หลอดเทโทรดเป็นหลอดสุญญากาศ (เรียกว่าวาล์วในภาษาอังกฤษแบบบริติช) ที่มี อิเล็ก โทรด ใช้งานสี่ตัว อิ เล็กโทรดทั้งสี่ตัวเรียงจากตรงกลางได้แก่แคโทดเทอร์มิออนิกกริดแรกและกริดที่สอง และแผ่น (เรียกว่าแอโนดในภาษาอังกฤษแบบบริติช) มีหลอดเทโทรดหลายชนิด ชนิดที่พบได้บ่อยที่สุดคือหลอดกริดหน้าจอและ หลอด เทโทรดลำแสงในหลอดกริดหน้าจอและหลอดเทโทรดลำแสง กริดแรกเป็นกริดควบคุมและกริดที่สองเป็นกริดหน้าจอ^{[ 1 ]}ในหลอดเทโทรดชนิดอื่น กริดตัวหนึ่งเป็นกริดควบคุม ในขณะที่อีกตัวหนึ่งอาจมีหน้าที่หลากหลาย

หลอดเทโทรดได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1920 โดยการเพิ่มตะแกรงเพิ่มเติมเข้าไปในหลอดสุญญากาศขยายสัญญาณชนิดแรก คือ หลอดไตรโอดเพื่อแก้ไขข้อจำกัดของหลอดไตรโอด ในช่วงปี 1913 ถึง 1927 หลอดเทโทรดสามประเภทที่แตกต่างกันได้ปรากฏขึ้น ทั้งหมดมีตะแกรงควบคุมปกติซึ่งทำหน้าที่ควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านหลอดเป็นหลัก แต่แตกต่างกันตามหน้าที่ของตะแกรงอีกอันหนึ่ง เรียงตามลำดับการปรากฏทางประวัติศาสตร์ ได้แก่หลอดตะแกรงประจุอวกาศหลอดตะแกรงคู่และหลอดตะแกรงสกรีน หลอดชนิดสุดท้ายนี้ปรากฏในสองรูปแบบที่แตกต่างกันโดยมีพื้นที่การใช้งานที่ต่างกัน คือ หลอดตะแกรงสกรีนแท้ ซึ่งใช้สำหรับการขยายสัญญาณขนาดเล็กความถี่ปานกลาง และหลอดเทโทรดแบบลำแสงซึ่งปรากฏขึ้นในภายหลัง และใช้สำหรับการขยายกำลังเสียงหรือความถี่วิทยุ หลอดแบบแรกถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วยหลอด เพนโทดความถี่วิทยุ ในขณะที่หลอดแบบหลังได้รับการพัฒนาขึ้นมาในตอนแรกเพื่อใช้เป็นทางเลือกแทนหลอดเพนโทดในฐานะอุปกรณ์ขยายกำลังเสียง หลอดทีโทรดแบบลำแสงยังได้รับการพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้เป็นหลอดส่งสัญญาณวิทยุที่มีกำลังสูงอีกด้วย

หลอดเทโทรดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคหลายประเภท เช่น วิทยุ โทรทัศน์ และระบบเสียง จนกระทั่งทรานซิสเตอร์เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 หลอดเทโทรดแบบลำแสงยังคงถูกใช้งานเรื่อยมาจนถึงปัจจุบันในงานด้านกำลังไฟฟ้า เช่น เครื่องขยายเสียงและเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ

The tetrode functions in a similar way to the triode, from which it was developed. A current through the heater or filament heats the cathode, which causes it to emit electrons by thermionic emission. A positive voltage is applied between the plate and cathode, causing a flow of electrons from the cathode to plate through the two grids. A varying voltage applied to the control grid can control this current, causing variations in the plate current. With a resistive or other load in the plate circuit, the varying current will result in a varying voltage at the plate. With proper biasing, this voltage will be an amplified (but inverted) version of the AC voltage applied to the control grid, providing voltage gain. In the tetrode, the function of the other grid varies according to the type of tetrode; this is discussed below.

