使用しているため、追加の要素接続は真空管ベースの上部にある「メザニン」プラットフォームで行われます。

1940 年までに、マルチセクション管は一般的になった。しかし、特許やその他のライセンス上の考慮事項により制約があった (英国ラジオ真空管製造者協会を参照)。外部ピン (リード) の数による制約により、多くの場合、機能はカソード接続 (ヒーター接続に加えて) などの外部接続の一部を共有せざるを得なかった。RCA タイプ 55 は、初期の AC 電源ラジオで検波器、自動利得制御整流器、オーディオプリアンプとして使用されるダブルダイオード三極管である。これらのセットには、53 デュアル三極オーディオ出力が含まれていることが多い。もう 1 つの初期のマルチセクション管である6SN7は、2 つの三極管の機能を実行する「デュアル三極管」であり、半分のスペースしか取らず、コストも低い。12AX7は、小型の筐体に収められたデュアル「高 μ」(高電圧利得^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} ) 三極管で、オーディオ信号増幅器、楽器、ギターアンプで広く使用されるようになった。

従来よりも多くのピンを持つことができる小型真空管ベース（下記参照）の導入により、テレビ受信機で非常に人気のある6GH8 / ECF82三極五極管など、他の多段管の導入が可能になった。1つの筐体にさらに多くの機能を組み込むという要望から、12ピンのゼネラル・エレクトリック・コンパクトロンが誕生した。典型的な例として、6AG11は2つの三極管と2つのダイオードを内蔵している。^{[ 42 ]}

一般的な真空管の中には、標準的なカテゴリに分類されないものもあります。6AR8、6JH8、6ME8は、いくつかの共通グリッドを持ち、その後ろに一対のビーム偏向電極があり、電流を2つの陽極のいずれかに偏向させます。^{[ 43 ]}これらは「シートビーム」管として知られ、一部のカラーテレビでカラー復調に使用されました。同様の7360は、バランス型SSB （復調）器として人気がありました。^{[ 44 ]}

ビーム四極管（または「ビームパワー管」）は、陰極からの電子流を複数の部分的に平行なビームに形成し、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します。^{[ 45 ] [ 46 ]}ビームの形成はスクリーングリッド電流も低減します。円筒対称のビームパワー管の中には、陰極が制御グリッドの開口部と整列した狭い発光材料のストリップで構成され、制御グリッド電流を低減するものがあります。^{[ 47 ]}この設計は、高出力、高効率のパワー管を設計する際の実際的な障壁のいくつかを克服するのに役立ちます。

メーカーのデータシートでは、ビームパワー管の代わりにビームペントードまたはビームパワーペントードという用語がよく使われ、ビーム形成板を示す図記号の代わりにペントードの図記号が使われることが多い。^{[ 48 ]}

ビームパワー管は、同等のパワーペントードに比べて、負荷線が長く、スクリーン電流が少なく、相互コンダクタンスが高く、第3高調波歪みが低いという利点があります。^{[ 49 ] [ 50 ]}ビームパワー管は、オーディオの音質を向上させるために三極管として接続できますが、三極管モードでは出力が大幅に低下します。^{[ 51 ]}

放電管や冷陰極管などのガス封入管は、硬質真空管ではありませんが、常に海面気圧よりも低い圧力のガスが封入されています。電圧調整管やサイラトロンなどのタイプは硬質真空管に似ており、真空管用に設計されたソケットに適合します。動作中に特徴的なオレンジ色、赤色、または紫色の光を発するのは、ガスが存在することを示しています。真空中で電子が流れても、その領域では光は発生しません。これらのタイプは電子的な機能を果たすため、「電子管」と呼ばれることもあります。高出力整流器は、高真空管よりも低い順方向電圧降下を実現するために水銀蒸気を使用します。

初期の真空管は、絶縁ベークライトベースの上に金属またはガラスのエンベロープを使用していた。1938年に、エンベロープのガラスベースにピンを溶着したオールガラス構造を使用する技術が開発された^{[ 52 ]}。これにより、ミニチュア管として知られるはるかに小型の真空管（通常直径約20mm）の設計が可能になり、標準的な7ピンおよび9ピン（ノバル）ベースの真空管が製造された。ほぼ同じサイズの異なるベースの真空管も導入された。真空管を小型化することで、安全に動作できる電圧が低下し、必要なフィラメント電力も減少した。ミニチュア管は、ラジオ受信機やハイファイアンプなどの民生用アプリケーションで主流となった。しかし、高出力整流器、高出力オーディオ出力段、RF電力送信管など、より多くの電力を消費する真空管には、大型の真空管が引き続き必要とされた。

