Ламповый ВЧ усилитель

Коротковолновый усилитель на лампе ГУ-78Б

Ламповый радиочастотный усилитель ( Великобритания и Австралия ) или ламповый усилитель ( США ) — это устройство для электрического усиления мощности электрического радиочастотного сигнала .

Ламповые усилители малой и средней мощности для частот ниже микроволн были в основном заменены твердотельными усилителями в 1960-х и 1970-х годах, первоначально для приемников и маломощных каскадов передатчиков, несколько позже выходные каскады передатчиков перешли на транзисторы. Клапаны специальной конструкции до сих пор используются для передатчиков очень высокой мощности, хотя и редко в новых конструкциях.

Характеристики клапана

В отличие от транзисторов, клапаны являются устройствами высокого напряжения и слабого тока . Тетродные и пентодные лампы имеют очень ровную зависимость анодного тока от анодного напряжения, что указывает на высокое выходное сопротивление анода . Триоды демонстрируют более сильную связь между анодным напряжением и анодным током.

Высокое рабочее напряжение делает их хорошо подходящими для радиопередатчиков , а лампы до сих пор используются для очень мощных коротковолновых радиопередатчиков, где полупроводниковые технологии требуют параллельного подключения множества устройств и очень высоких постоянного тока токов . Твердотельные передатчики высокой мощности также требуют сложной комбинации трансформаторов и настроечных цепей, тогда как ламповый передатчик будет использовать одну, относительно простую настраиваемую цепь.

Таким образом, хотя твердотельные коротковолновые передатчики высокой мощности технически возможны, экономические соображения по-прежнему отдают предпочтение лампам с частотой выше 3 МГц и мощностью 10 000 Вт.Радиолюбители также используют ламповые усилители в диапазоне 500–1500 Вт в основном по экономическим соображениям.

Аудио и радиочастотные усилители

Ламповые аудиоусилители обычно усиливают весь звуковой диапазон от 20 Гц до 20 кГц или выше. Они используют трансформатор с железным сердечником для обеспечения подходящей нагрузки с высоким импедансом на клапан(ы) во время работы динамика, сопротивление которого обычно составляет 8 Ом. В аудиоусилителях обычно используется один клапан класса A или пара ламп класса B или AB .

Усилитель мощности RF настроен на одну частоту от 18 кГц до диапазона частот УВЧ для целей радиопередачи или промышленного отопления. Они используют узкую настроенную цепь, чтобы обеспечить лампе достаточно высокий импеданс нагрузки и питать нагрузку, которая обычно составляет 50 или 75 Ом. Радиочастотные усилители обычно работают в классе C или классе AB .

Хотя диапазоны частот аудиоусилителей и радиочастотных усилителей перекрываются, класс работы, метод выходной связи и процент рабочей полосы пропускания будут различаться. Силовые лампы способны воспроизводить высокие частоты, по крайней мере, до 30 МГц. Действительно, во многих аудиоусилителях на однотактном триоде с прямым нагревом ( DH-SET ) используются радиопередающие лампы, изначально предназначенные для работы в качестве радиочастотных усилителей в диапазоне высоких частот.

Схемные преимущества клапанов

Высокое входное сопротивление

Входное сопротивление ламп сравнимо с сопротивлением полевых транзисторов , оно выше, чем у биполярных транзисторов, что полезно в некоторых приложениях усиления сигнала.

Устойчивость к высоким напряжениям

Лампы представляют собой устройства высокого напряжения, которые по своей природе подходят для цепей с более высоким напряжением, чем большинство полупроводников.

Трубки могут быть изготовлены большего размера для улучшения охлаждения.

Клапаны могут быть изготовлены в достаточно больших размерах, чтобы рассеивать большое количество тепла. Модели очень высокой мощности предназначены для водяного или парового охлаждения. По этой причине лампы оставались единственной жизнеспособной технологией для работы с очень высокой мощностью, особенно при использовании высокой мощности + высокого напряжения, например, в радио- и телевизионных передатчиках, даже в эпоху, когда транзисторы вытеснили лампы почти во всех других приложениях. Однако сегодня даже для высоких мощностей и напряжений лампы все больше устаревают, поскольку новая транзисторная технология повышает устойчивость к высоким напряжениям и способность выдерживать большую мощность.

