4극 진공관

**4극 진공관**(Tetrode)은 네 개의 활성 전극을 가진 진공관이다. 중앙에서부터 순서대로 네 개의 전극은 열음극, 제1 및 제2 격자, 그리고 플레이트(영국 영어에서는 애노드라고 불림)이다. 4극 진공관에는 여러 종류가 있으며, 가장 흔한 것은 **스크린 격자관**과 빔 4극 진공관이다. 스크린 격자관과 빔 4극 진공관에서는 첫 번째 격자가 제어 격자이고 두 번째 격자가 **스크린 격자**이다.L.W. Turner, (ed), Electronics Engineer's Reference Book, 4th ed. London: Newnes-Butterworth 1976 pages 7-19 다른 4극 진공관에서는 격자 중 하나가 제어 격자이고 다른 하나는 다양한 기능을 가질 수 있다. 4극 진공관은 1920년대에 최초의 증폭 3극 진공관의 한계를 해결하기 위해 추가 격자를 더하여 개발되었다. 1913년부터 1927년까지 세 가지 독특한 유형의 4극 진공관이 등장했다. 모든 4극 진공관은 튜브를 통과하는 전류의 주 제어 역할을 하는 일반 제어 격자를 가지고 있었지만, 다른 격자의 의도된 기능에 따라 달랐다. 역사적 출현 순서대로 이들은 **공간 전하 격자관**, **바이-그리드 진공관**, 그리고 **스크린 격자관**이다. 마지막 유형은 다른 적용 분야를 가진 두 가지 변형으로 나타났다: 중주파, 작은 신호 증폭에 사용된 스크린 격자 진공관과 나중에 등장하여 오디오 또는 무선 주파수 전력 증폭에 사용된 빔 4극 진공관이다. 전자는 무선 주파수 5극 진공관으로 빠르게 대체되었고, 후자는 처음에는 오디오 전력 증폭 장치로서 5극 진공관의 대안으로 개발되었다. 빔 4극 진공관은 고출력 무선 송신관으로도 개발되었다. 4극 진공관은 1960년대와 70년대에 트랜지스터가 진공관을 대체하기 전까지 라디오, 텔레비전, 오디오 시스템과 같은 많은 소비자 전자 장치에서 널리 사용되었다. 빔 4극 진공관은 오디오 증폭기 및 무선 송신기 같은 전력 응용 분야에서 최근까지 사용되고 있다.
# 작동 방식
아마추어 무선 송신기의 4-1000A 1kW 방사형 빔 전력 4극 진공관 4극 진공관은 개발된 3극 진공관과 유사하게 작동한다. 히터 또는 필라멘트를 통한 전류가 캐소드를 가열하여 열전자 방출에 의해 전자를 방출하게 한다. 플레이트와 캐소드 사이에 양전압이 인가되어 두 격자를 통해 캐소드에서 플레이트로 전자의 흐름을 유발한다. 제어 격자에 인가되는 변화하는 전압은 이 전류를 제어하여 플레이트 전류의 변화를 일으킬 수 있다. 플레이트 회로에 저항성 또는 기타 부하가 있으면 변화하는 전류는 플레이트에서 변화하는 전압을 초래한다. 적절한 바이어스를 통해 이 전압은 제어 격자에 인가된 AC 전압의 증폭된 (그러나 반전된) 버전이 되어 전압 이득을 제공한다. 4극 진공관에서 다른 격자의 기능은 4극 진공관의 유형에 따라 다르며, 이는 아래에서 논의된다.