超小型チューブ

補聴器の増幅器など、消費電力の少ない真空管は、発熱量の多い真空管よりもはるかに小型化できた。タバコの半分ほどの大きさの超小型真空管が使用された。これらの真空管は消費電力が少ないため長寿命であった。交換しやすいようにソケットに差し込むピンはなく、はんだ付けされていた。高周波では、大型の真空管は周波数を制限する浮遊容量を発生させたが、小型化することでこれを低減できた。高周波用の小型真空管には、「どんぐり型真空管」（形状とサイズから名付けられた）や、1959年に登場した金属ケース入りのRCAヌビスター型（指ぬきほどの大きさ）などがあった。ヌビスターはトランジスタに対抗するために開発され、初期のトランジスタよりも高い周波数で動作し、信号波長に比べて小型であるため、大型の真空管よりも高い周波数で動作できた。ヌビスタは、より新しい高周波対応トランジスタに置き換えられるまで、航空機用無線トランシーバー、UHFテレビチューナー、および一部のHiFi FMラジオチューナー（サンスイ500A）で使用されていました。

初期の真空管は白熱電球によく似ており、ガラス管の製造に必要な設備と、筐体を真空にするために必要な真空ポンプを持っていたランプメーカーによって製造されました。デ・フォレストはハインリッヒ・ガイスラーの水銀置換ポンプを使用し、部分的な真空を残しました。 1915年の拡散ポンプの開発とアーヴィング・ラングミュアによる改良により、高真空管が開発されました。第一次世界大戦後、放送受信機の需要の高まりを満たすために、より経済的な製造方法を使用する専門メーカーが設立されました。裸のタングステンフィラメントは、約2200  ℃の温度で動作しました。1920年代半ばに酸化物コーティングされたフィラメントが開発されたことで、フィラメントの動作温度は鈍い赤色の熱（約700  ℃）に低下し、その結果、管構造の熱歪みが軽減され、管素子の間隔を狭めることができました。これにより、三極管の利得はグリッドとカソード間の間隔に反比例するため、真空管の利得が向上しました。裸のタングステンフィラメントは小型送信管で今も使用されていますが、脆く、郵便配達などのように乱暴に扱われると破損しやすい性質があります。これらの真空管は、衝撃や振動のない据え置き型の機器に最適です。 

交流電源で電子機器を駆動したいという要望は、真空管のフィラメントへの電力供給に関して困難に直面した。フィラメントは各真空管のカソードも兼ねていたためである。電源トランスからフィラメントに直接電力を供給すると、オーディオ回路に電源周波数（50Hzまたは60Hz  ）のハムノイズが混入してしまう。「等電位カソード」の発明によりこの問題は軽減され、フィラメントは接地されたセンタータップを持つ平衡交流電源トランスの巻線によって電力供給されるようになった。

より優れた解決策であり、各陰極を異なる電圧で「フローティング」できるものが間接加熱陰極でした。酸化物でコーティングされたニッケルの円筒が電子放出陰極として機能し、その内部のフィラメントから電気的に絶縁されていました。間接加熱陰極により、陰極回路をヒーター回路から分離できます。フィラメントはもはや管の電極に電気的に接続されていないため、単に「ヒーター」として知られるようになり、ハムノイズを発生させることなく交流で駆動することもできます。^{[ 53 ]} 1930年代には、間接加熱陰極管は交流電源を使用する機器で広く普及しました。直接加熱陰極管は、フィラメントが間接加熱陰極のヒーターに必要な電力よりもかなり少ない電力で済むため、電池駆動機器で引き続き広く使用されました。

高利得オーディオ用途向けに設計された真空管は、プログラム素材に不快なハムノイズを誘発する可能性のある迷走電界を打ち消すために、ヒーター線を撚り合わせている場合があります。

ヒーターは交流（AC）または直流（DC）のいずれかで給電できます。低騒音が求められる場合は、直流がよく使用されます。

スイッチとして使用される真空管によって電子計算が初めて可能になったが、真空管のコストと平均故障までの時間が比較的短いことが制限要因であった。 ^{[ 54 ]}「電球のように熱く光るフィラメントを含む真空管は、信頼性が低く、大規模な設備では短時間で故障する真空管が多すぎるため、満足に使用できることはないというのが一般的な認識だった」^{[ 55 ]}後にコロッサスを設計したトミー・フラワーズは、「真空管はスイッチをオンにしてオンのままにしておけば、特にヒーターを低電流で動作させれば、非常に長い期間確実に動作できることを発見した」^{[ 55 ]} 1934年、フラワーズは3,000本以上の真空管を小さな独立したモジュールで使用した実験設備を構築し、成功した。真空管が故障した場合、1つのモジュールをオフにして他のモジュールを動作させ続けることが可能で、それによって別の真空管の故障のリスクを減らすことができた。この設備は郵便局（電話交換局を運営していた）に受け入れられた。フラワーズはまた、真空管を（電気機械装置に比べて）非常に高速な電子スイッチとして使用する先駆者でもあった。後の研究により、真空管の信頼性の低さは一般に考えられていたほど深刻な問題ではないことが確認された。17,000本以上の真空管を使用した1946年のENIACでは、平均して2日に1回真空管の故障が発生し（故障箇所の特定に15分かかった）、真空管の品質が要因の一つであったが、第二次世界大戦中に熟練した人材が転用されたことで真空管の全体的な品質が低下した。^{[ 56 ]}戦争中、コロッサスはドイツの暗号解読に重要な役割を果たした。戦後、軍用コンピュータENIACとWhirlwind、フェランティMark 1（市販された最初の電子コンピュータの1つ）、同じく市販されたUNIVAC Iなど、真空管ベースのコンピュータの開発が続いた。  