Более низкие инвестиционные затраты

Из-за простоты практичных ламповых конструкций использование ламп для таких приложений, как ВЧ- усилители мощностью выше киловаттного диапазона, может значительно снизить производственные затраты. Кроме того, большие и дорогостоящие силовые клапаны (стальные, а не стеклянные трубки) могут быть в некоторой степени восстановлены для продления остаточного срока службы.

Электрически очень надежный

Лампы могут выдерживать невероятно высокие перегрузки, которые могут разрушить биполярные транзисторные системы за миллисекунды (что особенно важно в военных и других «стратегически важных» системах).

Неопределенный срок годности

Даже лампы 60-летней давности могут быть совершенно функциональными, и многие их типы можно приобрести как «новые-старые». Таким образом, несмотря на известные проблемы с надежностью (см. следующий раздел ниже), вполне возможно эксплуатировать большую часть очень старого оборудования с электронными лампами.

Сравнительная простота замены

Поскольку известно, что они подвержены ряду распространенных видов отказов, большинство систем с трубками были спроектированы с разъемами, поэтому трубки можно было устанавливать как вставные устройства; их редко, если вообще когда-либо, впаивают в схему. Вышедшая из строя трубка может быть просто отключена и заменена пользователем, в то время как выход из строя впаянного полупроводника может представлять собой ущерб, выходящий за рамки экономичного ремонта всего изделия или его узла. Единственная сложность – определить, какая трубка вышла из строя.

Недостатки клапанов

Расходы

Для большинства применений лампы требуют как больших первоначальных затрат, так и эксплуатационных расходов на каждый каскад усиления, что требует более внимательного планирования количества каскадов для данного применения по сравнению с полупроводниками.

Короткий срок эксплуатации

В наиболее распространенных применениях срок службы клапанов составляет всего несколько тысяч часов, что намного меньше, чем у твердотельных деталей. Это происходит из-за различных типичных отказов: истощение катода, размыкание или короткое замыкание (особенно в конструкциях нагревателя и сетки), «отравление» катода и разрушение стеклянной оболочки (самой стеклянной «трубки»). Выход из строя подогревателя чаще всего случается из-за механического воздействия при холодном запуске. Только в некоторых ограниченных, постоянно работающих профессиональных приложениях, таких как специализированные вычисления и подводные кабели , используются специально разработанные клапаны в тщательно спроектированных схемах, а в хорошо охлажденных средах срок службы достигает десятков или сотен тысяч часов.

Для катодов необходимы нагреватели.

Помимо инвестиционных затрат, доля бюджета мощности, которая идет на , не нагрев катода внося вклад в выходную мощность, может варьироваться от нескольких процентов рассеивания анода (в приложениях высокой мощности при полной мощности) в целом сопоставимо с анодным рассеянием в приложениях с малыми сигналами.

Большие колебания температуры контура в циклах включения/выключения.

Массивное рассеянное тепло от катодных нагревателей в обычных лампах малой мощности означает, что в соседних цепях происходят изменения температуры, которые могут превышать 100 °C (212 °F). Для этого необходимы термостойкие компоненты. В радиочастотных приложениях это также означает, что все компоненты, определяющие частоту, возможно, придется нагреть до теплового равновесия, прежде чем будет достигнута стабильность частоты. Если в приемниках АМ- вещания (средневолновых) и в слабонастроенных телевизорах это не представляло проблемы, то в типичных радиоприемниках и передатчиках с автономными генераторами на ВЧ частотах такая термостабилизация требовала около часа. С другой стороны, миниатюрные клапаны прямого нагрева сверхмалой мощности не выделяют много тепла в абсолютном выражении, вызывают более умеренные колебания температуры и позволяют оборудованию, в котором их мало, быстрее стабилизироваться.