The space charge grid tube was the first type of tetrode to appear. In the course of his research into the action of the audion triode tube invented by Edwin Howard Armstrong and Lee de Forest, Irving Langmuir found that the action of the heated thermionic cathode was to create a space charge, or cloud of electrons, around the cathode. This cloud acted as a virtual cathode. With low applied anode voltage, many of the electrons in the space charge returned to the cathode, and did not contribute to the anode current; only those at its outer limit would be affected by the electric field due to the anode, and would be accelerated towards it. However, if a grid bearing a low positive applied potential (about 10V) were inserted between the cathode and the control grid, the space charge could be made to extend further away from the cathode. This had two advantageous effects, both related to the influence of the electric fields of the other electrodes (anode and control grid) on the electrons of the space charge. First, a significant increase in anode current could be achieved with low anode voltage; the valve could be made to work well with lower applied anode voltage.^[2] Second, the transconductance (anode current with respect to control grid voltage) of the tube was increased. The latter effect was particularly important since it increased the voltage gain available from the valve.^[3][4][5]

หลอดประจุอวกาศยังคงเป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์ตลอดช่วงยุคหลอด และถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น วิทยุรถยนต์ที่ทำงานโดยตรงจากแหล่งจ่ายไฟ 12V ซึ่งมีเพียงแรงดันแอโนดต่ำเท่านั้น หลักการเดียวกันนี้ถูกนำไปใช้กับหลอดมัลติกริดประเภทอื่นๆ เช่นเพนโทดตัวอย่างเช่น Sylvania 12K5 ถูกอธิบายว่าเป็น "เทโทรดที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานแบบประจุอวกาศ มีจุดประสงค์เพื่อใช้เป็นตัวขับเครื่องขยายเสียงกำลังสูงซึ่งได้รับศักย์ไฟฟ้าโดยตรงจากแบตเตอรี่รถยนต์ 12V" กริดประจุอวกาศทำงานที่ +12V เท่ากับแรงดันไฟเลี้ยงแอโนด^{[ 6 ]}

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่สำคัญของหลอดเทโทรดประจุอวกาศคือการใช้เป็น หลอด อิเล็กโทรเมตรสำหรับตรวจจับและวัดกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กมาก ตัวอย่างเช่น หลอด General Electric FP54 ถูกอธิบายว่าเป็น "หลอดกริดประจุอวกาศ ... ที่ออกแบบมาให้มีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงมากและกระแสกริดต่ำมาก ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการขยายกระแสตรงที่มีขนาดเล็กกว่าประมาณ 10⁻⁹ ^"แอมแปร์ และพบว่าสามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้น้อยถึง 5 x 10 ^{−18 แอมแปร์}แอมแปร์ มีปัจจัยการขยายกระแส 250,000 และทำงานด้วยแรงดันแอโนด 12V และแรงดันกริดประจุอวกาศ +4V” ^{[ 7 ]}กลไกที่กริดประจุอวกาศลดกระแสกริดควบคุมในเทโทรดอิเล็กโทรมิเตอร์คือการป้องกันไอออนบวกที่มาจากแคโทดไม่ให้ไปถึงกริดควบคุม^{[ 8 ]}

โปรดทราบว่า เมื่อมีการเพิ่มกริดประจุอวกาศเข้าไปในไตรโอดกริดแรกในเทโทรดที่ได้จะเป็นกริดประจุอวกาศ และกริดที่สองจะเป็นกริดควบคุม

ในหลอดเทโทรดแบบไบกริด กริดทั้งสองมีไว้สำหรับส่งสัญญาณไฟฟ้า ดังนั้นทั้งสองจึงเป็นกริดควบคุม ตัวอย่างแรกที่ปรากฏในสหราชอาณาจักรคือ Marconi-Osram FE1 ซึ่งออกแบบโดยHJ Roundและวางจำหน่ายในปี 1920 ^{[ 5 ]}หลอดนี้มีจุดประสงค์เพื่อใช้ใน วงจร สะท้อน (เช่น เครื่องรับสัญญาณวิทยุแบบหลอดเดี่ยวสำหรับเรือ Type 91 ^{[ 9 ]} ) ซึ่งหลอดเดียวกันทำหน้าที่รวมกันทั้งเครื่องขยายสัญญาณ RF เครื่องขยายสัญญาณ AF และตัวตรวจจับไดโอด สัญญาณ RF ถูกส่งไปยังกริดควบคุมหนึ่ง และสัญญาณ AF ถูกส่งไปยังอีกกริดหนึ่ง หลอดเทโทรดประเภทนี้ถูกนำไปใช้ในหลายวิธีอย่างสร้างสรรค์ในช่วงเวลาก่อนที่การปรากฏตัวของหลอดกริดหน้าจอจะปฏิวัติการออกแบบเครื่องรับสัญญาณ^{[ 10 ] [ 11 ]}