超小型真空管を使用した進歩には、メリーランド州ベセスダのジェイコブス・インストゥルメント社が製造したジェインコンプシリーズの機器が含まれる。ジェインコンプBなどのモデルは、卓上サイズのユニットにわずか300本の真空管を使用し、当時の多くの部屋サイズの機器に匹敵する性能を提供した。^{[ 57 ]}

コロッサス

コロッサス I とその後継機のコロッサス II (Mk2) は、第二次世界大戦中にトミー・フラワーズによって設計され、ブレッチリー・パーク(BP)のために郵便総局によって製造され、ドイツの高度なローレンツ暗号の解読作業を大幅に高速化しました。コロッサスは、リレーとスイッチのロジックに基づく以前のマシン (ヒース・ロビンソン) に取って代わりました。コロッサスは、以前は数週間かかっていたメッセージを数時間で解読することができ、信頼性もはるかに高くなりました。^{[ 55 ]}コロッサスは、単一のマシンでこれほど大規模に真空管を連携させて使用した最初の例でした。^{[ 55 ]}

（コロッサスを考案した）トミー・フラワーズは、ほとんどの無線機器は「あちこちに運ばれ、放り出され、オンオフされ、一般的に乱暴に扱われていた。しかし、私は戦前に電話機器に真空管を大量に導入していたので、動かしたりオンオフしたりしなければ永遠に動き続けることを知っていた」と書いている。コロッサスは「それほど信頼性が高く、極めて信頼性が高かった」。BPでの初日、既知の答えを持つ問題が設定された。BP（ステーションX）は驚いたことに、1回の実行に30分かかる4時間の実行後、毎回同じ答えが出た（ロビンソンは必ずしも同じ答えを出すとは限らなかった）。^{[ 58 ] [ 59 ]}コロッサスIは約1600個の真空管を使用し、コロッサスIIは約2400個の真空管を使用した（資料によっては1500個（Mk I）と2500個（Mk II）としている。ロビンソンは約100個の真空管を使用した。資料によってはそれより少ないとしている）。^{[ 60 ]}

旋風と「特別品質」のチューブ

1951年の米国製デジタルコンピュータ「Whirlwind」の信頼性要件を満たすため、長寿命の「特殊品質」真空管、特に長寿命の陰極が製造された。寿命が短いという問題は、ヒーター線を引きやすくするためにタングステン合金に使用されているシリコンの蒸発に大きく起因していた。シリコンは、ニッケルスリーブと陰極酸化バリウムコーティングの界面にオルトケイ酸バリウムを形成する。 ^{[ 7 ]： 301}この「陰極界面」は、高抵抗層（並列容量も含む）であり、真空管が導通モードに切り替わると陰極電流が大幅に減少する。^{[ 61 ]： 224} ヒーター線合金からシリコンを除去し（そして線引きダイスをより頻繁に交換する）ことで、Whirlwindプロジェクトに十分な信頼性を備えた真空管の製造が可能になった。高純度ニッケル管と、放射率を低下させる可能性のあるケイ酸塩やアルミニウムなどの材料を含まない陰極コーティングも、陰極の長寿命化に貢献している。

コンピューターは、カットオフ（導通を停止させるのに十分な負のグリッド電圧）で真空管をかなり長い時間動作させた最初の真空管デバイスでした。^{ヒーターを}オン^{にした状態でカットオフで}動作させると、カソードの汚染が加速し、導通モードに切り替えたときに真空管の出力電流が大幅に減少します。^{[ 61 ] : 224} 7AK7 真空管はカソードの汚染問題を改善しましたが、それだけでは必要な信頼性を達成するには不十分でした。^{[ 62 ]： 60}さらに、管が長時間導通する必要がない場合はヒーター電圧をオフにする、ヒーター素子への熱衝撃を避けるためにヒーター電圧をゆっくりとオン/オフする、 ^{[ 61 ]： 226}およびオフラインメンテナンス期間中に管のストレステストを実施して、弱いユニットの早期故障を引き起こすなどの対策が講じられた。^{[ 62 ]： 60-61}

