利用者:加藤勝憲/ビーム四極管

Radial beam power tetrode, designed for radio frequency use. This type of beam power tube does not use beam confining plates.

6L6 type beam tetrode electrode structures with anode cut open. The beam confining plates are the silver coloured structures to the left and right

Comparison of anode characteristic of beam power tube and power pentode

Twin beam tetrode RCA-815, used as the bias oscillator tube in the Ampex Model 300 "bathtub" 1/4" full-track professional audio tape recorder

Internal Construction of 4CX250B radial beam power tetrode. Anode structure with attached cooling fins top left, cathode and control grid structure top right, screen grid bottom. Note absence of beam plates, cylindrical symmetry, and slotted screw holes, allowing alignment of the screen grid during manufacture.Inset: Complete valve.

ビーム・パワー管と呼ばれることもあるビーム四極管は、真空管または熱電子バルブの一種であり、2つのグリッドを持ち、陰極からの電子流を複数の部分的に平行化されたビームに形成して、陽極とスクリーン・グリッドの間に低電位の空間電荷領域を生成し、陽極の電位がスクリーン・グリッドの電位よりも低い場合に陽極二次放出電子を陽極に戻す。ビーム四極管は、同じアノード供給電圧の三極管や五極管よりも大きな出力電力を生み出す[3]。21世紀に製造・使用されたビーム四極管には、4CX250B、KT66、6L6の変種がある[4][5]。

A beam tetrode, sometimes called a beam power tube, is a type of vacuum tube or thermionic valve that has two grids and forms the electron stream from the cathode into multiple partially collimated beams to produce a low potential space charge region between the anode and screen grid to return anode secondary emission electrons to the anode when the anode potential is less than that of the screen grid. Beam tetrodes are usually used for power amplification, from audio frequency to radio frequency. The beam tetrode produces greater output power than a triode or pentode with the same anode supply voltage. The first beam tetrode marketed was the Marconi N40, introduced in 1935. Beam tetrodes manufactured and used in the 21st century include the 4CX250B, KT66 and variants of the 6L6.

開発史

増幅回路において、従来の4極管の有用なアノード電圧-アノード電流動作領域は、スクリーン・グリッドのアノード電位よりも低いアノード電位におけるアノードからの2次放出の有害な影響によって制限されていた。アノード二次放出の有害な影響は、フィリップス/マラードがサプレッサーグリッドを導入することで解決し、五極管の設計に至った。フィリップスはこの設計の特許を持っていたため、他のメーカーは特許を侵害することなく5極管を製造しようと躍起になった。英国では、3人のEMI技術者（アイザック・シェーンバーグ、キャボット・ブル、シドニー・ロッダ）が1933年に代替設計の特許を申請した。彼らの設計には次のような特徴があった（通常の5極管と比較して）：

In amplifier circuits, the useful anode voltage - anode current region of operation of the conventional tetrode tube was limited by the detrimental effect of secondary emission from the anode at anode potentials less than that of the screen grid. The detrimental effect of anode secondary emission was solved by Philips/Mullard with the introduction of a suppressor grid, which resulted in the pentode design. Since Philips held a patent on this design, other manufacturers were keen to produce pentode type tubes without infringing the patent. In the UK, three EMI engineers (Isaac Shoenberg, Cabot Bull and Sidney Rodda) filed a patent on an alternative design in 1933. Their design had the following features (compared to the normal pentode):

• コントロールグリッドとスクリーングリッドの開口は，同じピッチでグリッドを巻くことで揃えられた[8]（五極管のグリッドは異なるピッチを使用）。

• スクリーン・グリッドと陽極の間の距離が、通常の四極または五極よりも長い[9]。
• スクリーングリッドとアノードの間に低静電ポテンシャル領域を設け、ビームの含まれる角度を制限し、ビーム領域外のアノード二次電子がスクリーンに到達するのを防ぐために、カソード電位またはその近傍で、実質的に電子ストリームの外側にある補助電極構造（五極管は電子ストリーム内にサプレッサーグリッドを持つ）。

• The apertures of the control and screen grids were aligned, by winding the grids with the same pitch (the grids of the pentode used different pitches).
• Greater distance between the screen grid and the anode than an ordinary tetrode or pentode.
• An auxiliary electrode structure at or near cathode potential and substantially outside of the electron stream, to establish a low electrostatic potential region between the screen grid and anode, limit the included angle of the beam and prevent anode secondary electrons outside of the beam region from reaching the screen (the pentode has a suppressor grid in the electron stream).

