صمام ثلاثي
الصمام الثلاثي هو أنبوب تفريغ إلكتروني مكبر (أو صمام حراري في اللغة الإنجليزية البريطانية ) يتكون من ثلاثة أقطاب كهربائية داخل غلاف زجاجي مفرغ: خيط ساخن أو كاثود ، وشبكة ، ولوحة ( أنود ) .
طُوِّر الصمام الثلاثي من صمام أوديون الذي ابتكره لي دي فورست عام 1906 ، وهو صمام مفرغ جزئي أُضيف إليه قطب شبكي إلى الصمام الثنائي الحراري ( صمام فليمنج ). كان الصمام الثلاثي أول مضخم إلكتروني عملي ، وسلفًا لأنواع أخرى من الصمامات المفرغة مثل الصمام الرباعي والصمام الخماسي . ساهم اختراعه في جعل تقنية الراديو المُضخَّم والاتصالات الهاتفية بعيدة المدى ممكنة. [ 1 ] استُخدمت الصمامات الثلاثية على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية مثل أجهزة الراديو والتلفزيون حتى سبعينيات القرن العشرين، عندما حلت الترانزستورات محلها. اليوم، يقتصر استخدامها الرئيسي المتبقي على مضخمات الترددات الراديوية عالية الطاقة في أجهزة إرسال الراديو وأجهزة التسخين الصناعية بالترددات الراديوية. في السنوات الأخيرة، عاد الطلب على الصمامات الثلاثية منخفضة الطاقة بسبب تجدد اهتمام عشاق الصوت بمعدات الصوت التي تعمل بالصمامات، والذين يفضلون صوت الإلكترونيات القائمة على الصمامات. [ 2 ]
اسم
تم صياغة اسم "triode" من قبل الفيزيائي البريطاني ويليام إيكلز [ 3 ] [ 4 ] في وقت ما حوالي عام 1920، مشتق من الكلمة اليونانية τρίοδος، tríodos ، من tri- (ثلاثة) و hodós (طريق، سبيل)، والتي تعني في الأصل المكان الذي تلتقي فيه ثلاثة طرق.
تاريخ
الأجهزة السابقة


قبل اختراع الصمامات الحرارية، استخدم فيليب لينارد مبدأ التحكم في الشبكة أثناء إجراء تجارب كهروضوئية في عام 1902. [ 5 ]
كان أول أنبوب مفرغ يستخدم في الراديو [ 6 ] [ 7 ] هو الصمام الثنائي الحراري أو صمام فليمنج ، الذي اخترعه جون أمبروز فليمنج في عام 1904 ككاشف لأجهزة استقبال الراديو . كان عبارة عن بصلة زجاجية مفرغة تحتوي على قطبين كهربائيين، خيط ساخن (كاثود) ولوحة (أنود).
اختراع
ظهرت الصمامات الثلاثية عام 1906 عندما حصل المهندس الأمريكي لي دي فورست [ 8 ] والفيزيائي النمساوي روبرت فون ليبن [ 9 ] بشكل مستقل على براءات اختراع لأنابيب أضافت قطبًا ثالثًا، وهو شبكة تحكم ، بين الفتيل والصفيحة للتحكم في التيار. [ 10 ] [ 11 ] احتوى أنبوب فون ليبن ثلاثي العناصر المفرغ جزئيًا، والذي حصل على براءة اختراعه في مارس 1906، على كمية ضئيلة من بخار الزئبق وكان مصممًا لتضخيم إشارات الهاتف الضعيفة. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 9 ] ابتداءً من أكتوبر 1906 [ 10 ] حصل دي فورست على براءات اختراع لعدد من تصميمات الأنابيب ثلاثية العناصر بإضافة قطب كهربائي إلى الصمام الثنائي، والذي أطلق عليه اسم "أوديونات" ، وكان من المفترض استخدامه ككاشفات راديوية. [ 15 ] [ 8 ] تم تسجيل براءة اختراع التصميم الذي أصبح فيما بعد تصميم الصمام الثلاثي، حيث كانت الشبكة تقع بين الفتيل والصفيحة، في 29 يناير 1907. [ 16 ] [ 8 ] [ 17 ] ومثل صمام فون ليبن المفرغ، كانت صمامات أوديون دي فورست غير مفرغة تمامًا من الهواء وتحتوي على بعض الغاز بضغط منخفض. [ 18 ] [ 19 ] لم يشهد صمام فون ليبن المفرغ تطورًا كبيرًا بسبب وفاته بعد سبع سنوات من اختراعه، قبيل اندلاع الحرب العالمية الأولى . [ 20 ]
De Forest's Audion did not see much use until its ability to amplify was recognized around 1912 by several researchers,[19][1] who used it to build the first successful amplifying radio receivers and electronic oscillators.[21][22] The many uses for amplification motivated its rapid development. By 1913 improved versions with higher vacuum were developed by Harold Arnold at American Telephone and Telegraph Company, which had purchased the rights to the Audion from De Forest, and Irving Langmuir at General Electric, who named his tube the "Pliotron",[19][1] These were the first vacuum tube triodes.[18] The name "triode" appeared later, when it became necessary to distinguish it from other kinds of vacuum tubes with more or fewer elements (diodes, tetrodes, pentodes, etc.). There were lengthy lawsuits between De Forest and von Lieben, and De Forest and the Marconi Company, who represented John Ambrose Fleming, the inventor of the diode.[23]
Wider adoption
أحدث اكتشاف قدرة الصمام الثلاثي على التضخيم عام 1912 ثورة في التكنولوجيا الكهربائية، مُؤسسًا بذلك مجالًا جديدًا هو الإلكترونيات ، [ 1 ] وهو مجال تكنولوجيا الأجهزة الكهربائية النشطة ( المُضخِّمة ). وسرعان ما طُبِّق الصمام الثلاثي في العديد من مجالات الاتصالات. خلال الحرب العالمية الأولى، أصبح من الممكن استخدام أجهزة الراديو ثنائية الاتجاه التي تعمل بتقنية تعديل السعة (AM ) عام 1917 (انظر TM (صمام ثلاثي) )، والتي كانت بسيطة بما يكفي ليستخدمها الطيار في طائرة ذات مقعد واحد أثناء الطيران. وحلّت أجهزة إرسال الراديو ذات الموجة المستمرة التي تعمل بالصمام الثلاثي محل أجهزة إرسال فجوة الشرارة الضخمة وغير الفعالة التي تعمل بتقنية الموجة المُخمَّدة ، مما سمح بنقل الصوت عن طريق تعديل السعة (AM). كما حلّت أجهزة استقبال الراديو المُضخِّمة التي تعمل بالصمام الثلاثي ، والتي كانت قادرة على تشغيل مكبرات الصوت ، محل أجهزة الراديو البلورية الضعيفة ، التي كان الاستماع إليها يتطلب استخدام سماعات الأذن ، مما أتاح للعائلات الاستماع معًا. ونتج عن ذلك تطور الراديو من خدمة رسائل تجارية إلى أول وسيلة اتصال جماهيري ، مع بدء البث الإذاعي حوالي عام 1920. وقد مكّنت الصمامات الثلاثية من توفير خدمة الهاتف العابرة للقارات. سمحت أجهزة إعادة الإرسال ثلاثية الصمامات المفرغة ، التي اخترعتها شركة بيل للهواتف بعد شرائها حقوق شركة أوديون، بنقل المكالمات الهاتفية إلى ما وراء الحد الأقصى غير المُضخّم البالغ حوالي 800 ميل. واحتفلت شركة بيل بافتتاح أول خط هاتف عابر للقارات بعد ثلاث سنوات، في 25 يناير 1915. ومن الاختراعات الأخرى التي أتاحها الصمام الثلاثي: التلفزيون ، وأنظمة الإذاعة العامة ، وأجهزة الفونوغراف الكهربائية ، والأفلام الناطقة .
