RF zesilovač ventilu - Valve RF amplifier - Wikipedia

Tento článek obsahuje seznam obecných Reference, ale zůstává z velké části neověřený, protože postrádá dostatečné odpovídající vložené citace. Prosím pomozte zlepšit tento článek představuji přesnější citace. (Září 2019) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Krátkovlnný zesilovač s elektronkou GU-78B

A ventilový RF zesilovač (Spojené království a Aus. ) nebo elektronkový zesilovač (NÁS. ), je zařízení pro elektricky zesilovat výkon elektrické rádiové frekvence signál.

Nízko až středně výkonné zesilovače ventilů pro frekvence pod mikrovlnami byly do značné míry nahrazeny pevné skupenství zesilovače během 60. a 70. let, původně pro přijímače a nízkonapěťové stupně vysílačů, výstupní stupně vysílačů přecházejí na tranzistory o něco později. Speciálně konstruované ventily se stále používají pro vysílače s velmi vysokým výkonem, i když v nových konstrukcích jen zřídka.^{[Citace je zapotřebí ]}

Vlastnosti ventilu

Ventily jsou zařízení vysokého napětí / nízkého proudu ve srovnání s tranzistory. Tetrodové a pentodové ventily jsou velmi ploché anoda proud vs. anodové napětí indikující vysoký výstup anody impedance. Triody ukazují silnější vztah mezi anodovým napětím a anodovým proudem.

Díky vysokému pracovnímu napětí se na ně dobře hodí rádiové vysílače a ventily se dodnes používají pro krátkovlnné rádiové vysílače s velmi vysokým výkonem, kde by techniky v pevné fázi vyžadovaly mnoho zařízení paralelně a velmi vysoké stejnosměrné napájecí proudy. Vysokovýkonné polovodičové vysílače také vyžadují složité kombinování a ladění sítí, zatímco vysílač na bázi ventilu by používal jedinou relativně jednoduchou naladěnou síť. I když jsou technicky možné vysokovýkonné krátkovlnné vysílače v pevné fázi, ekonomické úvahy stále upřednostňují ventily nad 3 MHz a 10 000 wattů. Amatéři také používají ventilové zesilovače v rozsahu 500-1500 wattů hlavně z ekonomických důvodů.

Audio vs. RF zesilovače

Zesilovače zvuku ventilů obvykle zesiluje celý zvukový rozsah mezi 20 Hz a 20 kHz nebo vyšší. Používají transformátor se železným jádrem, aby zajistili vhodnou zátěž s vysokou impedancí pro ventil (ventily) při řízení reproduktoru, což je obvykle 8 ohmů. Zvukové zesilovače obvykle používají jeden ventil třída A nebo pár třída B nebo třída AB.

Vysokofrekvenční výkonový zesilovač je naladěn na jedinou frekvenci 18 kHz a vysokou frekvenci UHF rozsah frekvencí za účelem rádiového přenosu nebo průmyslového vytápění. Používají úzce naladěný obvod, který poskytuje ventilu vhodně vysokou impedanci zátěže a napájí zátěž, která je obvykle 50 nebo 75 Ohmů. RF zesilovače normálně fungují Třída C. nebo Třída AB.

I když se frekvenční rozsahy pro audio zesilovače a RF zesilovače překrývají, třída provozu, způsob propojení výstupu a procentní šířka pásma provozu se budou lišit. Výkonové ventily jsou schopné vysokofrekvenční odezvy až do minimálně 30 MHz. Opravdu, mnoho z přímo vyhřívaných Single Ended Trioda (DH-SET) audio zesilovače používají rádiové vysílací ventily původně navržené pro provoz jako RF zesilovače ve vysokofrekvenčním rozsahu.^{[Citace je zapotřebí ]}

