Klassieke pentode

De verschillende triodes worden hier besproken.

Schermrooster

De buis met twee roosters (4 electroden in totaal = tetrode) wordt echter niet vaak gebruikt in die hoedanigheid. Standaard tetrodes werden enkel gebruikt in zenders die in classe C werkten, ze worden niet gebruikt voor audiotoepassingen. Op de anode is er een sterke wisselspanning, terwijl het schermrooster op een vaste spanning gehouden wordt. Als de anode een lagere spanning heeft dan het schermrooster, dan kunnen de op de anode losgeslagen electronen naar het schermrooster gaan, waardoor er een parasitaire stroom gaat lopen van anode naar schermrooster. De caracteristieken vertonen een duidelijke knik en deze buizen kunnen niet gebruikt worden als lineaire versterker.

Keerrooster

Het keerrooster wordt op een laag potentiaal geplaatst om de electronen terug te sturen, meestal zit deze rooster op hetzelfde potentiaal als de cathode (het keerrooster is intern verbonden met de cathode). Bij de laatste generatie van vermogensbuizen die gebruikt werden voor de horizontale afbuiging in kleurentelevisies werd de spanning op 40V gehouden om parasitaire oscillaties te onderdrukken. In dit geval heeft het keerrooster een aansluiting naar buiten.

Om te vermijden dat het schermrooster teveel electronen zou opnemen (en dus de anodestroom zou verminderen) worden de wikkelingen van het schermrooster in een losse spoed gelegd. De buis heeft dan heel beperkte triode-eigenschappen (EL34). Bij beam tetrodes (zie lager) liggen de wikkelingen van het schermrooster in het verlengde van die van het stuurrooster. Dit is vooral van belang bij vermogensbuizen. Het keerrooster heeft lossere windingen om snelle electronen niet te evrhinderen..

De getter is een ring die gevuld is met een speciale pasta bij de vervaardiging van de buis. Het is een metalen legering met een laag smeltpunt. Op het einde van de fabricage wordt de lucht uit de buis getrokken, en wordt terzelfdertijd het metaal verwarmd door een hoogfrekwent magnetisch veld. Door de verhitting worden de luchtdeeltjes die in het metaal zouden zitten uitgestoten. De getter komt ook op temperatuur en verdampt. De getter zorgt ervoor dat de laatste luchtdeeltjes gevangen worden in het gettermetaal. Het gettermateriaal slaat uiteindelijk neer op de binnnewand van de buis, het is de glanzende oppervlakte op het einde van de buis. Als de buis niet meer luchtdicht is, dan oxideert het gettermateriaal en wordt het wit. Er zijn voorbeeldfoto's op de pagina optische eigenschappen van de electronenbuis.

De figuur rechts geeft de spanningsverdeling tussen de verschillende electrodes, waarbij een hogere niveau overeenkomt met een lagere spanning (electronen gaan van - naar +).

• De cathode zit op een laag potentiaal, bijvoorbeeld 2V voor een voorversterkerbuis, 15V voor een vermogenspentode.

• Het stuurrooster zit op een nog lager potentiaal (0V of negatiever bij bepaalde vermogensbuizen) om een deel van de electronen tegen te houden. Een verandering in potentiaal veroorzaakt een verandering in de electronenstroom. De electronen moeten de helling overwinnen om naar de anode te kunnen gaan. Hoe meer negatief het stuurrooster, hoe minder electronen naar de anode kunnen gaan.

• Het schermrooster zit op een gemiddelde spanning, bijvoorbeeld 150V voor een voorversterker, 250V voor een vermogensbuis. De electronen die het stuurrooster gepasseerd zijn worden door het schermrooster aangetrokken, maar het schermrooster vangt slechts weinig electronen omdat de wikkelingen van het schermrooster losjes gelegd werden of omdat de wikkelingen in het verlegde van die van het stuurrooster zitten (beam tetrode).