شكل الصمام الثلاثي الأساس التكنولوجي الذي تطورت منه الصمامات المفرغة اللاحقة، مثل الصمام الرباعي ( والتر شوتكي ، 1916) والصمام الخماسي (جيل هولست وبرناردوس دومينيكوس هوبرتوس تيلجين، 1926)، والذي عالج بعض أوجه القصور في الصمام الثلاثي المفصلة أدناه.
استُخدم الصمام الثلاثي على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية ، مثل أجهزة الراديو والتلفزيون وأجهزة الصوت ، إلى أن استُبدل في ستينيات القرن الماضي بالترانزستور ، الذي اختُرع عام ١٩٤٧، مما أنهى "عصر الصمامات المفرغة" الذي بدأ مع الصمام الثلاثي. واليوم، تُستخدم الصمامات الثلاثية في الغالب في التطبيقات عالية الطاقة التي لا تُناسبها أجهزة أشباه الموصلات الصلبة ، مثل أجهزة الإرسال اللاسلكي ومعدات التدفئة الصناعية. ومع ذلك، شهدت الصمامات الثلاثية وغيرها من أجهزة الصمامات المفرغة مؤخرًا انتعاشًا وعودةً في أجهزة الصوت والموسيقى عالية الدقة. كما لا تزال تُستخدم في شاشات العرض الفلورية المفرغة (VFDs)، التي تأتي في تطبيقات متنوعة، ولكنها جميعًا في جوهرها أجهزة ثلاثية.
بناء


تحتوي جميع الصمامات الثلاثية على قطب كاثودي ساخن يُسخّن بواسطة سلك ، يُطلق الإلكترونات، وقطب معدني مسطح (أنود) تنجذب إليه الإلكترونات، مع وجود شبكة من الأسلاك بينهما للتحكم في التيار. [ 24 ] تُغلّف هذه الصمامات داخل وعاء زجاجي مُفرّغ من الهواء إلى مستوى فراغ عالٍ، حوالي 10⁻⁹ ضغط جوي. ولأن السلك يحترق في النهاية، فإن عمر الصمام محدود، ويُصنع كوحدة قابلة للاستبدال؛ حيث تُوصل الأقطاب بدبابيس طرفية تُوصل بمقبس. يبلغ العمر التشغيلي للصمام الثلاثي حوالي 2000 ساعة للصمامات الصغيرة و10000 ساعة لصمامات القدرة. وقد وُجد أن الصمام الثلاثي المزدوج 6J6 لديه معدل فشل 0.5% لكل 1000 ساعة في شركة IBM عام 1952. [ 25 ]
صمامات ثلاثية منخفضة الطاقة
تتميز الصمامات الثلاثية منخفضة الطاقة ببنية متحدة المركز (انظر الرسم على اليمين) ، حيث تكون الشبكة والمصعد عبارة عن أسطوانتين دائريتين أو بيضاويتين تحيطان بالمهبط. المهبط عبارة عن أنبوب معدني رفيع في المنتصف. يوجد داخل المهبط سلك يُسمى "المسخن"، وهو عبارة عن شريط رفيع من سلك التنجستن عالي المقاومة ، يعمل على تسخين المهبط إلى درجة الاحمرار (800-1000 درجة مئوية). يُطلق على هذا النوع اسم " المهبط المُسخّن بشكل غير مباشر ". يُغطى المهبط بمزيج من أكاسيد المعادن القلوية الترابية ، مثل أكسيد الكالسيوم وأكسيد الثوريوم ، مما يقلل من دالة الشغل لديه ، وبالتالي يُنتج المزيد من الإلكترونات. تتكون الشبكة من حلزون أو شبكة من الأسلاك الرفيعة المحيطة بالمهبط. المصعد عبارة عن أسطوانة أو صندوق مستطيل من الصفائح المعدنية يحيط بالشبكة. يُسوّد المصعد لتشعيع الحرارة، وغالبًا ما يكون مزودًا بزعانف مُشعّة للحرارة. تنتقل الإلكترونات في اتجاه شعاعي، من المهبط عبر الشبكة إلى المصعد. تُثبّت العناصر في مكانها بواسطة عوازل من الميكا أو السيراميك ، وتُدعّم بأسلاك صلبة متصلة بالقاعدة، حيث تُخرج الأقطاب الكهربائية إلى دبابيس التوصيل. ويساعد " ممتص " (وهو عبارة عن كمية صغيرة من معدن الباريوم اللامع المُبخّر على السطح الداخلي للزجاج) في الحفاظ على الفراغ عن طريق امتصاص الغاز المنطلق في الأنبوب بمرور الوقت.