Výhody obvodu ventilů

Tato sekce obsahuje a seznam pro a proti, což je někdy nevhodné. Prosím pomozte vylepši to integrací obou stran do více neutrální prezentaci nebo odeberte tuto šablonu, pokud máte pocit, že je takový seznam vhodný pro tento článek. (Února 2019)

• Vysoká vstupní impedance, srovnatelná s impedancí FET, vyšší než u bipolárních tranzistorů, což je výhodné v určitých aplikacích zesílení signálu.
• Ventily jsou zařízení vysokého napětí, která jsou neodmyslitelně vhodná pro obvody s vyšším napětím než většina polovodičů.
• Ventily mohou být konstruovány v měřítku, které dokáže odvádět velké množství tepla, přičemž modely s velmi vysokým výkonem jsou určeny pro chlazení vodou nebo párou. Z tohoto důvodu zůstaly ventily jedinou životaschopnou technologií pro velmi vysoký výkon, a to zejména aplikace s vysokým výkonem / vysokým napětím, jako jsou vysílače rádia a televize, dlouho do doby, kdy tranzistory ve většině ostatních aplikací posunuly ventily. Dnes jsou však také stále více zastaralé.
• Nižší investiční náklady do aplikací, jako jsou RF zesilovače, nad rozsah kilowattového výkonu^[1] Velké, vysoce hodnotné výkonové ventily lze také do určité míry repasovat, aby se prodloužila zbytková životnost.
• Elektricky velmi robustní, mohou tolerovat přetížení, které by zničilo bipolární tranzistor systémy v milisekundy (se zvláštním významem ve vojenských a jiných "strategicky důležitých" systémech).
• Neomezená trvanlivost. Dokonce i 60 let staré trubky mohou být dokonale funkční a mnoho typů je k dispozici ke koupi jako „nový starý materiál“. Navzdory známým problémům se spolehlivostí (viz níže) je tedy stále možné provozovat většinu velmi starých vakuových trubic.
• Srovnatelná snadnost výměny. Je známo, že podléhá řadě běžných poruchových režimů, většina trubek byla navržena a instalována jako zásuvná zařízení, která nejsou připájena do obvodu. Neúspěšná trubice může být jednoduše odpojena a vyměněna uživatelem, zatímco selhání pájeného polovodiče může znamenat poškození mimo ekonomickou opravu celého produktu nebo podsestavy.