ภาพประกอบแสดงการใช้งานหนึ่งอย่าง ซึ่งสามารถระบุได้ว่าเป็นเครื่องส่งสัญญาณโทรศัพท์ AM โดยที่กริดที่สองและแอโนดสร้างออสซิลเลเตอร์ กำลัง และกริดแรกทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดมอดูเลต กระแสแอโนดในหลอด และด้วยเหตุนี้แอมพลิจูดเอาต์พุต RF จึงถูกมอดูเลตโดยแรงดันบน G1 ซึ่งได้มาจากไมโครโฟนคาร์บอน ^{[ 12 ]} หลอดประเภทนี้ยังสามารถใช้เป็นเครื่องรับ CW (วิทยุโทรเลข) แบบแปลงโดยตรงได้อีกด้วย ในที่นี้หลอดจะสั่นเนื่องจากการเชื่อมต่อระหว่างกริดแรกและแอโนด ในขณะที่กริดที่สองเชื่อมต่อกับเสาอากาศ ความถี่บีต AF สามารถได้ยินในหูฟัง หลอดทำหน้าที่เป็นตัว ตรวจ จับผลิตภัณฑ์ ที่สั่นเอง ^{[ 13 ]} การใช้งานวาล์วแบบไบกริดอีกอย่างหนึ่งที่คล้ายคลึงกันมากคือการใช้เป็นตัวผสมความถี่ แบบสั่นเอง ในเครื่องรับแบบซูเปอร์เฮเทอโรไดน์รุ่นแรกๆ^{[ 14 ]} กริดควบคุมหนึ่งตัวจะส่งสัญญาณ RF ที่เข้ามา ในขณะที่อีกตัวหนึ่งจะเชื่อมต่อเข้ากับ วงจร ออสซิลเลเตอร์ซึ่งสร้างการสั่นภายในตัววาล์วเดียวกัน เนื่องจากกระแสแอโนดของวาล์วแบบไบกริดเป็นสัดส่วนกับทั้งสัญญาณบนกริดแรกและแรงดันออสซิลเลเตอร์บนกริดที่สอง การคูณสัญญาณทั้งสองที่ต้องการจึงเกิดขึ้นได้ และสัญญาณความถี่กลางจะถูกเลือกโดยวงจรปรับจูนที่เชื่อมต่อกับแอโนด ในแต่ละการใช้งานเหล่านี้ เทโทรดแบบไบกริดทำหน้าที่เป็นตัวคูณแบบอนาล็อก ที่ไม่สมดุล ซึ่งกระแสเพลต นอกเหนือจากการส่งผ่านสัญญาณอินพุตทั้งสองแล้ว ยังรวมถึงผลคูณของสัญญาณทั้งสองที่ป้อนเข้ากริดด้วย

หลักการของ เครื่องรับแบบ ซูเปอร์เฮเทอโรไดน์ (หรือซูเปอร์เฮต ) สมัยใหม่ (เดิมชื่อ เครื่องรับ แบบเฮเทอโรไดน์ ความเร็วเหนือเสียง เนื่องจากความถี่กลางอยู่ที่ ความถี่ อัลตราโซนิก) ถูกคิดค้นขึ้นในฝรั่งเศสโดย Lucien Levy ในปี 1917 ^{[ 15 ]} (หน้า 66) แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีการให้เครดิตแก่Edwin Armstrong ด้วยก็ตาม เหตุผลดั้งเดิมสำหรับการคิดค้นซูเปอร์เฮตก็คือ ก่อนการปรากฏตัวของหลอดสกรีนกริด หลอดขยายสัญญาณ และต่อมาคือหลอดไตรโอดมีปัญหาในการขยายความถี่วิทยุ (เช่น ความถี่ที่สูงกว่า 100  kHz มาก) เนื่องจากผลของมิลเลอร์ในการออกแบบซูเปอร์เฮเทอโรไดน์ แทนที่จะขยายสัญญาณวิทยุที่เข้ามา สัญญาณนั้นจะถูกผสมกับออสซิลเลเตอร์ RF คงที่ (ที่เรียกว่าออสซิลเลเตอร์ภายใน ) ก่อน เพื่อสร้างเฮเทอโรไดน์ที่มีความถี่โดยทั่วไป 30  kHz สัญญาณความถี่กลาง (IF) นี้มีซองสัญญาณ ที่เหมือนกับ สัญญาณขาเข้า แต่มี ความถี่ พาหะ ที่ต่ำกว่ามาก จึงสามารถขยายได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ไตรโอด เมื่อตรวจจับแล้ว จะได้ การมอดูเลชั่นดั้งเดิมของสัญญาณวิทยุความถี่สูง^{[ 16 ]} เทคนิคที่ค่อนข้างซับซ้อนนี้จึงไม่เป็นที่นิยมเมื่อเทโทรดแบบสกรีนกริดทำให้ เครื่องรับ ความถี่วิทยุแบบปรับจูน (TRF) สามารถใช้งานได้จริง อย่างไรก็ตาม หลักการซูเปอร์เฮเทอโรไดน์กลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งในช่วงต้นทศวรรษ 1930 เมื่อข้อดีอื่นๆ เช่นความสามารถในการเลือกความถี่ ที่มากขึ้น ได้รับการยอมรับ และเครื่องรับสมัยใหม่เกือบทั้งหมดทำงานบนหลักการนี้ แต่มีความถี่ IF ที่สูงกว่า (บางครั้งสูงกว่า RF ดั้งเดิม) โดยใช้เครื่องขยายสัญญาณ (เช่น เทโทรด) ที่สามารถขยายสัญญาณความถี่สูง (วิทยุ) ได้เกินขีดจำกัดของไตรโอดแล้ว