صمامات ثلاثية عالية القدرة
تستخدم الصمامات الثلاثية عالية القدرة عادةً فتيلًا يعمل ككاثود (كاثود مُسخّن مباشرةً) لأن طبقة الانبعاث على الكاثودات المُسخّنة بشكل غير مباشر تتلف بفعل قصف الأيونات العالي في صمامات القدرة. يُستخدم غالبًا فتيل من التنجستن المُثوّر ، حيث ينتشر الثوريوم المُضاف إلى التنجستن إلى السطح مُشكّلًا طبقة أحادية تُزيد من انبعاث الإلكترونات. ومع إزالة هذه الطبقة الأحادية بفعل قصف الأيونات، يتم تجديدها باستمرار بانتشار المزيد من الثوريوم إلى السطح. تعمل هذه الصمامات عمومًا عند درجات حرارة أعلى من الكاثودات المُسخّنة بشكل غير مباشر. غالبًا ما يُصنع غلاف الصمام من السيراميك الأكثر متانة بدلًا من الزجاج، وتتميز جميع المواد بنقاط انصهار أعلى لتحمّل مستويات الحرارة العالية المُنتجة. عادةً ما يتم تبريد الصمامات ذات تبديد طاقة الأنود الذي يتجاوز عدة مئات من الواط بشكل فعّال. يبرز المصعد، المصنوع من النحاس الثقيل، من خلال جدار الأنبوب ويتصل بمشتت حراري معدني خارجي كبير مزود بزعانف يتم تبريده بواسطة الهواء القسري أو الماء.
أنابيب المنارة

يُعدّ صمام "المنارة" نوعًا من الصمامات الثلاثية منخفضة الطاقة، يُستخدم في نطاق الترددات العالية جدًا (UHF)، ويتميز بتصميم مستوٍ لتقليل السعة بين الأقطاب الكهربائية وحثّ الأسلاك ، مما يُعطيه مظهر "المنارة". [ 26 ] يشكّل المهبط والشبكة والصفيحة، ذات الشكل القرصي، مستوياتٍ في مركز الصمام - أشبه بشطيرة ذات فواصل بين طبقاتها. [ 27 ] يُثبّت المهبط في الأسفل بدبابيس الصمام، بينما تُوصل الشبكة والصفيحة بطرفين منخفضي الحثّ في الجزء العلوي من الصمام: تُوصل الشبكة بحلقة معدنية في منتصفها، والصفيحة بزرّ معدني في الأعلى. هذا مثال على تصميم "ختم القرص". أما النماذج الأصغر حجمًا، فتستغني عن قاعدة الدبابيس الثمانية الموضحة في الرسم التوضيحي، وتعتمد على حلقات التلامس لجميع التوصيلات، بما في ذلك السخان ومهبط التيار المستمر.
كذلك، فإن أداء الترددات العالية محدود بزمن العبور: وهو الزمن اللازم للإلكترونات للانتقال من المهبط إلى المصعد. تأثيرات زمن العبور معقدة، لكن أحد أبسطها هو موصلية الدخل، والمعروفة أيضًا بحمل الشبكة. عند الترددات العالية جدًا، قد تصبح الإلكترونات الواصلة إلى الشبكة خارج الطور مع تلك المغادرة نحو المصعد. يؤدي هذا الخلل في الشحنة إلى أن تُظهر الشبكة مفاعلة أقل بكثير من خاصية "الدائرة المفتوحة" عند الترددات المنخفضة. [ 28 ]
يتم تقليل تأثيرات زمن العبور بتقليل المسافات بين عناصر الأنبوب. صُممت أنابيب مثل 416B (من تصميم لايتهاوس) و7768 (تصميم مصغر مصنوع بالكامل من السيراميك) للعمل بتردد يصل إلى 4 جيجاهرتز. وتتميز هذه الأنابيب بمسافات صغيرة جدًا بين الشبكة والكاثود، تصل إلى حوالي 0.1 مم.
تُتيح هذه المسافات المُصغّرة بين الشبكات معامل تضخيم أعلى بكثير من التصاميم المحورية التقليدية. يبلغ معامل تضخيم الصمام 7768 حوالي 225، مقارنةً بـ 100 للصمام 6AV6 المُستخدم في أجهزة الراديو المنزلية، وهو الحد الأقصى المُمكن تقريبًا للتصميم المحوري.
لا تُعدّ سعة شبكة الأنود منخفضةً بشكلٍ خاص في هذه التصاميم. تبلغ سعة شبكة الأنود في أنبوب 6AV6 حوالي 2 بيكوفاراد (pF)، بينما تبلغ في أنبوب 7768 حوالي 1.7 بيكوفاراد. يؤدي تقارب الأقطاب الكهربائية في أنابيب الميكروويف إلى زيادة السعات، ولكن هذه الزيادة تُعوَّض بصغر حجمها الإجمالي مقارنةً بأنابيب الترددات المنخفضة. [ 29 ]
عملية
في الصمام الثلاثي، تنبعث الإلكترونات من مهبط ساخن عبر الانبعاث الحراري . ويعتمد هذا الانبعاث على دالة شغل مادة المهبط ودرجة حرارته وفقًا لقانون ريتشاردسون . [ 30 ] في الصمامات القديمة، كان الفتيل نفسه بمثابة الباعث، ولا يزال هذا الترتيب شائعًا في صمامات الإرسال. في معظم صمامات الاستقبال، يُسخّن المهبط بشكل غير مباشر بواسطة فتيل منفصل، مما يسمح بالحفاظ على جهد كهربائي منتظم. وقد أتاح تطوير المهابط المطلية بالأكسيد انبعاثًا كبيرًا عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا، وأصبح معيارًا في تطبيقات الاستقبال. [ 31 ]
يُفرغ الجزء الداخلي من الأنبوب من الهواء ليتمكن الإلكترونات من الانتقال من المهبط إلى المصعد دون اصطدام يُذكر بجزيئات الغاز. عند تطبيق جهد موجب على المصعد (الصفيحة)، تنجذب الإلكترونات عبر الفراغ الفاصل. ويتحكم في التيار الناتج ليس فقط قدرة المهبط على الانبعاث، بل أيضًا الشحنة الفضائية المتكونة من الإلكترونات أثناء انتقالها بين المهبط والصفيحة. [ 32 ] في ظل ظروف التشغيل العادية، يعمل الصمام الثلاثي في منطقة الشحنة الفضائية المحدودة . [ 33 ]
تُوضع شبكة من الأسلاك الدقيقة بين المهبط والصفيحة للتحكم في هذا التيار. ولأنها قريبة من المهبط، فإن أي تغيير طفيف في جهد الشبكة يُحدث تغييرًا كبيرًا نسبيًا في المجال الكهربائي في منطقة المهبط. ولذلك، تُمارس الشبكة تحكمًا أقوى في تيار الصفيحة من جهد الصفيحة نفسه. [ 34 ] في أجهزة التضخيم، يُحافظ عادةً على جهد الشبكة سالبًا قليلًا بالنسبة للمهبط. إذا أصبح جهد الشبكة سالبًا بدرجة كافية، ينخفض تيار الصفيحة إلى الصفر؛ وتُسمى هذه الحالة بالقطع. [ 35 ]

تيار لوحة الصمام الثلاثي (يعتمد ذلك على كل من جهد الشبكة () وجهد الصفيحة (يُظهر فحص خصائص اللوحة أن المنحنيات المقابلة لفولتيات الشبكة المختلفة متشابهة في الشكل، وتختلف بشكل رئيسي في الإزاحة الأفقية. ويمكن التعبير عن هذا السلوك تقريبًا بعلاقة القوة ثلاثة أنصاف.