Nevýhody ventilů

• Náklady. U většiny aplikací vyžadují elektronky větší počáteční výdaje i provozní náklady na stupeň zesílení, což vyžaduje pozornější rozpočtování počtu stupňů pro danou aplikaci ve srovnání s polovodiči.
• Krátká provozní životnost. V nejběžnějších aplikacích mají ventily životnost jen několik tisíc hodin, mnohem kratší než polovodičové součásti. To je způsobeno různými běžnými mechanismy selhání: vyčerpání katody, přerušení nebo zkraty - zejména ohřívače a mřížkové struktury, otrava katodou a fyzické rozbití skleněné obálky. K poruše topení nejčastěji dochází v důsledku mechanického namáhání při studeném startu. Pouze v určitých vždy profesionálních aplikacích, jako jsou specializované výpočetní a podmořské kabely, speciálně konstruované ventily v pečlivě navržených obvodech a dobře chlazeném prostředí dosáhly životnosti desítek nebo stovek tisíc hodin.
• Ohřívač pro katody. Kromě investičních nákladů se může podíl rozpočtu na energii, který jde na ohřev katody bez přispění k výkonu, pohybovat od několika procentních bodů rozptylu anody (ve vysoce výkonných aplikacích na plný výkon),^[2] široce srovnatelné s rozptylem anody v aplikacích s malým signálem.^[3]
• Teplota velkého okruhu kolísá v cyklech zapnutí / vypnutí. Masivní rozptýlené teplo z katodových ohřívačů v běžných trubkách s nízkým výkonem znamená, že v sousedních obvodech dochází ke změnám teploty, které mohou překročit 100 ° C / 200 ° F. To vyžaduje komponenty odolné vůči teplu. Ve vysokofrekvenčních aplikacích to také znamená, že všechny komponenty určující frekvenci se možná budou muset zahřát na tepelnou rovnováhu, než se dosáhne stability frekvence. Zatímco u přijímačů AM (střední vlny) a ve volně naladěných televizorech to nebyl problém, u typických rádiových přijímačů a vysílačů s volně běžícími oscilátory na vysokofrekvenčních frekvencích vyžadovala tato tepelná stabilizace asi jednu hodinu. Na druhou stranu, miniaturní Přímo ohřívané ventily s velmi nízkým výkonem neprodukují v absolutních hodnotách příliš mnoho tepla, způsobují skromnější výkyvy teploty a umožňují stabilizaci zařízení, které jej obsahuje jen málo, dříve.^[4][5]
• Žádné „okamžité zapnutí“ od studeného startu. Katody ventilů se musí zahřát na žhavení, aby mohly začít vést. U katod s nepřímým ohřevem to může trvat až 20 sekund. Kromě nestability související s teplotou to znamenalo, že ventily nebudou při napájení fungovat okamžitě. To vedlo k vývoji vždy zapnutého předehřívací systémy pro vakuové trubicové spotřebiče, které zkrátily čekání a mohly mít sníženou poruchu ventilů v důsledku tepelného šoku, ale za cenu nepřetržitého odběru energie a zvýšeného nebezpečí požáru. Naproti tomu velmi malé ventily s velmi nízkým výkonem s přímým ohřevem se zapnou v desetinách sekundy od studeného startu.
• Anody mohou vyžadovat nebezpečně vysoké napětí.
• Vysoká impedance / nízký proudový výstup nevhodný pro přímý pohon mnoha zátěží v reálném světě, zejména pro různé formy elektromotoru
• Ve srovnání s tranzistory mají ventily tu nevýhodu, že jsou k dispozici pouze v jedné polaritě. Ve většině procesů jsou tranzistory k dispozici v komplementárních polaritách (např. NPN / PNP), což umožňuje mnoho konfigurací obvodů, které nelze realizovat pomocí ventilů.

Zkreslení

Fungují nejúčinnější vysokofrekvenční zesilovače založené na ventilech Třída C.. Pokud se použije bez vyladěného obvodu na výstupu, došlo by ke zkreslení vstupního signálu a vzniku harmonických. Zesilovače třídy C však obvykle používají výstupní síť s vysokým Q, která odstraňuje harmonické složky a ponechává nezkreslenou sinusovou vlnu identickou se vstupním průběhem. Třída C je vhodná pouze pro zesilování signálů s konstantní amplitudou, jako např FM, FSK, a některé CW (Morseova abeceda ) signály. Kde se amplituda vstupního signálu do zesilovače mění stejně jako u modulace jedním postranním pásmem, amplitudová modulace „Video a komplexní digitální signály, musí zesilovač pracovat ve třídě A nebo AB, aby byla zachována obálka budicího signálu v nezkreslené podobě. Takové zesilovače se označují jako lineární zesilovače.

20 kW PEP lineární zesilovače používané krátkovlnnou radiovou stanicí HCJB v SSB i DRM vysílání

Je také běžné modifikovat zisk zesilovače pracující třídy C tak, aby produkoval amplitudová modulace. Pokud je provedeno lineárně, je tento modulovaný zesilovač schopen nízkého zkreslení. Na výstupní signál lze pohlížet jako na produkt vstupního RF signálu a modulačního signálu.