この設計は、今日ではビーム電極として知られているが、歴史的にはキンクレス電極としても知られていた。これは、従来の電極と同じ数の電極を持ちながら、真の電極の陽極電流対陽極電圧特性曲線における負性抵抗のキンクがないためである。特にイギリス国外では、ビームプレートが第5の電極を構成すると主張する著者もいる[12][13]。

EMI設計には、5極管と比較して次のような利点があった：

The design is today known as the beam tetrode but historically was also known as a kinkless tetrode, since it had the same number of grids as the conventional tetrode but without the negative resistance kink in the anode current vs anode voltage characteristic curves of a true tetrode. Some authors, notably outside the United Kingdom, argue that the beam plates constitute a fifth electrode.

The EMI design had the following advantages over the pentode:

• この設計は、同様のパワー5極管よりも高い出力パワーを生み出した。
• The design produced more output power than a similar power pentode.
• トランスコンダクタンスは、同様のパワー5極管よりも高かった。
• The transconductance was higher than a similar power pentode.
• プレート抵抗は、同様のパワー5極管よりも低かった。
• The plate resistance was lower than a similar power pentode.
• スクリーンのグリッド電流はアノード電流の約5～10％であったのに対し、5極管は約20％であった、従って、ビーム・テトラ電極の方が電力効率が高い。
• The screen grid current was about 5–10% of the anode current compared with about 20% for the pentode, thus the beam tetrode was more power-efficient.
• この設計は、クラスA動作において、同等のパワー5極管よりも第3高調波歪みが少ない。
• The design produced less third-harmonic distortion in class A operation than a comparable power pentode.

この新しい真空管は、1935年1月に開催されたPhysical and Optical Societies' ExhibitionでMarconi N40として発表された。N40の出力4極管は約1000本生産されたが、EMIとゼネラル・エレクトリックの共同所有下にあったMOV（Marconi-Osram Valve）社は、グリッド線の整列を良くする必要があるため、この設計では製造が難しいと考えた。MOVはアメリカのRCAとデザイン・シェア契約を結んでいたため、設計はRCAに引き継がれた。RCA社には実行可能な設計を行うためのリソースがあり、その結果6L6が誕生した。それから間もなく、ビーム・テトロードは、1936年12月の6V6、1937年のMOV KT66、1956年のKT88など、さまざまな製品に使用されるようになった。

The new tube was introduced at the Physical and Optical Societies' Exhibition in January 1935 as the Marconi N40. Around one thousand of the N40 output tetrodes were produced, but MOV (Marconi-Osram Valve) company, under the joint ownership of EMI and GEC, considered the design too difficult to manufacture due to the need for good alignment of the grid wires. As MOV had a design-share agreement with RCA of America, the design was passed to that company. RCA had the resources to produce a workable design, which resulted in the 6L6. Not long after, the beam tetrode appeared in a variety of offerings, including the 6V6 in December 1936, the MOV KT66 in 1937 and the KT88 in 1956, designed specifically for audio and highly prized by collectors today.

フィリップスのサプレッサーグリッドの特許が切れた後、多くのビーム四重極は「ビームパワー五極管」と呼ばれるようになった。さらに、五極管の代わりに動作するように設計されたビーム四極管もいくつか存在した。どこにでもあるEL34は、Mullard/Phillipsや他のヨーロッパのメーカーが真の5極管として製造していたが、他のメーカー（すなわちGE、Sylvania、MOV）もビーム4極管として製造していた。シルバニアとGEが製造した6CA7は、EL34のビーム四極管ドロップイン代替品であり、KT77はMOV製の6CA7と同様の設計である。

After the Phillips patent on the suppressor grid had expired, many beam tetrodes were referred to as "beam power pentodes". In addition, there were some examples of beam tetrodes designed to work in place of pentodes. The ubiquitous EL34, although manufactured by Mullard/Phillips and other European manufacturers as a true pentode, was also produced by other manufacturers (namely GE, Sylvania, and MOV) as a beam tetrode instead. The 6CA7 as manufactured by Sylvania and GE is a beam tetrode drop-in replacement for an EL34, and the KT77 is a similar design to the 6CA7 made by MOV.

