V článku o tetrodě a pentodě jsme uvedli, že první mřížka tetrody má záporné předpětí a slouží jako řídicí, na druhé, stínicí mřížce je vyšší kladné napětí. Takové uspořádání ale není jediné. Již v roce 1919 vytvořil Walter Schottky tetrodu s nábojovou mřížkou*). Ta má první mřížku s malým kladným napětím a druhá mřížka, která slouží jako řídící, je záporná. První mřížka zvětšuje počet elektronů, odsávaných z prostorového náboje u katody. Mnohé elektrony prochází mezi závity nábojové mřížky do oblasti mezi ní a řídicí mřížkou. Zde se zpomalují a tvoří prostorový náboj, neboli virtuální katodu.Ta má velkou plochu a je rozložena velmi blízko řídicí mřížky. To dává elektronce velkou strmost a anodový proud v poměru k anodovému napětí. Tetroda s nábojovou mřížkou je použitelná již při anodovém napětí 5÷15V, to je její hlavní přednost. Proto jí byly osazovány nejstarší přenosné přijímače a později se uplatnila i jako měnič kmitočtu v prvních superhetech (na G1 se přivádělo napětí oscilátoru a na G2 vstupní napětí). Použití nábojové mřížky není omezeno jen na tetrody, setkáme se s ní i u elektronek s více mřížkami jako je například vojenská hexoda RV2,4P45 a heptoda DAH50.
Anodová charakteristika tetrody s nábojovou mřížkou se nijak podstatně neliší od charakteristik triody, má ale větší zakřivení. Proto mají elektronky s nábojovou mřížkou malý pracovní rozsah a příliš se nehodí pro zesilovače výkonu. Zajímavé jsou charakteristiky znázorňující anodový proud a proud první mřížky v závislosti na napětí druhé (záporné) mřížky. Jak je zřejmé z Obr. 1, vzrůstá při změně napětí druhé mřížky v kladném směru anodový proud, zatímco proud první mřížky klesá. Část elektronů se totiž před druhou mřížkou obrací zpět k první, kladné mřížce a jejich podíl vzrůstá se záporným napětím druhé mřížky. Tomuto jevu -řízení proudu jedné mřížky napětím na následující mřížce- se říká zpětné řízení. V praxi ho lze využít například pro obraceč fáze.
Obr. 1: Charakteristiky dvoumřížkové elektronky
Elektronky s nábojovou mřížkou se již nevyrábí a vesměs se jedná o typy těžko dostupné. Pro experimenty je ale možné použít běžnou napěťovou pentodu, například typu 6Ž8 (6Ж8) a připojit její řídicí (G1) a stínicí (G2) mřížku na kladné napětí a brzdicí mřížku (G3) použít jako řídicí. Ve známé Termanově příručce**) je uvedena ještě druhá možnost: První mřížka je připojena na kladné napětí a ruší prostorový náboj, druhá mřížka slouží jako řídicí a třetí jako stínicí. V tomto zapojení má elektronka větší vnitřní odpor i zesilovací činitel. V obou případech stačí k dobré funkci již napětí 6V.
Obr. 2: Zapojení pentody jako elektronky s nábojovou mřížkou
Nábojová mřížka si našla cestu i do několika moderních typů elektronek. V polovině 50. let uvedla americká firma Tung-Sol na trh celou řadu elektronek pro autorádia napájená přímo z 12V akumulátoru. Dva typy, 12K5 a 12DV8, byly tetrody s nábojovou mřížkou. Výkonnější 12K5 je schopna dát v jednočinném zesilovači nízkofrekvenční výkon 40mW.
Druhý příklad je také z 50.let, tentokrát z Ruska. Tam byla nábojová mřížka použita u několika typů elektronek pro širokopásmové a impulsní zesilovače. Cílem bylo dosáhnout vysoké strmosti bez technologicky náročné rámečkové mřížky a tím zlevnit a zjednodušit výrobu. Jak je vidět v tabulce, odpovídají parametry elektronek 6Ж20П (6Ž20P) a 6Ж21П přibližně známé elektronce 6Ж9П, parametry 6Ж22П pak elektronce 6Ж11П. Vstupní a výstupní kapacity, které přímo ovlivňují použitelnost elektronky v širokopásmovém zesilovači, jsou dokonce většinou menší než u odpovídajícího standardního typu. Při praktickém použití vyžadují elektronky s nábojovou mřížkou složitější napájecí zdroj a složitější je i zapojení pro stabilizaci pracovního bodu. K negativům patří i větší rozptyl parametrů a vyšší ekvivalentní šumový odpor. Kromě výše uvedených typů se později vyráběla ještě tetroda 6Н19П (6N19P) a hexoda 6Ж44П.
| 6Ж20П | 6Ж21П | 6Ж9П | 6Ж22П | 6Ж11П | ||||||||
| Anodový proud | mA | 16,5±4,5 | 14±6 | 15±4 | 30±12 | 25±7,5 | ||||||
| Proud stínicí mřížky | mA | ≤6 | ≤6 | ≤4,5 | ≤9 | ≤7,5 | ||||||
| Proud nábojové mřížky | mA | 38±10 | 38±10 | - | ≤80 | - | ||||||
| Strmost | mA/V | 13,5±6,5 | 13,5±6,5 | 17,5±3,5 | 23±8 | 28±7 | ||||||
| Vstupní kapacita | pF | 9±1 | 5,8±0,4 | 8,5±1 | 9,3±0,7 | 13,5±2 | ||||||
| Výstupní kapacita | pF | 2,45±0,3 | 1,9±0,25 | 3±0,5 | 2,55±0,25 | 3,45±0,5 | ||||||
| Průchozí kapacita | pF | ≤0,04 | ≤0,042 | ≤0,03 | ≤0,06 | ≤0,04 | ||||||
| Vstupní odpor při f=100MHz | kΩ | 2,2 | 1,2 | 1,8 | 1,2 | 0,54 | ||||||
| Ekvivalentní šumový odpor | Ω | 350 | 1200 | 350 | 500 | 240 |
Tab. 1: Porovnání parametrů elektronek s nábojovou mřížkou se standardními typy
Na následujícím obrázku je pohled do systému elektronky 6Ж20П; kromě anody a svazkovacích destiček jsou dobře vidět i samonosně vinuté mřížky.
Obr. 3: Elektronka 6Ж20П.
*) Používá se i termín mřížka proti prostorovému náboji, prostorová mřížka nebo katodová mřížka. Tetroda s nábojovou mřížkou se někdy označuje jako dvoumřížková elektronka.
**) Terman: Radio engineers' handbook; ke stažení například zde.