Vývoj FM vysílání zlepšil věrnost použitím větší šířky pásma, která byla k dispozici v rozsahu VHF a kde chyběl atmosférický šum. FM má také inherentní schopnost odmítat šum, který je většinou modulován amplitudou. Technologie ventilů trpí vysokofrekvenčními omezeními kvůli době průchodu katodou-anodou. Tetrody se však úspěšně používají do rozsahu VHF a tródy do pásma nízkého GHz. Moderní vysílače vysílání FM používají jak ventilové, tak polovodičové zařízení, přičemž ventily mají tendenci být více používány na nejvyšších úrovních výkonu. FM vysílače pracují třídy C s velmi nízkým zkreslením.

Dnešní „digitální“ rádio, které přenáší kódovaná data přes různé fázové modulace (například GMSK, QPSK atd.), A také rostoucí poptávka po spektru si vynutily dramatickou změnu ve způsobu, jakým se rádio používá, např. koncept mobilního rádia. Dnešní standardy celulárního rozhlasu a digitálního vysílání jsou extrémně náročné na spektrální obálku a emise mimo pásmo, které jsou přijatelné (v případě GSM například −70 dB nebo lépe jen několik set kilohertz od střední frekvence). Digitální vysílače proto musí pracovat v lineárních režimech, přičemž je třeba věnovat velkou pozornost dosažení malého zkreslení.

Aplikace

Historické vysílače a přijímače

(Vysoké napětí / vysoký výkon) Stupně ventilů byly použity k zesílení přijatých vysokofrekvenčních signálů, mezifrekvencí, videosignálu a zvukových signálů v různých bodech přijímače. Historicky (před druhou světovou válkou) „vysílací trubice“ patřily k nejsilnějším dostupným trubicím, byly obvykle přímo ohřívány thoriated vlákny, která zářila jako žárovky. Některé trubky byly vyrobeny tak, aby byly velmi robustní a mohly být poháněny tak silně, že by anoda sama o sobě zářila třešňově červenou barvou, přičemž anody byly obrobeny z pevného materiálu (spíše než vyrobeny z tenkého plechu), aby to při zahřátí dokázaly odolat bez deformace. Pozoruhodné trubky tohoto typu jsou 845 a 211. Pozdější paprskové trubice jako 807 a (přímo vyhřívané) 813 byly také použity ve velkém počtu v (zejména vojenských) rádiových vysílačích.

Šířka pásma ventilových vs polovodičových zesilovačů

Dnes jsou rádiové vysílače v naprosté většině pevné fáze, dokonce i na mikrovlnných frekvencích (mobilní rádiové základnové stanice). V závislosti na aplikaci má značný počet vysokofrekvenčních zesilovačů i nadále konstrukci ventilů, a to kvůli jejich jednoduchosti, kde je potřeba několik výstupních tranzistorů se složitým rozdělením a kombinací obvodů, které se rovnají stejnému množství výstupního výkonu jednoho ventilu.

Obvody zesilovačů ventilů se výrazně liší od širokopásmových obvodů v pevné fázi. Polovodičová zařízení mají velmi nízkou výstupní impedanci, což umožňuje přizpůsobení pomocí širokopásmového transformátoru pokrývajícího velký rozsah frekvencí, například 1,8 až 30 MHz. U provozu třídy C nebo AB musí tyto filtry obsahovat dolní propusti, aby se odstranily harmonické složky. I když je nutné zvolit vhodný dolní propustný filtr pro požadovaný kmitočtový rozsah, výsledkem je design bez ladění. Zesilovače ventilů mají vyladěnou síť, která slouží jako nízkofrekvenční harmonický filtr a impedanční přizpůsobení výstupní zátěži. V obou případech jak polovodičová, tak ventilová zařízení potřebují takové filtrační sítě před tím, než se do signálu vydá RF signál.