# 공간 전하 격자관
공간 전하 격자관은 최초로 등장한 4극 진공관 유형이었다. 에드윈 하워드 암스트롱과 리 디포리스트가 발명한 오디온 3극 진공관의 작동에 대한 연구 과정에서 어빙 랭뮤어는 가열된 열음극의 작용이 공간 전하 또는 캐소드 주변의 전자 구름을 생성한다는 것을 발견했다. 이 구름은 가상 캐소드 역할을 했다. 낮은 인가 애노드 전압에서 공간 전하의 많은 전자가 캐소드로 돌아왔고, 애노드 전류에 기여하지 않았다. 그 중 바깥쪽 한계에 있는 전자만이 애노드로 인한 전기장의 영향을 받아 애노드 방향으로 가속되었다. 그러나 캐소드와 제어 격자 사이에 낮은 양의 인가 전압(약 10V)을 가진 격자를 삽입하면 공간 전하를 캐소드에서 더 멀리 확장시킬 수 있었다. 이것은 두 가지 유리한 효과를 가졌는데, 둘 다 공간 전하의 전자에 대한 다른 전극(애노드 및 제어 격자)의 전기장 영향과 관련이 있었다. 첫째, 낮은 애노드 전압으로 상당한 애노드 전류 증가를 달성할 수 있었다. 진공관은 낮은 인가 애노드 전압에서도 잘 작동할 수 있었다.isbn = 1420050664 둘째, 진공관의 트랜스컨덕턴스(제어 격자 전압에 대한 애노드 전류)가 증가했다. 후자의 효과는 진공관에서 얻을 수 있는 전압 이득을 증가시켰기 때문에 특히 중요했다.date = 29 Oct 1913url-access = registrationisbn = 0-9520684-0-0 공간 전하 진공관은 진공관 시대 내내 유용한 장치로 남아 있었고, 낮은 애노드 전압만 사용 가능한 12V 전원으로부터 직접 작동하는 자동차 라디오와 같은 응용 분야에서 사용되었다. 동일한 원리가 5극 진공관과 같은 다른 유형의 다중 격자관에도 적용되었다. 예를 들어, Sylvania 12K5는 "공간 전하 작동을 위해 설계된 4극 진공관이다. 전압이 12V 자동차 배터리에서 직접 공급되는 전력 증폭기 드라이버 서비스용으로 고안되었다"고 설명되었다. 공간 전하 격자는 애노드 공급 전압과 동일한 +12V에서 작동되었다.url = http://www.jogis-roehrenbude.de/Roehren-Geschichtliches/Niedrigspannungs-Roehren/12K5.pdf 공간 전하 4극 진공관의 또 다른 중요한 응용 분야는 극히 작은 전류를 감지하고 측정하는 전위계 관으로서였다. 예를 들어, General Electric FP54는 "매우 높은 입력 임피던스와 매우 낮은 격자 전류를 가지도록 설계된 공간 전하 격자관... 약 10p=−9 암페어보다 작은 직류 증폭을 위해 특별히 설계되었으며, 5 x 10p=−18 암페어만큼 작은 전류도 측정할 수 있음이 밝혀졌다. 전류 증폭 계수는 250,000이며, 12V의 애노드 전압과 +4V의 공간 전하 격자 전압으로 작동한다." url = http://frank.pocnet.net/sheets/141/f/FP54.pdf 전위계 4극 진공관에서 공간 전하 격자가 제어 격자 전류를 낮추는 메커니즘은 캐소드에서 발생하는 양이온이 제어 격자에 도달하는 것을 방지한다는 것이다.url =https://archive.org/stream/nasa_techdoc_19710066217/19710066217_djvu.txt 3극 진공관에 공간 전하 격자를 추가할 때, 결과적으로 생성되는 4극 진공관의 첫 번째 격자는 공간 전하 격자이고, 두 번째 격자는 제어 격자라는 점에 유의해야 한다.
