صمام رباعي

التترود هو أنبوب مفرغ (يُسمى صمامًا في الإنجليزية البريطانية) يحتوي على أربعة أقطاب كهربائية فعالة . هذه الأقطاب الأربعة، مرتبة من المركز، هي: مهبط حراري ، وشبكتان، وصفيحة (تُسمى مصعدًا في الإنجليزية البريطانية). توجد أنواع عديدة من التترودات، وأكثرها شيوعًا أنبوب الشبكة المانعة للتيار وتترود الحزمة . في أنابيب الشبكة المانعة للتيار وتترودات الحزمة، تكون الشبكة الأولى هي شبكة التحكم ، والشبكة الثانية هي شبكة الحجب . ^{[ 1 ]} في أنواع أخرى من التترودات، تكون إحدى الشبكتين شبكة تحكم، بينما قد تؤدي الأخرى وظائف متعددة.

طُوِّرَ الصمام الرباعي في عشرينيات القرن العشرين بإضافة شبكة إضافية إلى أول صمام تفريغ مُضخِّم، وهو الصمام الثلاثي ، لتصحيح قصور الصمام الثلاثي. وخلال الفترة من عام ١٩١٣ إلى عام ١٩٢٧، ظهرت ثلاثة أنواع متميزة من صمامات الصمام الرباعي. جميعها مزودة بشبكة تحكم أساسية وظيفتها التحكم في التيار المار عبر الصمام، لكنها اختلفت باختلاف وظيفة الشبكة الأخرى. وبحسب ترتيب ظهورها التاريخي، فهي: صمام شبكة الشحنة الفضائية ، وصمام الشبكة الثنائية ، وصمام شبكة الشاشة . ظهر الأخير بنوعين مختلفين لكل منهما مجال استخدام مختلف: صمام شبكة الشاشة نفسه، الذي استُخدم لتضخيم الإشارات الصغيرة متوسطة التردد، والصمام الرباعي الشعاعي الذي ظهر لاحقًا، واستُخدم لتضخيم طاقة الصوت أو ترددات الراديو. سرعان ما حلَّ صمام البنتود لترددات الراديو محل الأول ، بينما طُوِّر الثاني في البداية كبديل للبنتود كجهاز لتضخيم طاقة الصوت. تم تطوير أنبوب رباعي الشعاع أيضًا كأنبوب إرسال لاسلكي عالي الطاقة.

استُخدمت الصمامات الرباعية على نطاق واسع في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية مثل أجهزة الراديو والتلفزيون وأنظمة الصوت حتى حلت الترانزستورات محل الصمامات في الستينيات والسبعينيات. وظلت الصمامات الرباعية الشعاعية مستخدمة حتى وقت قريب في تطبيقات الطاقة مثل مكبرات الصوت وأجهزة إرسال الراديو.

يعمل الصمام الرباعي بطريقة مشابهة للصمام الثلاثي الذي طُوّر منه. يمر تيار كهربائي عبر السخان أو الفتيل ، مما يُسخّن المهبط ، فيُطلق إلكترونات عبر الانبعاث الحراري . يُطبّق جهد موجب بين الصفيحة والمهبط، مما يُسبب تدفق الإلكترونات من المهبط إلى الصفيحة عبر الشبكتين. يُمكن التحكم في هذا التيار بتطبيق جهد متغير على شبكة التحكم ، مما يُؤدي إلى تغيرات في تيار الصفيحة. عند وجود مقاومة أو حمل آخر في دائرة الصفيحة، يُؤدي التيار المتغير إلى جهد متغير على الصفيحة. مع التحيز المناسب ، يُصبح هذا الجهد نسخة مُضخّمة (ولكن معكوسة) من جهد التيار المتردد المُطبّق على شبكة التحكم، مما يُوفر كسبًا للجهد . في الصمام الرباعي، تختلف وظيفة الشبكة الأخرى باختلاف نوع الصمام؛ وسيتم شرح ذلك لاحقًا.

