Trong kỳ này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về đèn bốn cực – một loại đèn ra đời để giải quyết những hạn chế của đèn ba cực.
Độ lợi thấp cùng băng thông hạn chế của những bóng đèn ba cực đời đầu là nguyên nhân dẫn đến một loạt các thử nghiệm cải tiến ở đầu thế kỷ 20. Một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của ngành âm thanh thế kỷ trước là radio. Trước khi đèn điện tử chân không ra đời, thông tin liên lạc thường bị hạn chế ở kết nối có dây. Vấn đề của đèn ba cực nằm ở chỗ loại đèn này có điện dung ở giữa đĩa đèn và lưới đèn, kết hợp cùng mạch trở kháng cao, nó có thể cho phép những tín hiệu mang tần số cao ở đĩa đèn nối với lưới đèn. Đây gọi là hồi tiếp, và độ lợi của các dải tần số cao có thể bị giảm vì điện dung tạp tán (stray capacitance). Đối với ngành audio, điều này không thực sự vấn đề, nhưng đối với radio, hiện tượng này là vấn đề khá lớn tác động đến tần số radio được sử dụng.
Việc thêm lưới chắn (screen grid) vào rất quan trọng vì lưới đó có tác dụng chắn cho lưới kiểm soát, giảm lượng điện dung, đồng thời tăng băng thông. Mặc dù được nối với nguồn cấp dương, đối với dòng xoay chiều (tín hiệu mong muốn), nó thường tỏ ra hiệu quả nhất ở tiếp địa nhờ vào tụ điện bypass. Nguồn cấp dòng điện một chiều dương tăng độ lợi lên khá nhiều, bởi lưới chắn hoạt động giống như bộ gia tốc cho các electron vừa thoát ra khỏi cathode. Tất nhiên, độ lợi tăng nhiều như vậy cũng có cái giá của nó, gọi là hiện tượng phát xạ thứ cấp (secondary emission). Các electron được gia tốc tới mức khi chạm vào đĩa đèn, chúng có đủ năng lượng để đánh bật các electron nằm trên bề mặt đĩa đèn.
Những electron bị đánh bật này, đôi lúc chúng sẽ bị hút trở lại cực dương, nhưng thường là bị giữ lại bởi lưới chắn. Điều này làm tăng sự phân tán ở lưới chắn, gây biến dạng và tạo thành đặc trưng điện trở âm (negative resistance characteristic) tại một vài điểm trên quãng điện áp hoạt động. Hiện tượng này gọi là “nút thắt bốn cực” (tetrode kink). Hầu hết các bóng bốn cực được sản xuất sau này (đặc biệt là KT66 và KT88) được gọi là “bóng bốn cực không nút thắt” (tetrodes kinkless). Tuy nói rằng không có nút thắt nhưng thực ra hiện tượng này vẫn xảy ra, chỉ là chúng ít nghiêm trọng hơn những bóng bốn “thông thường”. Ngày nay chúng được gọi là bóng bốn cực tia (beam tetrode), với chữ KT là viết tắt của “kinkless tetrode”, nghĩa là “bóng bốn cực không nút thắt”. Đây từng là loại bóng công suất phổ biến nhất cho power-amp.
Với những giá trị dòng điện và điện áp dương cực nhất định, bóng bốn cực sẽ xuất hiện hiện tượng thắt nút (tetrode kink).
Bóng bốn cực tia là một biến thể của bóng bốn cực vốn dĩ đã cực kỳ phổ biến. Khoảng năm 1933, người ta bắt đầu phát triển loại bóng này để không vi phạm bản quyền bóng năm cực (pentode) do Philips sản xuất. Việc thêm lưới chắn đã chứng minh cho mọi người thấy rằng đèn điện tử chân không có thể có độ lợi rất cao, và đối với ngành radio còn có một lợi ích cực kỳ to lớn, đó là băng thông rộng hơn rất nhiều so với trước đâu. Độ lợi của các bóng đèn này cũng ít phụ thuộc vào điện áp dương cực hơn so với bóng ba cực. Dòng ở lưới chắn cũng thấp hơn so với bóng năm cực, thường chỉ bằng 5-10% so với dòng dương cực (ở bóng năm cực, dòng lưới chắn bằng khoảng 20% so với dòng dương cực). Trong trường hợp điện áp lưới không đổi, do điện áp dương cực thay đổi theo tín hiệu, thay đổi về độ lợi là rất thấp. Điện trở dương cực song song với “nguồn dòng kiểm soát điện áp”, vì thế giá trị điện trở càng cao, điện áp sẽ càng lớn.
Việc lựa chọn điện áp cho lưới chắn rất quan trọng. Nếu quá cao thì dòng quá mạnh sẽ chạy qua lưới chắn, làm tăng nhiệt độ lên và có thể làm hỏng đèn. Ngoại trừ trường hợp một vài bóng đèn sử dụng cấu trúc chuyên dụng ra, dòng ở lưới chắn hoàn toàn bị lãng phí bởi nó không thể kết hợp với dòng điện dương cực để tạo ra công suất có ích. Việc bóng bốn cự tia có dòng ở lưới chắn thấp hơn được xem như một lợi thế lớn. Nhìn chung, bóng bốn cực là một bước nhảy vọt về mặt hiệu năng với đáp tuyến tần số rộng hơn và độ lợi cao nhiều so với những bóng ba cực dù mới nhưng lại rất đắt đỏ.
Hai tia cố định bởi đĩa đèn sẽ được nối đến cathode, và điều này khiến cho tia electron đi theo một đường nhất định, bỏ qua dây thép đỡ lưới. Chúng có tác dụng hạn chế phát xạ thứ cấp ở đĩa đèn. Những tia này xuất hiện được là nhờ vào việc sắp xếp cẩn thận lưới kiểm soát và lưới chắn, từ đó tập trung tia electron trước bề mặt đĩa đèn. Việc này tạo ra một cathode ảo (còn gọi là space charge), và vì cathode ảo này nặng tính âm cực nên nó sẽ hoạt động giống như một công cụ để hạn chế phát xạ thứ cấp.
Vô hình chung, gần như mọi đèn bốn cực từ cuối thập niên 30 thế kỷ trước cho đến bây giờ đều là đèn bốn cực tia. Đĩa cố định tia được sử dụng để giúp tia electron tránh tiếp xúc với dây giữ lưới, trong khi lưới kiểm soát và lưới chắn được sắp xếp để tạo thành tia electron. Việc dẫn hướng tia electron về phần cấu trúc kim loại của cathode rất phổ biến bởi nó có tác dụng tăng nhiệt lượng toả ra do bề mặt tiếp xúc rộng hơn, từ đó sự tiêu tán anode và công suất của bóng cũng sẽ tăng theo.
(Hết kỳ 4)
Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây
Tìm hiểu về Viva Audio Solista MKIII và Solistino
Nguyễn Hào