# 이중 격자 진공관
이중 격자형 4극 진공관에서는 두 격자 모두 전기 신호를 전달하도록 의도되었으므로 둘 다 제어 격자이다. 영국에 처음 등장한 예는 H. J. 라운드가 설계하고 1920년에 출시된 Marconi-Osram FE1이었다. 이 진공관은 리플렉스 수신기 회로(예를 들어 단일 진공관 선박 수신기 Type 91url = https://archive.org/details/thermionictubesi00scotrich)에 사용될 예정이었는데, 여기서 동일한 진공관이 RF 증폭기, AF 증폭기, 다이오드 검파기의 복합 기능을 수행했다. RF 신호는 하나의 제어 격자에 인가되었고, AF 신호는 다른 격자에 인가되었다. 이 유형의 4극 진공관은 스크린 격자 진공관이 수신기 설계를 혁신하기 전 기간에 많은 창의적인 방식으로 사용되었다.location = Londonpages = 520–24 이중 격자 진공관 유형의 4극 진공관 발진기를 사용하는 회로. H는 고전압원이다.]] 한 가지 응용은 그림에 나와 있다. 이것은 두 번째 격자와 애노드가 전력 발진기를 형성하고 첫 번째 격자가 변조 전극 역할을 하는 AM 전화 송신기로 인식할 수 있다. 진공관의 애노드 전류, 따라서 RF 출력 진폭은 탄소 마이크로폰에서 파생된 G1의 전압에 의해 변조된다. url = https://archive.org/stream/thermionictubesi00scotrich#page/n3/mode/2up 이 유형의 진공관은 직접 변환 CW(무선 전신) 수신기로도 사용될 수 있었다. 여기서 진공관은 첫 번째 격자와 애노드 사이의 결합으로 인해 발진하는 반면, 두 번째 격자는 안테나에 결합된다. AF 비트 주파수는 헤드폰으로 들을 수 있다. 진공관은 자체 발진 곱셈기 탐지기 역할을 한다.location = London 이중 격자 진공관의 또 다른 매우 유사한 응용 분야는 초기 슈퍼헤테로다인 수신기에서 자체 발진 주파수 혼합기로 사용되었다.pages = 525–26 하나의 제어 격자는 수신 RF 신호를 전달했고, 다른 하나는 동일한 진공관 내에서 국부 발진을 생성하는 발진기 회로에 연결되었다. 이중 격자 진공관의 애노드 전류는 첫 번째 격자의 신호와 두 번째 격자의 발진기 전압에 비례했으므로, 두 신호의 필요한 곱셈이 달성되었고, 중간 주파수 신호는 애노드에 연결된 동조 회로에 의해 선택되었다. 이러한 각 응용 분야에서 이중 격자 4극 진공관은 플레이트 전류가 두 입력 신호를 모두 통과하는 것 외에도 격자에 인가된 두 신호의 곱을 포함하는 불균형 아날로그 곱셈기 역할을 했다.
# 슈퍼헤테로다인 수신기
슈퍼헤테로다인 수신기 현대 슈퍼헤테로다인 수신기(원래 중간 주파수가 초음파 주파수였기 때문에 초음파 헤테로다인 수신기라고 불림)의 원리는 1917년 프랑스의 뤼시앵 레비가 발명했다. (p 66) 하지만 보통 에드윈 암스트롱에게도 공로가 주어진다. 슈퍼헤테로다인의 발명 초기 이유는 스크린 격자 진공관이 등장하기 전에는 증폭 진공관, 즉 3극 진공관이 밀러 효과로 인해 무선 주파수(예: 100 kHz보다 훨씬 높은 주파수)를 증폭하는 데 어려움을 겪었기 때문이다. 슈퍼헤테로다인 설계에서는 수신되는 무선 신호를 증폭하는 대신, 먼저 일정한 RF 발진기(소위 국부 발진기)와 혼합하여 일반적으로 30 kHz의 헤테로다인을 생성했다. 이 중간 주파수(IF) 신호는 수신 신호와 동일한 엔벨로프를 가졌지만 훨씬 낮은 반송파 주파수를 가졌기 때문에 3극 진공관을 사용하여 효율적으로 증폭할 수 있었다. 검파되면 더 높은 주파수 무선 신호의 원래 변조가 얻어진다.pages = 723 다소 복잡한 기술이었으며, 스크린 격자 4극 진공관이 동조 무선 주파수 (TRF) 수신기를 실용화하면서 인기가 시들해졌다. 