كان أنبوب شبكة الشحنة الفضائية أول نوع من الأقطاب الكهربائية الرباعية. خلال بحثه في آلية عمل أنبوب الأوديوم الثلاثي الذي اخترعه إدوين هوارد أرمسترونغ ولي دي فورست ، وجد إيرفينغ لانغمير أن عمل المهبط الحراري المسخن يتمثل في توليد شحنة فضائية ، أو سحابة من الإلكترونات، حول المهبط . تعمل هذه السحابة كمهبط افتراضي. عند تطبيق جهد منخفض على المصعد، يعود العديد من الإلكترونات في الشحنة الفضائية إلى المهبط، ولا يساهم في تيار المصعد؛ فقط تلك الموجودة على حدودها الخارجية تتأثر بالمجال الكهربائي الناتج عن المصعد، وتتسارع نحوه. مع ذلك، إذا تم إدخال شبكة تحمل جهدًا موجبًا منخفضًا (حوالي 10 فولت) بين المهبط وشبكة التحكم، يمكن جعل الشحنة الفضائية تمتد بعيدًا عن المهبط. كان لهذا تأثيران مفيدان، كلاهما مرتبط بتأثير المجالات الكهربائية للأقطاب الأخرى (المصعد وشبكة التحكم) على إلكترونات الشحنة الفضائية. أولًا، يمكن تحقيق زيادة ملحوظة في تيار المصعد بجهد منخفض للمصعد؛ إذ يمكن جعل الصمام يعمل بكفاءة مع جهد مصعد منخفض. ^{[ 2 ]} ثانيًا، تم زيادة ناقلية التيار (تيار المصعد بالنسبة لجهد شبكة التحكم) للأنبوب. وكان لهذا التأثير الأخير أهمية خاصة لأنه زاد من كسب الجهد المتاح من الصمام. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

ظلت صمامات الشحنة الفضائية أجهزةً مفيدةً طوال عصر الصمامات، واستُخدمت في تطبيقاتٍ مثل أجهزة راديو السيارات التي تعمل مباشرةً بمصدر طاقة 12 فولت، حيث يتوفر جهد أنود منخفض فقط. وطُبِّق المبدأ نفسه على أنواعٍ أخرى من الأنابيب متعددة الشبكات مثل أنابيب البنتود . فعلى سبيل المثال، يُوصف أنبوب سيلفانيا 12K5 بأنه "أنبوب رباعي مُصمَّم للعمل بتقنية الشحنة الفضائية. وهو مُخصَّص للاستخدام كمحرك لمضخم طاقة حيث تُستمد الجهود مباشرةً من بطارية سيارة 12 فولت". وكانت شبكة الشحنة الفضائية تعمل عند +12 فولت، وهو نفس جهد تغذية الأنود. ^{[ 6 ]}

من التطبيقات المهمة الأخرى لصمام رباعي الشحنة الفضائية استخدامه كأنبوب قياس كهربائي للكشف عن التيارات الصغيرة جدًا وقياسها. فعلى سبيل المثال، وُصف صمام جنرال إلكتريك FP54 بأنه "أنبوب شبكي للشحنة الفضائية... مصمم ليكون له مقاومة دخل عالية جدًا وتيار شبكي منخفض جدًا. وهو مصمم خصيصًا لتضخيم التيارات المستمرة التي تقل عن 10⁻⁹ تقريبًا. ^"وقد وُجد أنه قادر على قياس تيارات صغيرة تصل إلى 5 × 10⁻¹⁸ أمبير ^.أمبير. يتميز بمعامل تضخيم تيار يبلغ 250,000، ويعمل بجهد مصعد 12 فولت، وجهد شبكة شحنة فضائية +4 فولت. ^{[ 7 ]} تتمثل آلية خفض شبكة الشحنة الفضائية لتيار شبكة التحكم في رباعي الأقطاب الكهربائية في منع الأيونات الموجبة المتولدة في المهبط من الوصول إلى شبكة التحكم. ^{[ 8 ]}

لاحظ أنه عند إضافة شبكة شحنة فضائية إلى صمام ثلاثي ، فإن الشبكة الأولى في الصمام الرباعي الناتج هي شبكة الشحنة الفضائية، والشبكة الثانية هي شبكة التحكم .

