Un amplificador de RF válvula ( Reino Unido y Aus. ) O amplificador de tubo ( EE.UU. ), es un dispositivo para eléctricamente amplificar la potencia de una frecuencia de radio eléctrico de señal .
Los amplificadores de válvula de potencia baja a media para frecuencias por debajo de las microondas fueron reemplazados en gran parte por amplificadores de estado sólido durante las décadas de 1960 y 1970, inicialmente para receptores y etapas de baja potencia de transmisores, las etapas de salida del transmisor cambiaron a transistores algo más tarde. Las válvulas de construcción especial todavía se utilizan para transmisores de muy alta potencia, aunque rara vez en diseños nuevos. [1] [ cita requerida ]
Características de la válvula
Las válvulas son dispositivos de alta tensión / baja corriente en comparación con los transistores . Las válvulas de tetrodo y pentodo tienen una corriente de ánodo muy plana frente a un voltaje de ánodo que indica impedancias de salida de ánodo altas . Los triodos muestran una relación más fuerte entre el voltaje del ánodo y la corriente del ánodo.
El alto voltaje de trabajo los hace muy adecuados para transmisores de radio y las válvulas siguen utilizándose hoy en día para transmisores de radio de onda corta de muy alta potencia, donde las técnicas de estado sólido requerirían muchos dispositivos en paralelo y corrientes de suministro de CC muy altas. Los transmisores de estado sólido de alta potencia también requieren redes complejas de combinación y sintonización, mientras que un transmisor basado en válvulas usaría una sola red sintonizada relativamente simple. Por lo tanto, aunque los transmisores de onda corta de alta potencia de estado sólido son técnicamente posibles, las consideraciones económicas todavía favorecen las válvulas por encima de 3 MHz y 10,000 vatios. Los aficionados también utilizan amplificadores de válvula en el rango de 500-1500 vatios principalmente por razones económicas.
Amplificadores de audio frente a RF
Los amplificadores de audio de válvula generalmente amplifican todo el rango de audio entre 20 Hz y 20 kHz o más. Utilizan un transformador de núcleo de hierro para proporcionar una carga de alta impedancia adecuada a la (s) válvula (s) mientras accionan un altavoz, que suele ser de 8 ohmios. Los amplificadores de audio normalmente usan una sola válvula en clase A , o un par en clase B o clase AB .
Un amplificador de potencia de RF se sintoniza en una sola frecuencia tan baja como 18 kHz y tan alta como el rango de frecuencias UHF , con el propósito de transmisión de radio o calefacción industrial. Utilizan un circuito sintonizado estrecho para proporcionar a la válvula una impedancia de carga suficientemente alta y alimentar una carga que suele ser de 50 o 75 ohmios. Los amplificadores de RF normalmente funcionan en Clase C o Clase AB .
Aunque los rangos de frecuencia de los amplificadores de audio y los amplificadores de RF se superponen, la clase de operación, el método de acoplamiento de salida y el porcentaje de ancho de banda operativo serán diferentes. Las válvulas de potencia son capaces de una respuesta de alta frecuencia, hasta al menos 30 MHz. De hecho, muchos de los amplificadores de audio de triodo de terminación única con calentamiento directo (DH-SET) utilizan válvulas de transmisión de radio diseñadas originalmente para funcionar como amplificadores de RF en el rango de alta frecuencia. [ cita requerida ]
Ventajas de circuito de las válvulas
- Alta impedancia de entrada, comparable a la de los FET, más alta que en los transistores bipolares, lo que es beneficioso en ciertas aplicaciones de amplificación de señal.
- Las válvulas son dispositivos de alto voltaje, inherentemente adecuados para circuitos de voltaje más alto que la mayoría de los semiconductores.
- Las válvulas se pueden construir a una escala que pueda disipar grandes cantidades de calor, con modelos de muy alta potencia diseñados para enfriamiento por agua o vapor. Por esta razón, las válvulas siguieron siendo la única tecnología viable para aplicaciones de muy alta potencia, y especialmente de alta potencia / alto voltaje, como los transmisores de radio y televisión, durante mucho tiempo en la época en que los transistores habían desplazado a las válvulas en la mayoría de las otras aplicaciones. Sin embargo, hoy en día estos también son cada vez más obsoletos.
- Menor costo de inversión en aplicaciones como amplificadores de RF por encima del rango de potencia de kilovatios [2] Además, las válvulas de potencia grandes y de alto valor pueden remanufacturarse hasta cierto punto para extender la vida útil residual.