أينهو عامل التضخيم وهو ثابت تحدده هندسة الأنبوب. [ 34 ] في هذه الصيغة، يتصرف الصمام الثلاثي بشكل مشابه للصمام الثنائي الذي يكون جهد تسريعه الفعال هو
وبالتالي، يدخل جهد الشبكة في قانون التيار بنفس طريقة جهد اللوح، ولكن مضروبًا في العامل..
تُفسر هذه العلاقة تشابه منحنيات خصائص اللوح وإزاحتها. يُحدث تغيير جهد اللوح نفس التأثير على تيار اللوح الذي يُحدثه تغيير جهد الشبكة.عامل التضخيموبالتالي، يمثل ذلك الفعالية النسبية لجهد الشبكة مقارنةً بجهد اللوحة في التحكم بالتيار.عادةً ما يكون كبيرًا، فإن التغير الطفيف في جهد الشبكة ينتج نفس التغير في تيار اللوحة مثل التغير الأكبر بكثير في جهد اللوحة.
تُظهر المنحنيات المميزة التي توضح تيار اللوح كدالة لجهد اللوح عند عدة جهود للشبكة هذه العلاقة. [ 34 ] وبالتالي، فإن تغيرًا طفيفًا نسبيًا في جهد الشبكة قادر على التحكم في تيار لوح أكبر بكثير، مما يجعل تضخيم الجهد والطاقة ممكنًا. [ 36 ]
تشكل الشبكة والصفيحة أيضًا سعة بين الأقطاب. لذلك، قد تنتقل تغيرات جهد الصفيحة إلى الشبكة، وهو تأثير يمكن أن يُسبب عدم استقرار أو تذبذبًا عند الترددات العالية ما لم تُستخدم تدابير دارة مناسبة، [ 37 ] كما هو الحال في النيوتروداين .
مقارنة بين ECC81 و ECC82 و ECC83
تُعدّ الصمامات الثلاثية المزدوجة المصغّرة ECC81 ( 12AT7) و ECC82 (12AU7) و ECC83 (12AX7) صمامات ثلاثية مزدوجة مصغرّة تشترك في نفس الغلاف ذي التسعة أطراف وترتيب التسخين، ولكنها تختلف اختلافًا كبيرًا في خصائصها الكهربائية. ويرد أدناه ملخص للمعايير المنشورة النموذجية. [ 38 ]
| نوع الأنبوب | عامل التضخيم (μ) | الموصلية (gm) | مقاومة الصفيحة (rp) | التطبيق النموذجي |
|---|---|---|---|---|
| ECC83 / 12AX7 | ≈100 | ≈1.6 مللي أمبير/فولت | ≈62 كيلو أوم | مضخم جهد عالي الكسب |
| ECC81 / 12AT7 | ≈60 | ≈4.5–5.5 مللي أمبير/فولت | ≈11 كيلو أوم | محرك، مضخم ترددات لاسلكية، عاكس طور |
| ECC82 / 12AU7 | ≈17–20 | ≈2.2 مللي أمبير/فولت | ≈7.7 كيلو أوم | مرحلة كسب منخفض، قيادة التيار |

خصائص اللوحة
تُظهر منحنيات خصائص الصفيحة للصمامات ECC81 وECC82 وECC83 اختلافات منهجية تتناسب مع عامل التضخيم ومقاومة الصفيحة الداخلية. تُظهر الصمامات ذات عامل التضخيم الأعلى إزاحة أفقية أكبر لمجموعات جهد الشبكة وخصائص صفيحة أكثر استواءً نسبيًا، مما يشير إلى مقاومة صفيحة داخلية أعلى. أما الصمامات ذات عامل التضخيم الأقل فتُظهر منحنيات شبكة متقاربة وخصائص صفيحة أكثر انحدارًا. [ 39 ]
في الصمام ECC83 (12AX7)، تعكس منحنيات جهد الشبكة المتباعدة على نطاق واسع والخصائص المسطحة نسبيًا عامل التضخيم العالي ومقاومة اللوحة الداخلية العالية. أما الصمام ECC82 (12AU7) فيُظهر منحنيات جهد شبكة متقاربة ومقاومة لوحة أقل، بينما يجمع الصمام ECC81 (12AT7) بين عامل تضخيم متوسط وموصلية عالية نسبيًا ومقاومة لوحة أقل. [ 40 ]
يستخدم المصممون منحنيات الخصائص من هذا النوع لتحديد نقاط التشغيل، وسلوك خط الحمل، وكسب الجهد المتوقع في دوائر المضخمات. يُقدَّم شرحٌ أكثر تفصيلاً لهذه المخططات المميزة في قسم خصائص الصمامات المفرغة .
