5극 진공관

5극 진공관(Pentode)은 다섯 개의 전극을 가진 전자 장치이다. 이 용어는 1926년 길레스 홀스트와 베르나르드 텔레헨이 발명한 세 개의 그리드를 가진 증폭 진공관 또는 열전자 밸브에 가장 일반적으로 적용된다.G. Holst and B.D.H. Tellegen, "Means for amplifying electrical oscillations", US Patent 1945040, January 1934. (일부 문헌에서는 삼중 그리드 증폭기라고 불리는"RCA Receiving Tube Manual, 1940"; p118) 5극 진공관은 스크린 그리드와 플레이트 사이에 그리드를 추가하여 스크린 그리드 진공관 또는 실드 그리드 진공관(일종의 4극 진공관 진공관)에서 개발되었다. 스크린 그리드 진공관은 플레이트에서 나오는 전자의 2차 전자 방출로 인해 증폭기로서 성능이 제한되었다. 추가된 그리드를 억제 그리드라고 한다. 억제 그리드는 일반적으로 음극의 전위와 같거나 그 근처에서 작동하며, 플레이트에서 나오는 2차 방출 전자가 스크린 그리드에 도달하는 것을 방지한다. 억제 그리드를 추가하면 증폭기 작동 시 5극 진공관의 플레이트에서 동일한 플레이트 공급 전압에서 스크린 그리드 진공관의 플레이트보다 훨씬 더 큰 출력 신호 진폭을 얻을 수 있다. 5극 진공관은 1960년대에서 1970년대까지 전자 장비에 널리 제조 및 사용되었으며, 이 기간 동안 트랜지스터가 새로운 설계에서 진공관을 대체했다. 21세기 1분기 동안 몇몇 5극 진공관은 고전력 무선 주파수 응용, 악기 증폭기(특히 기타), 홈 오디오 및 틈새 시장을 위해 생산되고 있다.

 5극 진공관의 종류 
 일반적인 5극 진공관은 급격 차단 또는 고경사 5극 진공관이라고 불리며 제어 그리드에 균일한 개구부 크기를 갖는다. 제어 그리드의 균일한 구조는 그리드 전압이 점점 더 음수가 될수록 증폭 계수(뮤 또는 μ)와 상호 컨덕턴스가 거의 변하지 않아 플레이트 전류의 상당히 급격한 차단을 초래한다.Reich, Herbert J. (1941). Principles of Electron Tubes. New York: McGraw-Hill. p. 62. 이러한 5극 진공관은 제어 그리드에서 제한된 신호 및 바이어스 범위에서 작동하는 증폭기 설계에 적합하다. 예로는 EF37A, EF86/6267, 1N5GT, 6AU6A, 6J7GT가 있다. 종종, 그러나 항상 그런 것은 아니지만, 5극 진공관의 유럽 진공관 명명 체계에서 짝수는 급격 차단 장치를 나타내고 홀수는 원격 차단을 나타냈다. EF37은 이러한 일반적인 경향의 예외였는데, 아마도 EF36의 업데이트로서의 역사 때문일 것이다("The Mullard EF36, EF37 and EF37A" at the National Valve Museum).
 원격 차단, 가변 뮤, 슈퍼 제어 또는 가변 기울기 5극 진공관은 일반적인 5극 진공관보다 훨씬 더 큰 신호 및 바이어스 전압을 제어 그리드에 인가할 수 있으며, 애노드 전류를 차단하지 않는다. 가변 뮤 5극 진공관의 제어 그리드는 제어 그리드 전압이 음극에 대해 더 음수가 될수록 제어 그리드 전압의 주어진 증분 변화가 애노드 전류 변화에 미치는 영향이 적도록 구성된다.Departments of the Army and the Air Force (1952, rev. 1958). TM 11-662 Basic Theory and Application of Electron Tubes. Washington DC: USGPO. pp. 104 - 105. 제어 그리드는 종종 피치가 다른 나선형 형태를 띤다.Departments of the Army and the Air Force (1952, rev. 1958). TM 11-662. p. 41. 제어 그리드 전압이 더 음수가 될수록 진공관의 증폭 계수는 작아진다.Ballantine, Stuart and Snow, H.A. (Dec. 1930). "Reduction of Distortion and Cross-talk in Radio Receivers by Mean of Variable-mu Tetrodes". Proc. IRE. p. 2122. 가변 뮤 5극 진공관은 왜곡 및 상호 변조(혼변조)를 줄이고 일반 5극 진공관보다 훨씬 더 큰 증폭기 동적 범위를 허용한다.Rider, John F. (1936) Automatic Volume Control. New York: John F. Rider, Publisher. pp. 12 - 17. 가변 뮤 5극 진공관은 라디오 수신기의 무선 주파수 증폭기 단에 처음 적용되었으며, 일반적으로 자동 볼륨 제어와 함께 사용되었고, 신호 및 제어 전압의 큰 변화에 대한 작동 능력을 요구하는 다른 응용 분야에도 적용된다. 최초의 상업적으로 이용 가능한 가변 뮤 5극 진공관은 1932년 RCA 239와 1933년 Mullard VP4였다.Stokes, John W. (1982). 70 Years of Radio Tubes and Valves. Vestal, NY: Vestal Publishers Ltd. p. 57.Thrower, Keith R. (2009). British Radio Valves, The Classic Years: 1926-1946. Reading, England: Speedwell. p. 5.
 전력 5극 진공관, 출력 5극 진공관 또는 전력 증폭기 5극 진공관. 전력 5극 진공관은 일반 5극 진공관보다 더 높은 전류, 더 높은 온도 및 더 높은 전압에서 작동하도록 설계되었다. 전력 5극 진공관의 음극은 부하 임피던스에서 원하는 전력을 생성하기 위해 진공관을 통해 필요한 전류를 제공할 수 있는 충분한 전자 방출 능력을 갖도록 설계되었다.Departments of the Army and the Air Force (1952, rev. 1958). TM 11-662. p. 167. 전력 5극 진공관의 플레이트 또는 애노드는 일반 5극 진공관보다 더 많은 전력을 소산할 수 있도록 설계되었다.Departments of the Army and the Air Force (1952, rev. 1958). TM 11-662. p. 168 - 169. EL34, EL84, 6CL6, 6F6, 6G6, SY4307A 및 6K6GT는 전력 증폭용으로 설계된 5극 진공관의 몇 가지 예이다. 특정 텔레비전 요구 사항을 위한 일부 전력 5극 진공관은 다음과 같다.
 비디오 출력 5극 진공관, 예: 15A6/PL83, PL802
 프레임 출력 또는 수직 편향 5극 진공관, 예를 들어 PL84 및 18GV8/PCL85의 5극 진공관 섹션.
 라인 출력 또는 수평 편향 5극 진공관, 예를 들어 PL36, 27GB5/PL500, PL505 등.
 "3극-5극 진공관"은 ECF80 또는 ECL86과 같이 3극 진공관과 5극 진공관을 모두 포함하는 단일 봉투이다.