もう 1 つの一般的なコンピュータ用真空管は5965双三極管でした。これは、MITのProject Whirwindの覚書によると、主にIBM 701計算機で使用するためにGeneral ElectricによってIBM向けに開発され、汎用三極管として指定されました。^{[ 63 ]}ヨーロッパの指定規格を使用する真空管は、ヒーター電圧と構造を示す文字を使用し、その後にベースの種類とシリーズ番号のインジケーターが続きます。たとえば、ECC82 は6.3V (E) 双三極管 (CC) で、ノバル ベース (8x) を持ち、ECC83も同様でした。特別な品質の真空管では、電圧文字の直後に番号が付けられました。たとえば、5965 のヨーロッパ版は E180CC と表示されました。

Whirlwind用に開発された真空管は、後に巨大なSAGE防空コンピュータシステムにも使用された。1950年代後半には、特殊な品質の小信号用真空管は、保守的な運用であれば数十万時間も使用できるのが当たり前になっていた。これにより信頼性が向上し、海底ケーブルの中間ケーブル増幅器も実現可能になった。

真空管の中には、性能向上のために放射性物質を利用したものがある。これらの放射性物質は、管内の充填ガスをイオン化するために使用される。このイオン化プロセスは、高電圧が印加されたときに安定した電流を供給することで、信頼性が高く安定した動作を保証し、それによって管の性能と安定性を向上させる。放射性物質は、高電圧が印加されたときに瞬時電流を供給することで、管の動作を高速化し、管の出力が安定し、ランダムな変動を受けないようにする。^{[ 69 ]}

これらの装置に使用されている様々な放射性物質には、以下のようなものがある。

• トリチウム（H-3）
• 炭素14（C-14）
• コバルト60（Co-60）
• ニッケル63（Ni-63）
• クリプトン85（Kr-85）
• セシウム137（Cs-137）
• プロメチウム147（Pm-147）
• 鉛210（Pb-210）
• ラジウム226（Ra-226）
• トリウム232（Th-232）

例としては、ラジウム226を含むウェスタン・エレクトリック社の346B管や、ラジウム226またはトリチウムのいずれかを含むツェルウェガー社のZE22/3グロー管などが挙げられる。

初期のラジオでは、電池が真空管に必要な電圧を供給していました。一般的に、3種類の異なる電圧が必要で、 A、B、C電池と呼ばれる3種類の電池が使用されていました。「A」電池またはLT（低電圧）電池はフィラメント電圧を供給しました。真空管ヒーターは、単セル、二セル、または三セルの鉛蓄電池用に設計されており、公称ヒーター電圧は2V、4V、または6Vでした。ポータブルラジオでは、1.5Vまたは1Vのヒーターに乾電池が使用されることもありました。フィラメントの消費量を減らすことで、電池の寿命が向上しました。真空管時代の終わりに近づく1955年までに、ヒーターに50mAから10mAまでしか使用しない真空管が開発されました。^{[ 70 ]}

陽極（プレート）に印加さ​​れる高電圧は、「B」電池またはHT（高圧）電源もしくは電池によって供給されていました。これらは一般的に乾電池式で、22.5V、45V、67.5V、90V、120V、135Vのいずれかのバージョンがありました。B電池の使用が段階的に廃止され、真空管のプレートに必要な高電圧を生成するために整流された商用電源が使用されるようになった後も、米国では高電圧源を指す際に「B+」という用語が使われ続けました。英語圏のその他の地域では、この電源は単にHT（高圧）と呼ばれています。

初期のラジオでは、負電圧を供給するためにグリッドバイアス電池、いわゆる「C」電池が使用されていました。真空管のグリッド接続部には電流が流れないため、これらの電池は電流を消費せず、通常は電池自体の寿命によって制限されるものの、最も長持ちしました。ラジオの電源がオフになっているときでも、グリッドバイアス電池からの電源供給が切断されることはほとんどありませんでした。交流電源が普及した後も、交換の必要がほとんどないため、一部のラジオではC電池が使用され続けました。しかし、より現代的な回路ではカソードバイアス方式が採用され、第3の電源電圧が不要になりました。これは、カソードを間接的に加熱する真空管と、以前の段間トランスに代わる抵抗/コンデンサ結合の開発によって実現しました。

バイアス用の「Cバッテリー」という表記は、「Cセル」バッテリーのサイズとは何の関係もありません。

初期のラジオ受信機ユーザーにとって、電池交換は大きな運用コストでした。電池除去装置の開発、そして1925年には家庭用電源で動作する電池不要の受信機の開発により、運用コストが削減され、ラジオの人気が高まることに貢献しました。複数の巻線を持つ変圧器、1つ以上の整流器（それ自体が真空管である場合もある）、および大型のフィルタコンデンサを使用した電源は、交流電源から必要な直流電圧を供給しました。