Нет «мгновенного включения» при холодном старте

Катоды вентиля необходимо нагреть до свечения, чтобы начать проводить ток. В катодах косвенного нагрева это может занять до 20 секунд. Помимо нестабильности, связанной с температурой, это означало, что клапаны не сработали мгновенно при включении питания. Это привело к разработке постоянно включенных систем предварительного нагрева для приборов с вакуумными лампами, которые сократили время ожидания и, возможно, уменьшили количество отказов клапанов из-за теплового удара, но ценой постоянного отключения электроэнергии и повышенной опасности возгорания. С другой стороны, очень маленькие, сверхмаломощные клапаны прямого подогрева включаются за десятые доли секунды после холодного запуска.

Опасно высокое напряжение

Для правильной работы анодов трубок может потребоваться опасно высокое напряжение. В целом, сами лампы не будут подвергаться воздействию высокого напряжения, но высокие напряжения потребуют дополнительных мер предосторожности при компоновке и проектировании схемы, чтобы избежать «перекрытия».

Неправильный импеданс для удобного использования

Выход с высоким импедансом (высокое напряжение/малый ток) обычно не подходит для прямого управления многими реальными нагрузками, особенно различными типами электродвигателей.

Клапаны имеют только одну полярность.

По сравнению с транзисторами, лампы имеют тот недостаток, что имеют одну полярность, тогда как для большинства применений транзисторы доступны в виде пар с взаимодополняющими полярностями (например, NPN / PNP ), что делает возможным множество конфигураций схем, которые невозможно реализовать с помощью ламп.

Искажение

Наиболее эффективные ламповые радиочастотные усилители работают в классе C. Если использовать его без настроенной схемы на выходе, это приведет к искажению входного сигнала, создавая гармоники. Однако в усилителях класса C обычно используется выходная цепь с высокой добротностью , которая удаляет гармоники, оставляя неискаженную синусоидальную волну, идентичную форме входного сигнала. Класс C подходит только для усиления сигналов с постоянной амплитудой, таких как FM , FSK и некоторые сигналы CW ( код Морзе ). Если амплитуда входного сигнала усилителя изменяется, как при однополосной модуляции , амплитудной модуляции , видео и сложных цифровых сигналах, усилитель должен работать в классе A или AB, чтобы сохранить огибающую управляющего сигнала в неискаженной форме. Такие усилители называются линейными усилителями .

мощностью 20 кВт Линейные усилители PEP , используемые коротковолновой радиостанцией HCJB как в SSB , так и в DRM- вещании.

Также распространено изменение коэффициента усиления усилителя рабочего класса C для создания амплитудной модуляции . Если все сделано линейно, этот модулированный усилитель способен обеспечить низкие искажения. Выходной сигнал можно рассматривать как произведение входного радиочастотного сигнала и модулирующего сигнала.

Развитие FM- вещания повысило точность воспроизведения за счет использования большей полосы пропускания, доступной в диапазоне ОВЧ и там, где атмосферный шум отсутствовал. FM также обладает свойственной способностью подавлять шум, который в основном модулируется по амплитуде. Ламповая технология страдает высокочастотными ограничениями из-за времени прохождения катод-анод. Однако тетроды успешно применяются в УКВ- диапазоне, а триоды — в диапазоне низких ГГц. В современных передатчиках FM- вещания используются как ламповые, так и полупроводниковые устройства, при этом лампы, как правило, чаще используются на самых высоких уровнях мощности. FM- передатчики работают в классе C с очень низкими искажениями.

Современное цифровое радио, которое передает закодированные данные с помощью различных фазовых модуляций (таких как GMSK , QPSK и т. д.), а также растущий спрос на спектр, привели к кардинальным изменениям в способах использования радио, например, в концепции сотовой радиосвязи. Сегодняшние стандарты сотовой радиосвязи и цифрового вещания чрезвычайно требовательны с точки зрения огибающей спектра и допустимых внеполосных излучений (например, в случае GSM -70 дБ или лучше всего в нескольких сотнях килогерц от центральной частоты). Поэтому цифровые передатчики должны работать в линейных режимах, уделяя большое внимание достижению низких искажений.