في الصمام الرباعي ثنائي الشبكة، تُستخدم كلتا الشبكتين لنقل الإشارات الكهربائية، لذا تُعتبران شبكتي تحكم. أول مثال ظهر في بريطانيا كان صمام ماركوني-أوسرام FE1، الذي صممه إتش جيه راوند ، وأصبح متاحًا في عام 1920. ^{[ 5 ]} كان الهدف من هذا الصمام استخدامه في دائرة انعكاسية (على سبيل المثال، جهاز استقبال السفن أحادي الصمام من النوع 91 ^{[ 9 ]} )، حيث يؤدي الصمام نفسه وظائف مُدمجة كمُضخّم ترددات الراديو، ومُضخّم ترددات الصوت، وكاشف ثنائي. تُطبّق إشارة ترددات الراديو على إحدى شبكتي التحكم، وإشارة ترددات الصوت على الأخرى. استُخدم هذا النوع من الصمامات الرباعية بطرق مبتكرة عديدة في الفترة التي سبقت ظهور صمام الشبكة المُغطاة الذي أحدث ثورة في تصميم أجهزة الاستقبال. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

يُظهر الرسم التوضيحي أحد التطبيقات. يُمكن تمييز هذا التطبيق كجهاز إرسال هاتفي بتقنية AM، حيث تُشكّل الشبكة الثانية والمصعد مُذبذب طاقة ، بينما تعمل الشبكة الأولى كقطب تعديل. يتم تعديل تيار المصعد في الصمام، وبالتالي سعة خرج التردد اللاسلكي، بواسطة الجهد على G1، المُستمد من ميكروفون كربوني. ^{[ 12 ]} يُمكن أيضًا استخدام أنبوب من هذا النوع كمستقبل تحويل مباشر لموجة CW (التلغراف اللاسلكي). هنا، يتذبذب الصمام نتيجةً للاقتران بين الشبكة الأولى والمصعد، بينما تقترن الشبكة الثانية بالهوائي. يُمكن سماع تردد الخفقان الصوتي في سماعات الرأس. يعمل الصمام ككاشف منتج ذاتي التذبذب . ^{[ 13 ]} كان هناك تطبيق آخر مشابه جدًا لصمام الشبكة الثنائية، وهو استخدامه كخلاط تردد ذاتي التذبذب في أجهزة الاستقبال الفائقة التغايرية المبكرة. ^{[ 14 ]} تحمل إحدى شبكتي التحكم إشارة التردد اللاسلكي الواردة، بينما تتصل الأخرى بدائرة مذبذب تولد التذبذب المحلي داخل الصمام نفسه. ولأن تيار المصعد في صمام الشبكة الثنائية يتناسب طرديًا مع كل من الإشارة على الشبكة الأولى وجهد المذبذب على الشبكة الثانية، فقد تحققت عملية الضرب المطلوبة للإشارتين، وتم اختيار إشارة التردد الوسيط بواسطة دائرة رنانة متصلة بالمصعد. في كل من هذه التطبيقات، عمل الصمام الرباعي ذو الشبكة الثنائية كمضاعف تناظري غير متوازن ، حيث يتضمن تيار اللوحة، بالإضافة إلى تمرير إشارتي الإدخال، ناتج ضرب الإشارتين المطبقتين على الشبكتين.