米国で広く使用されていたビーム・テトロード・ファミリーは、25L6、35L6、50L6、およびそれらの小型版である50B5と50C5で構成されていた。このファミリーは、名称は似ているものの6L6と混同されることはありません。これらは何百万台ものオール・アメリカン・ファイブAMラジオ受信機に使用された。これらのほとんどはトランスレス電源回路を使用していた。1940年～1950年頃に製造されたトランス電源のアメリカン・ラジオ受信機では、6V6、6V6G、6V6GT、小型の6AQ5ビーム四極管がごく一般的に使用されていました。

A beam tetrode family widely used in the US comprised the 25L6, 35L6, and 50L6, and their miniature versions the 50B5 and 50C5. This family is not to be confused with the 6L6 despite similar designations. They were used in millions of All American Five AM radio receivers. Most of these used a transformerless power supply circuit. In American radio receivers with transformer power supplies, built from about 1940–1950, the 6V6, 6V6G, 6V6GT and miniature 6AQ5 beam tetrodes were very commonly used.

軍用機器では、定格アノード損失が25ワットで、最大750ボルトの電源で動作する807と1625が、最大出力50ワットの無線周波数送信機の終段出力増幅器として、またオーディオ用のプッシュプル・アプリケーションとして広く使用された。これらの真空管は6L6によく似ているが、アノード損失定格がやや高く、アノードがベースのピンではなくトップキャップに接続されていた。第二次世界大戦後に大量に市場に出回り、1950年代から1960年代にかけてアメリカとヨーロッパのアマチュア無線家によって広く使用された。

In military equipment, the 807 and 1625, with rated anode dissipations of 25 watts and operating from a supply of up to 750 volts, were in widespread use as the final amplifier in radio-frequency transmitters of up to 50 watts output power and in push-pull applications for audio. These tubes were very similar to a 6L6 but had a somewhat higher anode dissipation rating and the anode was connected to the top cap instead of a pin at the base. Large numbers entered the market after World War II and were used widely by radio amateurs in the USA and Europe through the 1950s and 1960s.

1950年代、ビーム・テトロデ用に超リニア・オーディオ・アンプ回路が開発された。この増幅回路は、スクリーン・グリッドと出力トランスのタップをリンクさせ、相互変調歪の低減を実現した。

In the 1950s, the ultra-linear audio amplifier circuit was developed for beam tetrodes. This amplifier circuit links the screen grids to taps on the output transformer, and provides reduced intermodulation distortion.

Operation

ビーム四極管は、スクリーン・グリッドと陽極の間に低電位空間電荷領域を形成し、陽極二次放出電子を陽極に戻すことにより、スクリーン・グリッド管のダイナトロン領域または四極キンクを除去する。ビーム4極管のアノード特性は、パワー5極管よりも低いアノード電圧で丸みが少なく、同じアノード供給電圧でより大きな出力とより少ない第3高調波歪みをもたらす。

The beam tetrode eliminates the dynatron region or tetrode kink of the screen grid tube by developing a low potential space charge region between the screen grid and anode that returns anode secondary emission electrons to the anode. The anode characteristic of the beam tetrode is less rounded at lower anode voltages than that of the power pentode, resulting in greater power output and less third harmonic distortion with the same anode supply voltage.

ビームテトロデバイスでは、コントロールグリッドとスクリーングリッドの開口部は一直線に並んでいます。スクリーン・グリッドのワイヤーはコントロール・グリッドのワイヤーと一直線に並び、スクリーン・グリッドがコントロール・グリッドの影になるようにします。これにより、スクリーン・グリッドの電流が減少し、真空管の電力変換効率が向上します。グリッド開口部の配列は、電子をスクリーン・グリッドと陽極の間の空間に高密度のビームに集中させ、陽極をビーム密度がない場合よりもスクリーン・グリッドに近づけることを可能にする。陽極の電位がスクリーン・グリッドの電位より低いときに発生するビームの強烈な負の空間電荷は、陽極からの二次電子がスクリーン・グリッドに到達するのを防ぐ。

In beam tetrodes, the apertures of the control grid and the screen grid are aligned. The wires of the screen grid are aligned with those of the control grid so that the screen grid lies in the shadow of the control grid. This reduces the screen grid current, contributing to the tube's greater power conversion efficiency. Alignment of the grid apertures concentrates the electrons into dense beams in the space between the screen grid and the anode, permitting the anode to be placed closer to the screen grid than would be possible without the beam density. The intense negative space charge of these beams developed when the anode potential is less than that of the screen grid prevents secondary electrons from the anode from reaching the screen grid.