Приложения

Исторические передатчики и приемники

(Высокое напряжение/высокая мощность)Ламповые каскады использовались для усиления принятых радиочастотных сигналов, промежуточных частот, видеосигнала и аудиосигналов в различных точках приемника. Исторически (до Второй мировой войны) «передающие трубки» были одними из самых мощных доступных ламп и обычно нагревались напрямую с помощью торированных нитей накаливания, которые светились, как лампочки. Некоторые лампы были очень прочными, способными работать с такой силой, что анод сам светился вишнево-красным цветом, а аноды изготавливались из твердого материала (а не из тонкого листа), чтобы выдерживать это, не деформируясь при нагревании. Известными лампами этого типа являются 845 и 211. Более поздние лучевые лампы, такие как 807 и 813 (с прямым нагревом), также использовались в больших количествах в (особенно военных) радиопередатчиках.

Полоса пропускания лампового и твердотельного усилителей

Сегодня радиопередатчики в подавляющем большинстве являются полупроводниковыми, даже на микроволновых частотах (базовые станции сотовой радиосвязи). В зависимости от применения, значительное количество радиочастотных усилителей по-прежнему имеют ламповую конструкцию из-за их простоты, тогда как требуется несколько выходных транзисторов со сложными схемами разделения и объединения, чтобы получить ту же выходную мощность, что и один ламповый.

Схемы ламповых усилителей существенно отличаются от широкополосных твердотельных схем. Твердотельные устройства имеют очень низкий выходной импеданс, что позволяет согласовывать их с помощью широкополосного трансформатора, охватывающего широкий диапазон частот, например от 1,8 до 30 МГц. При работе класса C или AB они должны включать фильтры нижних частот для удаления гармоник. Хотя для интересующего диапазона частот необходимо выбрать соответствующий фильтр нижних частот, результат считается проектом «без настройки». Ламповые усилители имеют настроенную сеть, которая служит одновременно фильтром нижних частот и согласовывает импеданс с выходной нагрузкой. В любом случае как твердотельные, так и ламповые устройства нуждаются в таких фильтрующих сетях перед выводом радиочастотного сигнала на нагрузку.

Радиосхемы

В отличие от аудиоусилителей, в которых аналоговый выходной сигнал имеет ту же форму и частоту, что и входной сигнал, радиочастотные схемы могут модулировать низкочастотную информацию (аудио, видео или данные) на несущую (на гораздо более высокой частоте), а Схема состоит из нескольких отдельных этапов. Например, радиопередатчик может содержать:

• каскад звуковой частоты (AF) (обычно с использованием обычной широкополосной схемы слабого сигнала, как описано в аудиоусилителе Valve ,
• один или несколько каскадов генератора , генерирующих несущую волну ,
• один или несколько каскадов смесителя , которые модулируют сигнал несущей от генератора,
• сам каскад усилителя работает (обычно) на высокой частоте. является Сам по себе усилитель мощности передатчика единственным каскадом высокой мощности в радиосистеме и работает на несущей частоте . В АМ модуляция (смешение частот) обычно происходит в самом оконечном усилителе.

Анодные цепи передатчика

Наиболее распространенной анодной схемой является настроенная LC-схема, в которой аноды подключены к напряжения узлу . Эту схему часто называют схемой анодного бака .

Активный (или настроенный сеточный) усилитель

Простая конструкция на основе тетрода с использованием настроенного входа сетки

Примером его использования на ОВЧ/ УВЧ является 4CX250B , примером двойного тетрода является QQV06/40A.

Нейтрализация — это термин, используемый в усилителях TGTP (настроенная сетка, настроенная пластина) для обозначения методов и схем, используемых для стабилизации от нежелательных колебаний на рабочей частоте, вызванных непреднамеренным введением части выходного сигнала обратно во входные цепи. В основном это происходит через ёмкость сетки к пластине, но может происходить и другими путями, что делает компоновку схемы важной. Чтобы устранить нежелательный сигнал обратной связи, часть выходного сигнала намеренно вводится во входную цепь с той же амплитудой, но с противоположной фазой.

При использовании настроенной схемы на входе сеть должна согласовывать источник возбуждения с входным сопротивлением сети. Это сопротивление будет определяться током сети в режиме работы класса C или AB2. В режиме AB1 схема сетки должна быть спроектирована так, чтобы избежать чрезмерного повышающего напряжения, которое, хотя и может обеспечить большее усиление каскада, как в аудиопроектах, но увеличивает нестабильность и делает нейтрализацию более критичной.