แนวคิดซูเปอร์เฮเทอโรไดน์สามารถนำไปใช้ได้โดยใช้หลอดสุญญากาศเป็นออสซิลเลเตอร์ภายใน และหลอดสุญญากาศอีกตัวเป็นตัวผสมสัญญาณ ซึ่งรับสัญญาณจากเสาอากาศและออสซิลเลเตอร์ภายในเป็นสัญญาณอินพุต แต่เพื่อความประหยัด ฟังก์ชันทั้งสองนี้สามารถรวมเข้าด้วยกันในหลอดเทโทรดแบบไบกริดตัวเดียว ซึ่งจะทั้งสร้างการสั่นและผสมความถี่ของสัญญาณ RF จากเสาอากาศ^{[ 14 ]}ในช่วงหลายปีต่อมา สิ่งนี้ก็สำเร็จได้ในลักษณะเดียวกันโดยใช้ หลอด แปลงเพนทากริด ซึ่งเป็นหลอดขยาย/สร้างการสั่นแบบสองอินพุตที่คล้ายกัน แต่ (เช่นเดียวกับ หลอด เพนโทด) ได้รวมกริดตัวระงับและในกรณีนี้มีกริดหน้าจอสองตัวเพื่อแยกเพลตและกริดสัญญาณทั้งสองออกจากกันด้วยไฟฟ้าสถิต ในเครื่องรับสัญญาณในปัจจุบันซึ่งใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ราคาไม่แพง ( ทรานซิสเตอร์ ) จึงไม่มีประโยชน์ด้านต้นทุนในการรวมฟังก์ชันทั้งสองเข้าไว้ในอุปกรณ์แอคทีฟตัวเดียว

หลอดกริดหน้าจอให้ความจุระหว่างกริดควบคุมกับแอโนดที่น้อยกว่ามากและมีปัจจัยการขยายที่มากกว่าหลอดไตรโอด วงจรขยายความถี่วิทยุที่ใช้หลอดไตรโอดมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นเนื่องจากความจุระหว่างกริดกับแอโนดของหลอดไตรโอด^{[ 17 ]}ในหลอดกริดหน้าจอ กริดที่เรียกว่ากริดหน้าจอกริดป้องกันหรือบางครั้งเรียกว่ากริดเร่งความเร็วจะถูกแทรกอยู่ระหว่างกริดควบคุมกับแอโนด กริดหน้าจอทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันไฟฟ้าสถิตระหว่างกริดควบคุมกับแอโนด ลดความจุระหว่างกันให้เหลือน้อยมาก^{[ 17 ] [ 18 ]}เพื่อลดอิทธิพลของสนามไฟฟ้าของแอโนดที่มีต่อประจุในอวกาศของแคโทดและกริดควบคุม ในช่วงปี 1915 – 1916 นักฟิสิกส์Walter H. Schottkyได้พัฒนาหลอดแรกที่มีกริดวางอยู่ระหว่างแอโนดกับกริดควบคุมเพื่อให้เป็นเกราะป้องกันไฟฟ้าสถิต^{[ 19 ] [ 20 ]} Schottky ได้จดสิทธิบัตรหลอดกริดหน้าจอเหล่านี้ในเยอรมนีในปี 1916 และในสหรัฐอเมริกาในปี 1919 ^{[ 21 ] [ 22 ]}หลอดเหล่านี้ผลิตในเยอรมนีและรู้จักกันในชื่อหลอด Siemens-Schottky ^{[ 20 ]}ในญี่ปุ่น Hiroshi Ando ได้จดสิทธิบัตรการปรับปรุงโครงสร้างของกริดหน้าจอในปี 1919 ^{[ 23 ]}ในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษ 1920 Neal H. WilliamsและAlbert Hullที่General Electric , HJ Round ที่ MOV และBernard Tellegenที่ Phillips ได้พัฒนาหลอดกริดหน้าจอที่ได้รับการปรับปรุง หลอดกริดหน้าจอที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้วางจำหน่ายครั้งแรกในปี 1927 ^{[ 24 ]}