- Muy robustos eléctricamente, pueden tolerar sobrecargas que destruirían los sistemas de transistores bipolares en milisegundos (de particular importancia en sistemas militares y otros sistemas "estratégicamente importantes").
- Vida útil indefinida. Incluso los tubos de 60 años pueden ser perfectamente funcionales, y muchos tipos están disponibles para su compra como "existencias nuevas y antiguas". Por lo tanto, a pesar de los problemas de confiabilidad conocidos (ver más abajo), todavía es perfectamente posible ejecutar la mayoría de los equipos de tubos de vacío muy antiguos.
- Facilidad de reemplazo comparativa. Como se sabe que están sujetos a varios modos de falla comunes, la mayoría de los tubos se diseñaron e instalaron como dispositivos enchufables, no soldados en un circuito. Un tubo defectuoso puede simplemente ser desenchufado y reemplazado por un usuario, mientras que la falla de un semiconductor soldado puede implicar un daño más allá de la reparación económica para un producto completo o subconjunto.
Desventajas de las válvulas
- Costo. Para la mayoría de las aplicaciones, los tubos requieren un mayor desembolso inicial y un mayor gasto de funcionamiento por etapa de amplificación, lo que requiere un presupuesto más atento del número de etapas para una aplicación determinada en comparación con los semiconductores.
- Vida operativa corta. En las aplicaciones más comunes, las válvulas tienen una vida útil de unos pocos miles de horas, mucho más corta que las piezas de estado sólido. Esto se debe a varios mecanismos de falla comunes: agotamiento del cátodo, circuitos abiertos o cortocircuitos, en particular de las estructuras del calentador y la rejilla, envenenamiento del cátodo y rotura física de la envoltura de vidrio. La falla del calentador ocurre con mayor frecuencia debido a la tensión mecánica de un arranque en frío. Solo en determinadas aplicaciones profesionales siempre activas, como la informática especializada y los cables submarinos , las válvulas especialmente diseñadas en circuitos cuidadosamente diseñados y entornos bien refrigerados alcanzaron vidas operativas de decenas o cientos de miles de horas.
- Calentador se requieren suministros para los cátodos . Además del costo de inversión, la parte del presupuesto de energía que se destina a calentar el cátodo sin contribuir a la salida puede variar desde unos pocos puntos porcentuales de disipación del ánodo (en aplicaciones de alta potencia a plena salida), [3] hasta ampliamente comparable a la disipación del ánodo en Aplicaciones de pequeña señal. [4]
- Grandes oscilaciones de temperatura del circuito en ciclos de encendido / apagado. El calor disperso masivo de los calentadores de cátodo en los tubos comunes de baja potencia significa que los circuitos adyacentes experimentan cambios de temperatura que pueden superar los 100 ° C / 200 ° F. Esto requiere componentes resistentes al calor. En aplicaciones de RF, esto también significa que todos los componentes que determinan la frecuencia pueden tener que calentarse hasta el equilibrio térmico antes de alcanzar la estabilidad de frecuencia. Mientras que en los receptores de radiodifusión AM (onda media) y en los televisores con poca sintonización esto no fue un problema, en los receptores y transmisores de radio típicos con osciladores de funcionamiento libre en las frecuencias de HF, esta estabilización térmica requirió aproximadamente una hora. Por otro lado, las válvulas miniatura de calentamiento directo de potencia ultrabaja no producen mucho calor en términos absolutos, provocan cambios de temperatura más modestos y permiten que los equipos que contienen pocos de ellos se estabilicen antes. [5] [6]
- Sin "encendido instantáneo" desde un arranque en frío. Los cátodos de las válvulas deben calentarse a un brillo para comenzar a conducir. En cátodos de calentamiento indirecto, esto podría tardar hasta 20 segundos. Aparte de la inestabilidad relacionada con la temperatura, esto significaba que las válvulas no funcionarían instantáneamente cuando se alimentaban. Esto llevó al desarrollo de sistemas de precalentamiento siempre activos para aparatos de tubo de vacío que acortaron la espera y pudieron haber reducido las fallas de válvulas por choque térmico, pero al precio de un drenaje de energía continuo y un mayor riesgo de incendio. Por otro lado, las válvulas muy pequeñas de calentamiento directo de potencia ultrabaja se encienden en décimas de segundo desde un arranque en frío.
- Los ánodos pueden requerir voltajes peligrosamente altos.
- Salida de alta impedancia / baja corriente inadecuada para la transmisión directa de muchas cargas del mundo real, especialmente varias formas de motor eléctrico
- En comparación con los transistores, las válvulas tienen la desventaja de estar disponibles en una sola polaridad. En la mayoría de los procesos, los transistores están disponibles en polaridades complementarias (por ejemplo, NPN / PNP), lo que hace posible muchas configuraciones de circuitos que no se pueden realizar con válvulas.