Как и во всех трех основных конструкциях, показанных здесь, анод клапана подключен к резонансному LC-контуру, который имеет еще одну индуктивную связь, которая позволяет передавать радиочастотный сигнал на выход.Показанная схема была в значительной степени заменена сетью Pi , которая обеспечивает более простую настройку и добавляет фильтрацию нижних частот.

Операция

Анодный ток контролируется электрическим потенциалом (напряжением) первой сетки. К клапану подается смещение постоянного тока , чтобы гарантировать использование той части уравнения передачи, которая наиболее подходит для требуемого применения. Входной сигнал способен возмутить (изменить) потенциал сетки, что, в свою очередь, изменит анода ток (также известный как ток пластины).

В радиочастотных конструкциях, показанных на этой странице, настроенная цепь находится между анодом и источником высокого напряжения. Эта настроенная схема приводится в резонанс, создавая индуктивную нагрузку, которая хорошо согласована с лампой и, таким образом, приводит к эффективной передаче мощности.

Поскольку ток, протекающий через анодное соединение, контролируется сеткой, то ток, протекающий через нагрузку, также контролируется сеткой.

Одним из недостатков настроенной сетки по сравнению с другими радиочастотными конструкциями является необходимость ее нейтрализации.

Пассивный сетевой усилитель

Простой усилитель на основе тетрода с пассивным сеточным входом

Схема пассивной сетки, используемая на частотах ОВЧ/УВЧ, может использовать тетрод 4CX250B. Примером двойного тетрода может служить QQV06/40A. Тетрод имеет экранирующую сетку, которая находится между анодом и первой сеткой, которая, будучи заземлена для радиочастот, действует как экран, уменьшая эффективную емкость между первой сеткой и анодом. Совокупность воздействия экранной сетки и сеточного гасящего резистора зачастую позволяют использовать данную конструкцию без нейтрализации. Экран, присутствующий в тетродах и пентодах, значительно увеличивает коэффициент усиления лампы за счет уменьшения влияния анодного напряжения на анодный ток.

Входной сигнал подается на первую сетку клапана через конденсатор. Номинал сеточного резистора определяет коэффициент усиления каскада усилителя. Чем выше сопротивление резистора, тем больше коэффициент усиления, тем ниже эффект демпфирования и выше риск нестабильности. При таком типе сцены хорошая планировка менее важна.

Преимущества

• Стабилен, обычно не требует нейтрализации
• Постоянная нагрузка на захватывающей сцене

Недостатки

• Низкое усиление, требуется большая входная мощность
• Меньше усиления, чем настроенная сетка
• Меньшая фильтрация, чем настроенная сетка (более широкополосная), следовательно, усиление внеполосных паразитных сигналов, таких как гармоники, от возбудителя больше.

Усилитель с заземленной сеткой

Простая конструкция на основе триода с использованием входа пассивной сетки

В этой конструкции обычно используется триод, поэтому лампы, такие как 4CX250B, не подходят для этой схемы, если экран и управляющие сетки не соединены, что эффективно преобразует тетрод в триод. Эта схема была использована на частоте 1296 МГц с использованием триодных ламп с дисковым уплотнением, таких как 2C39A.

Сетка заземлена, а возбуждение подается на катод через конденсатор. Питание нагревателя должно быть изолировано от катода, поскольку в отличие от других конструкций катод не подключен к ВЧ-земле. Некоторые лампы, такие как 811A, предназначены для работы с нулевым смещением, и катод может иметь потенциал земли для постоянного тока. Лампы, для которых требуется отрицательное смещение сетки, можно использовать, подавая на катод положительное постоянное напряжение. Этого можно добиться, поместив стабилитрон между катодом и землей или используя отдельный источник смещения.

Преимущества

• Стабилен, обычно не требует нейтрализации
• Некоторая часть мощности возбуждающего каскада появляется на выходе.

Недостатки

• Относительно низкий коэффициент усиления, обычно около 10 дБ.
• Нагреватель необходимо изолировать от земли с помощью дросселей.