การป้อนกลับผ่านความจุระหว่างแอโนดกับกริด (ปรากฏการณ์มิลเลอร์) ของไตรโอดอาจทำให้เกิดการสั่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทั้งแอโนดและกริดเชื่อมต่อกับวงจรเรโซแนนซ์ที่ปรับจูนไว้ตามปกติในเครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) ^{[ 25 ]}สำหรับความถี่ที่สูงกว่าประมาณ 100  kHz จำเป็นต้องมีวงจรปรับสมดุล ไตรโอดทั่วไปที่ใช้สำหรับการขยายสัญญาณขนาดเล็กมีความจุระหว่างกริดกับแอโนด 8 pFในขณะที่ค่าที่สอดคล้องกันสำหรับหลอดกริดสกรีนทั่วไปคือ 0.025 pF [ ^{26 ] ไม่}จำเป็นต้องใช้วงจรปรับสมดุลสำหรับขั้นตอนเครื่องขยายสัญญาณ RF แบบหลอดกริดสกรีนที่ออกแบบมาอย่างดี^{[ 27 ] [ 28 ]}  

ตะแกรงหน้าจอเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงบวกและกราวด์กระแสสลับตามที่รับประกันโดยตัวเก็บประจุบายพาสไปยังกราวด์^{[ 17 ]}ช่วงการทำงานที่มีประโยชน์ของหลอดตะแกรงหน้าจอในฐานะแอมพลิฟายเออร์ถูกจำกัดไว้ที่แรงดันไฟฟ้าแอโนดที่มากกว่าแรงดันไฟฟ้าตะแกรงหน้าจอ ที่แรงดันไฟฟ้าแอโนดที่มากกว่าแรงดันไฟฟ้าตะแกรงหน้าจอ อิเล็กตรอนบางส่วนจากแคโทดจะกระทบตะแกรงหน้าจอ ทำให้เกิดกระแสตะแกรง แต่ส่วนใหญ่จะผ่านช่องว่างของตะแกรงและไปยังแอโนดต่อไป^{[ 17 ]}เมื่อแรงดันไฟฟ้าแอโนดเข้าใกล้และลดลงต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของตะแกรงหน้าจอ กระแสตะแกรงจะเพิ่มขึ้นดังแสดงในภาพลักษณะเฉพาะของเพลต

ข้อดีเพิ่มเติมของตะแกรงหน้าจอปรากฏชัดเมื่อมีการเพิ่มเข้าไป กระแสแอโนดแทบจะไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันแอโนดเลย ตราบใดที่แรงดันแอโนดมากกว่าแรงดันตะแกรง ซึ่งสอดคล้องกับความต้านทานไดนามิกของแอโนดที่สูงมาก จึงทำให้สามารถเพิ่มแรงดันได้มากขึ้นเมื่ออิมพีแดนซ์โหลดของแอโนดมีขนาดใหญ่^{[ 29 ]}กระแสแอโนดถูกควบคุมโดยแรงดันตะแกรงควบคุมและแรงดันตะแกรงหน้าจอ ดังนั้น เตตโรดจึงมีลักษณะเฉพาะหลักๆ คือ ค่าทรานส์คอนดักแทนซ์(การเปลี่ยนแปลงของกระแสแอโนดเมื่อเทียบกับแรงดันตะแกรงควบคุม) ในขณะที่ไตรโอดมีลักษณะเฉพาะคือ ค่าตัวประกอบการขยาย ( μ ) ซึ่งเป็นอัตราขยายแรงดันสูงสุดที่เป็นไปได้ ในช่วงเวลาของการนำวาล์วตะแกรงหน้าจอมาใช้ ไตรโอดทั่วไปที่ใช้ในเครื่องรับวิทยุมีความต้านทานไดนามิกของแอโนด 20  kΩ หรือน้อยกว่า ในขณะที่ค่าที่สอดคล้องกันสำหรับวาล์วตะแกรงหน้าจอทั่วไปคือ 500  kΩ วงจรขยายสัญญาณ RF แบบไตรโอดคลื่นกลางทั่วไปสร้างอัตราขยายแรงดันประมาณ 14 แต่วงจรขยายสัญญาณ RF แบบหลอดกริดสกรีนสร้างอัตราขยายแรงดัน 30 ถึง 60 ^{[ 30 ]}

