Tetrodo de haz

A rayo tetrode, a veces se llama tubo de alimentación, es un tipo de tubo de vacío o válvula termiónica que tiene dos rejillas y forma el flujo de electrones de la cátodo en múltiples rayos parcialmente colimados para producir una región de carga espacial de bajo potencial entre el ánodo y la rejilla de pantalla para devolver electrones de emisión secundaria de ánodo al ánodo cuando el potencial de ánodo es menor que el de la rejilla de la pantalla. Los tetrodes de haz se utilizan generalmente para la amplificación de potencia, de frecuencia de audio a frecuencia de radio. El tetrodo de haz produce mayor potencia de salida que un triodo o pentode con el mismo voltaje de suministro de ánodo. El primer tetrode de haz comercializado fue el Marconi N40, introducido en 1935. Los tetrodes de haz fabricados y utilizados en el siglo XXI incluyen los 4CX250B, KT66 y variantes del 6L6.

Historia

En los circuitos amplificadores, la región de funcionamiento útil del voltaje del ánodo y la corriente del ánodo del tubo tetrodo convencional estaba limitada por el efecto perjudicial de la emisión secundaria del ánodo a potenciales de ánodo menores que los de la rejilla de la pantalla. Philips/Mullard resolvió el efecto perjudicial de la emisión secundaria del ánodo con la introducción de una rejilla supresora, lo que dio como resultado el diseño del pentodo. Dado que Philips tenía una patente sobre este diseño, otros fabricantes estaban interesados en producir tubos tipo pentodo sin infringir la patente. En el Reino Unido, tres ingenieros de EMI (Isaac Shoenberg, Cabot Bull y Sidney Rodda) presentaron una patente sobre un diseño alternativo en 1933. Su diseño tenía las siguientes características (en comparación con el pentodo normal):

• Las aberturas del control y las rejillas de la pantalla estaban alineadas, enrollando las rejillas con el mismo campo (las rejillas del pentode utilizaban diferentes parcelas).
• Mayor distancia entre la rejilla de pantalla y el ánodo que un tetrode o un pentode ordinario.
• Una estructura auxiliar de electrodo en o cerca del potencial de cathode y sustancialmente fuera de la corriente de electrones, para establecer una región de potencial electrostático bajo entre la rejilla de pantalla y el ánodo, limitar el ángulo incluido del haz e impedir que los electrones secundarios de ánodo fuera de la región del haz lleguen a la pantalla (el pentode tiene una rejilla de supresor en la corriente de electrones).

El diseño se conoce hoy como tetrodo de haz, pero históricamente también se conocía como tetrodo sin torsión, ya que tenía el mismo número de rejillas que el tetrodo convencional pero sin la torsión de resistencia negativa en el ánodo. Curvas características de corriente versus voltaje del ánodo de un tetrodo verdadero. Algunos autores, especialmente fuera del Reino Unido, sostienen que las placas de la viga constituyen un quinto electrodo.

El diseño EMI tenía las siguientes ventajas sobre el pentodo:

• El diseño produjo más potencia de salida que un pentode potencia similar.
• La transconductancia era superior a un pentode poder similar.
• La resistencia a la placa fue inferior a un pentode poder similar.
• La corriente de cuadrícula de pantalla era alrededor del 5–10% de la corriente de ánodo en comparación con alrededor del 20% para el pentode, por lo tanto el tetrodo de haz era más eficiente en el poder.
• El diseño produjo menos distorsión tercera-harmónica en la clase A operación que un pento de poder comparable.

El nuevo tubo se presentó en la feria de las Sociedades de Física y Óptica. Exposición en enero de 1935 como Marconi N40. Se produjeron alrededor de mil tetrodos de salida N40, pero la empresa MOV (Marconi-Osram Valve), propiedad conjunta de EMI y GEC, consideró que el diseño era demasiado difícil de fabricar debido a la necesidad de una buena alineación de los cables de la rejilla. Como MOV tenía un acuerdo de diseño compartido con RCA of America, el diseño pasó a esa empresa. RCA tenía los recursos para producir un diseño viable, que resultó en el 6L6. No mucho después, el tetrodo de haz apareció en una variedad de productos, incluido el 6V6 en diciembre de 1936, el MOV KT66 en 1937 y el KT88 en 1956, diseñados específicamente para audio y muy apreciados por los coleccionistas actuales.

Después de que expiró la patente de Phillips sobre la rejilla supresora, muchos tetrodos de haz fueron denominados "pentodos de potencia de haz". Además, hubo algunos ejemplos de tetrodos de haz diseñados para funcionar en lugar de pentodos. El omnipresente EL34, aunque fabricado por Mullard/Phillips y otros fabricantes europeos como un verdadero pentodo, también fue producido por otros fabricantes (a saber, GE, Sylvania y MOV) como un tetrodo de haz. El 6CA7 fabricado por Sylvania y GE es un reemplazo directo de tetrodo de haz para un EL34, y el KT77 tiene un diseño similar al 6CA7 fabricado por MOV.

Una familia de tetrodos de haz ampliamente utilizada en los EE. UU. estaba compuesta por el 25L6, el 35L6 y el 50L6, y sus versiones en miniatura, el 50B5 y el 50C5. Esta familia no debe confundirse con el 6L6 a pesar de designaciones similares. Se utilizaron en millones de receptores de radio All American Five AM. La mayoría de ellos utilizaban un circuito de alimentación sin transformador. En los receptores de radio estadounidenses con fuentes de alimentación de transformador, construidos aproximadamente entre 1940 y 1950, se utilizaban con mucha frecuencia los tetrodos de haz 6V6, 6V6G, 6V6GT y el 6AQ5 en miniatura.