그러나 슈퍼헤테로다인 원리는 1930년대 초반에 선택도와 같은 다른 장점들이 인정되면서 다시 부상했고, 거의 모든 현대 수신기는 이 원리로 작동하지만 더 높은 IF 주파수(때로는 원래 RF보다 높음)를 사용하며, 4극 진공관과 같은 앰프는 고주파(무선) 신호 증폭에서 3극 진공관의 한계를 넘어섰다. 슈퍼헤테로다인 개념은 국부 발진기로서의 진공관과 안테나 신호 및 국부 발진기를 입력 신호로 취하는 혼합기로서의 별도 진공관을 사용하여 구현할 수 있었다. 그러나 경제성을 위해 이 두 기능을 안테나로부터의 RF 신호를 발진하고 주파수 혼합하는 단일 이중 격자 4극 진공관으로 결합할 수도 있었다. 후년에는 오극 혼합관으로 유사하게 달성되었는데, 이는 유사한 두 입력 증폭/발진 진공관이지만 (5극 진공관과 마찬가지로) 억제 격자와 이 경우 두 개의 스크린 격자를 포함하여 플레이트와 두 신호 격자들을 서로 정전기적으로 분리했다. 오늘날의 수신기에서는 저렴한 반도체 소자 기술(트랜지스터)을 기반으로 하므로, 두 기능을 하나의 능동 장치로 결합하는 데 비용상의 이점이 없다.
# 스크린 격자 진공관
Osram S23 스크린 격자 진공관 내부 모습. 이 진공관에서 애노드는 두 개의 평판 형태로 되어 있다. 스크린 격자선도 볼 수 있다. 애노드-격자 정전 용량을 최소화하기 위해 애노드 연결은 엔벨로프의 상단에 있다. 스크린 격자 전압보다 낮은 애노드 전압에서, 4극 진공관 특성 곡선은 애노드에서의 2차 전자 방출로 인해 꺾여 있다. 정상적인 애노드 전압 범위에서, 애노드 전류는 애노드 전압에 대해 실질적으로 일정하다. 이 두 가지 특징은 애노드 전류가 전체적으로 기울기가 증가하면서 연속적으로 증가하는 3극 진공관의 해당 곡선과는 매우 다르다. 최초의 상용 스크린 격자 진공관인 Marconi-Osram S625. 스크린은 애노드를 완전히 감싸는 금속 망사 면을 가진 원통형이며, 전극 간 절연을 개선하기 위해 한쪽 끝에는 애노드 단자가, 다른 쪽 끝에는 격자 단자가 있는 이중 말단 구조이다. 스크린 격자관은 3극 진공관보다 제어 격자-애노드 정전 용량이 훨씬 작고 증폭 계수가 훨씬 크다. 3극 진공관을 사용하는 무선 주파수 증폭기 회로는 3극 진공관의 격자-애노드 정전 용량으로 인해 발진하기 쉬웠다.Henney, K., Richardson, G. A. (1952) Principles of Radio, 6th ed. New York: John Wiley & Sons. pp. 279 - 282 스크린 격자관에서는 스크린 격자, 실드 격자 또는 때로는 가속 격자라고 불리는 격자가 제어 격자와 애노드 사이에 삽입된다. 스크린 격자는 제어 격자와 애노드 사이에 정전기적 실드를 제공하여 그들 사이의 정전 용량을 매우 작은 양으로 줄인다.Zepler, E. E. (1943) The Technique of Radio Design, New York: John Wiley and Sons. pp. 183–187, 219-221. Retrieved 13 Oct. 2021 1915년에서 1916년 사이에 물리학자 발터 H. 쇼트키는 캐소드 공간 전하와 제어 격자에 대한 애노드 전기장의 영향을 줄이기 위해 애노드와 제어 격자 사이에 격자를 배치하여 정전기적 실드를 제공하는 최초의 진공관을 개발했다.Tapan, Sarkar, Mailloux, Oliner, 살라자르-팔마, Sengupta (2006) History of Wireless. New Jersey: John Wiley & Sons Inc. pp. 108 - 109, 344.Editors (Oct. 1927) "Screened Valves" Experimental Wireless & The Wireless Engineer pp. 585-586. 