Már 1883-ban megfigyelte Thomas Alva Edison, hogy az izzólámpa felhevített szénszálából elektronok lépnek ki, ezt a jelenséget ma termikus hatásnak nevezzük. A megfigyelésnek azonban nem tulajdonított nagy jelentőséget, hiszen a célja akkor a hosszú életű izzólétrehozása volt. Húsz évnek kellett eltelnie, hogy John Ambrose Fleming, aki Marconi megbízásából az adóberendezést fejlesztette a transzatlanti rádióátviteli kísérletekhez, 1904-ben létrehozza az általa oszcillációs csőnek nevezett eszközt a beérkező váltóáramú jelek egyenirányításához. Ezt az eszközt ma izzókatódos elektroncsőnek nevezzük és diódaként üzemelt a vevőkészülékekben.
Fleming a csőben egy filament jellegű katódot helyezett el és eleinte vele szemben egy fémlap volt az anód, de később a filament katódot körülvevő henger lett az anód. Ezzel a csővel az antennára érkező váltakozó áramú jelet tudta egyenirányítani a diódahatás segítségével. A jelet az anód és a katód közé kötötte be. Amikor az anód feszültsége pozitív volt a katódhoz képest, akkor elektronok áramlottak a katódról az anódra. Amikor viszont az anód feszültsége negatív volt, akkor az elektronáramlás megszűnt, a dióda lezárt. Ezzel létrejött az egyenirányító hatás, amire a rádióvevők szempontjából nagy szükség volt.
Az egyenirányítást az izzókatódos elektroncső megoldotta, de az igazi kihívást a jelek erősítése jelentette. Erre két évvel később Lee de Forest talált
megoldást, amikor az anód és a katód közé egy hullámalakban meghajlított elektródát tett és a csövet ionizált gázzal töltötte fel. A közbülső rácsra adott kis jelek a katód és az anód közötti elektronáramlásra jelentős hatással voltak, így ezzel az eszközzel megszületett a jelerősítésre alkalmas eszköz, amit Lee de Forest grid-Audion névvel illetett, de lényegében ez a későbbi trióda kezdetleges, de hatékony változata volt.
A trióda hamar megjelent a telefonerősítőkben is és végre meg lehetett oldani a több ezer kilométeres beszédösszeköttetéseket is az elektroncsővel megépített vonalerősítők alkalmazásával. Ugyanakkor hamar kiütköztek a tökéletlenségei is. A vezérlőrács és az anód ugyanis egyben kapacitív tagként is jelen voltak és ez instabilitást és oszcillációt okozott az erősítőkben a magasabb frekvenciákon. A jelenséget John Milton Miller írta le 1920-ban és jelentette meg a Scientific Papers of the Bureau of Standards című kiadványban, ezért Miller-effektusnak hívják. A trióda alapegyenletei – amiket a két Barkhausen-egyenlettel lehet a legjobban leírni – egyébként is magukban hordozzák az egyes paraméterek egymástól való függését is, ami megint csak torzításokhoz vezet szélesebb tartományban.
Éppen ezért megindult az erőfeszítés a trióda továbbfejlesztésére, aminek eredménye a Walter Hans Schottky német fizikus és villamosmérnök által 1915-ben kifejlesztett tetróda, ahol a vezérlőrács és az anód közé egy segédrácsot iktatott be, ami lényegesen csökkentette a Miller-effektust. A segédrácsot vagy más néven árnyékolórácsot (screen grid) – pozitív feszültségre kötve sikerült az anód és a vezérlőrács közötti kapacitást jelentősen lecsökkenteni.
A tetróda tehát megoldást jelentett a Miller-effektus hatásának a minimalizálásában, azonban hozott egy újabb problémát, ami a másodlagos emisszióval volt kapcsolatos. A másodlagos emisszió ebben az esetben azt jelenti, hogy a katódról induló elektronok, amikor becsapódnak az anódba, képesek újabb elektronokat abból kiütni. Ez a jelenség a trióda esetén nem okozott problémát, mert az anód egyszerűen „visszaszívta” ezeket az elektronokat, mivel pozitív feszültségre volt kötve, a vezérlőrács pedig negatív feszültséget kapott. A tetróda esetében azonban az árnyékolórács is pozitív feszültségre kapcsolódott, hogy kifejtse a hatását. Amikor viszont ez a pozitív feszültség magasabb volt, mint az anód feszültsége, akkor a másodlagos emisszió elektronjai az árnyékolórácsra érkeztek, ezzel egy anódáram-csökkentő tényezőt okozva. Ez viszont egy jellegzetes horpadást hozott be az anódáram-anódfeszültség karakterisztikán, ami korlátozta a tetróda dinamikus tartományát és hatékonyságát.