اخترع لوسيان ليفي في فرنسا عام 1917 ^{[ 15 ]} (ص 66) مبدأ جهاز الاستقبال الفائق التغاير (أو السوبرهيت ) الحديث (والذي كان يُسمى في الأصل جهاز الاستقبال فوق الصوتي التغايري ، لأن التردد الوسيط كان فوق صوتيًا )، مع أن الفضل يُنسب عادةً أيضًا إلى إدوين أرمسترونغ . كان السبب الرئيسي لاختراع جهاز السوبرهيت هو أنه قبل ظهور صمام الشبكة، كانت صمامات التضخيم، التي كانت تُعرف آنذاك بالصمامات الثلاثية ، تواجه صعوبة في تضخيم الترددات الراديوية (أي الترددات التي تزيد كثيرًا عن 100 كيلوهرتز) بسبب تأثير ميلر . في تصميم جهاز السوبرهيترودين، بدلًا من تضخيم الإشارة الراديوية الواردة، كانت تُخلط أولًا مع مذبذب ترددات راديوية ثابت (يُسمى المذبذب المحلي ) لإنتاج إشارة تغاير بتردد 30 كيلوهرتز عادةً . كانت إشارة التردد المتوسط ​​(IF) هذه تحمل غلافًا مطابقًا لغلاف الإشارة الواردة، ولكن بتردد حامل أقل بكثير ، مما يسمح بتضخيمها بكفاءة باستخدام الصمامات الثلاثية. عند الكشف عنها ، يتم الحصول على التضمين الأصلي لإشارة الراديو ذات التردد الأعلى. ^{[ 16 ]} كانت هذه التقنية معقدة نوعًا ما، وقد تراجع استخدامها عندما جعلت الصمامات الرباعية الشبكية أجهزة استقبال الترددات الراديوية المضبوطة (TRF) عملية. ومع ذلك، عاد مبدأ التغاير الفائق للظهور في أوائل الثلاثينيات من القرن العشرين عندما تم تقدير مزاياه الأخرى، مثل الانتقائية العالية ، وتعمل جميع أجهزة الاستقبال الحديثة تقريبًا على هذا المبدأ ولكن بتردد متوسط ​​أعلى (أحيانًا أعلى من تردد الراديو الأصلي) مع مكبرات (مثل الصمام الرباعي) تجاوزت حدود الصمام الثلاثي في ​​تضخيم إشارات الترددات الراديوية العالية.  

يمكن تطبيق مفهوم التغاير الفائق باستخدام صمام كمذبذب محلي وصمام آخر كمُخَلِّط يستقبل إشارة الهوائي والمذبذب المحلي كإشارات دخل. ولكن من أجل الاقتصاد، يمكن دمج هاتين الوظيفتين في صمام رباعي الشبكة ثنائي واحد يقوم بتذبذب ومزج تردد إشارة التردد اللاسلكي من الهوائي. ^{[ 14 ]} وفي السنوات اللاحقة، تم تحقيق ذلك بشكل مماثل باستخدام أنبوب محول الشبكة الخماسية ، وهو صمام تضخيم/تذبذب ثنائي المدخلات مشابه، ولكنه (مثل أنابيب البنتود ) يتضمن شبكة كبح ، وفي هذه الحالة شبكتي حماية لعزل الصفيحة وشبكتي الإشارة عن بعضهما البعض كهربائيًا. في أجهزة الاستقبال الحالية، القائمة على تقنية أشباه الموصلات منخفضة التكلفة ( الترانزستورات )، لا توجد فائدة اقتصادية من دمج الوظيفتين في جهاز نشط واحد.