Distorsión
Las mayoría de los amplificadores de RF basada en la válvula eficientes operan Clase C . Si se usa sin un circuito sintonizado en la salida, esto distorsionaría la señal de entrada, produciendo armónicos. Sin embargo, los amplificadores de clase C normalmente utilizan una red de salida de alta Q que elimina los armónicos, dejando una onda sinusoidal sin distorsiones idéntica a la forma de onda de entrada. La clase C es adecuada solo para amplificar señales con una amplitud constante, como FM , FSK y algunas señales de CW ( código Morse ). Cuando la amplitud de la señal de entrada al amplificador varía, como ocurre con la modulación de banda lateral única , la modulación de amplitud , el video y las señales digitales complejas, el amplificador debe operar en clase A o AB, para preservar la envolvente de la señal de excitación en una forma no distorsionada. Dichos amplificadores se denominan amplificadores lineales .
También es común modificar la ganancia de un amplificador de clase de funcionamiento C para producir modulación de amplitud . Si se hace de manera lineal, este amplificador modulado es capaz de una baja distorsión. La señal de salida puede verse como un producto de la señal de RF de entrada y la señal de modulación.
El desarrollo de la radiodifusión de FM mejoró la fidelidad al utilizar un mayor ancho de banda que estaba disponible en el rango de VHF, y donde el ruido atmosférico estaba ausente. FM también tiene una capacidad inherente para rechazar el ruido, que en su mayoría se modula en amplitud. La tecnología de válvulas sufre limitaciones de alta frecuencia debido al tiempo de tránsito cátodo-ánodo. Sin embargo, los tetrodos se utilizan con éxito en el rango VHF y los triodos en el rango bajo de GHz. Los transmisores de radiodifusión de FM modernos utilizan tanto válvulas como dispositivos de estado sólido, y las válvulas tienden a usarse más a los niveles de potencia más altos. Los transmisores de FM operan en clase C con muy baja distorsión.
La radio "digital" actual que transporta datos codificados sobre varias modulaciones de fase (como GMSK, QPSK, etc.) y también la creciente demanda de espectro han forzado un cambio dramático en la forma en que se usa la radio, por ejemplo, el concepto de radio celular. Los estándares de transmisión digital y de radio celular de hoy en día son extremadamente exigentes en términos de envolvente espectral y emisiones fuera de banda que son aceptables (en el caso de GSM, por ejemplo, −70 dB o mejor, a unos pocos cientos de kilohercios de la frecuencia central). Por lo tanto, los transmisores digitales deben operar en los modos lineales, prestando mucha atención a lograr una baja distorsión.
Aplicaciones
Transmisores y receptores históricos
(Alto voltaje / alta potencia) Se utilizaron etapas de válvulas para amplificar las señales de radiofrecuencia recibidas, las frecuencias intermedias, la señal de video y las señales de audio en los distintos puntos del receptor. Históricamente (antes de la Segunda Guerra Mundial), los "tubos transmisores" se encontraban entre los tubos más potentes disponibles, por lo general se calentaban directamente mediante filamentos toriados que brillaban como bombillas. Algunos tubos se construyeron para ser muy resistentes, capaces de ser impulsados con tanta fuerza que el ánodo mismo brillaría de color rojo cereza, los ánodos se mecanizaron a partir de material sólido (en lugar de fabricarse con una hoja delgada) para poder resistir esto sin distorsionarse cuando se calientan. Los tubos notables de este tipo son el 845 y el 211. Los tubos de potencia de haz posteriores como el 807 y el 813 (calentado directamente) también se utilizaron en grandes cantidades en transmisores de radio (especialmente militares).
Ancho de banda de la válvula frente a los amplificadores de estado sólido
Hoy en día, los transmisores de radio son abrumadoramente de estado sólido, incluso en frecuencias de microondas (estaciones base de radio celular). Dependiendo de la aplicación, un buen número de amplificadores de radiofrecuencia continúan teniendo construcción de válvula, debido a su simplicidad, donde se necesitan varios transistores de salida con circuitos complejos de división y combinación para igualar la misma cantidad de potencia de salida de una sola válvula.