受電型ビームテトロデバイスでは、ビーム領域の外側にビーム閉じ込め板を導入し、電子ビームを円柱の一部であるアノードの特定のセクターに閉じ込める。これらのビーム閉じ込め板はまた、スクリーングリッドとアノードの間に低静電ポテンシャル領域を設定し、ビーム領域外からアノード二次電子をアノードに戻す。

In receiving type beam tetrodes, beam confining plates are introduced outside of the beam region to constrain the electron beams to certain sectors of the anode which are sections of a cylinder. These beam confining plates also set up a low electrostatic potential region between the screen grid and anode and return anode secondary electrons from outside of the beam region to the anode.

完全な円筒対称性を持つビーム四重極管では、ビーム閉じ込め板を必要とせず、キンクレス特性を達成することができる。この構造形式は通常、アノード定格出力が100W以上の大型管に採用されます。アイマックの4CX250B（定格アノード損失250W）は、このクラスのビーム・テトロードの一例です。これらのタイプでは、電極支持システムの設計に根本的に異なるアプローチが取られていることに注意してください。4CX250Bは、電極システムの対称性に注目し、「ラジアルビーム・パワー・テトロ電極」とメーカーに説明されている。

In beam tetrodes that have complete cylindrical symmetry, a kinkless characteristic can be achieved without the need for beam confining plates. This form of construction is usually adopted in larger tubes with an anode power rating of 100W or more. The Eimac 4CX250B (rated at 250W anode dissipation) is an example of this class of beam tetrode. Note that a radically different approach is taken to the design of the support system for the electrodes in these types. The 4CX250B is described by its manufacturer as a 'radial beam power tetrode, drawing attention to the symmetry of its electrode system.

ビーム電極応用回路には、スプリアス発振を防止し、過渡電圧を抑制し、周波数応答を滑らかにする部品が含まれることが多い。高周波アプリケーションでは、プレート回路部品とグリッド回路部品の間にシールドが必要である。

Beam tetrode application circuits often include components to prevent spurious oscillation, suppress transient voltages and smooth out frequency response. In radio frequency applications, shielding is required between the plate circuit components and grid circuit components.

ビーム四極管の解剖

Parts of a small receiving-type beam tetrode	Pictures
The glass envelope has been removed. View of the tube base, anode or plate and getter pan. The anode is the large, gray colored, cylindrical structure. The getter pan is the cup-shaped part at the top. The getter is a powdered metal (Barium) that reacts strongly to oxygen. After the tube is sealed, the getter pan is inductively heated to vaporize the getter, which is deposited on the inside of the glass envelope.
Half of the anode has been removed. The two mica discs that support the electrodes at the top and bottom can be seen. The tall, vertically oriented, silver colored electrode on the left is one of the beam confining or beam forming plates. The screen grid is inside of the beam confining plates.
The anode has been removed completely. The beam confining plates can be seen to the right and left of the grids. The screen grid is the outermost grid. Between the screen grid and the cathode is the control grid.
The beam confining plates have been removed.
The getter pan, getter pan supports and the upper mica disc have been removed. The elliptical helix of the screen grid surrounds the control grid. The screen grid support rods are on the left and right outside of the control grid support rods.
The screen grid and its support rods have been removed. The elliptical helix of the control grid surrounds the cathode; the control grid support rods are on the left and right of the cathode.
The control grid and its support rods have been removed. The indirectly heated cathode surrounds the heater. The electron emitting portion of the cathode is the white-colored oxide coating, typically barium oxide or strontium oxide.
The cathode has been removed. The heater is tungsten wire coated with a refractory dielectric material of high thermal conductivity.

外部リンク

• Tube Data Archive, thousands of tube data sheets
• Beam tetrode - additional data information and graphs

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