쇼트키는 이 스크린 격자관을 1916년에 독일에서, 1919년에 미국에서 특허를 받았다.Ballantine, Cobb (Mar. 1930) "Power Output Characteristics of the Pentode". Proc. IRE. p. 451.H. J. Reich (1944) Theory and Applications of Electron Tubes, 2nd ed.,. New York: McGraw-Hill Book Co. p. 56. 이 진공관은 독일에서 생산되었고 지멘스-쇼트키 진공관으로 알려졌다. 일본에서는 안도 히로시가 1919년에 스크린 격자 구조 개선에 대한 특허를 받았다.isbn = 9781107636187 (Brown incorrectly gives Ando as first screen grid patent and gives incorrect account of Schottky). 1920년대 후반 동안, 닐 H. 윌리엄스와 앨버트 헐 (제너럴 일렉트릭 소속), MOV의 H. J. 라운드, 필립스의 베르나르드 텔레겐이 개선된 스크린 격자관을 개발했다. 이 개선된 스크린 격자관은 1927년에 처음 판매되었다.Editors (Sept. 21, 1927) "Guide to the Show Olympia 1927". Wireless World. p. 375. Retrieved Oct. 12 2021 3극 진공관의 애노드-격자 정전 용량(밀러 효과)을 통한 피드백은 특히 애노드와 격자가 무선 주파수(RF) 증폭기에서 흔히 볼 수 있듯이 동조 공진 회로에 연결될 때 발진을 유발할 수 있었다.Turner, L.B. (1931) p. 257 약 100 kHz 이상의 주파수에서는 중화 회로가 필요했다. 소신호 증폭에 사용되는 일반적인 3극 진공관은 격자-애노드 정전 용량이 8 pF였던 반면, 일반적인 스크린 격자 진공관의 해당 수치는 0.025 pF였다.E. T. Cunningham, Inc. (1932) The Cunningham Radio Tubes Manual, Technical Series No. C-10, Harrison, NJ: E. T. Cunningham, Inc. pp. 22, 28 잘 설계된 스크린 격자관 RF 증폭기 단에는 중화 회로가 필요하지 않았다.Henney, K. (1938) Principles of Radio, 3rd ed.. New York: John Wiley & Sons, Inc. pp. 327 - 328. Retrieved 14 Oct. 2021Hull, Albert W. (April 1926) "Measurements of High Frequency Amplification with Shielded-Grid Pliotrons". Physical Review Vol. 27. pp. 439 - 454. 스크린 격자는 양의 DC 전압에 연결되고, 접지된 바이패스 축전기에 의해 AC 접지 상태를 유지한다. 증폭기로서의 스크린 격자관의 유효 작동 영역은 스크린 격자 전압보다 큰 애노드 전압으로 제한된다. 애노드 전압이 스크린 격자 전압보다 크면 캐소드에서 나오는 일부 전자가 스크린 격자에 부딪혀 스크린 전류를 생성하지만, 대부분은 스크린의 열린 공간을 통과하여 애노드로 계속 진행한다. 애노드 전압이 스크린 격자의 전압에 접근하거나 그 아래로 떨어지면, 플레이트 특성 이미지에 나타난 것처럼 스크린 전류가 증가한다. 스크린 격자를 추가하면서 또 다른 이점이 명확해졌다. 애노드 전압이 스크린 전압보다 큰 한, 애노드 전류는 애노드 전압과 거의 완전히 독립적이 된다. 