يوفر أنبوب الشبكة الواقية سعةً أقل بكثير بين شبكة التحكم والمصعد، ومعامل تضخيم أكبر بكثير من الصمام الثلاثي. كانت دوائر مكبرات الترددات الراديوية التي تستخدم الصمامات الثلاثية عرضةً للتذبذب بسبب سعة الشبكة بين المصعد والشبكة. ^{[ 17 ]} في أنبوب الشبكة الواقية ، تُوضع شبكة ، تُعرف بشبكة الحماية أو شبكة التسريع، بين شبكة التحكم والمصعد. توفر شبكة الحماية درعًا كهرساكنًا بين شبكة التحكم والمصعد، مما يقلل السعة بينهما إلى قيمة ضئيلة جدًا. ^{[ 17 ] [ 18 ]} وللحد من تأثير المجال الكهربائي للمصعد على شحنة الفضاء للمهبط وعلى شبكة التحكم، قام الفيزيائي والتر إتش. شوتكي ، خلال الفترة 1915-1916، بتطوير أول أنابيب تحتوي على شبكة موضوعة بين المصعد وشبكة التحكم لتوفير درع كهرساكن. ^{[ 19 ] [ 20 ]} حصل شوتكي على براءة اختراع أنابيب الشبكة هذه في ألمانيا عام 1916 وفي الولايات المتحدة عام 1919. ^{[ 21 ] [ 22 ]} تم إنتاج هذه الأنابيب في ألمانيا وعُرفت باسم أنابيب سيمنز-شوتكي. ^{[ 20 ]} في اليابان، حصل هيروشي أندو على براءة اختراع لتحسينات في تصميم شبكة الشاشة عام 1919. ^{[ 23 ]} خلال النصف الثاني من عشرينيات القرن العشرين، قام كل من نيل هـ. ويليامز وألبرت هول في شركة جنرال إلكتريك ، وإتش جيه راوند في شركة إم أو في، وبرنارد تيلجين في شركة فيليبس بتطوير أنابيب شبكة شاشة محسّنة. تم تسويق هذه الأنابيب المحسّنة لأول مرة عام 1927. ^{[ 24 ]}

قد يتسبب التغذية الراجعة عبر سعة المكثف بين المصعد والشبكة (تأثير ميلر) في الصمام الثلاثي في ​​حدوث تذبذب، خاصةً عند توصيل كل من المصعد والشبكة بدوائر رنين مضبوطة، كما هو معتاد في مضخمات الترددات الراديوية. ^{[ 25 ]} بالنسبة للترددات التي تزيد عن 100  كيلوهرتز تقريبًا، كانت دوائر التحييد ضرورية. يبلغ سعة المكثف بين الشبكة والمصعد في الصمام الثلاثي المستخدم عادةً لتضخيم الإشارات الصغيرة 8 بيكوفاراد ، بينما تبلغ القيمة المقابلة لصمام الشبكة الحاجبة النموذجي 0.025 بيكوفاراد . ^{[ 26 ]} لم تكن دوائر التحييد مطلوبة في مرحلة مضخم الترددات الراديوية المصممة جيدًا باستخدام أنبوب الشبكة الحاجبة. ^{[ 27 ] [ 28 ]}  

تُوصَّل شبكة الشاشة بجهد تيار مستمر موجب وبالأرضي بتيار متردد، وذلك بفضل مكثف جانبي موصول بالأرضي. ^{[ 17 ]} يقتصر نطاق التشغيل الفعال لأنبوب شبكة الشاشة كمضخم على جهود المصعد الأعلى من جهد شبكة الشاشة. عند جهود المصعد الأعلى من جهد شبكة الشاشة، تصطدم بعض الإلكترونات القادمة من المهبط بشبكة الشاشة، مُنتجةً تيارًا شاشيًا، بينما يمر معظمها عبر الفراغات المفتوحة للشاشة ويستمر إلى المصعد. ^{[ 17 ]} عندما يقترب جهد المصعد من جهد شبكة الشاشة وينخفض ​​دونه، يزداد التيار الشاشي كما هو موضح في صورة خصائص اللوحة.

برزت ميزة إضافية لشبكة الشاشة عند إضافتها. يصبح تيار المصعد شبه مستقل تمامًا عن جهد المصعد، طالما كان جهد المصعد أكبر من جهد الشاشة. وهذا يُقابله مقاومة ديناميكية عالية جدًا للمصعد، مما يسمح بكسب جهد أكبر بكثير عندما تكون معاوقة حمل المصعد كبيرة. ^{[ 29 ]} يتم التحكم في تيار المصعد بواسطة جهدي شبكة التحكم وشبكة الشاشة. ونتيجة لذلك، تتميز الصمامات الرباعية بشكل أساسي بموصليتها ( التغير في تيار المصعد بالنسبة لجهد شبكة التحكم)، بينما تتميز الصمامات الثلاثية بمعامل التضخيم ( μ )، وهو أقصى كسب جهد ممكن. عند ظهور صمامات شبكة الشاشة، كان للصمام الثلاثي النموذجي المستخدم في أجهزة استقبال الراديو مقاومة ديناميكية للمصعد تبلغ 20  كيلو أوم أو أقل، بينما كانت القيمة المقابلة لصمام شبكة الشاشة النموذجي 500  كيلو أوم. أنتجت مرحلة تضخيم الترددات الراديوية للموجات المتوسطة النموذجية للصمام الثلاثي كسب جهد يبلغ حوالي 14، بينما أنتجت مراحل تضخيم الترددات الراديوية لأنبوب شبكة الشاشة كسب جهد يتراوح بين 30 و60. ^{[ 30 ]}