En equipos militares, el 807 y el 1625, con disipaciones de ánodo nominales de 25 vatios y funcionando con un suministro de hasta 750 voltios, se usaban ampliamente como amplificador final en transmisores de radiofrecuencia de hasta 50 vatios de potencia de salida. y en aplicaciones push-pull para audio. Estos tubos eran muy similares a un 6L6 pero tenían un índice de disipación del ánodo algo mayor y el ánodo estaba conectado a la tapa superior en lugar de a un pasador en la base. Grandes cantidades entraron en el mercado después de la Segunda Guerra Mundial y fueron utilizadas ampliamente por radioaficionados en Estados Unidos y Europa durante las décadas de 1950 y 1960.

En la década de 1950, se desarrolló el circuito amplificador de audio ultralineal para tetrodos de haz. Este circuito amplificador conecta las rejillas de la pantalla con las derivaciones del transformador de salida y proporciona una distorsión de intermodulación reducida.

Operación

El tetrodo del haz elimina la región del dinatrón o la torsión del tetrodo del tubo de la rejilla de la pantalla al desarrollar una región de carga espacial de bajo potencial entre la rejilla de la pantalla y el ánodo que devuelve los electrones de emisión secundaria del ánodo al ánodo. La característica del ánodo del tetrodo de haz es menos redondeada a voltajes de ánodo más bajos que la del pentodo de potencia, lo que resulta en una mayor potencia de salida y menos distorsión del tercer armónico con el mismo voltaje de suministro del ánodo.

En los tetrodos de haz, las aperturas de la rejilla de control y la rejilla de la pantalla están alineadas. Los cables de la rejilla de pantalla están alineados con los de la rejilla de control, de modo que la rejilla de pantalla queda a la sombra de la rejilla de control. Esto reduce la corriente de la rejilla de la pantalla, lo que contribuye a una mayor eficiencia de conversión de energía del tubo. La alineación de las aberturas de la rejilla concentra los electrones en haces densos en el espacio entre la rejilla de la pantalla y el ánodo, permitiendo que el ánodo se coloque más cerca de la rejilla de la pantalla de lo que sería posible sin la densidad del haz. La intensa carga espacial negativa de estos haces desarrollada cuando el potencial del ánodo es menor que el de la rejilla de la pantalla impide que los electrones secundarios del ánodo alcancen la rejilla de la pantalla.

En los tetrodos de haz de tipo receptor, se introducen placas limitadoras de haz fuera de la región del haz para limitar los haces de electrones a ciertos sectores del ánodo que son secciones de un cilindro. Estas placas de confinamiento del haz también establecen una región de bajo potencial electrostático entre la rejilla de la pantalla y el ánodo y devuelven los electrones secundarios del ánodo desde el exterior de la región del haz al ánodo.

En los tetrodos de haz que tienen simetría cilíndrica completa, se puede lograr una característica sin torsión sin necesidad de placas que limiten el haz. Esta forma de construcción suele adoptarse en tubos más grandes con una potencia nominal de ánodo de 100 W o más. El Eimac 4CX250B (con una disipación de ánodo de 250 W) es un ejemplo de esta clase de tetrodo de haz. Tenga en cuenta que en estos tipos se adopta un enfoque radicalmente diferente para el diseño del sistema de soporte para los electrodos. El fabricante describe el 4CX250B como un "tetrodo de potencia de haz radial", lo que llama la atención sobre la simetría de su sistema de electrodos.

Los circuitos de aplicación Beam tetrode a menudo incluyen componentes para prevenir la oscilación espuriosa, suprimir voltajes transitorios y dar respuesta a frecuencias suaves. En aplicaciones de radiofrecuencia, se requiere blindaje entre los componentes del circuito de placa y los componentes del circuito de rejilla.

Disección de un tetrode de haz

Partes de un pequeño tetrode de haz tipo receptor	Fotos
El sobre de vidrio ha sido eliminado. Vista de la base de tubo, ánodo o placa y sartén. El ánodo es la estructura grande, gris, cilíndrica. La sartén es la parte en forma de taza en la parte superior. El receptor es un metal en polvo (Barium) que reacciona fuertemente al oxígeno. Después de que el tubo esté sellado, la cacerola se calienta inductivamente para vaporizar el contenedor, que se deposita en el interior del sobre de vidrio.
La mitad del unnodo ha sido removida. Se pueden ver los dos discos de mica que soportan los electrodos en la parte superior e inferior. El electrodo alto, verticalmente orientado, de color plata a la izquierda es una de las placas que conforman el rayo. La cuadrícula de pantalla está dentro de las placas de configuración del rayo.
El unnodo ha sido eliminado completamente. Las placas de fijación de vigas se pueden ver a la derecha y a la izquierda de las rejillas. La rejilla de pantalla es la rejilla más externa. Entre la rejilla de la pantalla y la cátodo es la rejilla de control.
Las placas de fijación de vigas han sido removidas.
Se han eliminado la sartén, los soportes de la sartén y el disco de mica superior. El helix elíptico de la rejilla de pantalla rodea la rejilla de control. Las barras de soporte de cuadrícula de pantalla están en la izquierda y la derecha fuera de las barras de soporte de la red de control.
La rejilla de pantalla y sus barras de soporte han sido eliminadas. La hélice elíptica de la red de control rodea la cátodo; las barras de soporte de la red de control están en la izquierda y derecha de la cátodo.
La red de control y sus barras de soporte se han eliminado. El calentador indirectamente rodea al calentador. El electron que emite parte de la cátodo es el revestimiento de óxido de color blanco, típicamente óxido de bario o óxido de estroncio.
La cátodo ha sido removida. El calentador es alambre de tungsteno recubierto con un material dieléctrico refractario de alta conductividad térmica.