เพื่อใช้ประโยชน์สูงสุดจากค่าความจุระหว่างกริดและแอโนดที่ต่ำมาก จึงได้มีการคำนึงถึงการป้องกันระหว่างวงจรแอโนดและกริดในการสร้างวิทยุ หลอด S625 ถูกติดตั้งในแผ่นโลหะแบนที่ต่อลงดิน โดยจัดวางให้ตรงกับตำแหน่งของกริดสกรีนภายใน วงจรป้อนเข้าหรือวงจรควบคุมกริดอยู่ด้านหนึ่งของแผ่นป้องกัน ในขณะที่แอโนดหรือวงจรเอาต์พุตอยู่ด้านตรงข้าม ในเครื่องรับที่แสดงโดยใช้หลอด S23 แต่ละขั้นของวงจรขยายสัญญาณ RF 2 ขั้น รวมถึงขั้นตรวจจับสัญญาณที่ปรับจูนได้ ถูกบรรจุอยู่ในกล่องโลหะขนาดใหญ่แต่ละกล่องเพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิตกล่องเหล่านี้ถูกถอดออกในภาพประกอบ แต่สามารถมองเห็นขอบที่ยกขึ้นของฐานกล่องได้

ดังนั้น หลอดตะแกรงกรองจึงช่วยให้การขยายสัญญาณความถี่วิทยุในช่วงความถี่กลางและสูงในอุปกรณ์วิทยุมีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น โดยทั่วไปแล้วจะถูกนำมาใช้ในการออกแบบวงจรขยายสัญญาณความถี่วิทยุของเครื่องรับวิทยุตั้งแต่ปลายปี 1927 ถึงปี 1931 จากนั้นจึงถูกแทนที่ด้วยหลอดเพนโทด

สาเหตุที่หลอดสุญญากาศแบบตะแกรงมีข้อจำกัดในการใช้งาน และถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วยหลอดเพนโทด RF (ซึ่งเริ่มใช้ราวปี 1930) นั้น มาจากลักษณะเฉพาะของขั้วแอโนด (กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงของกระแสแอโนดเมื่อเทียบกับแรงดันแอโนด) ของหลอดชนิดแรก

ในการใช้งานปกติ แรงดันแอโนดจะอยู่ที่ประมาณ 150  V ในขณะที่แรงดันของตะแกรงสกรีนจะอยู่ที่ประมาณ 60  V (Thrower หน้า 183) ^{[ 5 ]} เนื่องจากตะแกรงสกรีนมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกเมื่อเทียบกับแคโทด จึงสามารถดักจับอิเล็กตรอนได้เพียงบางส่วน (อาจจะประมาณหนึ่งในสี่) ซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านั้นจะไหลผ่านจากบริเวณตะแกรงไปยังแอโนด ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรตะแกรงสกรีน โดยปกติแล้ว กระแสไฟฟ้าของตะแกรงสกรีนที่เกิดจากสาเหตุนี้จะมีขนาดเล็กและไม่สำคัญมากนัก อย่างไรก็ตาม หากแรงดันแอโนดต่ำกว่าแรงดันของตะแกรง ตะแกรงสกรีนก็สามารถดักจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิที่ถูกปล่อยออกมาจากแอโนดเนื่องจากการกระทบของอิเล็กตรอนปฐมภูมิที่มีพลังงานสูงได้เช่นกัน ผลกระทบทั้งสองอย่างนี้มีแนวโน้มที่จะลดกระแสไฟฟ้าของแอโนดลง หากแรงดันแอโนดเพิ่มขึ้นจากค่าต่ำ โดยที่ตะแกรงสกรีนอยู่ที่แรงดันใช้งานปกติ (เช่น 60V) กระแสไฟฟ้าของแอโนดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในตอนแรก เนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านตะแกรงสกรีนส่วนใหญ่จะถูกดักจับโดยแอโนดมากกว่าที่จะไหลกลับไปยังตะแกรงสกรีน ส่วนนี้ของกราฟลักษณะเฉพาะของขั้วแอโนดของหลอดเทโทรดนั้นคล้ายคลึงกับส่วนที่สอดคล้องกันของหลอดไตรโอดหรือเพนโทดอย่างไรก็ตาม เมื่อเพิ่มแรงดันแอโนดให้สูงขึ้น อิเล็กตรอนที่มาถึงแอโนดจะมีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิจำนวนมาก และอิเล็กตรอนทุติยภูมิเหล่านี้จำนวนมากจะถูกจับโดยสกรีน ซึ่งมีแรงดันบวกสูงกว่าแอโนด สิ่งนี้ทำให้กระแสแอโนดลดลงแทนที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันแอโนดเพิ่มขึ้น ในบางกรณี กระแสแอโนดอาจกลายเป็นลบได้ (กระแสไหลออกจากแอโนด) ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากอิเล็กตรอนปฐมภูมิแต่ละตัวอาจสร้างอิเล็กตรอนทุติยภูมิได้มากกว่าหนึ่งตัว กระแสแอโนดบวกที่ลดลงพร้อมกับแรงดันแอโนดที่เพิ่มขึ้นทำให้กราฟลักษณะเฉพาะของแอโนดมีส่วนที่มีความชันเป็นลบ และสิ่งนี้สอดคล้องกับความต้านทานลบซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรในวงจรบางวงจร ในช่วงแรงดันแอโนดที่สูงขึ้น แรงดันแอโนดจะสูงกว่าแรงดันของสกรีนมากพอที่จะทำให้สัดส่วนของอิเล็กตรอนทุติยภูมิที่ถูกดึงดูดกลับไปยังแอโนดเพิ่มขึ้น ดังนั้นกระแสแอโนดจึงเพิ่มขึ้นอีกครั้ง และความชันของกราฟลักษณะเฉพาะของแอโนดก็จะกลายเป็นบวกอีกครั้ง ในช่วงแรงดันแอโนดที่สูงขึ้น กระแสแอโนดจะคงที่อย่างมาก เนื่องจากอิเล็กตรอนทุติยภูมิทั้งหมดจะกลับไปยังแอโนด และการควบคุมกระแสผ่านหลอดหลักคือแรงดันของกริดควบคุม นี่คือโหมดการทำงานปกติของหลอด^{[ 31 ]}