이는 매우 높은 애노드 동적 저항에 해당하며, 애노드 부하 임피던스가 클 때 훨씬 더 큰 전압 이득을 가능하게 한다.Rider, John F. (1945). Inside the Vacuum Tube. New York: John F. Rider Publisher Inc. p. 286. Retrieved 10 June 2021 애노드 전류는 제어 격자 및 스크린 격자 전압에 의해 제어된다. 결과적으로, 4극 진공관은 주로 트랜스컨덕턴스(제어 격자 전압에 대한 애노드 전류의 변화)로 특징지어지는 반면, 3극 진공관은 증폭 계수(뮤), 즉 최대 가능한 전압 이득으로 특징지어진다. 스크린 격자 진공관이 도입될 당시, 라디오 수신기에 사용되는 일반적인 3극 진공관의 애노드 동적 저항은 20 kΩ 이하였지만, 일반적인 스크린 격자 진공관의 해당 수치는 500 kΩ이었다. 일반적인 3극 진공관 중파 RF 증폭기 단은 약 14의 전압 이득을 생성했지만, 스크린 격자관 RF 증폭기 단은 30에서 60의 전압 이득을 생성했다.Henney (1938) pp. 317, 328 1929년 Osram Music Magnet 수신기의 두 개의 S23 스크린 격자 진공관 매우 낮은 격자-애노드 정전 용량을 최대한 활용하기 위해 라디오 제작 시 애노드와 격자 회로 사이의 차폐가 중요하게 고려되었다. S625 진공관은 내부 스크린 격자의 위치에 맞춰 접지된 평면 금속 실드에 장착되었다. 입력 또는 제어 격자 회로는 실드 한쪽에 있었고, 애노드 또는 출력 회로는 다른 쪽에 있었다. S23 진공관을 사용하는 수신기에서는 2단계 RF 증폭기의 각 전체 단과 동조 검파기 단이 정전기 차폐를 위해 개별적인 큰 금속 상자에 둘러싸여 있었다. 이 상자들은 그림에서 제거되었지만, 상자 바닥의 위로 향한 모서리를 볼 수 있다. 따라서 스크린 격자 진공관은 무선 장비의 중파 및 고주파 범위에서 더 나은 무선 주파수 증폭을 가능하게 했다. 이들은 1927년 후반부터 1931년까지 라디오 수신기의 무선 주파수 증폭 단계 설계에 일반적으로 사용되었으나, 이후 5극 진공관으로 대체되었다.
# 스크린 격자관의 애노드 특성
스크린 격자관의 제한된 적용성과 RF 5극 진공관(1930년경 도입)으로의 빠른 교체 이유는 전자의 특이한 애노드 특성(즉, 애노드 전압에 대한 애노드 전류의 변화) 때문이었다. 정상적인 응용에서 애노드 전압은 약 150V였고, 스크린 격자 전압은 약 60V였다(Thrower p 183). 스크린 격자가 캐소드에 대해 양의 전위를 가지므로, 격자 영역에서 애노드로 통과했을 전자 중 일부(아마도 4분의 1)를 수집한다. 이로 인해 스크린 격자 회로에 전류가 흐른다. 일반적으로 이러한 원인으로 인한 스크린 전류는 작고 중요하지 않다. 그러나 애노드 전압이 스크린 전압보다 낮아지면 스크린 격자는 에너지 있는 1차 전자의 충격으로 애노드에서 방출된 2차 전자도 수집할 수 있다. 두 효과 모두 애노드 전류를 감소시키는 경향이 있다. 애노드 전압이 낮은 값에서 증가하면, 스크린 격자가 정상 작동 전압(예: 60V)에 있을 때 애노드 전류는 초기에 급격히 증가하는데, 이는 스크린 격자를 통과하는 전자 중 더 많은 수가 스크린 격자로 돌아가지 않고 애노드에 의해 수집되기 때문이다. 4극 진공관 애노드 특성의 이 부분은 3극 진공관 또는 5극 진공관의 해당 부분과 유사하다. 그러나 애노드 전압이 더 증가하면 애노드에 도달하는 전자가 풍부한 2차 방출을 유발할 충분한 에너지를 가지게 되고, 이 2차 전자 중 많은 수가 애노드보다 더 높은 양의 전압을 가진 스크린에 의해 포획된다. 이로 인해 애노드 전압이 증가할 때 애노드 전류가 증가하기보다는 감소한다. 