Los circuitos amplificadores de válvulas son significativamente diferentes de los circuitos de estado sólido de banda ancha. Los dispositivos de estado sólido tienen una impedancia de salida muy baja que permite la adaptación a través de un transformador de banda ancha que cubre una amplia gama de frecuencias, por ejemplo, de 1,8 a 30 MHz. Con operación de clase C o AB, estos deben incluir filtros de paso bajo para eliminar armónicos. Si bien se debe seleccionar el filtro de paso bajo adecuado para el rango de frecuencia de interés, el resultado se considera un diseño "sin sintonía". Los amplificadores de válvula tienen una red sintonizada que sirve como filtro de armónicos de paso bajo y como adaptación de impedancia a la carga de salida. En cualquier caso, tanto los dispositivos de estado sólido como los de válvulas necesitan tales redes de filtrado antes de que la señal de RF se envíe a la carga.
Circuitos de radio
A diferencia de los amplificadores de audio, en los que la señal de salida analógica tiene la misma forma y frecuencia que la señal de entrada, los circuitos de RF pueden modular la información de baja frecuencia (audio, video o datos) en una portadora (a una frecuencia mucho más alta), y el El circuito comprende varias etapas distintas. Por ejemplo, un transmisor de radio puede contener:
- una etapa de frecuencia de audio (AF) (que generalmente usa circuitos de pequeña señal de banda ancha convencionales como se describe en Amplificador de audio de válvula ,
- una o más etapas de oscilador que generan la onda portadora ,
- una o más etapas del mezclador que modulan la señal portadora del oscilador,
- la propia etapa del amplificador opera a (típicamente) alta frecuencia. el amplificador de potencia del transmisor en sí es la única etapa de alta potencia en un sistema de radio y funciona en la frecuencia portadora . En AM, la modulación (mezcla de frecuencias) generalmente tiene lugar en el amplificador final en sí.
Circuitos de ánodo transmisor
El circuito de ánodo más común es un circuito LC sintonizado donde los ánodos están conectados en un nodo de voltaje . Este circuito se conoce a menudo como circuito del tanque de ánodo .
Amplificador activo (o rejilla sintonizada)
Un ejemplo de esto usado en VHF / UHF incluye el 4CX250B, un ejemplo de un tetrodo gemelo es el QQV06 / 40A.
Neutralización es un término utilizado en amplificadores TGTP (placa sintonizada de rejilla sintonizada) para los métodos y circuitos utilizados para la estabilización contra oscilaciones no deseadas en la frecuencia operativa causadas por la introducción inadvertida de parte de la señal de salida en los circuitos de entrada. Esto ocurre principalmente a través de la capacidad de la red a la placa, pero también puede venir a través de otras rutas, lo que hace que el diseño del circuito sea importante. Para cancelar la señal de retroalimentación no deseada, una parte de la señal de salida se introduce deliberadamente en el circuito de entrada con la misma amplitud pero fase opuesta.
Cuando se utiliza un circuito sintonizado en la entrada, la red debe hacer coincidir la fuente de conducción con la impedancia de entrada de la red. Esta impedancia será determinada por la corriente de la red en operación Clase C o AB2. En la operación AB1, el circuito de la red debe diseñarse para evitar un aumento de voltaje excesivo, que aunque podría proporcionar más ganancia de escenario, como en los diseños de audio, aumentará la inestabilidad y hará que la neutralización sea más crítica.
Al igual que los tres diseños básicos que se muestran aquí, el ánodo de la válvula está conectado a un circuito LC resonante que tiene otro enlace inductivo que permite que la señal de RF pase a la salida. El circuito que se muestra ha sido reemplazado en gran parte por una red Pi que permite un ajuste más simple y agrega filtrado de paso bajo.
Operación
La corriente del ánodo está controlada por el potencial eléctrico (voltaje) de la primera rejilla. Se aplica una polarización de CC a la válvula para garantizar que se utilice la parte de la ecuación de transferencia que sea más adecuada para la aplicación requerida. La señal de entrada puede perturbar (cambiar) el potencial de la red, esto a su vez cambiará la corriente del ánodo (también conocida como corriente de placa).
En los diseños de RF que se muestran en esta página, hay un circuito sintonizado entre el ánodo y el suministro de alto voltaje. Este circuito sintonizado entra en resonancia presentando una carga inductiva que se adapta bien a la válvula y, por lo tanto, da como resultado una transferencia de potencia eficiente.
Dado que la red controla la corriente que fluye a través de la conexión del ánodo, la red también controla la corriente que fluye a través de la carga.
Una de las desventajas de una red sintonizada en comparación con otros diseños de RF es que se requiere neutralización.