Rádiové obvody

Na rozdíl od audio zesilovačů, ve kterých je analogový výstupní signál stejné formy a frekvence jako vstupní signál, mohou RF obvody modulovat nízkofrekvenční informace (audio, video nebo data) na nosnou (na mnohem vyšší frekvenci) a obvody zahrnují několik odlišných stupňů. Rádiový vysílač může například obsahovat:

• audiofrekvenční (AF) stupeň (obvykle využívající konvenční širokopásmové malé signální obvody, jak je popsáno v Zesilovač zvuku ventilu,
• jeden nebo více oscilátor fáze, které generují nosná vlna,
• jeden nebo více mixér stupně, které modulují nosný signál z oscilátoru,
• samotný stupeň zesilovače pracuje na (obvykle) vysoké frekvenci. the Vysílač samotný výkonový zesilovač je jediným vysoce výkonným stupněm v rádiovém systému a pracuje na nosná frekvence. V AM se modulace (frekvenční míchání) obvykle odehrává v samotném koncovém zesilovači.

Vysílací anodové obvody

Nejběžnějším anodovým obvodem je vyladěný LC obvod, kde jsou anody připojeny na a Napětí uzel. Tento obvod je často známý jako anoda okruh nádrže.

Aktivní (nebo vyladěný mřížkový) zesilovač

Jednoduchý tetroda - design založený na vyladěném vstupu do mřížky

Příklad tohoto použitého na VHF /UHF patří 4CX250B, příklad dvojčete tetroda je QQV06 / 40A.

Neutralizace je termín používaný v zesilovačích TGTP (tuned grid laded plate) pro metody a obvody používané pro stabilizaci proti nežádoucím oscilacím na pracovní frekvenci způsobeným neúmyslným zavedením části výstupního signálu zpět do vstupních obvodů. K tomu dochází hlavně prostřednictvím kapacity mřížky na desku, ale může to být i jinými cestami, což činí rozvržení obvodu důležitým. Aby se zrušil nežádoucí zpětnovazební signál, je část výstupního signálu záměrně zavedena do vstupního obvodu se stejnou amplitudou, ale opačnou fází.

Při použití laděného obvodu na vstupu musí síť odpovídat budícímu zdroji vstupní impedanci sítě. Tato impedance bude určena síťovým proudem v provozu třídy C nebo AB2. V provozu AB1 by měl být síťový obvod navržen tak, aby nedocházelo k nadměrnému zesilovacímu napětí, které, i když by mohlo poskytnout větší zisk fáze, jako u zvukových návrhů, zvýší nestabilitu a učiní neutralizaci kritičtější.

Společně se všemi třemi zde zobrazenými základními konstrukcemi je anoda ventilu připojena k rezonančnímu LC obvodu, který má další indukční spojení, které umožňuje předávat RF signál na výstup. Zobrazený obvod byl do značné míry nahrazen Síť Pi což umožňuje jednodušší nastavení a přidává dolní propust.

Úkon

Anodový proud je řízen elektrickým potenciálem (napětím) první sítě. A DC předpětí se aplikuje na ventil, aby se zajistilo, že se použije ta část přenosové rovnice, která je nejvhodnější pro požadovanou aplikaci. Vstupní signál je schopen narušit (změnit) potenciál sítě, to zase změní anoda proud (také známý jako deskový proud).

V RF vzory zobrazené na této stránce, a vyladěný obvod je mezi anodou a zdrojem vysokého napětí. Tento vyladěný obvod je uveden do rezonance představující indukční zátěž, která je dobře přizpůsobena ventilu, a vede tak k účinnému přenosu energie.

Vzhledem k tomu, že proud protékající anodovým spojením je řízen mřížkou, potom je proud protékající zátěží také řízen mřížkou.

Jednou z nevýhod vyladěné mřížky ve srovnání s jinými návrhy RF je nutnost neutralizace.

Pasivní síťový zesilovač

Jednoduchý tetroda zesilovač na bázi pasivního mřížkového vstupu

Pasivní síťový obvod používaný na frekvencích VHF / UHF může používat tetrodu 4CX250B. Příkladem dvojité tetrody by byl QQV06 / 40A. Tetroda má sítovou mřížku, která je mezi anodou a první mřížkou, která je uzemněna pro RF, působí jako štít ke snížení efektivní kapacity mezi první mřížkou a anodou. Kombinace účinků mřížky obrazovky a tlumicího odporu mřížky často umožňuje použití této konstrukce bez neutralizace. Obrazovka nacházející se v tetrodách a pentodách výrazně zvyšuje zisk ventilu snížením účinku anodového napětí na anodový proud.