اعتماد عامل التضخيم على البنية
يتحدد عامل التضخيم μ للصمام الثلاثي بشكل أساسي من خلال هندسة الأقطاب الكهربائية. وقد أظهر ميلر أن μ يعتمد على خطوة الشبكة، وقطر سلك الشبكة، والمسافة بين الشبكة والصفيحة. [ 41 ]
وبالتالي فإن الاختلافات في الهندسة الداخلية تفسر الخصائص الكهربائية المختلفة لـ ECC81 و ECC82 و ECC83، على الرغم من أن الأنابيب تشترك في نفس الغلاف الخارجي وتكوين السخان.
التطبيقات
كان الصمام الثلاثي أول جهاز غير ميكانيكي يوفر تضخيمًا للطاقة عند ترددات الصوت والراديو، مما جعل الراديو عمليًا. تُستخدم الصمامات الثلاثية في المضخمات والمذبذبات . وتُستخدم أنواع كثيرة منها فقط عند مستويات تردد وطاقة منخفضة إلى متوسطة. يمكن استخدام الصمامات الثلاثية الكبيرة المبردة بالماء كمضخم نهائي في أجهزة إرسال الراديو، بقدرات تصل إلى آلاف الواط. توفر أنواع متخصصة من الصمامات الثلاثية ("صمامات المنارة"، ذات السعة المنخفضة بين العناصر) تضخيمًا مفيدًا عند ترددات الميكروويف.
لا تزال الصمامات الثلاثية تُستخدم في بعض مُضخّمات ومُرسلات الترددات الراديوية عالية الطاقة . ولا تزال الصمامات الثلاثية المُرسلة عالية الطاقة قيد الإنتاج لتطبيقات صناعية وتطبيقات ترددات راديوية مُتخصصة، بما في ذلك مُرسلات الراديو، ومُسرّعات الجسيمات، ومعدات التسخين العازل. ويستمر العديد من المُصنّعين في إنتاج هذه الصمامات المُفرغة ومُكوّنات الترددات الراديوية ذات الصلة لهذه الأغراض. [ 42 ]
الخصائص وخطوط التحميل

توفر بيانات الصمامات الثلاثية مجموعات من المنحنيات المميزة التي توضح تيار المصعد (Ia) كدالة لجهد المصعد (Va) عند قيم مختلفة لجهد الشبكة (Vg). تصف هذه المنحنيات السلوك الجوهري للجهاز. تفرض الدائرة الخارجية قيدًا إضافيًا، يمكن تمثيله بيانيًا بخط الحمل. يحدد تقاطع خط الحمل مع منحنى جهد الشبكة نقطة التشغيل. [ 43 ]
استُخدمت طريقة خط الحمل البياني على نطاق واسع في تصميم الأنابيب المفرغة عمليًا. [ 44 ] [ 45 ]
بالنسبة لصمام ثلاثي الأقطاب مزود بمقاومة حمل أنودية Ra متصلة بمصدر جهد V+، تكون علاقة الدائرة كالتالي:
Va = V+ − IaRa
أو ما يعادل ذلك:
Ia = (V+ − Va) / Ra
عند تمثيل هذه المعادلة بيانيًا على نفس محاور منحنيات الخصائص (Ia مقابل Va)، فإنها تُشكّل خطًا مستقيمًا يُعرف بخط حمل التيار المستمر. ويُحدّد هذا الخط بنقطتي تقاطع:
إذا كانت Ia = 0 فإن Va = V+
إذا كانت Va = 0 فإن Ia = V+ / Ra
يمثل الخط المستقيم الواصل بين هذه النقاط جميع تركيبات جهد وتيار اللوحة المتوافقة مع الدائرة الخارجية. تقع نقطة التشغيل الساكنة (نقطة Q) عند تقاطع هذا الخط مع المنحنى المقابل لانحياز الشبكة المختار. [ 46 ]
كما وصف فريدريك إيمونز تيرمان [ 47 ] ، عند تطبيق إشارة متناوبة على الشبكة، تتحرك نقطة التشغيل اللحظية على طول خط الحمل. وتحدد نقاط تقاطع خط الحمل مع منحنيات جهد الشبكة المجاورة التغيرات المقابلة في تيار وجهد اللوحة. وبهذه الطريقة، يمكن تقدير كسب الجهد، وتأرجح التيار، وحدود التشغيل الخالي من التشوه بيانيًا.
على سبيل المثال، لنفترض وجود صمام ثلاثي ECC83 مُحَيَّز عند جهد Va = 200 فولت وجهد Vg = -1 فولت. من منحنيات الخصائص، يُقابل ذلك تيار أنود يبلغ حوالي 2.2 مللي أمبير. مع مقاومة حمل أنود Ra = 10 كيلو أوم، يكون انخفاض الجهد عبر المقاومة 22 فولت عند هذا التيار، مما يتطلب جهد تغذية يبلغ حوالي V+ = 222 فولت لتحديد نقطة التشغيل.
إذا تم تطبيق إشارة ذروة إلى ذروة بقيمة 1 فولت حول الانحياز -1 فولت (بحيث يتغير Vg بين -0.5 فولت و -1.5 فولت)، فإن نقطة التشغيل تتحرك على طول خط الحمل:
عند Vg = −0.5 فولت، Ia ≈ 3.1 مللي أمبير و Va ≈ 191 فولت
عند Vg = −1.5 فولت، Ia ≈ 1.4 مللي أمبير و Va ≈ 208 فولت
وبالتالي، ينتج عن إدخال جهد ذروة إلى ذروة مقداره 1 فولت جهد ذروة إلى ذروة مقداره 17 فولت تقريبًا عند المصعد، وهو ما يتوافق مع كسب جهد يبلغ حوالي 17 في ظل هذه الظروف. [ 48 ]
بالإضافة إلى تحليل خط الحمل البياني، يتم وصف قدرة التضخيم الذاتية للثلاثي بواسطة عامل التضخيم الخاص به، μ. وكما عرّفه تيرمان، [ 49 ] فإن μ هو نسبة التغير في جهد اللوحة إلى التغير المقابل في جهد الشبكة المطلوب للحفاظ على تيار اللوحة ثابتًا:
μ = (∂Va / ∂Vg) عند تيار ثابت Ia
هندسيًا، يمكن تحديد ذلك من المنحنيات المميزة عن طريق التحرك على طول خط أفقي (تيار لوحة ثابت) ومقارنة تباعد منحنيات جهد الشبكة المتجاورة. [ 50 ] بالنسبة لـ ECC83، فإن μ تساوي تقريبًا 100. هذه القيمة هي خاصية للأنبوب نفسه وهي مستقلة عن الحمل الخارجي.