للاستفادة القصوى من السعة المنخفضة جدًا بين الشبكة والأنود، رُوعيَ وجودُ درعٍ بين دوائر الأنود والشبكة في تصميم جهاز الراديو. رُكِّبَ صمام S625 داخل درعٍ معدنيٍّ مستوٍ مؤرض، مُحاذٍ لموقع شبكة الحماية الداخلية. وُضِعَت دائرة الإدخال، أو دائرة التحكم، على أحد جانبي الدرع، بينما وُضِعَت دائرة الأنود، أو دائرة الإخراج، على الجانب الآخر. في جهاز الاستقبال الموضح باستخدام أنابيب S23، وُضِعَت كل مرحلة من مراحل مُضخِّم الترددات الراديوية ثنائي المراحل، بالإضافة إلى مرحلة الكاشف المُضَبَّط، داخل صندوقٍ معدنيٍّ كبيرٍ مُنفصلٍ للحماية من الشحنات الكهروستاتيكية . أُزيلَت هذه الصناديق من الرسم التوضيحي، ولكن يمكن رؤية الحواف المرتفعة لقواعدها.

وهكذا، سمحت صمامات الشبكة ذات الشاشة بتضخيم أفضل لترددات الراديو في نطاقي التردد المتوسط ​​والعالي في أجهزة الراديو. وقد شاع استخدامها في تصميم مرحلة (مراحل) تضخيم ترددات الراديو في أجهزة استقبال الراديو من أواخر عام 1927 حتى عام 1931، ثم حلت محلها صمامات البنتود .

كان السبب في محدودية تطبيق صمام الشبكة الشاشة، واستبداله السريع بالخماسي RF ( الذي تم تقديمه حوالي عام 1930) هو الخاصية المميزة للمصعد (أي تغير تيار المصعد بالنسبة لجهد المصعد) للنوع السابق من الأنابيب.

