Введение
Пентад – это электронное устройство, имеющее пять электродов. Этот термин чаще всего применяется к трехсеточному усилительному вакуумному триоду или термоэлектронному клапану, изобретенному Жилем Холстом и Бернардом Д. Х. Теллегеном в 1926 году. Пентод (в некоторых источниках называемый тройным сеточным усилителем) был разработан на основе лампы с экранной сеткой или защитной сеткой (типа тетрода) путем добавления сетки между экранной сеткой и анодом. Лампа с экранной сеткой была ограничена в характеристиках как усилитель из-за вторичной эмиссии электронов с анода. Дополнительная сетка называется подавляющей сеткой. Подавляющая сетка обычно работает на потенциале катода или вблизи него и предотвращает попадание вторичных электронов с анода на экранную сетку. Добавление подавляющей сетки позволяет получить значительно большую амплитуду выходного сигнала с анода пентода в режиме усиления, чем с анода лампы с экранной сеткой при том же напряжении питания анода. Пентоды широко производились и использовались в электронном оборудовании до 1960-х – 1970-х годов, когда транзисторы заменили лампы в новых разработках. В первой четверти XXI века некоторые пентодные лампы продолжают производиться для применения в высокомощных радиочастотных устройствах, усилителях музыкальных инструментов (особенно гитар), домашней аудиоаппаратуре и специализированных рынках.
A pentode is an electronic device having five electrodes. The term most commonly applies to a three grid amplifying vacuum tube or thermionic valve that was invented by Gilles Holst and Bernhard D. H. Tellegen in 1926. The pentode (called a triple grid amplifier in some literature) was developed from the screen grid tube or shield grid tube (a type of tetrode tube) by the addition of a grid between the screen grid and the plate. The screen grid tube was limited in performance as an amplifier due to secondary emission of electrons from the plate. The additional grid is called the suppressor grid. The suppressor grid is usually operated at or near the potential of the cathode and prevents secondary emission electrons from the plate from reaching the screen grid. The addition of the suppressor grid permits much greater output signal amplitude to be obtained from the plate of the pentode in amplifier operation than from the plate of the screen grid tube at the same plate supply voltage. Pentodes were widely manufactured and used in electronic equipment until the 1960s to 1970s, during which time transistors replaced tubes in new designs. During the first quarter of the 21st century, a few pentode tubes have been in production for high power radio frequency applications, musical instrument amplifiers (especially guitars), home audio and niche markets.
Типы пентодов
Обычные пентоды называются пентодами с резким спадом или с высоким крутизной и имеют одинаковый размер апертуры в управляющей сетке. Однородная конструкция управляющей сетки приводит к тому, что коэффициент усиления (mu или μ) и крутизна характеристики изменяются незначительно при увеличении отрицательного напряжения на сетке, что обеспечивает довольно резкое прекращение тока анода. Эти пентоды подходят для применения в схемах усилителей, работающих в ограниченных диапазонах сигнала и смещения на управляющей сетке. Примеры включают: EF37A, EF86/6267, 1N5GT, 6AU6A, 6J7GT. Часто, но не всегда, в европейской системе обозначений пентодов четные номера обозначали пентоды с резким спадом, а нечетные – с удаленным спадом; EF37 был исключением из этой общей тенденции, возможно, из-за его истории как модернизации EF36 ("The Mullard EF36, EF37 and EF37A" в Национальном музее вакуумных ламп). Пентоды с удаленным спадом, переменным коэффициентом усиления, суперконтролем или переменной крутизной способны обрабатывать гораздо большие сигналы и напряжения смещения на управляющей сетке, чем обычные пентоды, не вызывая прекращения тока анода. Управляющая сетка пентода с переменным коэффициентом усиления сконструирована таким образом, чтобы заданное приращение изменения напряжения на управляющей сетке оказывало меньшее влияние на изменение тока анода при увеличении отрицательного напряжения на управляющей сетке относительно катода. Управляющая сетка часто имеет форму спирали с переменным шагом. По мере увеличения отрицательного напряжения на управляющей сетке коэффициент усиления лампы уменьшается. Пентоды с переменным коэффициентом усиления снижают искажения и перекрестные модуляции (интермодуляции) и обеспечивают значительно больший динамический диапазон усилителя, чем обычные пентоды. Пентоды с переменным коэффициентом усиления впервые были применены в радиочастотных каскадах усилителей радиоприемников, как правило, с автоматической регулировкой громкости, и используются в других приложениях, требующих возможности работы при больших изменениях напряжения сигнала и управления. Первыми коммерчески доступными пентодами с переменным коэффициентом усиления были RCA 239 в 1932 году и Mullard VP4 в 1933 году. Мощные пентоды или пентоды для усилителей мощности. Мощные пентоды предназначены для работы при более высоких токах, температурах и напряжениях, чем обычные пентоды. Катод мощного пентода спроектирован так, чтобы обеспечивать достаточную эмиссию электронов для получения необходимого тока через лампу и достижения требуемой мощности в нагрузке. Анод мощного пентода спроектирован для рассеивания большей мощности, чем у обычного пентода. EL34, EL84, 6CL6, 6F6, 6G6, SY4307A и 6K6GT – примеры пентодов, предназначенных для усиления мощности. Некоторые мощные пентоды для конкретных телевизионных требований: видеовыходные пентоды, например, 15A6/PL83, PL802; пентоды выходного кадра или вертикального отклонения, такие как PL84 и пентодные секции 18GV8/PCL85; пентоды выходной развертки или горизонтального отклонения, такие как PL36, 27GB5/PL500, PL505 и т.д. "Пентод-триод" – это единый баллон, содержащий как триод, так и пентод, например, ECF80 или ECL86.