يُحدد ميل خط الحمل كيفية ترجمة تغيرات جهد الشبكة إلى تغيرات في التيار والجهد. تُنتج مقاومة الحمل الأصغر تغيرًا أكبر في التيار ولكن نطاق جهد أقل. بينما تُنتج مقاومة الحمل الأكبر نطاق جهد أكبر ولكن تغيرًا أقل في التيار. إذا تم توصيل المصعد بحمل مثالي ذي تيار ثابت، يصبح خط الحمل أفقيًا، نظرًا لتقييد تيار اللوحة بينما يكون جهد اللوحة حرًا في التغير. في هذه الحالة، تُنتج التغيرات الطفيفة في جهد الشبكة بشكل أساسي تغيرات في جهد اللوحة، مما يزيد من كسب الجهد المتاح. يمكن أيضًا استخدام طريقة خط الحمل البياني لتحديد أقصى قدرة خرج غير مشوهة يمكن الحصول عليها من مضخم ثلاثي يعمل في الفئة A، كما هو موضح في دليل أنابيب الاستقبال RCA (RC-26، 1968). [ 51 ]
بعد رسم خط الحمل المستمر وتحديد نقطة التشغيل الساكنة، يتم تحديد نطاق تأرجح الإشارة المسموح به من خلال النقاط التي يصل عندها خط الحمل إلى مناطق التشغيل الحدية (القطع عند التيار المنخفض، والتشبع أو منطقة تيار الشبكة عند التيار العالي). بالنسبة للتشغيل من الفئة A، يتم اختيار نقطة الانحياز عادةً للسماح بتأرجح جهد متناظر تقريبًا حول قيمة التشغيل الساكنة، وذلك للحصول على أقصى خرج غير مشوه.
من الرسم البياني:
Vpp = Va,max − Va,min
Vrms = Vpp / (2√2)
Po = Vrms² / Rload
الحمل الذي يتحكم في تأرجح الإشارة هو الحمل الفعال للتيار المتردد المطبق على اللوحة. ولا يشترط أن يكون هذا الحمل مطابقًا لحمل التيار المستمر الذي يحدد نقطة التشغيل. في المراحل المقترنة بالمحولات، يكون حمل التيار المتردد هو المعاوقة المنعكسة للحمل الثانوي.
Rreflected = (Np / Ns)² × RL
حيث Np/Ns هي نسبة لفات المحول وRL هي مقاومة الحمل الثانوي. [ 52 ]
من خلال الاختيار المناسب لمقاومة الحمل أو نسبة المحول، يمكن وضع خط الحمل للحصول على أقصى تأرجح متناظر وبالتالي أقصى قدرة خرج من الفئة أ.
يمكن توسيع نطاق طريقة خط الحمل لتشمل مضخمات الدفع والسحب من خلال تكوين خصائص لوحة مركبة للأنبوبين. وكما أوضح بي جيه طومسون [ 53 ] ، يتم عكس خصائص تيار اللوحة - جهد اللوحة لأحد الأنبوبين ودمجها جبريًا مع خصائص الأنبوب الآخر، مع مراعاة علاقة الطور 180° للجهود المطبقة. وتمثل الخصائص المركبة الناتجة تيار اللوحة الفعال كدالة لجهد اللوحة للزوج.
يُرسم خط الحمل عبر نقطة التشغيل على هذه المنحنيات المركبة بالطريقة المعتادة. تبلغ مقاومة الحمل الفعالة بين لوحي الصمام أربعة أضعاف المقاومة الموصولة عبر ملف ثانوي له نفس عدد لفات نصف الملف الابتدائي. يمكن بعد ذلك تحديد خرج الطاقة، ومتوسط تيار اللوح، والتشويه بيانيًا كما هو الحال بالنسبة لأنبوب واحد. [ 54 ]
يُستخدم في مضخمات صوت الجيتار
تُستخدم الصمامات الثلاثية المزدوجة، مثل 12AX7 و 12AU7 و 12AT7، على نطاق واسع في مراحل التضخيم الأولي لمضخمات الغيتار. يحتوي كل غلاف على قسمين مستقلين من الصمام الثلاثي، مما يسمح بوجود مراحل متعددة لكسب الجهد داخل صمام واحد.
تتناول أدبيات مضخمات الغيتار استبدال هذه الصمامات الثلاثية المزدوجة لتغيير بنية الكسب والاستجابة الصوتية. ويشير آسبن بيتمان إلى أن العازفين يجربون أنواعًا مختلفة في مواضع المضخم الأولي لتعديل خصائص المضخم. في هذا السياق، يُوصف الصمام 12AX7 بأنه يُنتج "صوتًا دافئًا ناعمًا"، والصمام 12AU7 بأنه "أنقى"، والصمام 12AT7 بأنه يُستخدم في بعض مراحل القيادة للحصول على "نغمة أنقى وأكثر سطوعًا". [ 55 ]
تُركز المناقشات الفنية لهذه الصمامات على خصائصها الكهربائية المختلفة. يُستخدم صمام 12AX7 (μ ≈ 100) عادةً في مراحل التضخيم الأولي عالية الكسب، بينما تُستخدم أنواع ذات كسب أقل مثل 12AT7 و12AU7 عندما تكون هناك حاجة إلى قدرة تيار أعلى، أو مقاومة لوحة أقل، أو نطاق ديناميكي أوسع، بما في ذلك في مراحل القيادة ومراحل عكس الطور. [ 56 ]
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 3 4 نيبكر، فريدريك (2009). فجر العصر الإلكتروني: التقنيات الكهربائية في تشكيل العالم الحديث، من 1914 إلى 1945. جون وايلي وأولاده. ص 14-15 . ISBN 978-0470409749.
- ↑ "صوت الأنابيب الرائع" . spectrum.ieee.org . 1998-08-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-10-26 .
- ↑ تيرنر، إل بي (1921). التلغراف اللاسلكي والهاتف . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 78. ISBN 110762956X.
{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة ) - ↑ جينو، جان مارك؛ روزيتو، برونو، "القوس المغني: أقدم ميمريستر؟" في أداماتزكي، أندرو؛ تشين، غوانرونغ (2013). الفوضى، سي إن إن، الميمريستورات وما وراءها . وورلد ساينتيفيك. ص 500. ISBN 978-9814434812.