ลักษณะแอโนดของหลอดสกรีนกริดจึงแตกต่างจากหลอดไตรโอด อย่างมาก เมื่อแรงดันแอโนดน้อยกว่าแรงดันสกรีนกริด จะมี ลักษณะ ความต้านทานเชิงลบ ที่โดดเด่น เรียกว่าบริเวณไดนาตรอน^{[ 32 ]}หรือเทโทรดคิงค์บริเวณกระแสคงที่โดยประมาณที่มีความชันต่ำที่แรงดันแอโนดมากกว่าแรงดันสกรีนกริดก็แตกต่างจากหลอดไตรโอดอย่างเห็นได้ชัด และเป็นบริเวณการทำงานที่มีประโยชน์ของหลอดสกรีนกริดในฐานะเครื่องขยายสัญญาณ^{[ 33 ]}ความชันต่ำเป็นที่ต้องการอย่างมาก เนื่องจากช่วยเพิ่มอัตราขยายแรงดันที่อุปกรณ์สามารถสร้างได้ หลอดสกรีนกริดรุ่นแรกๆ มีปัจจัยการขยาย (เช่น ผลคูณของทรานส์คอนดักแทนซ์และความต้านทานความชันของแอโนด, R ) มากกว่าหลอดไตรโอดที่เทียบเคียงได้ถึงห้าสิบเท่าหรือมากกว่านั้น^{[ 29 ]} ความต้านทานแอโนดสูงในช่วงการทำงานปกติเป็นผลมาจากการป้องกันไฟฟ้าสถิตของตะแกรงหน้าจอ เนื่องจากป้องกันสนามไฟฟ้าเนื่องจากแอโนดไม่ให้ทะลุเข้าไปในบริเวณตะแกรงควบคุม ซึ่งอาจส่งผลต่อการผ่านของอิเล็กตรอน ทำให้กระแสอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันแอโนดสูง และลดลงเมื่อแรงดันต่ำ

พื้นที่การทำงานที่มีความต้านทานเชิงลบของเทโทรดถูกนำไปใช้ในออสซิลเลเตอร์ไดนาตรอนซึ่งเป็นตัวอย่างของออสซิลเลเตอร์ที่มีความต้านทานเชิงลบ (อีสต์แมน หน้า 431) ^{[ 4 ]}

หลอดเทโทรดแบบลำแสงจะกำจัดบริเวณไดนาตรอนหรือรอยหักงอของหลอดกริดหน้าจอโดยใช้ลำแสงอิเล็กตรอนที่ถูกปรับทิศทางบางส่วนเพื่อสร้างบริเวณประจุไฟฟ้าที่มีศักย์ต่ำหนาแน่นระหว่างกริดหน้าจอและแอโนด ซึ่งจะส่งอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแอโนดกลับไปยังแอโนด^{[ 34 ]}คุณลักษณะของแอโนดของหลอดเทโทรดแบบลำแสงจะมีความกลมมนน้อยกว่าที่แรงดันแอโนดต่ำกว่าคุณลักษณะของแอโนดของหลอดเพนโทดกำลัง ส่งผลให้ได้กำลังเอาต์พุตที่มากขึ้นและความผิดเพี้ยนฮาร์มอนิกที่สามน้อยลงด้วยแรงดันไฟเลี้ยงแอโนดเดียวกัน^{[ 35 ] [ 36 ]}หลอดเทโทรดแบบลำแสงมักใช้สำหรับการขยาย กำลัง ตั้งแต่ความถี่เสียงไปจนถึงความถี่วิทยุหลอดเทโทรดแบบลำแสงได้รับการจดสิทธิบัตรในสหราชอาณาจักรในปี 1933 โดยวิศวกร EMI สามคน ได้แก่ Isaac Shoenberg, Cabot Bull และ Sidney Rodda ^{[ 37 ]} ในปี 1936 OH Schade ได้อธิบายรายละเอียดทฤษฎีและการออกแบบของ 6L6 ที่ RCA ^{[ 38 ]}

