(이 공식에서 Vp는 마이너스다) 따라서 원리적으로 전류는 결코 완전히 영이 되지 않는다.
즉 Vp = -1.3V인 경우 전류는1µA가 되고Vp = -1.9V인 경우에는 1nA가 된다.
때때로 물리적 캐소드와 실효 캐소드 사이 공간의 전자 집단이 전류가 최대치가 될 때 캐소드 전자 방출을 보조해 준다는 이야기도 있지만 이는 속설이다. 이들 전자들은 캐소드로 귀환 된기 전까지의 잔존시간이 매우 짧다. 이는 1nS이하이다.
포화
정상적인 경우 캐소드가 방출하는 전류는 풀레이트 전류를 훨씬 능가한다. 산화물 캐소드의 전류 방출 용량은 0.5A/cm2 이상이다. 출력관의 경우에서도 방출 전류와 동작전류의 비는 적어도 10이 된다. 진공관 규격에 나와 있는 최대 풀레이트 전류는 주로방열 문제를 고려하여 정해지고TV의 수평출력 회로와 같은 Pulse 회로에 적용하는 경우에는 이 규격을 넘어서 사용해도 안전하다.
만일 방출된 전자들이 모두 풀레이트에 도달한다면 진공관의 동작양태는 매우 달라질 것이다. 실질적으로 풀레이트 전류는 풀레이트 전압과 무관하게 될 것이다. 3극관에서 그릿드는 전류 조절 능력을 상실하게 될 것이다. 이런 상태를 열적 포화 (혹은 단순히 포화) 상태라고 부른다. 반면에 정상적 동작 상태는 공간 전하 제한 상태라고 한다. 이 조건 아래에서는 풀레이트로 인한 전계강도가 캐소드에 직접적인 영향을 미치게 된다. 이 때에는 공간 전하로 인한 전계강도가 충분히 크지 않아서 풀레이트로 인한전계강도를 압도하지 못한다.
사실상 전류는, 특히 산화물 캐소의 경우, 플레이트 전압이 상승함에 따라 약간 증가한다. 이는 전계 강도의 증가에 따라 더 많은 전자를 캐소드의 표면으로부터 방출시키기 때문인데 이를 Schottky 효과라고 부른다. 여기서 강조할 것은 그 어떤 실질적인 경우에도 오디오 회로에서는 아주 잠시라도 포화 동작은 시키지 않는다는 점이다. (포화 동작은 다른응용이 있다. 그 중 하나가 잡음 발생용 2극관이다. 여기서는 히터 전압을 고의적으로 낮추어서 전자 방출을 작게한다. 그래서포화 상태가 지속되도록 한다. 다른 응용사례는 고 전류 Pulse Switching이다.)
5. 3극관 내의 전계와 동작
정 전계
진공관이 발명되기도 전 1871년에 Maxwell은 두 전극간에 존재하는 그릿드 선의 효과에 대한 첫 연구 논문을 발표하였다. 몇가지 단순화의 가정 아래 그는 캐소드에서 본 전계 강도가 아래에 보여준 플레이트 전압의 환산 값 Veff와 등가라는 것을 보여주었다:
Veff = Vg + Vp/µ
여기서µ는 전극의 기하학적 구조에 따라 주어지는 상수이다. 다시 말하면 실효 전압은 실제 풀레이트 전압을µ로 나누면 얻을 수있다는 것이다. 예를 들어 통상적인 중간 증폭율의 3극관인 경우 풀레이트 전압이 100V 혹은 그 이상이라 하더라도 캐소드에서의실효전압은 대략 5V정도라는 것이다.
Maxwell은µ를 아래와 같이 계산할 수 있다는 것을 증명하였다. (이 후 진공관 개발 역사에서 µ에 대한 더욱 정교한 공식이 개발되었다. Maxwell의 공식은 실제 진공관에서는 그렇게 정확히지는 않다.)
µ = -2π dgp/a ln(2 sin(πrg/a))
여기서 dgp 는 그릿드와 풀레이트 간의 거리이고 a 는 그릿드 선 사이의 거리, rg는 그릿드 선의 직경이다.
이 공식을 말로 설명한다면µ는 그릿드와 풀레이트 간의 거리에 비례하고 그릿드 선의 직경과 선간 거리 (그릿드 핏치라고도 하고또는 실드 비율 라고도 한다)의 비율에 비례한다.
이는 또한µ가 캐소드와 그릿드 간의 거리에는 무관하다는 것을 말해준다. 캐소드와 풀레이트 간의 간격에 따라µ가 변화하는 것은 눈에 잘 띈다. 만일 고 증폭율의 진공관과 저 증폭율의 진공관을 비교해 보면,예를 들어 6SL7과 6SN7 혹은 12AX7과 12AU7 들은 같은 계열의 진공관들이지만 고 증폭율의 진공관 풀레이트는 많이 더 납작하다는 것을 볼 수 있을 것이다.
Maxwell이 이 공식울 유도하기 위해 설정한 가정은 다음과 같다:
· 전극은 무한대로 크다. 따라서 전극 주변의 효과는 무시한다.
· 그릿드 선의 직경은 그 선간거리에 비해 매우 작다.
· 그릿드와 캐소드 간의 거리는 적어도 그리드 선간 거리와 같거나 크다.
만일 마지막 조건이 성립된다면 캐소드는 그릿드 선들을 다만 전체적으로 보게되고 그릿드 선 각개로부터의 국부적 영향은 받지않게 된다. 이는 그릿드 선의 바로 아래부분에서 조차도 마친가지다. 그림 7은 그릿드 전압의 변동에 따른 전계 강도를 등압선으로 보인 것이다. 이 그림에서 진공관에 전류가 흐를 때는 (즉 캐소드의 전계가 영보다 높을 때) 캐소드 편의 전계는 일정하다는 것을 분명하게 보여준다.
그릿드 개개의 선의 영향은 거리가 커짐에 따라 기하급수적으로 감소한다. 전류가 절반으로 감소한 상태 (그림7C)에서 풀레이
트 전계의 영향으로 캐소드에 이르는 중간 거리 까지 전계강도 등압선이 불쑥 튀어나온 것은 상당한 의미가 있다. 이 현상은 흔
히 캐소드와 그릿드간의 간격이 그릿드 선 핏치의 60%가 되는 현대관에서 더욱 그 의미가 크다.
그림8은 전류가 흐르지 않을 때, 즉 공간 전하가 없을 때 진공관 단면에서 각각 그릿드 선과 두그릿드 선 중간에서의 전계분포
를 보여주고 있다. 여기서 전자는 일단 그릿드를 벗어나면 풀레이트 전압으로인한 전압 경사(gradient)에 의해 제어된다는 것
을 알 수 있다. 그릿드 이전의 공간에서는 Maxwell이 예측한 대로 (플레이트의 영향력은) 그릿드 전압에 의해 (완전히)가리워
진다..
그림 7 3극관의 전계강도 분포 등압선
