Tetroda i Pentoda

Symbol tetrody
Symbol pentody

Wad triody pozbawiony jest inny typ lampy - tetroda. Powstała ona jako modyfikacja triody, i zgodnie z nazwą jest to lampa czteroelektrodowa, jej elektrody to anoda, katoda i dwie siatki. Druga siatka na ogół znajduje się pomiędzy siatką pierwszą i anodą. Siatka pierwsza pełni rolę taką samą jak w triodzie - podaje się na nią sygnał, który ma być przez lampę wzmocniony, ma ona na ogół stały potencjał ujemny względem katody, wymuszający określony punkt pracy lampy (na tyle duży, aby prąd anody osiągnął odpowiednią wartość). Natomiast do siatki drugiej doprowadza się zawsze potencjał stały, dodatni względem katody. Ponieważ siatka ta ma dodatni potencjał to przyciąga elektrony tak samo jak anoda. Jednak nie jest to lita powierzchnia, tylko siatka wykonana jako spiralka z cienkiego drucika, o konstrukcji takiej samej jak siatka pierwsza, zajmuje ona bardzo mało przestrzeni, składa się głównie z 'dziur'. Wszystkie elektrony które trafią na drucik siatki drugiej zostaną przez nią oczywiście pochłonięte, ale te które trafią na przestrzeń pomiędzy drucikami przelecą i będą podążać dalej do anody. W praktyce na siatkę drugą trafia od 10 do 50% elektronów wylatujących z katody, reszta dolatuje do anody. Oczywiście te elektrony które dotrą do siatki drugiej wytwarzają w niej pewien prąd, więc siatka ta musi być tak podłączona w układzie aby ten prąd miał gdzie płynąć.

Prądy siatki drugiej i anody zależą od wszystkich trzech napięć możliwych w tetrodzie: napięcia siatki pierwszej, siatki drugiej i anody. Zależność od napięcia siatki pierwszej jest taka sama jak dla triody, i jest w zasadzie jednakowa dla prądów siatki drugiej i anody (tzn. charakterystyki prądów tych elektrod w funkcji napięcia na siatce pierwszej mają taki sam kształt, ale inną wysokość). Siatka druga odgrywa podobną rolę jak anoda w triodzie - im ma większy potencjał tym większy płynie prąd katodowy przy takim samym napięciu na siatce pierwszej. Anoda oddziałuje analogicznie, wzrost napięcia anodowego również powoduje wzrost prądu anody, z tym, że zależnośż ta jest bardzo słaba, gdyż siatka druga ekranuje katodę od wpływu anody, analogicznie jak w triodzie siatka pierwsza ekranuje katodę od anody. Właśnie z tego efektu pochodzi nazwa siatki drugiej: siatka ekranująca.

Charakterystyka anodowa tetrody

Charakterystyka anodowa tetrody

Podstawową zaletą tetrody jest fakt, że napięcie anody praktycznie nie wpływa na prąd anody i siatki drugiej, (o ile nie jest ono mniejsze od napięcia siatki drugiej). Po prostu wszystkie elektrony które przelecą przez siatkę drugą lecą dalej prosto do anody, dopiero, kiedy anoda będzie miała mniejszy potencjał od siatki drugiej anoda będzie na nie słabiej oddziaływać niż ta siatka - elektrony będą musiały pokonać hamujące pole elektryczne pomiędzy siatką drugą a anodą (z punktu o większym potencjale do punktu o mniejszym potencjale). Oczywiście ta niezależność prądu anody od napięcia anody nie jest idealna, w pewnym stopniu napięcie anody oddziałuje na elektrony, pole elektryczne anody trochę przenika przez otwory w siatce drugiej i przed siatką drugą, również działa na katodę. Jak jednak zostało to napisane przed chwilą siła oddziaływania anody na katodę w tetrodzie jest znacznie osłabiona przez siatkę drugą i oddziaływanie to jest wielokrotnie słabsze niż w triodzie. Z tego powodu siatka druga bywa też nazywana siatką osłonną, bo osłania katodę przed polem anody. Następną miłą cechą tetrody w porównaniu z triodą jest znikoma pojemność zwrotna. Siatka druga połączana jest do stałego potencjału i dzięki swoim ekranującym zdolnościom zmniejsza też pojemność pomiędzy anodą a siatką pierwszą. W tetrodach i pentodach, zwłaszcza przeznaczoncyh do pracy z wysokimi częstotliwościami pojemność ta osiąga wartości rzędu tysięcznych części pikofarada, a więc tysiąc razy mniej niż w triodach, pozwala to na uzyskiwanie znacznie większego wzmocnienia np. wzmacniacza p.cz.