Több próbálkozás után a leghatékonyabb megoldást a Philips két mérnöke, Bernard D. H. Tellegen (1900-1990) és Gilles Holst (1886-1968) találta meg és nyújtotta be a szabadalmat a pentódára Hollandiában 1926. december 24-én, az USA-ban pedig 1927. november 25-én US 1945040 lajstromszámon. Utóbbinak a címe „Means for amplifying electrical oscillations” volt. A szabadalmaztatott találmány lényege az volt, hogy az anód és az árnyékolórács közé még egy rácsot – a fékezőrácsot vagy fojtórácsot (suppressor grid) – iktattak be és ezt a katódhoz vagy ahhoz közeli potenciálra kötötték be. Ez a negatív feszültség megakadályozta az anódról induló másodlagos emisszió eljutását az árnyékolórácsra, így kiküszöbölték az anódáram csökkenését.
A találmányt alapvetően Bernard D. H. Tellegen – holland nevén Bernardus Dominicus Hubertus Tellegen – villamosmérnök dolgozta ki. Tellegen 1923-ban végzett a delfti egyetemen, majd a Philips Fizikai Laboratóriumában Eindhovenben kezdte meg a munkáját, ahol a Laboratórium igazgatója Gilles Holst fizikus volt és tapasztalatával és fizikusi meglátásaival járult hozzá a pentóda kifejlesztéséhez. Később Bernard Tellegen nevéhez fűződött a passzív, lineáris, veszteségmentes kétpólusú hálózati elem, a girátor, mint ötödik lineáris elem bevezetése az ellenállás, a kondenzátor, az induktor és az ideális transzformátor mellett. Ugyancsak az ő nevét viseli a Tellegen-tétel is a hálózatelméletben. Giles Holst neve pedig a kisnyomású nátriumlámpa feltalálásáról is ismert.
A szabadalom benyújtásával egyidőben a Philips megkezdte a pentódák gyártásba vitelét és nemsokára megjelent a piacon a B443-as pentóda. Ennek az
elektroncsőnek nagy sikere volt, így fokozatosan elterjedt a piacon az átállás a pentódát használó kapcsolásokra, különösen a végerősítők terén.
Természetesen a Philips, illetve a hozzá tartozó Mullard cég erőteljesen ügyelt a szabadalmi jogok betartására, amivel jelentős nyereségre tett szert, de ezt az anyagi terhet több nagyobb amerikai vállalat is igyekezett megkerülni. Olyan fejlesztéseket indítottak tehát, amik szintén kiküszöbölik a tetróda hátrányos tulajdonságait, de ugyanakkor megkerülik a Philips szabadalmát. Ennek a fejlesztésnek lett az eredménye a sugártetróda, amit az angol EMI (Electrical and Musical Industry) három mérnöke, Isaac Shoenberg, Cabot Bull és Sydney Rodda talált fel. Ha valakinek az EMI Records Ltd. lemezkiadó jut az eszébe a három betűs rövidítésről, akkor nagyon is fején találta a szöget. Ez a társaság ugyanis sok mindennel foglalkozott, náluk született meg pl. a sztereo hangzás szabadalma, a 405 soros Marconi-EMI TV sugárzás megoldása, az első CT szkenner kifejlesztése (Computer Tomography) és igen, a Beatles zeneanyagának a felvétele az Abbey Road stúdióban és a lemezeik kiadása is.
Visszatérve a tetróda továbbfejlesztésére a Philips szabadalomtól eltérően abból indultak ki, hogy a másodlagos emisszió úgy is
Ez persze bonyolultabbnak hangzik, mint a pentóda megoldása, és mint kiderült valóban precíziós gyártást igényelt. AZ EMI fejlesztői által kidogozott megoldást az EMI és a GEC által létrehozott közös vállalat, a Marconi Osram Valve valósította meg és le is gyártottak néhány száz sugártetródát, de arra a következtetésre jutottak, hogy számukra lehetetlen ezzel a technológiával nagy sorozatgyártásra berendezkedni, bár a teszteredmények jobbak voltak, mint a Philips pentóda értékei. Ezért a fejlesztési eredményeket eladták az amerikai RCA-nak (Radio Corporation of America), akik viszont létre tudták hozni azt a precíziós gyártási hátteret, amivel a vezérlőrács és a segédrács tökéletesen azonos menetemelkedését meg lehetett valósítani. Így jelent meg a piacon a legendás 6L6 fémbúrás sugártetróda, majd az üvegbúrás 6L6G és a 6L6GT. Mire azonban a fenti fejlesztési folyamat, majd a gyártás kialakítása megtörtént, már 1936-ot írtak, tehát ez tíz évvel később tudott csak piacra lépni, mint a Philips pentóda. Csak érdekességként jegyezzük meg, hogy ezt a változatot vette át akkoriban a Tungsram is itthon, szintén a szabadalmi jogok borsos ára miatt.
dr. Bartolits István