コスト削減策として、特に大量生産される民生用受信機では、同じ電流を必要とし、同様のウォームアップ時間を持つヒーターを使用して、すべての真空管ヒーターを交流電源に直列に接続することができた。このような設計の1つでは、真空管ヒーターのストリングからタップを取り出し、ダイヤルライトに必要な6ボルトを供給した。交流電源に直接接続された半波整流器から高電圧を得ることで、重くて高価な電源トランスが不要になった。これにより、このような受信機は直流でも動作できるようになり、いわゆるAC/DC受信機設計となった。当時の多くの米国の民生用AMラジオメーカーは、ほぼ同一の回路を使用しており、「オールアメリカンファイブ」という愛称で呼ばれていた。

主電源電圧が100～120Vの範囲にある場合、この限られた電圧は低電力受信機にしか適していなかった。テレビ受信機は変圧器を必要とするか、電圧倍増回路を使用する必要があった。公称主電源電圧が230Vの場合、テレビ受信機は電源変圧器を不要にすることができた。

トランスレス電源装置では、ユーザーへの感電の危険性を抑えるため、設計段階で安全対策が講じられていました。例えば、電気的に絶縁された筐体や、電源コードを筐体背面に固定するインターロックなどが挙げられます。これにより、ユーザーやサービス担当者が筐体を開けると、電源コードが必ず切断される仕組みになっていました。チーターコードとは、安全インターロックで使用される専用ソケットに接続された電源コードのことで、サービス担当者はこれを使って、危険な電圧が露出した状態で装置に電源を供給することができました。

ウォームアップの遅延を避けるため、「インスタントオン」テレビ受信機は、電源がオフの状態でも真空管に微弱な加熱電流を流していました。電源を入れると、加熱電流が最大量供給され、ほぼ瞬時に映像が再生される仕組みになっていました。

「特殊品質」の真空管は、特定の用途向けに製造され、カソードの長寿命化、低ノイズ構造、強化フィラメントによる機械的堅牢性、低マイクロフォニックなど、いくつかの点で性能向上を図るように設計されています。また、真空管がほとんどの時間カットオフ状態で使用される用途にも適しています。特殊品質の真空管の中には、標準真空管の特殊バージョンであるものもあれば、専用に設計されたものもあります。「特殊品質」とは「あらゆる点で優れている」という意味ではなく、特定の特性が最適化されていることを意味します。特殊品質部品の具体的な特徴を知る唯一の方法は、データシートを読むことです。特に、コンピューター用途向けに製造された真空管は、ほとんどの時間カットオフ状態にバイアスして使用した場合に長寿命になるように設計されていますが、オーディオ用途では非常に望ましくないハムノイズ、マイクロフォニックノイズ、その他のノイズは重要ではありません。^{[ 73 ]} 名称は、同等の標準真空管が存在する場合はその名称を反映している場合（12AU7==>12AU7A、ECC82==>E82CCなど）、または全く何でもあり得る（同じ真空管の標準および特殊品質の同等品には、12AU7、ECC82、B329、CV491、E2163、E82CC、E812CC、M8136、CV4003、6067、VX7058、5814A、12AU7Aなどがある）。^{[ 74 ]}ヨーロッパのMullard–Philips真空管の表記では、特殊品質の真空管は最初の文字の直後に数字の部分を追加する。E82CCは、コンピュータ用途向けに最適化されたECC82である。

真空管は、管内で正イオンが発生することによる影響を避けるために、極めて高い真空（ X線用語ではハード真空^{[ 75 ]} ）を必要とします。残留ガス原子は電子に衝突されるとイオン化し、陰極に悪影響を与え、放出を減少させる可能性があります。^{[ 76 ]} 残留ガスの量が多いと、管電極間で目に見えるグロー放電が発生し、電極が過熱してガスがさらに発生し、過電流によって管や他の部品が損傷する可能性があります。^{[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]}これらの影響を避けるためには、管内の残留圧力が十分に低く、電子の平均自由行程が管のサイズよりもはるかに長くなる必要があります（そのため、電子が残留原子に衝突する可能性は低く、イオン化された原子はほとんど存在しません）。市販の真空管は製造時に約0.000001 mmHg (1.0 × 10 ⁻⁶ Torr; 130 μPa; 1.3 × 10 ⁻⁶ mbar; 1.3 × 10 ⁻⁹ atm)まで真空引きされる。^{[ 80 ] [ 81 ]}     