어떤 경우에는 애노드 전류가 실제로 음이 될 수도 있다(애노드에서 전류가 흘러나옴). 이는 각 1차 전자가 하나 이상의 2차 전자를 생성할 수 있기 때문에 가능하다. 양의 애노드 전류가 감소하고 애노드 전압이 증가함에 따라 애노드 특성에 음의 기울기 영역이 생기는데, 이는 특정 회로에서 불안정성을 유발할 수 있는 부저항에 해당한다. 더 높은 애노드 전압 범위에서는 애노드 전압이 스크린 전압을 충분히 초과하여 2차 전자 중 점점 더 많은 부분이 애노드로 다시 끌려오므로 애노드 전류가 다시 증가하고 애노드 특성의 기울기가 다시 양이 된다. 훨씬 더 높은 애노드 전압 범위에서는 모든 2차 전자가 애노드로 돌아가고, 진공관을 통한 전류의 주요 제어가 제어 격자의 전압이기 때문에 애노드 전류는 실질적으로 일정해진다. 이것이 진공관의 정상 작동 모드이다.url-access = registration 일반적인 3극 진공관 애노드 특성 스크린 격자관의 애노드 특성은 따라서 3극 진공관의 특성과는 상당히 다르다. 애노드 전압이 스크린 격자 전압보다 낮은 경우, 다이나트론 영역Happell, Hesselberth, (1953). Engineering Electronics. New York: McGraw-Hill. p. 88 또는 4극 진공관 꺾임이라고 불리는 독특한 부저항 특성이 있다. 애노드 전압이 스크린 격자 전압보다 큰 영역에서 기울기가 낮은 거의 일정 전류 영역 또한 3극 진공관과는 현저히 다르며, 증폭기로서의 스크린 격자관의 유효 작동 영역을 제공한다.John F. Rider, (1945). pp. 293 - 294 낮은 기울기는 매우 바람직한데, 이는 장치가 생성할 수 있는 전압 이득을 크게 향상시키기 때문이다. 초기 스크린 격자관은 동등한 3극 진공관보다 증폭 계수(즉, 트랜스컨덕턴스와 애노드 기울기 저항 Ra의 곱)가 50배 이상 높았다. 정상 작동 범위에서의 높은 애노드 저항은 스크린 격자의 정전기 차폐 작용의 결과인데, 이는 애노드로 인한 전기장이 제어 격자 영역으로 침투하는 것을 방지하기 때문이다. 이 영역에서는 전기장이 전자의 통과에 영향을 미칠 수 있으며, 애노드 전압이 높을 때 전자 전류를 증가시키고 낮을 때 감소시킬 수 있다. 일반적인 5극 진공관 애노드 특성. 애노드 전압의 넓은 범위에 걸쳐 특성이 작은 양의 기울기를 가진다. 스크린 격자관에서는 이 영역이 스크린 격자 전압보다 큰 애노드 전압으로 제한된다. 4극 진공관의 부저항 작동 영역은 부저항 발진기의 한 예인 다이나트론 발진기에서 활용된다.(Eastman, p431)
# 빔 4극 진공관
빔 4극 진공관 EIMAC 4-250A 방사형 빔 전력 4극 진공관 일반적인 6L6 유형 전극 구조 및 빔 형성의 위에서 본 단면도 일반적인 빔 4극 진공관 애노드 특성. 빔 4극 진공관의 애노드 특성은 5극 진공관과 매우 유사하다. 빔 4극 진공관은 부분적으로 정렬된 전자 빔을 사용하여 스크린 격자와 애노드 사이에 밀도가 높은 저전위 공간 전하 영역을 형성함으로써 스크린 격자관의 다이나트론 영역 또는 4극 진공관 꺾임을 제거하며, 이 공간 전하 영역은 애노드의 2차 방출 전자를 애노드로 되돌린다.Donovan P. Geppert, (1951) Basic Electron Tubes, New York: McGraw-Hill, pp. 164 - 179. Retrieved 10 June 2021 빔 4극 진공관의 애노드 특성은 전력 5극 진공관의 애노드 특성보다 낮은 애노드 전압에서 덜 둥글어지므로, 동일한 애노드 공급 전압으로 더 큰 출력 전력과 더 적은 3차 고조파 왜곡을 제공한다.Norman H. Crowhurst, (1959) basic audio vol. 2, New York: John F. Rider Publisher Inc., pp. 2-75, 2-76. Retrieved 7 Oct. 2021J. F. Dreyer Jr., (April 1936) "The Beam Power Output Tube". New York: McGraw-Hill, Electronics p. 21 빔 4극 진공관은 일반적으로 저주파부터 무선주파수까지 전력 증폭에 사용된다. 