Пенто́д (от пять, по числу электродов) — вакуумная электронная лампа с экранирующей сеткой, в которой между экранирующей сеткой и анодом размещена третья сетка, называемая защитной или антидинатронной, подавляющая динатронный эффект. Как правило, в пентодах прямого накала третья сетка соединяется со средней точкой катода, в лампах косвенного накала — с любой точкой катодаВ лампах, предназначенных для работы с схемах с общей сеткой или в каскадах преобразования частоты, где катод не соединён по переменному току с общим проводом, третья сетка имеет отдельный вывод и в штатном (паспортном) режиме должна соединяться с общим проводом (например, 6П15П, 6Ж2П).. В большинстве пентодов третья сетка и катод электрически соединены внутри баллона лампы, поэтому у них всего четыре вывода электродов. Ранее в литературе пентодами в строгом смысле именовались именно такие, четырёхвыводные лампы, а пентоды с отдельным выводом третьей сетки именовались «трёхсеточными лампами». По конструкции и назначению пентоды делятся на четыре основных типа: маломощные усилители высоких частот, выходные пентоды для видеоусилителей, выходные пентоды усилителей низких частот и мощные генераторные пентоды.
Экранированные лампы, — тетрод и пентод, — ввиду меньшей проходной емкости превосходят триод по коэффициенту усиления на высоких частотах из-за эффективного подавления эффекта Миллера. Верхняя рабочая частота пентодного усилителя может достигать Обычные пентодные усилители с резистивной нагрузкой и ВЧ-коррекцией работоспособны на частотах до 200 МГц. В диапазоне 100 МГц — 1 ГГц применяются особые усилители с бегущей волной (Цыкин, с. 210)..
Пентод выгодно отличается от тетрода отсутствием ниспадающего участка на вольт-амперной характеристике, устойчивостью к самовозбуждению и меньшими нелинейными искажениями.
Пентодам свойственно высокое внутренне выходное сопротивление — в бо́льшей части рабочих анодных напряжений пентоды эквивалентны управляемым источникам тока. Коэффициент полезного действия усилителя мощности на пентодах (около ) существенно выше, чем у усилителя на триодах )В разных источниках называются разные значения КПД. Одни авторы включают в знаменатель формулы КПД только мощности, непосредственно рассеиваемые на аноде лампы, другие учитывают мощности, рассеиваемые на экранирующих сетках, мощности накала и т. д. Во всех случаях КПД экранированной лампы выше КПД триода., но несколько ниже, чем у усилителя на лучевых тетродахПоследнее объясняется тем, что у лучевого тетрода существенно меньше потери на ток экранирующей сетки и несколько выше предельный размах анодного напряжения — см. Рейх, с. 97—99. Считается, что расчётный КПД описывает режим максимальной выходной мощности, и не применим к работе в менее напряжённых режимах..
Недостатки пентодов (и вообще всех экранированных ламп) — более высокие, чем у триода, нелинейные искажения, в которых преобладают нечетные гармоники, существенная зависимость коэффициента усиления от сопротивления нагрузки, бо́льший уровень собственных шумов.
История изобретения В 1906—1908 годах Ли де Форест изобрёл первую усилительную лампу — триод. Ошибочно полагая, что проводимость триода обусловлена ионным током газового разряда, изобретатель не пытался создать в баллоне своей лампы глубокий вакуум. Напротив, обнаружив, что его ртутный вакуумный насос загрязняет баллон парами ртути, Де Форест переключился на эксперименты с ртутными лампами.
Австриец Роберт фон Либен разработал свою конструкцию триода с наполнением парами ртути с оксидным катодом, и в 1913 году довёл мощность своего триодного радиопередатчика до на волне В том же 1913 году тридцатичетырёхлетний Либен умер, и на этом закончилась австрийская ветвь раннего развития радиотехники.. В том же 1913 году патент де Фореста приобрела корпорация AT&T. Работавший в ней Харолд Арнолд понял, что для стабильной работы «повторителя» де Фореста необходим высокий вакуум, и в течение года довёл до серийного производства первый практический вакуумный триод — как его назвали — повторитель для телефонных линий. Чайлд (1911), Ленгмюр (1913) и Шоттки (1914) разработали модель пространственного заряда в электронных лампах — математический аппарат, описывающий свойства вакуумных ламп. Из теории следовал подтверждаемый практикой вывод о том, что предельная частота усиления триодного усилителя ограничена влиянием его проходной ёмкости (ёмкости анод — управляющая сетка) :
где — крутизна сеточно-анодной характеристикиСовременная (послевоенная) трактовка вывода из закона Чайлда — Ленгмюира. Вывод формулы — см. Батушев, с. 105; толкование применительно к пентоду — см. Батушев, с. 127..
Триод оказался пригоден только для работы на звуковых частотах, длинных и средних радиоволнах. Для освоения коротковолнового диапазона было необходимо радикально снизить проходную ёмкость лампы. В 1926 году Альберт Халл решил эту проблему введя между управляющей сеткой и анодом триода дополнительную экранирующую сетку. , работавший в , первым довёл идею Халла до серийного выпуска электронных ламп с экранной сеткой и в 1927 году на рынке появились радиочастотные тетроды с проходной ёмкостью не более .