ガスが真空管の真空を損なうのを防ぐため、現代の真空管はゲッターを使用して製造されています。ゲッターは通常、すぐに酸化する金属で、最も一般的なのはバリウムです。 ^{[ 81 ] [ 82 ]}ガラス管の場合、管のエンベロープを真空引きしている間、ゲッター以外の内部部品はRF誘導加熱によって加熱され、金属部品から残っているガスが放出されます。次に管が密封され、フラッシュゲッターの場合はゲッターのトラフまたはパンが、再び高周波誘導加熱によって高温に加熱され、ゲッター材料が気化して残留ガスと反応します。蒸気はガラスエンベロープの内側に付着し、銀色の金属パッチが残ります。このパッチは、動作中に管内に漏れる可能性のある少量のガスを吸収し続けます。この材料が動作電極に付着しないように、バルブの設計には細心の注意が払われています。管のエンベロープに深刻な漏れが発生すると、この付着物は大気中の酸素と反応して白色に変化します。大型の送信管や特殊用途の真空管では、ジルコニウムなどの特殊なゲッター材料がよく用いられます。初期のゲッター付き真空管ではリンをベースとしたゲッターが使われており、ガラス表面にリンが特徴的なオレンジ色や虹色の沈殿物を残すため、これらの真空管は容易に識別できます。リンの使用は短命に終わり、すぐに優れたバリウムゲッターに取って代わられました。バリウムゲッターとは異なり、リンは一度発光するとそれ以上ガスを吸収しませんでした。

ゲッターは残留ガスや侵入ガスと化学的に結合することで作用しますが、（非反応性の）不活性ガスには効果がありません。主に陰極線管やアイコノスコープ、オルシコン、イメージオルシコンなどの大型エンベロープを持つ真空管に影響を与える既知の問題は、ヘリウムの侵入です。この影響は、機能の低下または消失、および管内の電子流に沿った拡散光として現れます。この影響は（再真空引きと再封止を除けば）修復不可能であり、このような真空管の動作可能な個体がますます希少になっている原因となっています。未使用の（「新古品」）真空管にも不活性ガスの侵入が見られることがあるため、これらのタイプの真空管が将来にわたって存続するという長期的な保証はありません。

大型送信管には、微量の（1～2%）トリウムを含む炭化タングステンフィラメントが用いられています。ワイヤーの炭化層の外側には、極めて薄い（分子レベルの）トリウム原子層が形成され、加熱されると効率的な電子源として機能します。トリウムはワイヤー表面からゆっくりと蒸発し、新しいトリウム原子が表面に拡散してそれを補充します。このようなトリウム添加タングステン陰極は、通常数万時間の寿命を持ちます。トリウム添加タングステンフィラメントの寿命末期は、炭化層がほぼ完全に別の形態の炭化タングステンに変化し、放出が急速に低下し始める時です。このタイプのエミッタを用いた管において、トリウムの完全な消失が寿命末期の要因となったことはこれまで確認されていません。 アラバマ州ハンツビルのWAAY-TVは、送信機のビジュアル回路でEimac外部空洞クライストロンを使用して163,000時間（18.6年）のサービスを達成しました。これは、このタイプの真空管の記録された最長のサービス寿命です。 ^{[ 83 ]}真空管を使用した送信機は、トランジスタ送信機よりも落雷に耐えられると 言われています。約20キロワットを超えるRF電力レベルでは真空管の方がソリッドステート回路よりも効率的であると一般的に考えられていましたが、これはもはや当てはまりません。特に中波（AM放送）サービスでは、ほぼすべての電力レベルでソリッドステート送信機の方が明らかに効率が高くなっています。約15kWまでのソリッドステート電力増幅器を使用したFM放送送信機も、真空管ベースの電力増幅器よりも全体的な電力効率が優れています。 

小型の「受光管」内の陰極は、酸化バリウムと酸化ストロンチウムの混合物でコーティングされており、場合によっては酸化カルシウムや酸化アルミニウムが添加される。陰極スリーブには電気ヒーターが挿入され、酸化アルミニウムのコーティングによって電気的に絶縁されている。この複雑な構造により、バリウム原子とストロンチウム原子が陰極表面に拡散し、約780℃（1400  °F）まで加熱されると電子を放出する。

陰極線管( CRT ) は、特に表示目的で使用される真空管です。以前は陰極線管を使用したテレビやコンピュータ モニターが多数ありましたが、価格が下がり品質が向上したため、現在ではそのほとんどがフラット パネル ディスプレイに置き換えられています。これは、デジタルオシロスコープ(内部コンピュータとアナログ - デジタル コンバータに基づいています) にも当てはまりますが、従来のアナログ オシロスコープ (CRT に依存しています) は引き続き製造されており、経済的で、多くの技術者に好まれています。^{[ 87 ]}かつては多くのラジオで「マジック アイ チューブ」が使用されていました。これは、テープ レコーダーの信号強度や入力レベルを示すためにメータームーブメントの代わりに使用される特殊な CRT の一種です。現代のインジケータである真空蛍光表示管(VFD) も一種の陰極線管です。^{[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]}