 4극 진공관에 대한 장점 
간단한 4극 진공관 또는 스크린 그리드 진공관은 이전의 3극 진공관보다 더 큰 증폭 계수, 더 많은 전력 및 더 높은 주파수 기능을 제공했다. 그러나 4극 진공관에서는 음극에서 나오는 전자가 양극(플레이트)을 때려 양극에서 떨어져 나가는 2차 전자(이 과정을 2차 전자 방출이라고 함)가 상대적으로 높은 전위 때문에 스크린 그리드로 흐를 수 있다. 양극에서 나가는 이러한 전자의 흐름은 순 양극 전류 Ia를 감소시킨다. 양극 전압 Va가 증가하면 음극에서 나오는 전자가 더 많은 에너지로 양극을 때려 더 많은 2차 전자를 떨어뜨려 양극에서 나가는 이 전자 전류를 증가시킨다. 결과적으로 4극 진공관에서는 특성 곡선의 일부에서 양극 전류 Ia가 양극 전압 Va가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타난다. 이 특성(ΔVa/ΔIa < 0)을 부저항이라고 한다. 이는 4극 진공관을 불안정하게 만들 수 있으며, 출력에서 기생 발진을 유발할 수 있으며, 특정 상황에서는 다이나트론 발진이라고 불린다.

베르나르드 텔레헨이 도입한 5극 진공관은 스크린 그리드와 양극 사이에 위치한 억제 그리드라는 추가 전극 또는 세 번째 그리드를 가지고 있어 2차 전자 방출 문제를 해결한다. 억제 그리드는 낮은 전위를 가지며, 일반적으로 접지되거나 음극에 연결된다. 양극에서 나오는 2차 전자들은 억제 그리드의 음전위에 의해 반발되므로 스크린 그리드에 도달할 수 없지만 양극으로 돌아간다. 음극에서 나오는 1차 전자들은 더 높은 운동 에너지를 가지므로 여전히 억제 그리드를 통과하여 양극에 도달할 수 있다.