บริษัท High Vacuum Valve แห่งลอนดอน ประเทศอังกฤษ (Hivac) ได้แนะนำหลอดเทโทรดกำลังสูงรุ่นหนึ่งในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2478 ซึ่งใช้ เอฟเฟกต์ ระยะวิกฤต ของ JH Owen Harries เพื่อกำจัดบริเวณไดนาตรอนของลักษณะแรงดันแอโนด-กระแสแอโนด^{[ 39 ]} หลอดระยะวิกฤตใช้การคืนประจุอวกาศของอิเล็กตรอนทุติยภูมิแอโนดไปยังแอโนด^{[ 40 ]}ลักษณะทางกายภาพที่โดดเด่นของหลอดเทโทรดระยะวิกฤตคือระยะห่างระหว่างตะแกรงสกรีนกับแอโนดที่มาก และโครงสร้างตะแกรงรูปวงรี^{[ 39 ]}ระยะห่างระหว่างตะแกรงสกรีนกับแอโนดที่มากช่วยให้เกิดการสร้างประจุอวกาศศักย์ต่ำเพื่อคืนอิเล็กตรอนทุติยภูมิแอโนดไปยังแอโนดเมื่อศักย์แอโนดน้อยกว่าศักย์ของตะแกรงสกรีน^{[ 41 ]}ตะแกรงรูปวงรีช่วยให้แท่งรองรับตะแกรงควบคุมอยู่ห่างจากแคโทดมากขึ้น เพื่อลดผลกระทบต่อปัจจัยการขยายด้วยแรงดันตะแกรงควบคุม^{[ 42 ]}ที่แรงดันกริดควบคุมเป็นศูนย์และลบ แท่งรองรับกริดควบคุมและกริดควบคุมจะสร้างกระแสอิเล็กตรอนจากแคโทดเป็นสองบริเวณหลักของกระแสอวกาศ ห่างกัน 180 องศา โดยมีทิศทางไปยังสองส่วนที่กว้างของเส้นรอบวงของแอโนด^{[ 43 ]}คุณสมบัติเหล่านี้ส่งผลให้กำลังเอาต์พุตสูงขึ้นเล็กน้อยและการบิดเบือนต่ำกว่าเพนโทดกำลังเทียบเท่ากัน เนื่องจากการอิ่มตัวเกิดขึ้นที่แรงดันแอโนดต่ำลงและความโค้งที่เพิ่มขึ้น (รัศมีที่เล็กกว่า) ของลักษณะแรงดันแอโนด-กระแสแอโนดที่แรงดันแอโนดต่ำ^{[ 39 ]} มีการแนะนำเทโทรดประเภทนี้หลายรุ่น โดยมุ่งเป้าไปที่ตลาดเครื่องรับในครัวเรือน บางรุ่นมีไส้หลอดที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสตรงสองโวลต์ สำหรับชุดที่ใช้แบตเตอรี่กำลังต่ำ ในขณะที่บางรุ่นมีแคโทดที่ให้ความร้อนทางอ้อมพร้อมฮีตเตอร์ที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับสี่โวลต์ขึ้นไปสำหรับการใช้งานกับไฟบ้าน กำลังเอาต์พุตมีตั้งแต่ 0.5 วัตต์ถึง 11.5 วัตต์ ที่น่าสับสนคือ วาล์วใหม่หลายตัวมีหมายเลขรุ่นเดียวกันกับวาล์วเพนโทดที่มีอยู่เดิม ซึ่งมีคุณสมบัติเกือบเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น Y220 (0.5 วัตต์, ไส้หลอด 2 โวลต์), AC/Y (3 วัตต์, ไส้หลอด 4 โวลต์), AC/Q (11.5 วัตต์, ไส้หลอด 4 โวลต์)

• เทโทรดสนามไฟฟ้า