في التطبيقات العادية، كان جهد المصعد حوالي 150  فولت، بينما كان جهد شبكة الحماية حوالي 60  فولت (ثروور، ص 183). ^{[ 5 ]} ولأن شبكة الحماية موجبة بالنسبة للمهبط، فإنها تجمع جزءًا معينًا (ربما الربع) من الإلكترونات التي كانت ستمر من منطقة الشبكة إلى المصعد. وهذا ما يُسبب تدفق التيار في دائرة شبكة الحماية. عادةً ما يكون تيار الحماية الناتج عن هذا السبب صغيرًا وغير ذي أهمية. مع ذلك، إذا كان جهد المصعد أقل من جهد شبكة الحماية، فإن شبكة الحماية تستطيع أيضًا جمع الإلكترونات الثانوية المنبعثة من المصعد بفعل اصطدام الإلكترونات الأولية عالية الطاقة. كلا التأثيرين يُقللان من تيار المصعد. إذا زاد جهد المصعد من قيمة منخفضة، مع بقاء شبكة الحماية عند جهد التشغيل العادي (60 فولت، على سبيل المثال)، فإن تيار المصعد يزداد بسرعة في البداية لأن المصعد يجمع عددًا أكبر من الإلكترونات التي تمر عبر شبكة الحماية بدلًا من عودتها إلى شبكة الحماية. يشابه هذا الجزء من خصائص مصعد الصمام الرباعي الجزء المقابل في الصمام الثلاثي أو الخماسي . مع ذلك، عند زيادة جهد المصعد، تمتلك الإلكترونات الواصلة إليه طاقة كافية لإحداث انبعاث ثانوي غزير، ويتم احتجاز العديد من هذه الإلكترونات الثانوية بواسطة الشاشة، التي يكون جهدها الموجب أعلى من جهد المصعد. يؤدي هذا إلى انخفاض تيار المصعد بدلاً من ارتفاعه عند زيادة الجهد. في بعض الحالات، قد يصبح تيار المصعد سالباً (يتدفق التيار خارج المصعد)؛ وهذا ممكن لأن كل إلكترون أولي قد يُنتج أكثر من إلكترون ثانوي واحد. يُعطي انخفاض تيار المصعد الموجب المصحوب بارتفاع جهد المصعد منطقة ذات ميل سالب في خصائص المصعد، وهذا يُقابل مقاومة سالبة قد تُسبب عدم استقرار في بعض الدوائر. في نطاق أعلى من جهد المصعد، يتجاوز جهد المصعد جهد الشاشة بشكل كافٍ لجذب نسبة متزايدة من الإلكترونات الثانوية عائدةً إلى المصعد، وبالتالي يزداد تيار المصعد مرة أخرى، ويصبح ميل خصائص المصعد موجباً مجدداً. في نطاق أعلى من جهد المصعد، يصبح تيار المصعد ثابتًا تقريبًا، حيث تعود جميع الإلكترونات الثانوية إلى المصعد، ويصبح جهد شبكة التحكم هو العامل الرئيسي المتحكم في التيار المار عبر الأنبوب. هذا هو وضع التشغيل الطبيعي للأنبوب. ^{[ 31 ]}

تختلف خصائص المصعد في صمام الشبكة الشفافة اختلافًا كبيرًا عن خصائص الصمام الثلاثي . فعندما يكون جهد المصعد أقل من جهد الشبكة الشفافة، تظهر خاصية مقاومة سالبة مميزة ، تُسمى منطقة الديناترون ^{[ 32 ]} أو انحناء الصمام الرباعي . كما تختلف منطقة التيار الثابت تقريبًا ذات الميل المنخفض عند جهود المصعد الأعلى من جهد الشبكة الشفافة اختلافًا ملحوظًا عن منطقة الصمام الثلاثي، وهي المنطقة المفيدة لتشغيل أنبوب الشبكة الشفافة كمضخم. ^{[ 33 ]} يُعد الميل المنخفض مرغوبًا للغاية، لأنه يُحسّن بشكل كبير كسب الجهد الذي يُمكن للجهاز إنتاجه. كانت صمامات الشبكة الشفافة المبكرة تتمتع بمعاملات تضخيم (أي حاصل ضرب ناقلية النقل ومقاومة ميل المصعد، Ra ₎ أكبر بخمسين مرة أو أكثر من معامل تضخيم الصمام الثلاثي المماثل. ^{[ 29 ]} إن مقاومة الأنود العالية في نطاق التشغيل العادي هي نتيجة لتأثير الحماية الكهروستاتيكية لشبكة الشاشة، حيث أنها تمنع المجال الكهربائي الناتج عن الأنود من اختراق منطقة شبكة التحكم، حيث يمكن أن يؤثر على مرور الإلكترونات، مما يزيد من تيار الإلكترون عندما يكون جهد الأنود مرتفعًا، ويقلله عندما يكون منخفضًا.

يتم استغلال منطقة التشغيل ذات المقاومة السالبة للتيترود في مذبذب الديناترون ، وهو مثال على مذبذب المقاومة السالبة. (إيستمان، ص 431) ^{[ 4 ]}