따라서 5극 진공관은 더 높은 전류 출력과 더 넓은 출력 전압 스윙을 가질 수 있으며, 양극/플레이트는 스크린 그리드보다 낮은 전압에 있을 수도 있지만 여전히 잘 증폭된다."RCA Receiving Tube Manual, 1940"; p8.

 3극 진공관과의 비교 
 5극 진공관(및 4극 진공관)은 두 번째 그리드의 차폐 효과로 인해 훨씬 낮은 피드백 커패시턴스를 갖는 경향이 있다.
 5극 진공관은 스크린 그리드와 양극 사이에서 음극 전류가 무작위로 분할되기 때문에 더 높은 노이즈(분할 노이즈)를 갖는 경향이 있다.
 3극 진공관은 내부 양극 저항이 낮으므로, 음성 되먹임이 없을 때 5극 진공관에 비해 오디오 출력 회로에서 사용될 때 더 높은 감쇠 계수를 갖는다. 이는 또한 동일한 상호 컨덕턴스를 가진 5극 진공관에 비해 3극 진공관에서 얻을 수 있는 잠재적인 전압 증폭률을 감소시키며, 일반적으로 더 낮은 전력 구동 신호로 5극 진공관을 사용하여 더 효율적인 출력 스테이지를 만들 수 있음을 의미한다.
 5극 진공관은 공급 전압 변화에 거의 영향을 받지 않으므로 3극 진공관보다 불안정한 공급 장치에서도 작동할 수 있다.
 5극 진공관과 3극 진공관(및 4극 진공관)은 양극 전압이 일정하게 유지될 때 그리드(하나) 입력 전압과 양극 출력 전류 사이에 본질적으로 유사한 관계, 즉 제곱 법칙 관계에 가깝다.

 사용법 
5극 진공관은 소비자용 라디오 수신기에 처음 사용되었다. 잘 알려진 5극 진공관 유형인 EF50은 제2차 세계 대전이 시작되기 전에 설계되었으며, 레이더 세트 및 기타 군용 전자 장비에 광범위하게 사용되었다. 5극 진공관은 연합국의 전자 우세에 기여했다.

콜로서스 (컴퓨터)와 맨체스터 베이비는 많은 수의 EF36 5극 진공관을 사용했다.Tony Sale.
"The Colossus Rebuild Project"Tony Sale.
"The Colossus: its purpose and operation".Michael Saunby.
"Small signal audio pentodes" .B. Jack Copeland.
"Colossus: The secrets of Bletchley Park's code-breaking computers". 이후 7AK7 진공관은 컴퓨터 장비에 사용하기 위해 특별히 개발되었다.Sylvania. Engineering Data Service. 7AK7 . July 1953.

제2차 세계 대전 이후, 5극 진공관은 TV 수신기에 널리 사용되었으며, 특히 EF50의 후속작인 EF80이 그러했다. 진공관은 1960년대에 트랜지스터로 대체되었다. 그러나 고전력 무선 송신기와 (잘 알려진 진공관 사운드 때문에) 하이엔드 및 프로페셔널 오디오 응용 분야, 마이크 프리 앰프 및 전기 기타 앰프를 포함한 특정 응용 분야에서는 계속 사용되고 있다. 구 소련 국가들의 대규모 비축량은 이러한 장치들을 지속적으로 공급해 왔으며, 일부는 다른 목적으로 설계되었지만 오디오 용도로 개조된 GU-50 송신기 진공관과 같은 것들이 있다.

 3극 진공관 결선 5극 진공관 회로 
5극 진공관은 스크린 그리드(그리드 2)가 양극(플레이트)에 연결될 수 있으며, 이 경우 상응하는 특성(낮은 양극 저항, 낮은 뮤, 낮은 노이즈, 더 많은 구동 전압 필요)을 가진 일반 3극 진공관으로 되돌아간다. 이 장치를 "3극 진공관 결선" 또는 "3극 진공관 연결"이라고 한다. 이는 때때로 오디오 애호가 5극 진공관 증폭기 회로에서 옵션으로 제공되어 3극 진공관 전력 증폭기의 바람직한 "음향 품질"을 제공한다. 스크린 그리드의 전력 또는 전압 등급을 초과하는 것을 방지하고 국부 발진을 방지하기 위해 스크린 그리드와 직렬로 저항이 포함될 수 있다. 3극 진공관 연결은 '진정한' 전력 3극 진공관의 비용을 피하고자 하는 오디오 애호가들에게 유용한 옵션이다.

 같이 보기 
 빔 4극 진공관
 5극 진공관 트랜지스터
 진공관 오디오 증폭기 기술 사양
 진공관 목록

 각주 

분류:진공관
분류:네덜란드의 발명품