三極真空管

De ForestのAudionチューブは、フィラメント、グリッド、プレートの3つの要素を備えていたため、トライオードチューブとして知られるようになりました（ダイオードという名前の「di」がフィラメントとプレートの2つの要素を指すのと同じです）。ダイオード管技術のその後の開発により、電子エミッターが改良されました。フィラメントを発光要素として直接使用する代わりに、カソードと呼ばれる別の金属ストリップをフィラメントで加熱することができます。

この改良は、電子エミッターとしての白熱フィラメントの望ましくない影響を回避するために必要でした。まず、電流がフィラメント材料の抵抗に打ち勝ち、熱エネルギーを放散するため、フィラメントはその長さに沿って電圧降下を経験します。これは、フィラメントワイヤとチューブ内の他の要素の長さに沿った異なるポイント間の電位が一定ではないことを意味しました。これと同様の理由で、フィラメントワイヤを加熱するための電源として使用される交流電流は、チューブ回路の残りの部分に不要なAC「ノイズ」を導入する傾向があります。さらに、細いフィラメントの表面積はせいぜい制限されており、電子放出要素の限られた表面積は、チューブの電流容量に対応する制限を課す傾向があります。

陰極は、フィラメントの撚り線にぴったりと合う薄い金属シリンダーでした。カソードシリンダーは、フィラメントワイヤーが電子を自由に放出するのに十分なほどフィラメントワイヤーによって加熱され、フィラメントワイヤーがしなければならなかったように実際に加熱電流を運ぶという望ましくない副作用はない。間接加熱陰極を備えた三極真空管の管記号は次のようになります。

フィラメントは、一部のタイプを除くすべてのタイプの真空管に必要なため、簡単にするために記号で省略されることがよくあります。または、図面に含まれていても電源接続がない場合があります。

アンプとしての基本的な動作を説明するために、簡単な三極真空管回路を示します。

グリッドとカソードの間に接続された低電圧AC信号は、カソードとプレートの間の電子の流れを交互に抑制し、強化します。これにより、回路の出力（プレートとカソードの間）の電圧が変化します。チューブのグリッド上のAC電圧と電流の大きさは、プレート回路の電圧と電流の変動と比較して、一般的に非常に小さいです。したがって、三極真空管は、入力AC信号の増幅器として機能します（右側の大きなDC電源から供給される高電圧、大電流のDC電力を受け取り、チューブの制御された導電率によってそれを「スロットル」します）。

三極真空管では、カソードからプレートへの電流量（「制御された」電流は、グリッドからカソードへの電圧（制御信号）とプレートからカソードへの電圧（電子を押すために利用できる起電力）の両方の関数です。残念ながら、これらの独立変数はいずれも、デバイスを流れる電流の量に純粋に線形の影響を及ぼしません（多くの場合、単に「プレート電流」と呼ばれます）。つまり、三極真空管電流は必ずしも直接応答するわけではありません。 、印加電圧に比例します。

この特定の増幅回路では、プレート電流がチューブによって抑制されると、プレート電圧（カソードに関して）がグリッド電圧（カソードに関しても）とともに変化するため、非線形性が複雑になります。その結果、入力電圧の波形と正確に似ていない出力電圧波形が生成されます。言い換えれば、三極真空管の奇抜さとこの特定の回路のダイナミクスが波形を歪めます。これをどのように表現したかを本当に複雑にしたい場合は、入力波形を正確に再現できないために、チューブが高調波を導入していると言えます。

三極真空管の動作に関する別の問題は、浮遊容量の問題です。絶縁媒体で分離された2つの導電性表面がある場合は常に、コンデンサが形成されることを忘れないでください。これらの2つの導電性表面間の電圧は、その絶縁領域内に電界を生成し、エネルギーを蓄積して回路にリアクタンスを導入する可能性があります。これは三極真空管の場合であり、最も問題となるのはグリッドとプレートの間です。チューブ内の要素のペアの間に小さなコンデンサが接続されているかのようです。

現在、この浮遊容量は非常に小さく、無効インピーダンスは通常高いです。 。通常、つまり、無線周波数が処理されていない限りです。 De ForestのAudionチューブで見たように、ラジオはおそらくこの新しいテクノロジーの主要なアプリケーションであったため、これらの「小さな」静電容量は単なる潜在的な問題以上のものになりました。三極真空管の限界を克服するには、チューブ技術のもう1つの改良が必要でした。