صمام رباعي شعاعي

صمام رباعي الحزمة ، والذي يُسمى أحيانًا أنبوب طاقة الحزمة ، هو نوع من الصمامات المفرغة أو الصمامات الحرارية، يحتوي على شبكتين، ويُشكّل تيار الإلكترونات من المهبط إلى حزم متعددة متوازية جزئيًا، مما يُنتج منطقة شحنة فضائية منخفضة الجهد بين المصعد وشبكة الحماية، لإعادة إلكترونات الانبعاث الثانوي من المصعد إليه عندما يكون جهد المصعد أقل من جهد شبكة الحماية. ^{[ 1 ] [ 2 ]} تُستخدم صمامات رباعي الحزمة عادةً لتضخيم الطاقة ، من الترددات الصوتية إلى ترددات الراديو . يُنتج صمام رباعي الحزمة طاقة خرج أكبر من الصمام الثلاثي أو الخماسي عند نفس جهد تغذية المصعد. ^{[ 3 ]} كان أول صمام رباعي الحزمة يُسوّق هو Marconi N40، الذي طُرح عام 1935. ^{[ 4 ] [ 5 ]} تشمل صمامات رباعي الحزمة المُصنّعة والمستخدمة في القرن الحادي والعشرين 4CX250B وKT66 ومتغيرات من 6L6.

في دوائر التضخيم، كانت منطقة جهد وتيار المصعد المفيدة لأنبوب التترود التقليدي محدودةً بسبب التأثير الضار للانبعاث الثانوي من المصعد عند جهود أقل من جهد شبكة الحماية. ^{[ 6 ]} وقد حلت شركة فيليبس / مولارد مشكلة الانبعاث الثانوي من المصعد بإدخال شبكة كبح ، مما أدى إلى تصميم أنبوب البنتود . ولأن شركة فيليبس كانت تمتلك براءة اختراع لهذا التصميم، فقد حرصت الشركات المصنعة الأخرى على إنتاج أنابيب من نوع البنتود دون انتهاك براءة الاختراع. في المملكة المتحدة، قدم ثلاثة مهندسين من شركة EMI (إسحاق شونبيرج، وكابوت بول، وسيدني رودا) طلب براءة اختراع لتصميم بديل في عام 1933. ^{[ 7 ]} تميز تصميمهم بالخصائص التالية (مقارنةً بأنبوب البنتود العادي):

• تمت محاذاة فتحات شبكات التحكم والشاشة ، ^{[ 8 ]} عن طريق لف الشبكات بنفس الخطوة (استخدمت شبكات الصمام الخماسي خطوات مختلفة).
• مسافة أكبر بين شبكة الشاشة والأنود مقارنة بالتيترود أو البنتود العادي. ^{[ 9 ]}
• بنية قطب كهربائي مساعد عند أو بالقرب من جهد الكاثود وخارج تيار الإلكترون بشكل كبير، لإنشاء منطقة جهد كهرساكن منخفض بين شبكة الشاشة والأنود، والحد من الزاوية المضمنة للشعاع ومنع الإلكترونات الثانوية للأنود خارج منطقة الشعاع من الوصول إلى الشاشة ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 8 ]} (يحتوي البنتود على شبكة قمع في تيار الإلكترون).

يُعرف هذا التصميم اليوم باسم قطب رباعي الحزمة، ولكنه كان يُعرف تاريخيًا أيضًا باسم قطب رباعي بدون انحناء ، نظرًا لاحتوائه على نفس عدد الشبكات الموجودة في القطب الرباعي التقليدي، ولكن بدون انحناء المقاومة السالبة في منحنيات خصائص تيار المصعد مقابل جهد المصعد، وهي خصائص مميزة للقطب الرباعي الحقيقي. ويرى بعض الباحثين، وخاصة من خارج المملكة المتحدة، أن ألواح الحزمة تُشكل قطبًا خامسًا. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

يتميز تصميم EMI بالمزايا التالية مقارنةً بالصمام الخماسي:

• أنتج هذا التصميم طاقة خرج أكبر من صمام خماسي مماثل في القدرة. ^{[ 4 ]}
• كانت الموصلية أعلى من موصلية صمام خماسي مماثل في القدرة. ^{[ 14 ]}
• كانت مقاومة الصفيحة أقل من مقاومة صمام خماسي مماثل في القدرة. ^{[ 14 ]}
• كان تيار شبكة الشاشة حوالي 5-10% من تيار الأنود مقارنة بحوالي 20% للخماسي، وبالتالي كان رباعي الأقطاب ذو الحزمة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
• أدى التصميم إلى إنتاج تشويه توافقي ثالث أقل في تشغيل الفئة أ مقارنة بصمام خماسي الطاقة المماثل. ^{[ 15 ]}

عُرض الصمام الجديد في معرض الجمعيات الفيزيائية والبصرية في يناير 1935 تحت اسم ماركوني N40. ^{[ 4 ]} تم إنتاج حوالي ألف صمام رباعي من طراز N40، لكن شركة MOV ( ماركوني-أوسرام فالف )، المملوكة لشركتي EMI و GEC ، رأت أن التصميم صعب التصنيع نظرًا لضرورة محاذاة أسلاك الشبكة بدقة. ^{[ 5 ]} ولأن MOV كانت قد أبرمت اتفاقية مشاركة تصميم مع شركة RCA الأمريكية، فقد نُقل التصميم إليها. امتلكت RCA الموارد اللازمة لإنتاج تصميم عملي، مما أدى إلى ظهور الصمام 6L6 . بعد ذلك بوقت قصير، ظهر الصمام الرباعي الشعاعي في مجموعة متنوعة من المنتجات، بما في ذلك 6V6 في ديسمبر 1936، وMOV KT66 في عام 1937، و KT88 في عام 1956، المصمم خصيصًا للاستخدامات الصوتية والذي يحظى بتقدير كبير من هواة جمع الأجهزة الإلكترونية اليوم.

بعد انتهاء صلاحية براءة اختراع فيليبس لشبكة الكبح، أُطلق على العديد من صمامات التترود الشعاعية اسم "صمامات البنتود الشعاعية عالية القدرة". إضافةً إلى ذلك، صُممت بعض صمامات التترود الشعاعية لتعمل بدلاً من صمامات البنتود. على الرغم من أن صمام EL34 واسع الانتشار صُنع من قِبل مولارد/فيليبس وشركات تصنيع أوروبية أخرى كصمام بنتود حقيقي، إلا أن شركات تصنيع أخرى (وتحديدًا جنرال إلكتريك، وسيلفانيا، وموف) أنتجته أيضًا كصمام تترود شعاعي. يُعد صمام 6CA7، الذي تُصنّعه سيلفانيا وجنرال إلكتريك، بديلاً مباشرًا لصمام EL34، بينما يُشبه صمام KT77 في تصميمه صمام 6CA7 الذي تُصنّعه موف.

تضمنت عائلة الصمامات الرباعية الشعاعية واسعة الانتشار في الولايات المتحدة الأمريكية الصمامات 25L6 و35L6 و50L6، بالإضافة إلى نسخها المصغرة 50B5 و50C5. يجب عدم الخلط بين هذه العائلة والصمام 6L6 على الرغم من تشابه التسميات. استُخدمت هذه الصمامات في ملايين أجهزة استقبال راديو All American Five AM، والتي اعتمد معظمها على دائرة تغذية طاقة بدون محول. أما في أجهزة استقبال الراديو الأمريكية المزودة بمحولات تغذية، والتي صُنعت بين عامي 1940 و1950 تقريبًا، فقد شاع استخدام الصمامات الرباعية الشعاعية 6V6 و6V6G و6V6GT، بالإضافة إلى الصمام المصغر 6AQ5.

في المعدات العسكرية، شاع استخدام الصمامين 807 و1625، بقدرة تبديد أنودي تبلغ 25 واط ويعملان بجهد يصل إلى 750 فولت، كمضخم نهائي في أجهزة إرسال الترددات الراديوية بقدرة خرج تصل إلى 50 واط، وفي تطبيقات الدفع والسحب الصوتية. يشبه هذان الصمامان صمام 6L6 إلى حد كبير، لكن بقدرة تبديد أنودي أعلى قليلاً، وكان الأنود موصولاً بالغطاء العلوي بدلاً من دبوس في القاعدة. دخلت أعداد كبيرة منهما السوق بعد الحرب العالمية الثانية، واستخدمهما هواة الراديو على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا خلال الخمسينيات والستينيات.