Нейтрализация

Ламповая межэлектродная емкость, которая существует между входом и выходом усилителя, и другие паразитные связи могут позволить достаточно энергии вернуться на вход, чтобы вызвать автоколебания в каскаде усилителя. Для конструкций с более высоким коэффициентом усиления этому эффекту необходимо противодействовать. Существуют различные методы подачи противофазного сигнала с выхода обратно на вход, чтобы эффект был отменен. Даже если обратной связи недостаточно, чтобы вызвать колебания, она может привести к другим эффектам, например, к затрудненной настройке. Следовательно, нейтрализация может быть полезна даже для усилителя, который не колеблется. Многие усилители с заземленной сеткой не используют нейтрализацию, но на частоте 30 МГц ее добавление может сгладить настройку.

Важной частью нейтрализации тетрода или пентода является проектирование схемы экранной сетки. Для обеспечения максимального экранирующего эффекта экран должен быть хорошо заземлен на рабочей частоте. Многие лампы имеют частоту «самонейтрализации» где-то в диапазоне УКВ. Это является результатом последовательного резонанса, состоящего из емкости экрана и индуктивности вывода экрана, что обеспечивает путь к земле с очень низким импедансом.

УВЧ

На этих частотах важны эффекты времени прохождения, поэтому обратная связь обычно не используется, и для приложений, критичных к производительности, необходимо использовать альтернативные методы линеаризации, такие как вырождение и прямая связь.

Шум лампы и коэффициент шума

Коэффициент шума обычно не является проблемой для ламп усилителя мощности, однако в ресиверах, использующих лампы, это может быть важно. Хотя такое использование устарело, эта информация включена в исторический интерес.

Как и любое усилительное устройство, лампы добавляют шум к усиливаемому сигналу. Однако даже в гипотетическом идеальном усилителе неизбежно присутствует шум из-за тепловых флуктуаций в источнике сигнала (обычно предполагается, что он имеет комнатную температуру, T = 295 К). Такие колебания вызывают электрический шум мощностью $k_{B}TB$, где k _B — постоянная Больцмана, а B — полоса пропускания. Соответственно, шум напряжения сопротивления R в разомкнутой цепи равен $4*k_{B}*T*B*R)^{1/2}$ и текущий шум при коротком замыкании равен $4*k_{B}*T*B/R)^{1/2}$.

Коэффициент шума определяется как отношение мощности шума на выходе усилителя к мощности шума, которая присутствовала бы на выходе, если бы усилитель был бесшумным (за счет усиления теплового шума источника сигнала). Эквивалентное определение: коэффициент шума — это фактор, на который включение усилителя ухудшает соотношение сигнал/шум. Часто выражается в децибелах (дБ). Усилитель с коэффициентом шума 0 дБ был бы идеален.

Шумовые свойства ламп на звуковых частотах можно хорошо смоделировать с помощью идеальной бесшумной лампы, имеющей источник шума напряжения, включенный последовательно с сеткой. Например, для лампы EF86 этот шум напряжения определяется (см., например, технические данные Valvo, Telefunken или Philips) как 2 микровольта, интегрированные в диапазоне частот примерно от 25 Гц до 10 кГц. (Это относится к интегральному шуму; частотную зависимость спектральной плотности шума см. ниже.) Это соответствует шуму напряжения резистора сопротивлением 25 кОм. Таким образом, если источник сигнала имеет сопротивление 25 кОм или более, шум лампы фактически меньше шума источника. Для источника сопротивлением 25 кОм шум, генерируемый лампой и источником, одинаков, поэтому общая мощность шума на выходе усилителя в два раза превышает мощность шума на выходе идеального усилителя. Тогда коэффициент шума составит два или 3 дБ. Для более высоких импедансов, например 250 кОм, шум напряжения EF86 $1/10^{1/2}$ ниже собственного шума источника. Таким образом, он добавляет 1/10 мощности шума, создаваемого источником, и коэффициент шума составляет 0,4 дБ. С другой стороны, для источника с низким импедансом 250 Ом вклад шумового напряжения лампы в 10 раз больше, чем у источника сигнала, так что мощность шума в сто раз больше, чем мощность, создаваемая источником. Коэффициент шума в этом случае составляет 20 дБ.

