Индуктивная выходная трубка - Inductive output tube

IOT для широковещательного телевидения UHF ATSC производства e2v и показан новый в упаковке.

В индуктивная выходная трубка (IOT) или же клистрод это разновидность линейно-лучевых вакуумная труба, аналогично клистрон, используется как усилитель мощности для высокочастотных радиоволн. Он был разработан в 1980-х годах для удовлетворения растущих требований к эффективности для мощных РФ усилители в радиопередатчиках.[1] Основное коммерческое использование IOT находится в УВЧ телевизионные передатчики,[2] где они в основном заменили клистроны из-за их более высокой эффективности (от 35% до 40%) и меньшего размера. IOT также используются в ускорители частиц. Они способны обеспечивать выходную мощность до 30 кВт в непрерывном режиме и 7 МВт в импульсном режиме, а коэффициент усиления составляет 20–23 дБ на частотах примерно до 1 мВт. гигагерц.[2]

История

Индуктивная выходная лампа (IOT) была изобретена в 1938 г. Эндрю В. Хэфф. А патент позже был выдан для IOT Эндрю В. Хэффу и назначен на Радиокорпорация Америки (RCA). В 1939 г. Всемирная выставка в Нью-Йорке IOT использовался при передаче первых телевизионных изображений с Эмпайр Стейт Билдинг на ярмарку. RCA в течение короткого времени продавала в коммерческих целях небольшой IOT под типовым номером 825. Вскоре он устарел из-за новых разработок, и технология оставалась более или менее бездействующей в течение многих лет.

Индуктивная выходная лампа вновь появилась в течение последних двадцати лет после того, как было обнаружено, что она обладает особенно подходящими характеристиками (широкополосная линейность) для передачи сигналов цифровое телевидение и цифровое телевидение высокой четкости.

В исследованиях, проведенных до перехода от аналогового к цифровому телевизионному вещанию, было обнаружено, что электромагнитные помехи от молнии, передачи электроэнергии переменного тока высокого напряжения, выпрямителей переменного тока и балластов, используемых в флуоресцентном освещении, сильно влияют на низкополосные каналы ОВЧ (в Северной Америке). , каналы 2, 3, 4, 5, & 6), что делает невозможным их использование для цифрового телевидения. Эти каналы с малым номером часто были первыми телевизионными вещателями в данном городе и часто были крупными, жизненно важными операциями, которым не оставалось другого выбора, кроме как переехать в УВЧ. Таким образом, современное цифровое телевидение превратилось преимущественно в среду УВЧ, а IOT стали предпочтительной выходной лампой для выходной секции мощности этих передатчиков.

Выходная мощность современных IOT 21-го века на несколько порядков выше, чем у первых IOT, произведенных RCA в 1940–1941 гг., Но фундаментальный принцип работы в основном остается тем же. IOT с 1970-х годов разрабатывались с использованием компьютерного программного обеспечения для электромагнитного моделирования, которое значительно улучшило их электродинамические характеристики.

Как это устроено

Поскольку обычный телевизионный кинескоп (Электронно-лучевая трубка ), может быть полезно подумать о его принципах работы. Хотя IOT не производит светящийся люминофор, внутри многие принципы одинаковы.

IOT были описаны как нечто среднее между клистроном и триод, следовательно Eimac торговое название для них, Klystrode. У них есть электронная пушка как клистрон, но с сетка управления перед ним, как триод, с очень близким расстоянием около 0,1 мм. Высокочастотное высокочастотное напряжение на сетке пропускает электроны группами. Высокое напряжение ОКРУГ КОЛУМБИЯ на цилиндрическом аноде ускоряет модулированный электронный пучок через небольшую трубку дрейфа, подобную клистрону. Эта дрейфовая трубка предотвращает обратный поток электромагнитного излучения. Сгруппированный электронный пучок проходит через полый анод в резонансную полость, подобную выходной полости клистрона, и попадает на коллекторный электрод. Как и в клистроне, каждый сгусток проходит в полость в момент, когда электрическое поле замедляет его, преобразуя кинетическую энергию луча в потенциальную энергию радиочастотного поля, усиливая сигнал. Колебательная электромагнитная энергия в резонаторе выводится по коаксиальной линии передачи. Осевой магнитное поле предотвращает распространение пространственного заряда луча. Коллекторный электрод имеет более низкий потенциал, чем анод (опущенный коллектор), который восстанавливает часть энергии луча, повышая эффективность.[1][2]