Vstupní signál je přiváděn do první sítě ventilu přes kondenzátor. Hodnota mřížkového odporu určuje zisk stupně zesilovače. Čím vyšší je odpor, tím větší je zisk, tím nižší je tlumicí účinek a tím větší je riziko nestability. U tohoto typu pódia je dobré rozvržení méně důležité.

Výhody

• Stabilní, bez nutnosti neutralizace
• Konstantní zatížení vzrušující fáze

Nevýhody

• Nízký zisk, je vyžadován větší vstupní výkon
• Menší zisk než vyladěná mřížka
• Méně filtrování než vyladěná mřížka (více širokopásmového připojení), proto je zesílení rušivých signálů mimo pásmo, jako jsou harmonické, z budiče větší

Uzemněný síťový zesilovač

Jednoduchý trioda -založený design využívající pasivní vstup do mřížky

Tato konstrukce obvykle používá triodu, takže ventily, jako je 4CX250B, nejsou pro tento obvod vhodné, pokud nejsou spojeny obrazovka a ovládací mřížky, což účinně převádí tetrodu na triodu. Tato konstrukce obvodu byla použita na frekvenci 1296 MHz pomocí těsnění disku trioda ventily jako je 2C39A.

Mřížka je uzemněna a pohon je aplikován na katodu přes kondenzátor. Napájení ohřívače musí být izolováno od katody, protože na rozdíl od jiných konstrukcí není katoda připojena k uzemnění RF. Některé ventily, například 811A, jsou navrženy pro provoz s „nulovým zkreslením“ a katoda může mít zemní potenciál pro stejnosměrný proud. Ventily, které vyžadují předpětí záporné mřížky, lze použít přivedením kladného stejnosměrného napětí na katodu. Toho lze dosáhnout vložením zenerovy diody mezi katodu a zem nebo použitím samostatného předpětí.

Výhody

• Stabilní, bez nutnosti neutralizace
• Část výkonu z vzrušujícího stupně se objeví na výstupu

Nevýhody

• Relativně nízký zisk, obvykle asi 10 dB.
• Ohřívač musí být izolován od země pomocí tlumivek.

Neutralizace

Kapacita interelektrody ventilu, která existuje mezi vstupem a výstupem zesilovače a další rozptýlenou vazbou, může umožnit dostatek energie pro zpětný tok na vstup, aby způsobila vlastní oscilaci ve stupni zesilovače. U návrhů s vyšším ziskem musí být tento efekt potlačen. Existují různé metody pro zavedení signálu mimo fázi z výstupu zpět na vstup, aby byl účinek zrušen. I když zpětná vazba není dostatečná k vyvolání oscilace, může mít další efekty, například obtížné ladění. Proto může být neutralizace užitečná i pro zesilovač, který ne osciluje. Mnoho uzemněných mřížkových zesilovačů nepoužívá žádnou neutralizaci, ale při přidání 30 MHz může ladění vyhladit.

Důležitou součástí neutralizace tetrody nebo pentody je návrh obvodu mřížky obrazovky. Pro zajištění co největšího stínícího efektu musí být obrazovka dobře uzemněna při provozní frekvenci. Mnoho ventilů bude mít „samonutralizační“ frekvenci někde v rozsahu VHF. To je výsledkem sériové rezonance skládající se z kapacity stínění a indukčnosti stínícího vodiče, čímž je zajištěna velmi nízká impedanční cesta k zemi.