Для получения низкого коэффициента шума сопротивление источника можно увеличить с помощью трансформатора. В конечном итоге это ограничивается входной емкостью лампы, которая устанавливает предел того, насколько высоким может быть достигнуто сопротивление сигнала, если требуется определенная полоса пропускания.

Плотность шумового напряжения данной лампы является функцией частоты. На частотах выше 10 кГц или около того он практически постоянен («белый шум»). Белый шум часто выражается эквивалентным шумовым сопротивлением, которое определяется как сопротивление, создающее тот же шум по напряжению, что и на входе лампы. триодов она составляет примерно (2-4)/ гм _Для , где гм _— крутизна. У пентодов она выше, около (5-7)/ г· _м . Таким образом, лампы с высоким g _m обычно имеют меньший шум на высоких частотах. Например, оно составляет 300 Ом для половины ECC88, 250 Ом для E188CC (оба имеют g _m = 12,5 мА/В) и всего 65 Ом для тройного подключения D3a ( g _m = 40 мА/В). ).

В диапазоне звуковых частот (ниже 1–100 кГц) преобладающим становится шум «1/ f », который возрастает как 1/ f . (Это причина относительно высокой шумоустойчивости EF86 в приведенном выше примере.) Таким образом, лампы с низким уровнем шума на высоких частотах не обязательно имеют низкий уровень шума в звуковом диапазоне частот. Для специальных малошумящих аудиоламп частота, на которой берет верх шум 1/ f, снижается, насколько это возможно, примерно до килогерца. Его можно уменьшить, выбрав очень чистые материалы для катодного никеля и эксплуатируя трубку при оптимизированном (как правило, низком) анодном токе.

На радиочастотах дела обстоят сложнее: (i) Входное сопротивление лампы имеет действительную составляющую, которая снижается примерно до 1/ f² (из-за индуктивности катодного вывода и эффектов времени прохождения). Это означает, что входное сопротивление больше не может быть произвольно увеличено с целью уменьшения коэффициента шума. (ii) Это входное сопротивление имеет собственный тепловой шум, как и любой резистор. («Температура» этого резистора в шумовых целях более близка к температуре катода, чем к комнатной температуре). Таким образом, коэффициент шума ламповых усилителей увеличивается с увеличением частоты. На частоте 200 МГц коэффициент шума 2,5 (или 4 дБ) может быть достигнут с помощью лампы ECC2000 в оптимизированной «каскодной» схеме с оптимизированным сопротивлением источника. На частоте 800 МГц такие лампы, как EC8010, имеют коэффициент шума около 10 дБ и более. Планарные триоды лучше, но очень рано транзисторы достигли значительно более низких показателей шума, чем лампы в УВЧ. Таким образом, тюнеры телевизоров были одними из первых частей бытовой электроники, в которых использовались транзисторы.

Отклонить

Полупроводниковые усилители в подавляющем большинстве вытеснили ламповые усилители для приложений малой и средней мощности на всех частотах.

Лампы по-прежнему используются в некоторых мощных высокочастотных усилителях, используемых для коротковолнового вещания, телевидения ОВЧ и УВЧ и (УКВ) FM-радио, а также в существующих «радарах, оборудовании противодействия или оборудовании связи». использование специально разработанных ламп, таких как клистрон , гиротрон , лампа бегущей волны и усилитель скрещенного поля ; однако новые конструкции таких продуктов теперь неизменно основаны на полупроводниках.

Сноски

Цитируемые работы

• Саймонс, Роберт С. (1998). «Трубы: спустя все эти годы все еще жизненно важны» . IEEE-спектр . 35 (4): 52–63. дои : 10.1109/6.666962 .

Ссылки

• Справочник по радиосвязи (5-е изд.), Радиосообщество Великобритании , 1976 г., ISBN   0-900612-28-2

Внешние ссылки

• Результат запроса WebCite — диапазон AM (средние волны, короткие волны), старый тип клапана Радио
• Аудиосхема — почти полный список производителей, комплектов для самостоятельного изготовления, материалов и деталей, а также разделы «как они работают» по ламповым усилителям.
• Калькулятор перевода - коэффициент искажений в затухание искажений и THD