X線管は、高電圧の電子が陽極に衝突したときにX線を発生させる陰極線管の一種である。^{[ 91 ] [ 92 ]}

高出力ミリ波を生成するために使用されるジャイロトロンまたは真空メーザーは、高電圧による小さな相対論的効果を利用して電子を束ねる磁気真空管です。ジャイロトロンは非常に高い出力（数百キロワット）を生成できます。 ^{[ 93 ] [ 94 ]}高出力コヒーレント光やX線を生成するために使用される自由電子レーザーは、高エネルギー粒子加速器によって駆動される非常に相対論的な真空管です。したがって、これらは一種の陰極線管です。^{[ 95 ] [ 96 ]}

光電子増倍管は、電子増倍を利用して感度を大幅に向上させた光電管です。これは二次電子放出の原理に基づいており、光電陰極から放出された単一の電子がダイノードと呼ばれる特殊な陽極に衝突し、そのダイノードからさらに多くの電子が放出されます。これらの電子はより高い電圧で別のダイノードに向かって加速され、さらに多くの二次電子を放出します。このような段を最大15段まで繰り返すことで、非常に大きな増幅が得られます。固体光検出器（例えば、単一光子アバランシェダイオード）の大きな進歩にもかかわらず、光電子増倍管の単一光子検出能力は、この真空管デバイスを特定の用途で優れたものにしています。このような管は、ガイガー・ミュラー管（それ自体は実際の真空管ではありません）の代替として、電離放射線の検出にも使用できます。歴史的には、現代のCCDアレイが開発される以前にテレビスタジオで広く使用されていたイメージオルシコンTVカメラ管も、多段電子増倍を使用していました。

数十年にわたり、電子管の設計者たちは増幅管に電子増倍管を追加して利得を増やそうと試みてきたが、ダイノードに使用される材料が管の熱陰極を「汚染」するため、これらの電子増倍管は寿命が短かった。（例えば、興味深いRCA 1630二次電子放出管は市販されたものの、長続きしなかった。）しかし、最終的にオランダのフィリップス社が、十分な寿命を持つEFP60管を開発し、少なくとも1つの製品、すなわち実験室用パルス発生器に採用された。しかし、その頃にはトランジスタの性能が急速に向上しており、こうした開発は不要になっていった。

「チャネル電子増倍管」と呼ばれるタイプは、個々のダイノードを使用せず、らせん状などの湾曲したチューブの内側に、二次電子放出特性の良い材料をコーティングしたもので構成されています。あるタイプは、二次電子を捕捉するための漏斗状の構造を備えていました。連続ダイノードは抵抗性で、その両端には電子のカスケードが繰り返し発生するのに十分な電圧が印加されていました。マイクロチャネルプレートは、画像平面上に単段電子増倍管のアレイが配置されたもので、これを複数枚重ねることができます。これは、例えば、個々のチャネルが集束の役割を果たすイメージインテンシファイアとして使用できます。

テクトロニクス社は、蛍光体層の背後にチャンネル電子増倍管を備えた高性能広帯域オシロスコープCRTを製造した。この増倍管は、多数の短いCEM管を束ねたアレイで構成されており、低電流の電子ビームを受け入れて増幅し、実用的な明るさの表示を実現した。（広帯域電子銃の電子光学系では、蛍光体を直接励起するのに十分な電流を供給できなかった。）

増幅、スイッチング、整流のほとんどの用途において真空管は固体素子にほぼ置き換えられているが、いくつかの例外がある。上記で述べた特殊な機能に加えて、真空管は依然としてニッチな用途もある。

一般的に、真空管は、対応する固体部品に比べて、主電源電圧サージや落雷、核爆発の電磁パルス効果^{[ 97 ]}、巨大な太陽フレアによって発生する地磁気嵐^{[ 98 ]}などの過渡的な過電圧に対してはるかに影響を受けにくい。この特性により、例えばMiG-25航空機のように、より実用的で安価な固体技術が同じ用途に利用可能になった後も、特定の軍事用途で長期間使用され続けた。^{[ 97 ]}

真空管は、産業用高周波加熱、粒子加速器、放送送信機などの用途において、無線周波数で高出力を生成するための実用的な代替手段です。これは特にマイクロ波周波数において顕著であり、クライストロンや進行波管などのデバイスは、従来の方法では達成できないレベルの電力増幅を実現します。半導体デバイス。家庭用電子レンジは、マグネトロン管を用いて数百ワットのマイクロ波電力を効率的に生成している。窒化ガリウムなどの固体素子は有望な代替品だが、非常に高価であり、開発段階もまだ初期段階にある。