يُزيل صمام رباعي الحزمة منطقة الديناترون أو انحناء رباعي الحزمة في أنبوب شبكة الشاشة باستخدام حزم إلكترونية متوازية جزئيًا لتكوين منطقة شحنة فضائية كثيفة ذات جهد منخفض بين شبكة الشاشة والأنود، مما يُعيد إلكترونات الانبعاث الثانوي للأنود إليه. ^{[ 34 ]} يكون منحنى الأنود في صمام رباعي الحزمة أقل استدارة عند جهود الأنود المنخفضة مقارنةً بمنحنى الأنود في صمام خماسي القدرة، مما ينتج عنه خرج طاقة أكبر وتشوه توافقي ثالث أقل مع نفس جهد تغذية الأنود. ^{[ 35 ] [ 36 ]} تُستخدم صمامات رباعي الحزمة عادةً لتضخيم الطاقة ، من ترددات الصوت إلى ترددات الراديو . حصل ثلاثة مهندسين من شركة EMI، وهم إسحاق شونبيرج وكابوت بول وسيدني رودا، على براءة اختراع صمام رباعي الحزمة في بريطانيا عام 1933. ^{[ 37 ]} في عام 1936، شرح أو إتش شاده بالتفصيل نظرية وتصميم صمام 6L6 في شركة RCA. ^{[ 38 ]}

قدمت شركة صمامات التفريغ العالي (Hivac) في لندن، إنجلترا، سلسلة من صمامات رباعية الأقطاب ذات خرج طاقة في أغسطس 1935، والتي استغلت تأثير المسافة الحرجة لـ جيه إتش أوين هاريس لإزالة منطقة الديناترون في منحنى جهد المصعد - تيار المصعد. ^{[ 39 ]} اعتمدت صمامات المسافة الحرجة على عودة الشحنة الفضائية للإلكترونات الثانوية من المصعد إليه. ^{[ 40 ]} تميزت صمامات المسافة الحرجة بمسافة كبيرة بين شبكة الحماية والمصعد، وبنية شبكية بيضاوية. ^{[ 39 ]} سهّلت المسافة الكبيرة بين شبكة الحماية والمصعد تكوين شحنة فضائية منخفضة الجهد لإعادة الإلكترونات الثانوية من المصعد إليه عندما كان جهد المصعد أقل من جهد شبكة الحماية. ^{[ 41 ]} سمحت الشبكات البيضاوية بوضع قضبان دعم شبكة التحكم على مسافة أبعد من المهبط، مما قلل من تأثيرها على عامل التضخيم مع جهد شبكة التحكم. ^{[ 42 ]} عند جهد شبكة التحكم الصفري والسالب، شكلت قضبان دعم شبكة التحكم وشبكة التحكم تيار الإلكترونات من المهبط إلى منطقتين رئيسيتين لتيار الفضاء، تفصل بينهما زاوية 180 درجة، موجهتين نحو قطاعين واسعين من محيط المصعد. ^{[ 43 ]} أدت هذه الخصائص إلى قدرة خرج أكبر وتشوه أقل مقارنةً بمضخم خماسي مماثل، وذلك بسبب التشبع الذي يحدث عند جهد مصعد منخفض وزيادة انحناء (نصف قطر أصغر) منحنى خصائص جهد المصعد - تيار المصعد عند جهود المصعد المنخفضة. ^{[ 39 ]} طُرحت مجموعة من المضخمات الرباعية من هذا النوع، موجهة لسوق أجهزة الاستقبال المنزلية، بعضها مزود بفتائل مصممة لجهد 2 فولت تيار مستمر، مخصصة لأجهزة تعمل ببطاريات منخفضة الطاقة؛ والبعض الآخر مزود بمهابط مسخنة بشكل غير مباشر بسخانات مصممة لجهد 4 فولت أو أعلى للتشغيل بالتيار الكهربائي. تراوحت قدرات الخرج من 0.5 واط إلى 11.5 واط. والمثير للحيرة أن العديد من هذه الصمامات الجديدة تحمل نفس رقم النوع الخاص بالصمامات الخماسية الموجودة ذات الخصائص المتطابقة تقريبًا. ومن الأمثلة على ذلك Y220 (0.5 واط، 2 فولت للفتيلة)، وAC/Y (3 واط، 4 فولت للسخان)، وAC/Q (11.5 واط، 4 فولت للسخان).

• رباعي الأقطاب ذو التأثير الميداني