Jak już zostało wspomniane siatka druga przyciąga elektrony, więc płynie przez nią pewien prąd. W sytuacji gdy napięcie anody jest równe lub wyższe napięciu siatki drugiej (czyli w praktycznie wszystkich spotykanych w rzeczywistości układach) do siatki drugiej dotrą tylko te elektrony które lecą bezpośrednio w kierunku drucików tej siatki. Elektrony które trafiają pomiędzy druciki lecą dalej (do anody). Również zostało już wspomniane, że napięcie anody w w tej sytuacji nie wpływa na ilość dopływających do anody elektronów, więc stosunek prądu siatki drugiej do prądu anody w ustalonych warunkach napięć na anodzie i siatce drugiej jest w danej lampie zawsze stały i wynosi w praktyce od 0.1 do 0.5. Natomiast wartość tych prądów zależy od ilości elektronów emitowanych z katody, a więc od napięcia siatki pierwszej i drugiej.

Wszystkie te opisane powyżej cechy widać natychmiast na rodzinie charakterystyk wyjściowych tetrody, które są zupełnie inne niż dla triody. Dla triody przy wzroście napięcia anodowego prąd anodowy narasta, w przypadku tetrody sytuacja taka zachodzi tylko dla początkowego obszaru charakterystyki, kiedy napięcie anody jest mniejsze od napięcia siatki drugiej, później charakterystyka anodowa przebiega praktycznie płasko. Na charakterystyce tetrody widać też charakterystyczny dołek przy wyższych napięciach anodowych. Jest on spowodowany emisją wtórną elektronów z anody - przy wysokim napięciu na anodzie padające elektrony mają tak dużą energię, że wybijają z niej elektrony wtórne, które wracają na anodę lub (niepotrzebnie) padają na siatkę drugą. Jest to zjawisko niekorzystne, bo zmniejsza prąd anody, a zwiększa prąd i moc strat siatki drugiej, co może doprowadzić do jej przegrzania.

Pentoda

Charakterystyka pentody

Charakterystyka anodowa pentody

Aby uniknąć takiego efektu (nazywanego zjawiskiem dynatronowym) pomiędzy anodę a siatkę drugą wprowadzono dodatkową, trzecią siatkę, o rzadkiej (rzadszej od siatki pierwszej i drugiej) konstrukcji. Siatka ta jest połączona z niskim napięciem (najczęściej z katodą), więc elektrony wybite z anody aby się dostać do siatki drugiej muszą pokonywać hamujące pole trzeciej siatki. Ich energia jest stosunkowo niewielka i nie wystarczy na pokonanie tego pola wracają one do anody. Dlatego siatka trzecia została nazwana siatką hamującą. Charakterystyki wyjściowe pentody nie różnią się niczym od charakterystyk tetrody, poza brakiem dołka w charakterystyce anodowej spowodowanego emisją wtórną. Siatka trzecia jest na tyle rzadka, że elektrony przelatujące z katody do anody mają na tyle dużą energię, żeby wytwarzane przez nią pole hamujące pokonać. Jej kształt musi być tak dobrany przez konstruktora lampy, aby jej zdolność hamowania była wystarczająco silna do zatrzymania elektronów wtórnych z anody, ale niewystarczająca do zatrzymania elektronów z katody.

Charakterystyki wejściowe tetrod i pentod są identyczne i zbliżone do charakterystyk triod, dzięki rozdzieleniu funkcji elektody wyjściowej (anody) i przyśpieszającej elektrony (siatka druga) możliwa jets realizacja lamp o dużym nachyleniu charakterystyki i dużym wzmocnieniu z charakterystykami siatkowymi leżącymi daleko w zakresie napięć ujemnych siatki pierwszej. Przykładowo trioda ECC83 mająca współczynnik wzmocnienia równy 100 pracuja z napięciem siatki zbliżonym do -1.5V, a pentoda EF6 w układzie ze wzmocniem rzędu 150V/V pracuje z napięciem siatki w okolicach -4V.

