삼극관: 진공관 기술 초석

삼극관: 진공관 기술 초석

굴리엘모 마르코니 초기 라디오 실험이 최초 실용 진공관, 리 드 포레스트 오디온 관 무대 마련. 드 포레스트 오디온이 삼극관(triode)이라 불린 건 필라멘트(전자원), 그리드(제어 전극), 플레이트(애노드) 세 핵심 요소 포함 때문. 단순 다이오드는 필라멘트와 플레이트만 가짐.

초기 삼극관은 필라멘트 자체를 전자 방출체로 썼으나 두 큰 단점. 첫째, 필라멘트 저항으로 전압 강하 발생해 전자 방출 불균일, 교류 전원 쓸 때 원치 않는 AC 노이즈 유입. 둘째, 필라멘트 제한된 표면적 탓 최대 전류 상한.

해결 위해 간접 가열 음극(indirectly heated cathode) 채택: 꼬인 필라멘트 감싼 얇은 금속 실린더. 필라멘트가 열 공급, 음극이 가열 전류 안 흘리며 전자 방출. 간접 가열 음극 클래식 삼극관 기호:

단순화 위해 필라멘트 생략하거나 전원 연결 없이 표시도 흔함:

기본 증폭기 동작

아래 클래식 단일단 삼극관 증폭기 회로:

이 구성에서 그리드-음극 사이 저전압 AC 신호가 음극→플레이트 전자 흐름 변조. 그리드 교류 전압이 고전압 DC 전원 '스로틀'해 플레이트-음극 출력에 상응 AC 전압 생성. 그리드 전압 변동이 플레이트 전압 비해 작아 삼극관 입력 신호 효율적 증폭.

비선형성과 고조파 왜곡

그리드-음극 전압, 플레이트-음극 전압, 플레이트 전류 관계 본질적으로 비선형. 그리드 전압 변할 때 플레이트 전류 비례 변화 안 함, 특히 같은 전류 흐름으로 플레이트 전압도 동시에 변할 때. 이 비선형성이 출력 파형 왜곡, 원 입력 형상 벗어난 고조파 추가.

유도 용량과 고주파 과제

진공 사이 도체 표면 쌍마다 미세 커패시터 형성. 삼극관서 가장 큰 용량은 그리드-플레이트 사이, 아래 그림.

용량 작지만 라디오 주파수에서 리액턴스 임피던스 중요해져 저장 에너지가 신호 무결성 간섭. 고주파 한계가 스크린 그리드 추가해 사극관(tetrode) 만들며 그리드-플레이트 용량 줄이고 성능 개선 등 추가 개선 촉진.