軍事用途では、高出力真空管は10～100 メガワットの信号を発生させることができ、保護されていない受信機のフロントエンドを焼き切ることができる。このような装置は非核電磁兵器とみなされており、1990年代後半に米国とロシアの両国によって導入された。

真空管アンプは、その温かみのあるサウンド、オーバードライブ時の性能、そして以前の時代の真空管ベースの録音を再現する能力が高く評価される3つのニッチ市場、すなわちオーディオファイル機器、楽器用アンプ、およびレコーディングスタジオで使用される機器において、商業的に依然として有効である。^{[ 99 ]}

多くのギタリストは、オーバードライブ時に歪みやすいという理由から、ソリッドステートモデルよりも真空管アンプの使用を好みます。 ^{[ 100 ]}どのアンプも、信号を正確に増幅できるのは一定の音量までです。この限界を超えると、アンプは信号を歪ませ始めます。異なる回路は異なる方法で信号を歪ませます。一部のギタリストは真空管の歪み特性を好みます。最も人気のあるビンテージモデルのほとんどは真空管を使用しています。

英国のブラックバーン・マイクロテック・ソリューションズ社は、オーディオファイル市場向けに、従来の真空管とは全く異なるバージョンを開発した。放射状の電子流を持つ管状構造ではなく、平面構造を採用した。最初の製品は、ECC83と互換性のある双三極管E813CCだった。しかし、同社はE813CCの発売から数か月後の2009年に倒産した。^{[ 101 ]}

21世紀初頭には、集積回路技術と同様に、平坦なシリコン基板上に電子エミッタを形成した真空管への関心が再び高まった。この分野は現在、真空ナノエレクトロニクスと呼ばれている。^{[ 104 ]}最も一般的な設計では、大面積の電界電子源（例えば電界エミッタアレイ）の形で冷陰極を使用する。これらのデバイスでは、多数の近接した個々の放出サイトから電界放出される。

このような集積型マイクロチューブは、携帯電話などのマイクロ波機器、 BluetoothやWi-Fi伝送、レーダーや衛星通信などに応用される可能性がある。2012年現在それらは電界放出ディスプレイ技術への応用可能性について研究されていたが、製造上の重大な問題があった。

2014年の時点で、NASAのエイムズ研究センターはCMOS技術を用いて製造された真空チャネルトランジスタの研究に取り組んでいると報告されている。^{[ 105 ]}

陰極が加熱されて約1,050 K (780 °C; 1,430 °F)の動作温度に達すると、自由電子がその表面から放出されます。これらの自由電子は、陰極と陽極の間の空隙に雲を形成し、空間電荷として知られています。この空間電荷雲は、陰極から陽極への電流の流れを生み出す電子を供給します。回路の動作中に電子が陽極に引き寄せられると、新しい電子が陰極から放出されて空間電荷を補充します。^{[ 106 ]}空間電荷は電場の一例です。   

1つ以上の制御グリッドを備えたすべての真空管は、制御グリッドに印加される交流（AC）入力電圧によって制御され、その結果増幅された信号が電流として陽極に現れます。陽極に印加される電圧が高いため、比較的小さな陽極電流でも、元の信号電圧の値に比べてエネルギーが大幅に増加する可能性があります。加熱された陰極から放出された空間電荷電子は、正の陽極に強く引き付けられます。真空管内の制御グリッドは、小さな交流信号電流とグリッドのわずかに負の値を組み合わせることによって、この電流の流れを調節します。信号正弦波（交流）がグリッドに印加されると、この負の値に乗って、交流信号波の変化に応じてグリッドを正負に駆動します。

この関係は、プレート特性曲線のセットで示されます（上記の例を参照）。この曲線は、プレート（陽極）上の任意の電圧（V a）に対して、グリッドに印加される小さな入力電圧（V g）によって陽極からの出力電流（I a）がどのように影響_を受けるか_を視覚_的に示します。

真空管はそれぞれ固有の特性曲線を持っています。これらの曲線は、入力信号の変化に伴う、グリッド・カソード間電圧（Vgk）のわずかな変化によって生じる瞬時プレート電流の変化をグラフで表した_ものです。

VI特性は、プレートとカソードのサイズと材料に依存します。^{[ 107 ]} プレート電圧とプレート電流の比を表します。^{[ 108 ]}

• VI曲線（フィラメント両端電圧、プレート電流）
• プレート電流、プレート電圧特性
• 直流プレート抵抗–プレートの直流抵抗 –陽極と陰極間の直流経路の抵抗 
• 交流プレート抵抗–プレートの抵抗 –交流の陽極と陰極間の経路の抵抗 

静電場の大きさは、管内の2枚以上の電極板間の距離である。