• Het keerrooster zit op een lage spanning, meestal de cathodespanning. Het rooster heeft weinig invloed op de electronen die van de cathode komen en door het schermrooster versneld zijn geweest, maar houdt de trage electronen van de anode tegen. De wikkelingen zijn nog losser dan die van het keerrooster.

• De anode zit op een hoog potentiaal. Door de verandering in anodestroom verandert doorgaans de anodespanning.

De afbeelding rechts toont de elementen van een klassieke pentode (EL84).

• 1 gloeidraad: warmt de cathode op
• 2 cathode: zend electronen uit als die warm is
• 3 stuurrooster (g1): rooster met fijne spoed, stuurt de electronenstroom
• 4 schermrooster (g2): vormt een electrostatisch scherm
• 5 keerrooster (g3): stuurt de electronen uit de secundaire emissie terus naar de anode
• 6 anode: heeft vaak een dondere koolstoflaag om de warmte beter te dissiperen
• a koelvinnen: gemonteerd bovenaan de kopenren staven van het stuurrooster om de warmte beter af te voeren, zodat het rooster niet als cathode zou gaan werken en zelf electronen zou uitzenden.
• b bevestiging: bevestiging van de elementen, naast de mica's.
• c getter: wordt op hoge temperatuur gebracht tijdens het leegpompen van de buis. Het metaal in de getter sublimeert en vangt de laatste luchtmoleculen op. Het metaal slaat dan neer als een blinkende laag op e bovenkant of zijkant van de buis.

Beam tetrode met cavitrap (PL500) Bouw van een beam tetrode Klassieke pentode Invloed van de schermroosterspanning op de steilheid (versterking) Testversterker uitgerust met PCL805 (triode-tetrode) Met twee buizen maak je ofwel een stereo SE versterker of een mono PP versterker

Beam tetrodes

De eerste beam tetrodes waren buizen voor algemeen gebruik (6V6 en 6L6), maar door hun goede eigenschappen werden ze ook in audiotoepassingen gebruikt. Door het hoog rendement gingen de batterijen van draagbare toestellen langer mee. Dan heeft men ook buizen met kodes "KT" ontworpen specifiek voor audiotoepassingen (kinkless tetrode: tetrodes zonder knik) zoals de KT66, KT77 en KT88.

Maar eigenlijk is ook de PCL805 (een combi-buis triode-pentode) een beam tetrode (meer foto's van de PCL805 zijn hier te vinden). Om een voldoende vermogen uit een relatief kleine buis te halen moet men een beam tetrode gebruiken die een hoger rendement heeft. De mensen willen een hoger vermogen en de fabrikanten wensen een goedkope buis in een kleine kolf. Dit kan met een beam tetrode!

De beam tetrodes voor audiotoepassingen worden hier in detail behandeld.

Deze buizen heten beam tetrodes en werden specifiek gebruikt daar waar er hoge stromen nodig zijn, bijvoorbeeld de electromagnetische afbuiging bij televisie. Dergelijke buizen zijn in staat een stroom van meer dan 1A te leveren. Zelfs Philips is beam tetrodes gaan gebruiken. Door een speciale constructie kunnen de nadelen van een tetrode vermeden worden (cavitrap).

Een kenmerk van de meeste beam tetrodes is dat de spoed van het schermrooster dezelfde is als die van het stuurrooster. De draden van beide roosters zitten in het verlengde van elkaar; dit heeft twee interessante gevolgen: de buis kan ook gestuurd worden via zijn schermrooster en de schermroosterstroom is veel lager dan bij een pentode. Dit is altijd het geval voor beam tetrodes die een hoge stroom moeten kunnen leveren (hoge perveance).

De anode heeft meestal een gesloten struktuur, maar kan ook open geconstrueerd worden zoals in de PL802, een video-versterkerbuis. Door de kleinere anodes kan de buis ook goed werken op hogere frekwenties.