- ↑ بيرنز، راسل و. (2004). الاتصالات: تاريخ دولي للسنوات التكوينية . لندن: معهد المهندسين الكهربائيين. ص 339. ISBN 0863413277.
- ↑ أيتكن، هيو جي جي (2014). الموجة المستمرة: التكنولوجيا والإذاعة الأمريكية، 1900-1932 . مطبعة جامعة برينستون. ص 195. ISBN 978-1400854608.
- ↑ فيشر، ديفيد إي.؛ فيشر، مارشال (1996). الأنبوب: اختراع التلفزيون . كاونتربوينت. ص 54. ISBN 1887178171.
- 1 2 3 تاين، جيرالد إف جيه (سبتمبر 1943). "ملحمة الصمام المفرغ، الجزء 6" (ملف PDF) . أخبار الراديو . 30 (3). شيكاغو، إلينوي: زيف-ديفيس: 26-28 ، 91. تم الاطلاع عليه في 30 نوفمبر 2016 .
- 1 2 تاين، جيرالد إف جيه (نوفمبر 1943). "ملحمة الصمام المفرغ، الجزء 8" (ملف PDF) . أخبار الراديو . 30 (5). شيكاغو، إلينوي: زيف-ديفيس: 26-28 . تم الاطلاع عليه في 30 نوفمبر 2016 .
- 1 2 أنطون أ. هورديمان، التاريخ العالمي للاتصالات، جون وايلي وأولاده - 2003، صفحة 226
- ↑ جون براي، معجزة الاتصالات: رواد الاتصالات من مورس إلى الطريق السريع للمعلومات، سبرينج - 2013، الصفحات 64-65
- ↑DRP 179807
- ↑ تابان ك. ساركار (محرر)، "تاريخ اللاسلكي"، جون وايلي وأولاده، 2006. ISBN 0-471-71814-9، ص 335
- ^ سوغو أوكامورا (محرر)، تاريخ أنابيب الإلكترون ، IOS Press، 1994 ISBN 90-5199-145-2الصفحة 20
- ↑ دي فورست، لي (يناير 1906). "الأوديون: جهاز استقبال جديد للتلغراف اللاسلكي" . معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الأمريكي . 25. المعهد الأمريكي لمهندسي الكهرباء والإلكترونيات: 735-763 . doi : 10.1109/t-aiee.1906.4764762 . تاريخ الاسترجاع: 30 مارس 2021 .الرابط يؤدي إلى إعادة طبع الورقة في ملحق مجلة ساينتفك أمريكان ، العددين 1665 و1666، بتاريخ 30 نوفمبر 1907 و7 ديسمبر 1907، الصفحات 348-350 و354-356
- ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 879,532 ، التلغراف الفضائي ، تم تقديمها في 29 يناير 1907، وتم إصدارها في 18 فبراير 1908
- ↑ هيجيا، جيمس أ. (1997). لي دي فورست وأبوة الراديو . مطبعة جامعة ليهاي. ص 77. ISBN 0934223238.
- 1 2 أوكامورا، سوغو (1994). تاريخ الأنابيب الإلكترونية . الصحافة دائرة الرقابة الداخلية. ص 17 – 22. ردمك 9051991452.
- 1 2 3 لي، توماس هـ. (2004). هندسة الموجات الميكروية المستوية: دليل عملي للنظرية والقياس والدوائر . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 13-14 . ISBN 0521835267.
- ↑ جون براي، معجزة الاتصالات: رواد الاتصالات من مورس إلى الطريق السريع للمعلومات، سبرينج - 2013، صفحة 64
- ↑ هيمبستيد، كولين؛ ويليام إي. وورثينجتون (2005). موسوعة تكنولوجيا القرن العشرين، المجلد 2. تايلور وفرانسيس. ص 643. ISBN 1579584640.
- ↑ أرمسترونغ، إي إتش (سبتمبر 1915). "بعض التطورات الحديثة في جهاز استقبال الأوديون" . وقائع معهد مهندسي الراديو . 3 (9): 215-247 . doi : 10.1109/jrproc.1915.216677 . S2CID 2116636 . أُعيد نشرها بعنوان: أرمسترونغ، إي إتش (أبريل 1997). "بعض التطورات الحديثة في مستقبل أوديون" (ملف PDF) . وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 85 (4): 685-697 . doi : 10.1109/jproc.1997.573757 .
- ↑ جيمس أ. هيجيا، لي دي فورست وأبوة الإذاعة، التنمية السياسية والاقتصادية، مطبعة جامعة ليهاي، 1992. ISBN 0934223238الصفحات 93-94
- ↑ لانغفورد-سميث، ف. (1952). دليل مصمم الراديوترون ( الطبعة الرابعة). مطبعة وايرلس. الصفحات 4-6 .
- ↑ غوتز، جيه إيه؛ بروك، إيه دبليو (فبراير 1952). "تجربة الصمام الإلكتروني في معدات الحوسبة" . الهندسة الكهربائية . 71 (2): 154-157 . doi : 10.1109/EE.1952.6437952 . ISSN 0095-9197 .
- ↑ "أنابيب "المنارة" لأجهزة الميكروويف، طورتها شركة جنرال إلكتريك، الولايات المتحدة الأمريكية، عام 1945 | المجموعات الرقمية للمتحف الوطني للحرب العالمية الثانية : التاريخ الشفوي . www.ww2online.org . تاريخ الوصول: 23 فبراير 2026 .
- ↑ "صمامات المنارة" . www.r-type.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-02-2026 .
- ↑ ماك آرثر، محرر أدبيات (فبراير 1945). "أنابيب القرص المختومة" (ملف PDF) . الإلكترونيات: 98-102 - عبر تاريخ الراديو العالمي .
- ↑ لافو، ن. ت. (نوفمبر 1947). "النفاذية العكسية وموصلية الإدخال لثلاثي لايتهاوس عند 3000 ميغاهرتز" . وقائع معهد مهندسي الراديو . 35 (11): 1248-1251 . doi : 10.1109/JRPROC.1947.233243 . ISSN 0096-8390 .
- ↑ تيرمان، فريدريك إيمونز (1943). دليل مهندسي الراديو (الطبعة الأولى ). نيويورك ولندن: ماكجرو هيل. الصفحات 281-286 .
