Een ruimte lading tetrode heeft electroden die dicht tegen elkaar staan. Het stuurrooster is het tweede rooster, terwijl het ruiumteladingsrooster het eerste rooster is.

Geschiedenis van de ruimteladingsbuizen

Deze buizen hadden een hogere gloeivermogen nodig et er vloeide een roosterstroom. De buizen hebben een slecht rendement en kunnen een beperkte anodestroom van enkele milliampères leveren, terwijl de roosterstroom tot 100mA kan oplopen.

Het was niet meer nodig lampen te gebruiken vanaf de komst van de eerste HF transistoren halverwege de jaren 1960. Maar men is blijven lampenradio's bouwen voor huiskamergebruik omdat ze meer betrouwbaar waren en gestandardiseerde componenten gebruikten. Zelfs de kleine fabrikanten hadden voldoende expertise om lampenradio's te maken, maar een transistorradio bouwen was heelwat moeilijker, zeker met de eerste transistoren die een neutrodyne schakeling nodig hadden. Bepaalde lampenradio'sq hadden geen voedingstransformator om de kosten te drukken en men is blijven lampenradio's bouwen tot in de jaren 1970.

Algemene werking

Een triode (of om het even welke andere buis) heeft een ruimtelading rond de cathode bestaande uit electronen die door de hete cathode uitgestraald zijn. Dit negatief geladen electronenwolk beperkt de hoeveelheid electronen die naar de anode kunnen gaan: de meeste door de cathode uitgestraalde electronen keren immers terug naar de cathode. Het rooster staat doorgaans in het midden van de ruimtelading en wordt negatief geladen door de electronen. Door de spanning op het rooster te wijzigen verandert men de grootte van de ruimtelading, en dus ook indirect de hoeveelheid electronen die doorgelaten worden naar de anode.

Als de anodespanning laag is, dan zijn er weinig electronen die tot aan de anode geraken. Om een sterkere anodestroom te hebben moet men de ruimtelading doen verdwijnen. Dit kan men doen door een specifieke tetrode te gebruiken waarbij het eerste rooster (het ruimteladingsrooster) verbonden wordt met een positieve spanning (grootte orde 10V). Het rooster versnelt de electronen op weg naar de anode en zorgt er dus voor dat er minder electronen blijven trappelen in de buurt van de cathode. De electronenstroom wordt nu gestuurd door het tweede rooster. In angelsaksische landen wordt de buis een space charge tetrode genoemd.

Voorbeeld van een driver en vermogenstrap

Een kenmerk van de buis (en eigenlijk alle ruimteladingstetrodes) is het hoog gloeivermogen van 5.5W, en dit in een relatief kleine behuizing (7 pens buisvoet). Een voorversterkerpentode zoals de EF86 heeft een gloeivermogen van 1.9W. Het hoge gloeivermogen is nodig vanwege de grote cathode die een hoge electronenstroom moet leveren (de meeste electronen gaan verloren via het ruimteladingsrooster). In een autoradio is men niet verplicht het verbruik zoveel mogelijk te beperken en gebruikt men indirect verhitte cathodes. De buis is niet echt lineair, maar de eigenschappen zijn toch beter dan die van de transistoren uit die tijd, zeker wat de vermogensbandbreedte betreft.

De 2N176 transistor kan werken met een maximale spanning van 30V en een maximale stroom van 3A. Dit zijn goede waarden voor een germaniumtransistor, maar de frekwentie waarbij de transistor niet meer versterkt bedraagt 7kHz. De transistor kan dus enkel gebruikt worden in AM radio's, niet in platenspelers of bandopnemers.

De ruimteladingsbuizen werden vooral in de Verenigde Staten gebruikt, de europese laagspanningsbuizen waren klassieke triodes en pentodes die aangepast waren voor een lagere spanning (EF97, EF98, ECH83, EBF83 et ECC86), zie autoradio's met buizen en transistoren (de complete schakeling staat op deze pagina). De europese buizen hadden hun schermrooster aan de pluspool en het keerrooster aan de anode (bij dergelijke lage spanningen is er geen secundaire emissie). Zoals de ruimteladingsbuizen kunnen deze laagspanningsbuizen niet gebruikt worden op hoogspanning.

Ander voorbeeld van voorversterker en drivertrap

Een voorbeeld van een gecombineerde voorverterker + driver is de 12AL8 die bestaat uit een triode die geschikt is voor laagspanning en een ruimteladingstetrode. De elementen (cathode, anode en roosters) zijn relatief groot om tot een voldoende stroom te komen. Hier ook heeft men een hoge gloeivermogen nodig: 550mA bij 6.3V (3.5W).