UHF

Účinky tranzitního času jsou na těchto frekvencích důležité, takže zpětná vazba není obvykle použitelná a pro aplikace kritické z hlediska výkonu je nutné použít alternativní linearizační techniky, jako je degenerace a dopředná vazba.

Hluk trubice a šumový údaj

Údaje o šumu u ventilů výkonových zesilovačů obvykle nejsou problémem, u přijímačů využívajících ventily to však může být důležité. I když jsou tato použití zastaralá, jsou tyto informace z historického hlediska zahrnuty.

Jako každé zesilovací zařízení, ventily přidávají šum do signálu, který má být zesílen. I při hypotetickém dokonalém zesilovači je však nevyhnutelně přítomný šum v důsledku teplotních výkyvů ve zdroji signálu (obvykle se předpokládá, že je při pokojové teplotě, T = 295 K). Takové výkyvy způsobují sílu elektrického šumu ${ displaystyle k_ {B} TB}$, kde k_B je Boltzmannova konstanta a B šířku pásma. Odpovídajícím způsobem napěťový šum odporu R do otevřeného obvodu je ${ displaystyle 4 * k_ {B} * T * B * R) ^ {1/2}}$ a aktuální šum na zkrat je ${ displaystyle 4 * k_ {B} * T * B / R) ^ {1/2}}$.

Šumový údaj je definován jako poměr šumového výkonu na výstupu zesilovače vzhledem k šumovému výkonu, který by byl na výstupu, kdyby byl zesilovač bezhlučný (kvůli zesílení tepelného šumu zdroje signálu). Ekvivalentní definice je: šumový údaj je faktor, kterým vložení zesilovače degraduje poměr signálu k šumu. Často se vyjadřuje v decibelech (dB). Zesilovač s hodnotou šumu 0 dB by byl perfektní.

Šumové vlastnosti elektronek na zvukových frekvencích lze dobře modelovat pomocí dokonalé bezhlučné elektronky se zdrojem napěťového šumu v sérii s mřížkou. Například pro trubici EF86 je tento napěťový šum specifikován (viz např. Datové listy Valvo, Telefunken nebo Philips) jako 2 mikrovolty integrované ve frekvenčním rozsahu přibližně 25 Hz až 10 kHz. (To se týká integrovaného šumu, frekvenční závislost spektrální hustoty šumu viz níže.) To se rovná napěťovému šumu rezistoru 25 kΩ. Pokud má tedy zdroj signálu impedanci 25 kΩ nebo více, je šum trubice ve skutečnosti menší než šum zdroje. Pro zdroj 25 kΩ je šum generovaný elektronkou a zdrojem stejný, takže celkový výkon šumu na výstupu zesilovače je dvojnásobný výkon šumu na výstupu dokonalého zesilovače. Šumový údaj je pak dva nebo 3 dB. U vyšších impedancí, například 250 kΩ, je napěťový šum EF86 ${ displaystyle 1/10 ^ {1/2}}$ nižší než vlastní šum zdroje. Přidává tedy 1/10 šumového výkonu způsobeného zdrojem a šumová hodnota je 0,4 dB. U zdroje s nízkou impedancí 250 Ω je naproti tomu příspěvek šumového napětí trubice 10krát větší než zdroj signálu, takže výkon šumu je stokrát větší než výkon způsobený zdrojem. Šumová hodnota je v tomto případě 20 dB.

Pro získání nízkého šumu lze impedanci zdroje zvýšit transformátorem. To je nakonec omezeno vstupní kapacitou elektronky, která nastavuje limit, jak vysoká může být impedance signálu, pokud je požadována určitá šířka pásma.