  Ekranowanie katody od anody przez siatkę drugą ma również inny bardzo pozytywny efekt - wzrost oporności wewnętrznej lampy. Jak było wspomniane przy opisie triody oddziaływanie anody na prąd katody ogranicza maksymalne możliwe wzmocnienie uzyskiwane na tej lampie - im anoda silniej oddziałuje na katodę tym wzmocnienie to jest mniejsze, efekt ten jest opisany w części poświęconej wzmacniaczom m.cz.. W tetrodach oddziaływanie to jest znacznie mniejsze, czyli jest możliwość uzyskania znacznie większego wzmocnienia. Siłę oddziaływania anody na katodę podaje się pod postacią rezystancji wewnętrznej lampy - jest to stosunek przyrostu napięcia na anodzie do wywołanego tym przyrostu prądu anody. Im to oddziaływanie jest silniejsze tym ten stosunek jest mniejszy. Przeciętna wartość oporności wewnętrznej triod to kilka, kilkadziesiąt kiloomów, a dla tetrod kilkaset kiloomów. do megaomów, a więc rząd lub dwa rzędy wielkości więcej.

Charakterystyka pentody

Charakterystyka wejściowa selektody

Selektoda

  Konstruowane są również selektody - lampy o nieliniowej, logarytmicznej charakterystyce wejściowej. W normalnej tetrodzie lub triodzie prąd anody zmienia się mniej więcej w sposób liniowy ze zmianą napięcia ujemnego siatki pierwszej, a nachylenie tej charakterytyki pozostaje w miarę stałe. W selektodach prąd anody i nachylenie charakterystyki zmienia się nieliniowo, w przybliżeniu wykładniczo, przy zmianie napięcia na siatcepierwszej. Lampy takie są używane do budowania wzmacniaczy o zmiennym, regulowanym wzmocnieniu - wzmocnienie jest proporcjonalne do nachylenia charakterystyki, a to jest zależne od stałego napięcia ujemnego polaryzującego siatkę pierwszą - w ten sposób zmieniając napięcie siatki pierwszej reguluje się wzmocnienie wzmacniacza (im bardziej ujemne tym wzmocnienie mniejsze). Zmianie ulegają oczywiście i inne parametry lampy, w szczególności oporność wewnętrzna lampy. Prowadzić to może czasami do dziwnych efektów, np. w dwuobwodowych radiach reakcyjnych ze wstępnym wzmacniaczem w.cz. na selektodzie oporność ta bocznikuje drugi, detekcyjny, obwód rezonansowy zmniejszając jego dobroć. Przy pracy przy maksymalnej dopuszczalnej reakcji, tuż przed progiem wzbudzenia drgań zmnieszenie wzmocnienia pierwszego stopnia powoduje wzrost oporności wejściowej pierwszej lampy, zmniejszenie tłumienia obwodu rezonansowego, a w efekcie przekroczenie progu oscylacji i paskudny gwizd w głośniku.

Ze względu na większą ilość elektrod tetrody, pentody i selektody są opisywane znacznie większą liczbą parametrów niż triody. W szczególności podawane są napięcia, prądy i moce siatki drugiej (i czasami trzeciej), zarówno wartości typowe jak i graniczne, Specyficznym dla tetrod i pentody parametrem jest współczynnik amplifikacji siarki drugiej do siatki pierwszej. Jest on analogiem współczynnika amplifikacji triody, i podaje jak silnie siatka druga oddziałuje na prąd katody. Współczynnika amplifikacji anody do siatki pierwszej nie podaje się, gdyż nie jest on praktyczną wartością, osiąga wartości rzędu kilkuset, czy nawet kilku tysięcy, a w praktyce wzmocnienie układu z lampą limitowane jest innymi czynnikami. Istotnym za to parametrem, zwłaszcza w układach w.cz. jest oporność wewnętrzna lampy. Dla selektod nie jest podawana wartość nachyleniach charakterystyki, ale zakres jej zmienności, przy zakresie zmienności napięcia polaryzacji siatki pierwszej. Oczywistymi i ważnymi parametrami sa pojemności między elektrodowe, czasami podawane bezpośrednio, jako pojemność pomiędzy konkretnymi dwiema elektrodami, czasami jako pojemności zbiorcze - np. pojemność wejściowa jest sumą pojemnośc siatki pierwszej do katody i do siatki drugiej.

Przykłady tetrod: UEL11, RES094
Przykłady pentod: RENS1284, AF7
Przykłady selektod: E446, 6K7

Strona główna