video output pentodes, e. g. 15A6/PL83, PL802
frame output or vertical deflection pentodes, such as the PL84 and the pentode sections of the 18GV8/PCL85. line output or horizontal deflection pentodes, such as the PL36, 27GB5/PL500, PL505 etc. A "triode pentode" is a single envelope containing both a triode and a pentode, such as an ECF80 or ECL86.
Преимущества перед тетродом
Простая тетрода или лампа с экранной сеткой обеспечивала более высокий коэффициент усиления, большую мощность и более широкую полосу пропускания, чем более ранние триоды. Однако в тетроде вторичные электроны, выбиваемые из анода (пластинки) электронами из катода при столкновении с ним (процесс, называемый вторичной эмиссией), могут достигать экранной сетки из-за её относительно высокого потенциала. Этот ток электронов, покидающих анод, уменьшает результирующий ток анода Ia. При увеличении напряжения анода Va электроны из катода сталкиваются с анодом с большей энергией, выбивая больше вторичных электронов и увеличивая ток электронов, покидающих анод. В результате на части вольтамперной характеристики тетроды обнаруживается уменьшение тока анода Ia при увеличении напряжения анода Va. Это свойство (ΔVa/ΔIa < 0) называется отрицательным сопротивлением. Оно может приводить к нестабильности тетроды, вызывая паразитные колебания на выходе, известные в некоторых случаях как динатронные колебания. Пентод, представленный Теллегеном, имеет дополнительный электрод, или третью сетку, называемую подавляющей сеткой, расположенную между экранной сеткой и анодом, что решает проблему вторичной эмиссии. Подавляющая сетка имеет низкий потенциал – обычно она заземлена или соединена с катодом. Вторичные электроны, выбиваемые из анода, отталкиваются отрицательным потенциалом подавляющей сетки и не могут достичь экранной сетки, возвращаясь на анод. Первичные электроны из катода обладают большей кинетической энергией и могут проходить через подавляющую сетку, достигая анода. Таким образом, пентоды способны обеспечивать более высокие выходные токи и более широкий диапазон изменения выходного напряжения; анод/пластинка может даже находиться под более низким напряжением, чем экранная сетка, при этом сохраняя хорошие усилительные свойства.
Использование
Пентадные лампы впервые использовались в радиоприемниках потребительского класса. Хорошо известный тип пентода, EF50, был разработан до начала Второй мировой войны и широко применялся в радиолокационных установках и другом военном электронном оборудовании. Пентод внес вклад в электронное превосходство союзников. Компьютеры Colossus и Manchester Baby использовали большое количество пентодных ламп EF36. Позже лампа 7AK7 была специально разработана для использования в компьютерной технике. После Второй мировой войны пентоды широко использовались в телевизионных приемниках, особенно преемник EF50 – EF80. Вакуумные лампы были заменены транзисторами в 1960-х годах. Однако они продолжают использоваться в определенных областях, включая мощные радиопередатчики и (благодаря своему узнаваемому ламповому звучанию) в высококачественных и профессиональных аудиосистемах, микрофонных предусилителях и усилителях для электрогитар. Большие запасы в странах бывшего Советского Союза обеспечивают непрерывное снабжение такими приборами, некоторые из которых были разработаны для других целей, но адаптированы для аудиоприменения, например, передающая лампа GU50.
Схемы с триодами и пентодами
Пентад может иметь свою экранную сетку (вторую сетку) соединенной с анодом (пластинкой), в этом случае он превращается в обычный триод с соответствующими характеристиками (меньшее анодное сопротивление, меньший коэффициент усиления, меньший шум, требуется большее управляющее напряжение). Устройство в этом случае называют "соединенным как триод" или "триодно включенным". Иногда это предусмотрено в качестве опции в аудиофильных пентодных усилительных схемах, чтобы получить желаемые "звуковые характеристики" триодного усилителя мощности. Для предотвращения превышения допустимой мощности или напряжения экранной сетки, а также для предотвращения локальных колебаний, в цепь экранной сетки может быть включен последовательный резистор. Триодное включение – полезный вариант для аудиофилов, желающих избежать затрат на "настоящие" мощные триоды.