Hustota napětí hluku dané trubice je funkcí frekvence. Při frekvencích nad 10 kHz nebo v takovém je v zásadě konstantní („bílý šum“). Bílý šum je často vyjádřen ekvivalentním šumovým odporem, který je definován jako odpor, který vytváří stejný napěťový šum, jaký je přítomen na vstupu trubice. U triod je to přibližně (2-4) /G_m, kde G_m je transkonduktivita. U pentod je vyšší, asi (5-7) /G_m. Trubky s vysokou G_m proto mají tendenci mít nižší šum při vysokých frekvencích. Například je to 300 Ω pro polovinu ECC88, 250 Ω pro E188CC (oba mají G_m = 12,5 mA / V) a tak nízké jako 65 Ω pro D3a připojenou k tride (G_m = 40 mA / V).

V audiofrekvenčním rozsahu (pod 1–100 kHz) „1 /F"hluk se stává dominantním, který stoupá jako 1 /F. (To je důvod relativně vysoké odolnosti proti šumu EF86 ve výše uvedeném příkladu.) Trubky s nízkým šumem při vysoké frekvenci tedy nemusí nutně mít nízký šum v rozsahu zvukových frekvencí. U speciálních nízkošumových zvukových trubic je frekvence, při které 1 /F hluk přebírá je co nejvíce omezen, možná na něco jako kilohertz. Lze jej snížit výběrem velmi čistých materiálů pro katodový nikl a spuštěním trubice při optimalizovaném (obecně nízkém) proudu anody.

Na rádiových frekvencích je situace komplikovanější: (i) Vstupní impedance elektronky má skutečnou složku, která klesá jako 1 /F² (kvůli účinkům indukce katodového vodiče a času přenosu). To znamená, že vstupní impedanci již nelze libovolně zvyšovat, aby se snížilo šumové číslo. (ii) Tento vstupní odpor má svůj vlastní tepelný šum, stejně jako jakýkoli odpor. („Teplota“ tohoto rezistoru pro účely šumu se blíží teplotě katody než teplotě místnosti). Takže šumová hodnota trubicových zesilovačů se zvyšuje s frekvencí. Na 200 MHz lze dosáhnout šumu 2,5 (nebo 4 dB) s elektronkou ECC2000 v optimalizovaném obvodu „cascode“ s optimalizovanou impedancí zdroje. Na 800 MHz mají zkumavky jako EC8010 hodnoty šumu přibližně 10 dB nebo více. Rovinné triody jsou lepší, ale velmi brzy dosáhly tranzistory hlukových čísel podstatně nižších než elektronky na UHF. Tunery televizních přijímačů byly tedy jednou z prvních částí spotřební elektroniky, kde byly použity tranzistory.

Pokles

Polovodičové zesilovače mají ohromně přemístěné ventilové zesilovače pro aplikace s nízkým a středním výkonem na všech frekvencích.

Ventily se nadále používají v některých vysoce výkonných vysokofrekvenčních zesilovačích používaných pro vysílání krátkých vln, VHF a UHF TV a (VHF) FM rádiích, také ve stávajících „radarových, protiopatřovacích zařízeních nebo komunikačních zařízeních“^[6] pomocí speciálně konstruovaných ventilů, jako je klystron, gyrotron, cestovní vlnová trubice, a zesilovač s křížovým polem; nové designy pro tyto produkty jsou však nyní vždy založeny na polovodičích.^[7]

Poznámky pod čarou

Citované práce

• Symons, Robert S. (1998). „Trubky: Po všech těch letech stále životně důležité“. IEEE Spectrum. 35 (4): 52–63. doi:10.1109/6.666962.CS1 maint: ref = harv (odkaz)

Reference

• Příručka pro rádiovou komunikaci (5. vydání), Radio Society of Great Britain, 1976, ISBN  0-900612-28-2

externí odkazy

• Výsledek dotazu WebCite - AM pásmo (střední vlna, krátká vlna) starý typ ventilu Rádio
• Zvukový obvod - Téměř kompletní seznam výrobců, kutilských sad, materiálů a dílů a sekcí „jak fungují“ na ventilových zesilovačích
• Konverzní kalkulačka - faktor zkreslení na útlum zkreslení a THD