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Similar en pensamiento a la idea del circuito integrado, los diseñadores de tubos intentaron integrar diferentes funciones de tubo en envolturas de tubo único para reducir los requisitos de espacio en equipos electrónicos tipo tubo más modernos. Una combinación común observada dentro de una sola carcasa de vidrio fueron dos diodos o dos triodos. La idea de encajar pares de diodos dentro de una sola envolvente tiene mucho sentido a la luz de los diseños de rectificadores de onda completa de fuente de alimentación, requiriendo siempre múltiples diodos.

Por supuesto, hubiera sido bastante imposible combinar miles de elementos de tubo en una sola envoltura de tubo de la manera en que miles de transistores pueden grabarse en una sola pieza de silicio, pero los ingenieros aún hicieron todo lo posible para empujar los límites de la miniaturización y consolidación de tubos. Algunos de estos tubos, caprichosamente llamados compactrones, contenían cuatro o más elementos tubulares completos dentro de una sola envoltura.

A veces, las funciones de dos tubos diferentes podrían integrarse en un solo tubo combinado de una manera que simplemente funcionara de manera más elegante que dos tubos. Un ejemplo de esto fue el convertidor pentagrid, más generalmente llamado heptode, utilizado en algunos diseños de radio superheterodinos. Estos tubos contenían siete elementos: 5 rejillas más un cátodo y una placa. Dos de las redes estaban normalmente reservadas para la entrada de señal, las otras tres relegadas a funciones de cribado y supresión (mejora del rendimiento). Combinando las funciones superheterodinas del oscilador y el mezclador de señales juntas en un tubo, el acoplamiento de la señal entre estas dos etapas fue intrínseco. En lugar de tener circuitos osciladores y mezcladores separados, el oscilador crea un voltaje de CA y el mezclador “mezcla” ese voltaje con otra señal, la sección del oscilador del convertidor pentagrid creó una corriente de electrones que osciló en intensidad que luego pasó directamente a través de otra red para “mezclar ” con otra señal.

Este mismo tubo a veces se usaba de una manera diferente: al aplicar una tensión de CC a una de las rejillas de control, la ganancia del tubo se podía cambiar por una señal impresa en la otra rejilla de control. Esto se conocía como operación variable-mu porque el “mu” (µ) del tubo (su factor de amplificación, medido como una relación de cambio de voltaje de placa a cátodo sobre cambio de voltaje de rejilla a cátodo con una corriente de placa constante) podría alterarse a voluntad por una señal de voltaje de control de CC.

Ingenieros electrónicos emprendedores también descubrieron formas de explotar tales capacidades multivariables de tubos “menores” como tetrodos y pentodos. Una de esas formas fue el llamado amplificador de potencia de audio ultralineal, inventado por un par de ingenieros llamados Hafler y Keroes, utilizando un tubo de tetrodo en combinación con un transformador de salida “maculado” para proporcionar mejoras sustanciales en la linealidad del amplificador (disminuciones en los niveles de distorsión). Considere un amplificador de tubo triodo “de extremo único” con un transformador de salida que acopla la potencia al altavoz:

Si sustituimos un tetrodo por un triodo en este circuito, veremos mejoras en la ganancia del circuito resultantes del blindaje electrostático que ofrece la pantalla, evitando la retroalimentación no deseada entre la placa y la rejilla de control:

Sin embargo, la pantalla del tetrodo puede ser utilizada para funciones distintas de simplemente proteger la rejilla de la placa. También se puede utilizar como otro elemento de control, como la propia grilla. Si se realiza una “toma” en el devanado primario del transformador, y esta toma se conecta a la pantalla, la pantalla recibirá un voltaje que varía con la señal que se está amplificando (retroalimentación). Más específicamente, la señal de retroalimentación es proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético en el núcleo del transformador (dΦ/dt), mejorando así la capacidad del amplificador para reproducir la forma de onda de la señal de entrada en los terminales del altavoz y no solo en el devanado primario del transformador:

Esta retroalimentación de señal da como resultado mejoras significativas en la linealidad del amplificador (y en consecuencia, distorsión), siempre que se tomen precauciones contra “sobrealimentar” la pantalla con un voltaje positivo demasiado grande con respecto al cátodo. Como concepto, el diseño ultralineal (realimentación de pantalla) demuestra la flexibilidad de operación otorgada por múltiples elementos de rejilla dentro de un solo tubo: una capacidad raramente igualada por componentes semiconductores.

Algunos diseños de tubos combinaron múltiples funciones de tubo de la manera más económica: placas duales con un solo cátodo, las corrientes para cada una de las placas controladas por conjuntos separados de rejillas de control. Ejemplos comunes de estos tubos fueron los tubos de triodo-heptode y triodo-hexodo (un tubo hexodo es un tubo con cuatro rejillas, un cátodo y una placa).

Otros diseños de tubos simplemente incorporaron estructuras de tubo separadas dentro de una sola envoltura de vidrio para una mayor economía. Los tubos de doble diodo (rectificador) eran bastante comunes, al igual que los tubos de doble triodo, especialmente cuando la disipación de potencia de cada tubo era relativamente baja.

Los modelos 12AX7 y 12AU7 son ejemplos comunes de tubos de doble triodo, ambos de baja potencia nominal. El 12AX7 es especialmente común como tubo preamplificador en circuitos amplificadores de guitarra eléctrica.

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