Независимо от Халла и Раунда над многоэлектродными лампами работала группа под началом . В отличие от американцев, голландцев интересовали не радиочастоты, а качественное воспроизведение звуковых частот и улучшение экономичности ламп. Тетрод, от природы нелинейный из-за принципиально неустранимого динатронного эффекта, был мало пригоден для этой целиОтрицательный наклон ВАХ был устранён в лучевом тетроде, который появился только в 1932 году и фактически представлял собой эволюцию пентода, а не тетрода.. Для того, чтобы подавить динатронный эффект, Бернард Теллеген предложил разместить между экранирующей сеткой и анодом третью сетку, электрически соединённую с катодом. Эта сетка выполнялась относительно редкой и практически не влияла на первичный поток электронов от катода к аноду, но эффективно блокировала ток вторичных электронов от анода к экранирующей сетке вызывающих динатронный эффект. Раунд пришёл к той же идее в том же 1926 году, но первенство предложения уже принадлежало Теллегену, а патент на изобретение — Philips.
Philips лицензировал производство пентодов по всему миру и вступил в стратегическое партнёрство с Bell Labs. В 1931 году серийный выпуск низкочастотных пентодов начали RCA в США и KO Vacuum Tube в Японии. В 1932 году RCA выпустила первые радиочастотные пентоды тип 57 и тип 58. Уже в начале 1932 в США массово публиковались любительские конструкции на пентодахPentode amplifier without altering old sets . Popular Mechanics, vol. 57, no. 2 (февраль 1932), с. 293. Описывается одноламповый УНЧ радиоприёмника на низкочастотном пентоде.. Фирма EMI (Великобритания) не пожелала покупать патент Теллегена, считавшийся одной из самых ценных разработок Philips, и взамен создала альтернативу пентоду — лучевой тетрод. Развитие мощных ламп разделилось на две ветви — лучевой тетрод в США и Великобритании, пентод в континентальной Европе.
Схожесть электрических свойств лучевых тетродов и мощных усилительных пентодов привела к смешению этих терминов в литературе. Одна и та же лампа может именоваться и лучевым тетродом, и пентодом — несмотря на принципиальные разницы во внутреннем устройстве этих типов ламп. Так, в справочнике Кацнельсона и Ларионова 1968 года лучевой тетрод 6П1П назван пентодом, при том, что на прилагаемом рисунке показываются несвойственные пентоду лучеобразующие пластины. В справочнике Госэнергоиздата 1955 года 6П1П названа лучевым тетродом. Та же путаница терминов происходила и в англоязычной литературе: комбинированная лампа PCL82 (советский аналог — 6Ф3П) в технической документации Thorn-EMI классифицируется как «триод — лучевой тетрод», в документации Mullard как «триод — пентод».
Пик нововведений в электровакуумной технике пришёлся на 1934 год — в этом году производители выбросили на рынок максимальное количество новых разработок, в том числе первые радиочастотные пентоды-жёлуди тип 954 и тип 956. Наметился переход в стационарной аппаратуре напряжений накала с и на напряжение . Продолжилось развитие и многоэлектродных и комбинированных ламп — RCA выпустила на рынок гептод (пентагрид), Telefunken выпустил октод и триод-гексод.
В послевоенные годы пентоды развивались эволюционно. В 1950—1952 начался переход от октальных ламп к миниатюрным «пальчиковым» лампам с девятью штырькамиСемиштырьковые стеклянные лампы диаметром 19 мм появились ещё в конце 1930-х годов. Семь выводов были достаточны для «упаковки» пентода, но двойные триоды и многоэлементные лампы (гептоды и т. п.) требовали как минимум восьми выводов. Поэтому для массовой замены октальных ламп был выбран именно девятиштырьковый конструктив.. В 1953 они стали стандартом НАТО, к 1958 году практически всяЗа исключением мощных ламп нового поколения, например, разработанной в 1949 году EL34. Эти лампы были несколько меньше своих предшественников, но всё же слишком велики для миниатюрного цоколя. вся номенклатура массовых приёмно-усилительных ламп была выпущена в новом конструктиве, к 1960 доля ламп в металлическом корпусе с октальным цоколем в СССР снизилась до от общего выпуска. Новые разработки оптимизировались для достижения максимального КПД, иногда в ущерб линейности (пример — EL84, проигрывавший в линейности своим предшественникам).
Последнее поколение радиоламп, до практически полного вытеснения их полупроводниковыми приборами, сверхминиатюрные лампы в металлокерамическом корпусе нувисторы, было выпущено RCA в 1960 году, но не нашло массового применения за пределами ВПК. В американской нувисторной серии пентоды не производились, а в СССР был выпущен пентод-нувистор 6Ж54Н. Был разработан в СССР и свой, уникальный: «Russian Subminiature Tubes are constructed entirely differently from other subminiature tubes.» класс ламп — сверхминиатюрные стержневые лампы конструкции В. Н. Авдеева, в которых вместо традиционных витых сеток использовались жёсткие стержни, ориентированные параллельно катодам.
Области применения В зависимости от выполняемых функций, пентоды широкого применения можно разделить на четыре типа, а внутри самого многочисленного типа (высокочастотные маломощные пентоды) выделить особые подтипы по функциям. Каждая сфера применения ставила перед конструкторами особые приоритеты, и для их реализации каждый тип пентодов обрёл свои конструктивные особенности.