في خمسينيات القرن العشرين، تم تطوير دائرة مكبر الصوت فائقة الخطية لأقطاب التترود الشعاعية. ^{[ 16 ]} تربط دائرة مكبر الصوت هذه شبكات الشاشة بموصلات على محول الإخراج ، وتوفر تشويهًا أقل في التشكيل البيني .

يُزيل الصمام الرباعي الشعاعي منطقة الديناترون أو انحناء الصمام الرباعي في أنبوب شبكة الشاشة عن طريق تكوين منطقة شحنة فضائية منخفضة الجهد بين شبكة الشاشة والأنود، مما يُعيد إلكترونات الانبعاث الثانوي للأنود إليه. وتكون خصائص الأنود في الصمام الرباعي الشعاعي أقل استدارة عند جهود الأنود المنخفضة مقارنةً بخصائص الصمام الخماسي، مما ينتج عنه خرج طاقة أكبر وتشوه توافقي ثالث أقل عند نفس جهد تغذية الأنود. ^{[ 17 ]}

في الصمامات الرباعية الشعاعية، تُحاذى فتحات شبكة التحكم وشبكة الحماية. وتُحاذى أسلاك شبكة الحماية مع أسلاك شبكة التحكم بحيث تقع شبكة الحماية في ظل شبكة التحكم. هذا يقلل من تيار شبكة الحماية، مما يُسهم في زيادة كفاءة تحويل الطاقة في الصمام. يُركز محاذاة فتحات الشبكة الإلكترونات في حزم كثيفة في الفراغ بين شبكة الحماية والمصعد، مما يسمح بوضع المصعد أقرب إلى شبكة الحماية مما كان ممكنًا لولا كثافة الحزمة. ^{[ 18 ]} تمنع الشحنة الفراغية السالبة الشديدة لهذه الحزم، المتولدة عندما يكون جهد المصعد أقل من جهد شبكة الحماية، الإلكترونات الثانوية من المصعد من الوصول إلى شبكة الحماية.

في أقطاب التترود ذات الحزمة المستقبلة، تُستخدم صفائح حصر الحزمة خارج منطقة الحزمة لحصر حزم الإلكترونات في قطاعات محددة من المصعد، وهي عبارة عن أجزاء من أسطوانة. ^{[ 19 ]} كما تُنشئ هذه الصفائح منطقة جهد كهرساكن منخفض بين شبكة الحماية والمصعد، وتُعيد الإلكترونات الثانوية من خارج منطقة الحزمة إلى المصعد.

في الأقطاب الرباعية الشعاعية ذات التناظر الأسطواني الكامل، يمكن تحقيق خاصية انعدام الانحناء دون الحاجة إلى صفائح حصر الشعاع. ^{[ 2 ] [ 20 ]} يُعتمد هذا النوع من التصميم عادةً في الأنابيب الأكبر حجمًا ذات قدرة أنودية تبلغ 100 واط أو أكثر. يُعدّ قطب Eimac 4CX250B (بقدرة تبديد أنودية تبلغ 250 واط) مثالًا على هذا النوع من الأقطاب الرباعية الشعاعية. تجدر الإشارة إلى اختلاف جذري في تصميم نظام دعم الأقطاب الكهربائية في هذه الأنواع. يصف مُصنِّع قطب 4CX250B بأنه "قطب رباعي شعاعي القدرة"، مُسلطًا الضوء على تناظر نظام أقطابه الكهربائية.

غالبًا ما تتضمن دوائر تطبيق الصمام الرباعي الشعاعي مكونات لمنع التذبذبات الطفيلية، وكبح الفولتية العابرة، وتنعيم استجابة التردد. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} في تطبيقات الترددات الراديوية، يلزم وجود درع واقٍ بين مكونات دائرة اللوحة ومكونات دائرة الشبكة. ^{[ 24 ]}

• أرشيف بيانات الأنابيب، آلاف من أوراق بيانات الأنابيب
• رباعي الأقطاب الشعاعي - معلومات وبيانات ورسوم بيانية إضافية