De triode werkt met de volgende instelling: Ia = 0.5mA, Ug = -0.9V, de negatieve spanning ontstaat door de roosterlekweerstand van 2.2MΩ. De tetrode werkt met Ug1 = 12.6V en Ig1 = 75mA. Ia bedraagt 40mA in rust en 8mA bij de maximale uitsturing, want het rooster werkt als een diode en doet het werkpunt verschuiven.

De schakeling die hier getoond wordt kan een vermogen van 40mW leveren aan de getransistoriseerde eindtrap. 40mA is juist voldoende om een hoogohmige koptelefoon aan te sturen. Indien men zelf een schakeling zou bouwen, kan men een voedingsspanning van bijvoorbeeld 24V gebruiken. De spanning op de ruimteladingsmooster moet beperkt worden tot 10V, wat men kan bereiken door een weerstand van 180 à 200Ω naar de pluspool. De weerstand moet naar massa ontkoppeld worden door een elko van 100µF. Men heeft een vermogen van 120mW bij een spanning van 24V.

EL504 werking als ruimteladingstetrode (blauw is ingangssignaal) EL504 werking als normale tetrode EL508 werking als normale tetrode

Beam tetrodes die als ruimteladingsbuizen werken

Maar welke buizen hebben dan wel dergelijke eigenschappen? De straalbundel tetrodes die gebruikt worden voor de magnetische horizontale lijnafbuiging van televisies. De PL504 en EL504 zijn redelijk goedkoop en nog volop beschikbaar. De oudere PL500 en de PL36 zijn evengoed bruikbaar en de PL36 heeft als voordeel dat die een standaard octal buisvoet gebruikt in plaats van de minder bekende magnoval buisvoet. Indien je geen anodeklem bovenaan de buis wenst, kan je ook de PL508 of EL508 gebruiken: deze buizen hebben nagenoeg dezelfde eigenschappen op deze lage spanningen.

De beam tetrodes hebben de windingen van het tweede rooster in het verlengde van die van het eerste rooster. In de oorspronkelijke toepassing werd dit gedaan om de schermroosterstroom te beperken. Hier gebruikt men de strakke spoed van het tweede rooster om een voldoende controle over de electronenstroom te hebben. In bepaalde audioversterkers gebruikt men trouwens het schermrooster om de buis te sturen (enhanced triode).

Men gebruikt een rooster-1 spanning van ongeveer +6V. Met een spanning van +27V bedraagt de roosterstroom 250mA, en dat is best veel, de dissipatie is dan 6.75W op een rooster die daarvoor niet gemaakt is. De spanning op rooster-2 bedraagt 0V en we hebben een anodespanning van 27V (dit is de gloeispanning van een PL504). Gebruikt men een 24V transfo voor de gelijkspanning, dan bedraagt de gelijkgerichte spanning 33V, zodat men 50% meer vermogen uit de buis kan halen.

Men moet geen polarisatie door een cathodeweerstand toepassen om de weinige volts waarover men beschikt niet te verprutsen. Men kan een anodestroom van 33mA bereiken met een NOS buis, voldoende om een koptelefoon aan te sturen (100mW vermogen in een single ended versterker).

De uitgangsimpedantie van de buis is relatief laag (800Ω), de tetrode werkt als een triode. Men kan een hoogohmige koptelefoon direct aansturen (zonder transfo).

Beam tetrodes normaal aangesloten

In werking met ruimtelading heeft men een stuurspanning van 4V effectief nodig, zodat een voortrap nodig is. Bij een normale aansluiting heeft men een spanning nodig van 1.8V, wat te verwachten is (een voortrap is hier ook nodig).

Het vermogen wordt gehaald door de hoogst mogelijke stroom door de buis te sturen (je loopt geen risico om de anode te overbelasten met zo'n lage spanning). Bepaalde kleine voedingstransformatoren die als outputtransfo gebruikt worden kunnen echter verzadigd geraken door de hoge permanente stroom. Een outputtransfo dat gerecycleerd wordt uit een oude lampenradio kan hier gebruikt worden, want die werd ontworpen voor een permanente stroom (aanwezigheid van een luchtspleet).

Het laaste skoopbeeld is van een normaal aangesloten EL508. Het ingangssignaal bedraagt 8Vpp (2.8Veff) met een positieve roosterspanning van 1V. De amplitude van het uitgangssignaal bedraagt 4.5V en is sterk vervormd, zowel in positieve als negatieve zin (een teken dat de instelling niet verbeterd kan worden). De gemiddelde anodestroom bedraagt 22mA en de schermroosterstroom 12mA.

De voedingsspanning bedraagt 24V, die men kan bereiken door de gloeispanning van een PL508 (17V) gelijk te richten. De aangesloten weerstand bedraagt 100Ω en men ziet dat de buis beter gediend zou zijn met een hogere impedantie.

De EL508/PL508 heeft een lagere versterking en kan een signaal van lagere amplitude geven: deze buis is minder geschikt om op een lage spanning te werken.