빔 4극 진공관은 1933년 EMI의 세 엔지니어인 이삭 쇼엔베르크, 캐봇 불, 시드니 로다에 의해 영국에서 특허를 받았다.Schoenberg, Rodda, Bull, (1935) Improvements in and relating to thermionic valves, GB patent 423,932
# 임계 거리 4극 진공관
런던의 하이 진공 진공관 회사(Hivac)는 1935년 8월에 J. H. 오웬 해리스의 임계 거리 효과를 활용하여 애노드 전압-애노드 전류 특성의 다이나트론 영역을 제거한 일련의 전력 출력 4극 진공관을 출시했다.Harries, J. H. Owen. (Aug. 2nd, 1935). "A New Power Output Valve". Wireless World, pp. 105 - 106 임계 거리 진공관은 애노드 2차 전자들을 애노드로 되돌리는 공간 전하 회귀를 활용했다.Rodda, S. (Jun. 1945). "Space Charge and Electron Deflections in Beam Tetrode Theory". Electronic Engineering, p. 542 임계 거리 4극 진공관의 독특한 물리적 특징은 넓은 스크린 격자-애노드 거리와 타원형 격자 구조였다. 넓은 스크린 격자-애노드 거리는 애노드 전위가 스크린 격자 전위보다 낮을 때 애노드 2차 전자들을 애노드로 되돌리는 저전위 공간 전하의 형성을 용이하게 했다.Schade, O. H. (Feb. 1938)."Beam Power Tubes" Proc. I.R.E., Vol. 26, No. 2, p. 169 타원형 격자는 제어 격자 지지봉이 캐소드에서 더 멀리 떨어져 있게 하여 제어 격자 전압에 따른 증폭 계수 영향을 줄였다.Salzberg, Bernard. (1937). Electron discharge device. U.S. patent 2,073,946 제어 격자 전압이 0이거나 음의 전압일 때, 제어 격자 지지봉과 제어 격자는 캐소드에서 나오는 전자 흐름을 두 개의 주요 공간 전류 영역으로 형성했는데, 이들은 180도 떨어져 있으며 애노드 둘레의 넓은 두 섹터로 향했다.RCA. (1940). Vacuum Tube Design. Harrison, NJ: RCA Manufacturing Co., Inc. pp. 241, 243 이러한 특징은 포화가 더 낮은 애노드 전압에서 발생하고 낮은 애노드 전압에서 애노드 전압-애노드 전류 특성의 곡률(더 작은 반경)이 증가하기 때문에 유사한 전력 5극 진공관보다 다소 더 큰 출력 전력과 더 낮은 왜곡을 초래했다. 이러한 유형의 4극 진공관이 다양하게 출시되었는데, 국내 수신기 시장을 겨냥하여 일부는 저전력 배터리 구동 세트를 위한 2볼트 직류 필라멘트 정격이었고, 다른 일부는 주전원 작동을 위한 4볼트 이상의 히터 정격의 간접 가열 캐소드를 가졌다. 출력 전력 정격은 0.5와트에서 11.5와트까지 다양했다. 혼란스럽게도, 이 새로운 진공관 중 여러 개는 거의 동일한 특성을 가진 기존 5극 진공관과 동일한 유형 번호를 가졌다. 예를 들어 Y220 (0.5W, 2V 필라멘트), AC/Y (3W, 4V 히터), AC/Q (11.5W, 4V 히터) 등이 있다.