شبكة التحكم

شبكة التحكم هي قطب كهربائي يُستخدم في صمامات التضخيم الحرارية (الأنابيب المفرغة) مثل الصمام الثلاثي والرباعي والخماسي ، وتُستخدم للتحكم في تدفق الإلكترونات من المهبط إلى المصعد (الصفيحة). تتكون شبكة التحكم عادةً من شاشة أسطوانية أو حلزون من سلك رفيع يحيط بالمهبط، ويحيط به المصعد بدوره. اخترع لي دي فورست شبكة التحكم عام 1906، حيث أضافها إلى صمام فليمنج ( الصمام الثنائي الحراري ) ليُنتج أول أنبوب مفرغ مُضخِّم ، وهو أوديون ( الصمام الثلاثي ).

في الصمام، يُصدر المهبط الساخن إلكترونات سالبة الشحنة ، تنجذب إلى المصعد وتُحتجز فيه، حيث يُزوّد ​​المصعد بجهد موجب من مصدر طاقة. تعمل شبكة التحكم بين المهبط والمصعد كبوابة للتحكم في تيار الإلكترونات الواصل إلى المصعد. يؤدي الجهد السالب العالي على الشبكة إلى تنافر الإلكترونات عائدةً نحو المهبط، مما يقلل من وصولها إلى المصعد. أما الجهد الموجب المنخفض، فيسمح بمرور المزيد من الإلكترونات، وبالتالي زيادة تيار المصعد. يُحدث أي تغيير في جهد الشبكة تغييرًا متناسبًا في تيار اللوح، لذا عند تطبيق جهد متغير مع الزمن على الشبكة، يكون شكل موجة تيار اللوح نسخةً طبق الأصل من جهد الشبكة المُطبق.

يؤدي تغير طفيف نسبيًا في الجهد على شبكة التحكم إلى تغير كبير في تيار المصعد. وجود مقاومة في دائرة المصعد يُسبب تغيرًا كبيرًا في الجهد عند المصعد. قد يكون هذا التغير في جهد المصعد أكبر بكثير من التغير في جهد الشبكة الذي تسبب فيه، وبالتالي يمكن للصمام أن يُضخّم الإشارة، مُؤديًا دور المُضخّم .

كانت الشبكة في أول صمام ثلاثي تتكون من سلك متعرج موضوع بين الفتيل والمصعد. وسرعان ما تطورت إلى شبكة حلزونية أو أسطوانية من سلك دقيق موضوع بين فتيل أحادي الشعيرة (أو لاحقًا، مهبط أسطواني) ومصعد أسطواني. تُصنع الشبكة عادةً من سلك رفيع جدًا يتحمل درجات الحرارة العالية ولا يميل إلى إطلاق الإلكترونات. وكثيرًا ما يُستخدم سبيكة الموليبدينوم المطلية بالذهب . تُلف الشبكة على أعمدة جانبية من النحاس اللين ، تُضغط فوق لفائف الشبكة لتثبيتها في مكانها. ومن بين التعديلات التي ظهرت في خمسينيات القرن العشرين، شبكة الإطار، التي تُلف فيها أسلاك دقيقة جدًا على إطار معدني صلب مختوم. يسمح هذا التصميم بالحفاظ على دقة عالية جدًا، مما يُتيح وضع الشبكة بالقرب من الفتيل (أو المهبط).

بوضع شبكة التحكم أقرب إلى الفتيل/الكاثود مقارنةً بالأنود، ينتج تضخيم أكبر . يُشار إلى درجة التضخيم هذه في بيانات الصمامات باسم عامل التضخيم ، أو "μ". كما ينتج عنها ناقلية أعلى ، وهي مقياس لتغير تيار الأنود مقابل تغير جهد الشبكة. يتناسب معامل الضوضاء للصمام عكسيًا مع ناقليته؛ فزيادة الناقلية تعني عمومًا انخفاض معامل الضوضاء. يُعد انخفاض الضوضاء أمرًا بالغ الأهمية عند تصميم أجهزة استقبال الراديو أو التلفزيون.

يمكن أن يحتوي الصمام على أكثر من شبكة تحكم. يحتوي الصمام السداسي على شبكتين من هذا النوع، إحداهما للإشارة المستقبلة والأخرى للإشارة من مذبذب محلي. تتسبب اللاخطية المتأصلة في الصمام في ظهور كلتا الإشارتين الأصليتين في دائرة المصعد، بالإضافة إلى مجموع وفرق هاتين الإشارتين. يمكن استغلال هذه الخاصية كمغير تردد في أجهزة الاستقبال فائقة التغاير .

يتمثل أحد أشكال شبكة التحكم في إنتاج حلزون ذي خطوة متغيرة. وهذا يُكسب الصمام الناتج خاصية غير خطية مميزة. ^{[ 1 ]} يُستغل هذا غالبًا في مضخمات الترددات الراديوية، حيث يؤدي تغيير انحياز الشبكة إلى تغيير الموصلية المتبادلة، وبالتالي تغيير كسب الجهاز. يظهر هذا التغيير عادةً في شكل الصمام الخماسي ، حيث يُطلق عليه حينها اسم الصمام الخماسي ذي الموصلية المتغيرة أو الصمام الخماسي ذي القطع عن بُعد.

من أبرز عيوب صمام التريود وجود سعة كبيرة بين الشبكة والأنود (C_{_ag} ). تُعرف هذه الظاهرة بتأثير ميلر ، حيث تصبح سعة دخل المُضخِّم حاصل ضرب C _{_ag} في معامل تضخيم الصمام. هذا، بالإضافة إلى عدم استقرار المُضخِّم ذي الدخل والخرج المُضبوطين عندما تكون C _{_ag} كبيرة، يُمكن أن يُحدّ بشدة من تردد التشغيل الأعلى. يُمكن التغلب على هذه التأثيرات بإضافة شبكة حماية ؛ إلا أنه في السنوات الأخيرة من عصر الصمامات الإلكترونية، طُوِّرت تقنيات تصنيع جعلت هذه "السعة الطفيلية" منخفضة للغاية، مما مكّن من تشغيل صمامات التريود في نطاقات التردد العالي جدًا (VHF). وقد عمل صمام مولارد EC91 بتردد يصل إلى 250 ميجاهرتز. تُشير كتيبات الشركة المصنعة إلى أن سعة شبكة الأنود في الصمام الثلاثي EC91 تبلغ 2.5 بيكوفاراد، وهي أعلى من العديد من الصمامات الثلاثية الأخرى في تلك الحقبة، بينما كانت قيم السعة في العديد من الصمامات الثلاثية في عشرينيات القرن الماضي مماثلة تمامًا، مما يدل على عدم وجود تقدم ملحوظ في هذا المجال. مع ذلك، فإن سعة شبكة الأنود في الصمامات الرباعية ذات الشبكة الشبكية المبكرة في عشرينيات القرن الماضي تبلغ ₁ أو 2 فيمتوفار فقط، أي أقل بنحو ألف مرة. أما الصمامات الخماسية "الحديثة" فلها قيم مماثلة لسعة شبكة الأنود _. وقد استُخدمت الصمامات الثلاثية في مضخمات الترددات العالية جدًا (VHF) في تكوين "الشبكة المؤرضة"، وهو ترتيب دارة يمنع حدوث التغذية الراجعة من نوع ميلر.