制御グリッド

制御グリッドは、カソードからアノード（プレート）電極への電子の流れを制御するために使用される、三極管、四極管、五極管などの熱電子バルブ（真空管）の増幅に使用される電極です。制御グリッドは通常、カソードを囲む円筒形のスクリーンまたは細いワイヤーのらせんで構成され、順番にアノードに囲まれます。制御グリッドはLee De Forestによって発明されました。LeeDe Forestは、1906年にフレミングバルブ（熱電子ダイオード）にグリッドを追加し、最初の増幅真空管Audion（三極管）を作成しました。

操作

バルブでは、ホットカソードが負に帯電した電子を放出します。この電子はアノードに引き寄せられて捕獲され、電源から正の電圧が与えられます。陰極と陽極の間の制御グリッドは、陽極に到達する電子の電流を制御する「ゲート」として機能します。グリッドの負電圧が高くなると、電子がカソードに向かって反発するため、アノードに到達する回数が少なくなります。グリッドの負または正の電圧が低くなると、より多くの電子が通過できるようになり、アノード電流が増加します。グリッド電圧に一定の変化があると、プレート電流が比例して変化するため、時間変動する電圧がグリッドに印加されると、プレート電流波形は印加されたグリッド電圧のコピーになります。

制御グリッドの電圧の変動が比較的小さいと、アノード電流の変動が著しく大きくなります。アノード回路に抵抗が存在すると、アノードに大きな電圧変動が生じます。アノード電圧の変動は、それを引き起こしたグリッド電圧の変動よりもはるかに大きくなる可能性があり、したがって、真空管は増幅することができ、増幅器として機能します。

建設

最初の三極管バルブのグリッドは、フィラメントとアノードの間に配置されたジグザグのワイヤーで構成されていました。これはすぐに、1本のフィラメント（または後に円筒形のカソード）と円筒形のアノードの間に配置された細いワイヤーのらせんまたは円筒形のスクリーンに進化しました。グリッドは通常、高温に耐えることができ、電子自体を放出する傾向がない非常に細いワイヤでできています。金メッキを施したモリブデン合金が頻繁に使用されます。柔らかい銅製のサイドポストに巻かれており、グリッドの巻線にかしめられて、所定の位置に保持されます。 1950年代のバリエーションはフレームグリッドで、非常に細いワイヤーを剛性のある型押しされた金属フレームに巻き付けます。これにより、非常に近い許容誤差を保持できるため、グリッドをフィラメント（またはカソード）の近くに配置できます。

グリッド位置の影響

制御グリッドをアノードに対してフィラメント/カソードの近くに配置することにより、より大きな増幅が得られます。この増幅度は、バルブデータシートでは増幅係数（「mu」）と呼ばれます。また、グリッド電流の変化に対するアノード電流の変化の尺度である、より高い相互コンダクタンスをもたらします。バルブの雑音指数は、相互コンダクタンスに反比例します。一般に、相互コンダクタンスが高いほど、雑音指数が低くなります。ラジオやテレビの受信機を設計するとき、低ノイズは非常に重要です。

複数の制御グリッド

バルブには、複数の制御グリッドを含めることができます。 6極管には、受信信号用と局部発振器からの信号用の2つのグリッドが含まれます。バルブに固有の非線形性により、元の信号の両方がアノード回路に現れるだけでなく、それらの信号の和と差も生じます。これは、スーパーヘテロダイン受信機の周波数チェンジャーとして活用できます。

グリッドのバリエーション

制御グリッドのバリエーションは、可変ピッチのらせんを生成することです。これにより、得られるバルブに明確な非線形特性が与えられます。これは、グリッドバイアスを変更すると相互コンダクタンスが変化し、デバイスのゲインが変化するRFアンプでよく利用されます。この変化は通常、バルブの五極管形式で現れ、可変ミュー五極管またはリモートカットオフ五極管と呼ばれます。

三極管バルブの主な制限の1つは、グリッドとアノード（Cag）の間にかなりの静電容量があることです。ミラー効果として知られる現象により、アンプの入力容量は、Cagとバルブの増幅率の積になります。これと、Cagが大きい場合に調整された入力および出力を備えたアンプの不安定性により、上限動作周波数が大幅に制限される可能性があります。これらの効果はスクリーングリッドを追加することで克服できますが、真空管時代の後期には、この「寄生容量」を非常に低くして、超高周波数（VHF）帯域で動作する三極管を実現する構造技術が開発されました可能。 Mullard EC91は最大250 MHzで動作しました。 EC91のアノードグリッドの静電容量は、製造元の文献では2.5 pFとして引用されていますが、これは他の多くの三極管よりも高く、1920年代の多くの三極管は厳密に匹敵する数値であったため、この分野では進歩がありませんでした。ただし、1920年代の初期のスクリーングリッド四極子では、Cagが1または2fFであり、約1000分の1です。「現代の」ペントードは、Cagの値に匹敵します。三極管は、ミラーフィードバックを防ぐ回路配置である「接地グリッド」構成のVHFアンプで使用されていました。