- ↑ تيرمان، فريدريك إيمونز (1943). دليل مهندسي الراديو (الطبعة الأولى ). نيويورك ولندن: ماكجرو هيل. الصفحات 283-285 .
- ↑ تيرمان، فريدريك إيمونز (1943). دليل مهندسي الراديو (الطبعة الأولى ). نيويورك ولندن: ماكجرو هيل. ص 286.
- ↑ تشانغ، بنغ؛ فالفيلز، أوغست؛ أنغ، إل كيه؛ لوغنسلاند، جيه دبليو؛ لاو، واي واي (مارس 2017). "مئة عام من فيزياء الثنائيات" . مراجعات الفيزياء التطبيقية . 4 (1): 011304. doi : 10.1063/1.4978231 . ISSN 1931-9401 .
- 1 2 3 تيرمان، فريدريك إيمونز (1943). دليل مهندسي الراديو (الطبعة الأولى ). نيويورك ولندن: ماكجرو هيل. الصفحات 295-296 .
- ↑ لانغفورد-سميث، ف. (1952). دليل مصمم الراديوترون ( الطبعة الرابعة). دار النشر اللاسلكية. ص 7.
- ↑ دليل أنبوب الاستقبال من شركة RCA (إصدار RC-26 ). 1968. ص 7.
- ↑ بيكر، جيه إيه (يوليو 1935). "انبعاث الإلكترونات الحراري" (ملف PDF) . مجلة بيل سيستم التقنية . 14 ( 7): 413-476 – عبر تاريخ الراديو العالمي.
- ↑ دليل أنبوب الاستقبال من شركة RCA (إصدار RC-26 ). شركة راديو أمريكا. 1968. الصفحات 412-415 .
- ↑ لانغفورد-سميث، ف. (1953). دليل مصمم راديوترون ( الطبعة الرابعة). سيدني: شركة أمالغاميتد وايرلس فالف. الصفحات 15-16 .
- ↑ دليل أنبوب الاستقبال من شركة RCA (إصدار RC-26 ). شركة راديو أمريكا. 1968. الصفحات 18-19 .
- ↑ ميلر، ج.م. (فبراير 1920). "اعتماد ثابت التضخيم ومقاومة دائرة اللوحة الداخلية لأنبوب مفرغ ثلاثي الأقطاب على الأبعاد الهيكلية". وقائع معهد مهندسي الراديو . 8 (1): 64-73 . doi : 10.1109/JRPROC.1920.220024 .
- ↑ "تقنية الترددات اللاسلكية الصناعية وتقنية الصمامات المفرغة" . روتكوف للإلكترونيات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 مارس 2026 .
- ↑ وارنر، جيه سي؛ لوغرين، إيه في (ديسمبر 1926). "خصائص خرج أنابيب التضخيم" . وقائع معهد مهندسي الراديو . 14 (6): 735-757 . doi : 10.1109/JRPROC.1926.221084 . ISSN 0096-8390 .
- ↑ هاريس، سوندر (نوفمبر 1960). الإلكترونيات الشعبية، نوفمبر 1960. المكتبة الرقمية لهواة الراديو والاتصالات. الصفحات 94-97 ، 128.
- ↑ مجلة الإلكترونيات الشعبية . يناير 1956. الصفحات 91-92 .
- ↑ لانغفورد-سميث، ف. (1953). دليل مصمم راديوترون ( الطبعة الرابعة). سيدني: شركة أمالغاميتد وايرلس فالف. ص 25.
- ↑ تيرمان، فريدريك إي. (1943). هندسة الراديو ( الطبعة الثانية). ماكجرو هيل. الصفحات 377-381 .
- ↑ وارنر، جيه سي؛ لوغرين، إيه في (ديسمبر 1926). "خصائص خرج أنابيب التضخيم" . وقائع معهد مهندسي الراديو . 14 (6): 741. doi : 10.1109/JRPROC.1926.221084 . ISSN 0096-8390 .
- ↑ تيرمان، فريدريك إي. (1943). هندسة الراديو ( الطبعة الثانية). ماكجرو هيل. ص 303.
- ↑ لانغفورد-سميث، ف. (1953). دليل مصمم راديوترون ( الطبعة الرابعة). سيدني: شركة أمالغاميتد وايرلس فالف. ص 15.
- ↑ دليل أنبوب الاستقبال من شركة RCA (إصدار RC-26 ). شركة راديو أمريكا. مايو 1968. الصفحات 28-31 .
- ↑ تيرمان، فريدريك إي. (1943). هندسة الراديو ( الطبعة الثانية). ماكجرو هيل. ص 385.
- ↑ تومسون، بي جيه (أبريل 1933). "التحديد البياني لأداء مضخمات الصوت ذات الدفع والسحب" . وقائع معهد مهندسي الراديو . 21 (4): 592-595 . doi : 10.1109/JRPROC.1933.227708 . ISSN 0096-8390 .
- ↑ تومسون، بي جيه (أبريل 1933). "التحديد البياني لأداء مضخمات الصوت ذات الدفع والسحب" . وقائع معهد مهندسي الراديو . 21 (4): 591-600 . doi : 10.1109/JRPROC.1933.227708 . ISSN 0096-8390 .
- ↑ بيتمان، أسبن (2002). كتاب مضخمات الصوت الأنبوبية ( الطبعة 4.1). سان فرانسيسكو: باكبيت بوكس. الصفحات 196-198 . ISBN 0-87930-767-6.
- ↑ "صمامات التفريغ ثنائية التريود: 12AX7 و12AU7 - لماذا تحظى بشعبية كبيرة في استخدام مضخمات الصوت؟" . مجلة المسرح المنزلي عالي الدقة . تاريخ الاسترجاع: 26 فبراير 2026 .
روابط خارجية
- Les lampes radio — صفحة فرنسية عن الصمامات الحرارية. ومن بين ما يثير الاهتمام بشكل خاص مقطع فيديو مدته 17 دقيقة يعرض عملية الإنتاج اليدوي للصمامات الثلاثية.
- شرح صمام ثلاثي الأقطاب
- إدخالات متعلقة بالاتصالات في عام 1906
- المقدمات السمعية والبصرية في عام 1906
- أنابيب مفرغة