Beam tetrodes kunnen ook gestuurd worden op het schermrooster: dit wordt bijvoorbeeld gedaan in AM modulatoren waarbij de draaggolf op het eerste rooster aangelegd wordt en het audiosignaal op het schermrooster. Maar ook voor audiotoepassingen kan het audiosignaal aangelegd worden op het schermrooster. Dit wordt enkel gedaan als men eintrappen voor de lijnafbuiging zou gebruiken (PL504, PL509,...)

Beam tetrodes die in de afbuiging van televisie gebruikt werden hebben een lagere g2-stroom nodig, wat de buizen efficienter maakt. Dit is nodig omdat deze buizen een hoog vermogen moeten leveren. De lage stroom door g2 wordt bereikt door minder strakke schermroosterwikkelingen, maar dit betekent ook dat het stuurrooster minder strak gewonden moet worden. Door de lossere stuurroosterwikkelingen moeten dergelijke buizen echter aangestuurd worden met een signaal van hoge amplitude.

Men kan de g2 spanning van de meeste beam tetrodes instellen binnen zeer wijde grenzen, bijvoorbeeld van 50 tot 200V voor een PL504. Voor de PL508 is dat 100 tot 230V en voor de PCL805 is dat 100 à 200V. Hoe hoger de g2 spanning, hoe meer negatief het stuurrooster moet zijn om eenzelfde anodestroom te hebben (zie grafiek rechts).

Een meer negatieve spanning op het stuurrooster betekent echter dat de invloed van het rooster minder is (de electronen worden verder afgestoten van het stuurrooster en worden minder beinvloed door de spanningsveranderingen). Bij deze buis hebben we een steilheid van 2mA/V bij -1V stuurroosterspanning, van 1.25mA/V bij -2V en van 1.75mA/V bij een roosterspanning van -3.5V (de hogere steilheid in dit laatste geval wordt veroorzaakt door de hogere schermroosterspanning)

Men zou dus altijd een zo laag mogelijke g2 spanning kunnen kiezen zodat de versterking van de buis maximaal is (met de lagere spanning is de verloren g2-stroom ook lager, wat nog een extra voordeel is). Een lagere g2-spanning heeft echter als gevolg dat de buis niet meer volledig opengestuurd kan worden, de maximale anodestroom is lager geworden.

De eigenschap is in mindere of meerdere mate geldig voor alle tetrodes en pentodes.

Verschil tussen pentodes en beam tetrodes

Ik heb zowel versterkers gebouwd met pentodes en beam tetrodes, en dit zijn mijn conclusies. De testen gebeuren met natuurlijke versterkers, dat wil zeggen versterkers zonder tegenkoppeling om de eigenschappen van de buizen zo goed mogelijk te kunnen beoordelen.

• Echte pentodes zoals de EL84 en EL86 moeten een relatief hoge ruststroom hebben (15mA voor een vermogen van 10W in push pull), anders is de vervorming sterk aanwezig. Een beam tetrode kan met een ruststroom van 8mA werken voor een vermogen van 15 à 20W (EL508 en EL504).

• De tetrodes geven een lagere vervorming, zelfs buizen die oorspronkelijk niet ontworpen zijn geweest voor audio toepassingen zoals de EL504 en EL508. Dit is zowel het geval bij single ended als push pull versterkers. Maar als we in de buurt van het maximaal vermogen komen stijgt de vervorming sneller.

• De spanning op het schermrooster bepaalt in grote mate de werking van de tetrode en de meeste buizen werken best met een verlaagde g2 spanning ten opzichte van de anode.

• De inwendige weerstand van een tetrode is lager dan die van een pentode en men kan een transfo met een impedantie van 3.3kΩ gebruiken in plaats van 4kΩ (of men kan de transfo van 4kΩ blijven gebruiken en profiteren van de betere demping). Een lagere transfo impedantie is belangrijk als men het maximum uit de versterker wilt halen (bij een impedantie van 4kΩ en een hoogspanning van 300V heeft men clipping als men een vermogen van meer dan 18W wilt halen).