Два отличия от клистрона дают ему меньшую стоимость и более высокую эффективность. Во-первых, клистрон использует модуляция скорости для создания группировки; ток его пучка постоянен. Для этого требуется дрейфовая трубка длиной несколько футов, чтобы электроны могли собираться в группы. В отличие от IOT использует текущая модуляция как обычный триод; большая часть группирования выполняется сеткой, поэтому труба может быть намного короче, что делает ее менее затратной в сборке и установке и менее громоздкой. Во-вторых, поскольку клистрон имеет ток пучка на протяжении всего радиочастотного цикла, он может работать только как неэффективный усилитель класса А, в то время как сетка IOT позволяет более гибкие режимы работы. Сетка может быть смещена, поэтому ток луча может быть отключен во время части цикла, что позволяет ей работать более эффективно. класс B или режим AB.[1][2]

Наивысшая частота, достижимая в IOT, ограничена расстоянием между сеткой и катодом. Электроны должны быть ускорены от катода и пройти через сетку, прежде чем электрическое поле RF изменит направление на противоположное. Верхний предел частоты составляет приблизительно 1300 МГц. В прирост IOT составляет 20–23 дБ против 35–40 дБ для клистрона. Более низкий коэффициент усиления обычно не является проблемой, поскольку при 20 дБ требования к мощности возбуждения (1% выходной мощности) находятся в пределах возможностей экономичных твердотельных УВЧ-усилителей.[1]

Последние достижения

Последние версии IOT достигают еще более высокой эффективности (60% -70%) за счет использования многоступенчатого депрессированного коллектора (MSDC). Версия одного производителя называется усилителем постоянной эффективности (CEA), а другой производитель продает свою версию как ESCIOT (Energy Saving Collector IOT). Первоначальные трудности конструкции MSDCIOT были преодолены за счет использования рециркулирующего трансформаторного масла с высокой диэлектрической проницаемостью в качестве комбинированной охлаждающей и изолирующей среды для предотвращения дугового разряда и эрозии между близко расположенными ступенями коллектора и для обеспечения надежного охлаждения коллектора, не требующего особого обслуживания, в течение всего срока службы трубки. . Более ранние версии MSDC должны были иметь воздушное охлаждение (ограниченная мощность) или использовать деинонизированную воду, которую нужно было фильтровать, регулярно заменять и не обеспечивать защиты от замерзания или коррозии.

Недостатки

Тепловое излучение катода нагревает сетку. Как результат, низкая работа катодный материал испаряется и конденсируется на сетке. Это в конечном итоге приводит к короткому замыканию между катодом и сеткой, так как материал, накапливающийся на сетке, сужает зазор между ним и катодом. Кроме того, излучающий катодный материал на сетке вызывает отрицательный ток сетки (обратный поток электронов от сетки к катоду). Это может привести к перегрузке источника питания сети, если обратный ток станет слишком высоким, что приведет к изменению напряжения сети (смещения) и, следовательно, рабочей точки лампы. Современные IOT оснащены катодами с покрытием, которые работают при относительно низких рабочих температурах и, следовательно, имеют более низкую скорость испарения, что сводит к минимуму этот эффект.

Как и большинство линейных лучевых трубок, имеющих внешние резонаторы настройки, IOT уязвимы для дуга, и должны быть защищены детекторами дуги, расположенными в выходных полостях, которые запускают лом схема на водороде тиратрон или сработавший искровой разрядник в источнике высокого напряжения.[1] Целью схемы лома является мгновенный сброс огромного электрического заряда, накопленного в источнике высоковольтного луча, до того, как эта энергия может повредить ламповый узел во время неконтролируемой дуги резонатора, коллектора или катода.[1]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Уитакер, Джерри С. (2005). Справочник по электронике, 2-е изд.. CRC Press. С. 488–489. ISBN  1420036661.
  2. ^ а б c d Сисодия, М. Л. (2006). Активные микроволновые устройства: вакуумные и твердотельные. New Age International. С. 3.47–3.49. ISBN  8122414478.

внешняя ссылка