Amplificador de rejilla pasivo
Un circuito de red pasivo utilizado en frecuencias VHF / UHF podría utilizar el tetrodo 4CX250B. Un ejemplo de tetrodo gemelo sería el QQV06 / 40A. El tetrodo tiene una rejilla de pantalla que se encuentra entre el ánodo y la primera rejilla, que al estar conectada a tierra para RF, actúa como un escudo para reducir la capacitancia efectiva entre la primera rejilla y el ánodo. La combinación de los efectos de la rejilla de la pantalla y la resistencia de amortiguación de la rejilla a menudo permiten el uso de este diseño sin neutralización. La pantalla que se encuentra en los tetrodos y pentodos aumenta en gran medida la ganancia de la válvula al reducir el efecto del voltaje del ánodo sobre la corriente del ánodo.
La señal de entrada se aplica a la primera rejilla de la válvula a través de un condensador. El valor de la resistencia de la red determina la ganancia de la etapa del amplificador. Cuanto mayor sea la resistencia, mayor será la ganancia, menor será el efecto de amortiguación y mayor será el riesgo de inestabilidad. Con este tipo de escenario, una buena distribución es menos vital.
Ventajas
- Estable, normalmente no se requiere neutralización
- Carga constante en el emocionante escenario
Desventajas
- Baja ganancia, se requiere más potencia de entrada
- Menos ganancia que la cuadrícula sintonizada
- Menos filtrado que la cuadrícula sintonizada (más banda ancha), por lo que la amplificación de señales espúreas fuera de banda, como los armónicos, de un excitador es mayor
Amplificador de rejilla con conexión a tierra
Este diseño normalmente utiliza un triodo, por lo que válvulas como la 4CX250B no son adecuadas para este circuito, a menos que la pantalla y las rejillas de control estén unidas, convirtiendo efectivamente el tetrodo en un triodo. Este diseño de circuito se ha utilizado a 1296 MHz utilizando válvulas de triodo de sello de disco como la 2C39A.
La rejilla está conectada a tierra y la unidad se aplica al cátodo a través de un condensador. El suministro del calentador debe estar aislado del cátodo ya que, a diferencia de los otros diseños, el cátodo no está conectado a tierra de RF. Algunas válvulas, como la 811A, están diseñadas para una operación de "polarización cero" y el cátodo puede estar a potencial de tierra para CC. Las válvulas que requieren una polarización de red negativa se pueden usar colocando un voltaje de CC positivo en el cátodo. Esto se puede lograr colocando un diodo Zener entre el cátodo y la tierra o usando una fuente de polarización separada.
Ventajas
- Estable, normalmente no se requiere neutralización
- Parte del poder de la emocionante etapa aparece en la salida.
Desventajas
- Ganancia relativamente baja, típicamente alrededor de 10 dB.
- El calentador debe estar aislado de tierra con estranguladores.
Neutralización
La capacitancia entre electrodos de la válvula que existe entre la entrada y la salida del amplificador y otros acoplamientos parásitos puede permitir que se retroalimente suficiente energía en la entrada para provocar una autooscilación en una etapa del amplificador. Para los diseños de mayor ganancia, este efecto debe contrarrestarse. Existen varios métodos para introducir una señal fuera de fase desde la salida de vuelta a la entrada de modo que el efecto se cancele. Incluso cuando la retroalimentación no es suficiente para causar oscilación, puede producir otros efectos, como una afinación difícil. Por lo tanto, la neutralización puede ser útil, incluso para un amplificador que no oscila. Muchos amplificadores de rejilla con conexión a tierra no usan neutralización, pero a 30 MHz agregarlo puede suavizar la sintonización.
Una parte importante de la neutralización de un tetrodo o pentodo es el diseño del circuito de rejilla de la pantalla. Para proporcionar el mayor efecto de blindaje, la pantalla debe estar bien conectada a tierra a la frecuencia de operación. Muchas válvulas tendrán una frecuencia de "auto neutralización" en algún lugar del rango de VHF. Esto resulta de una resonancia en serie que consta de la capacidad de la pantalla y la inductancia del cable de la pantalla, lo que proporciona una ruta de impedancia muy baja a tierra.
UHF
Los efectos del tiempo de tránsito son importantes en estas frecuencias, por lo que normalmente no se puede utilizar la retroalimentación y, para aplicaciones críticas de rendimiento, se deben utilizar técnicas alternativas de linealización, como la degeneración y la retroalimentación.
Ruido de tubo y figura de ruido
La cifra de ruido no suele ser un problema para las válvulas de amplificador de potencia, sin embargo, en los receptores que utilizan válvulas puede ser importante. Si bien tales usos son obsoletos, esta información se incluye por interés histórico.
Como cualquier dispositivo amplificador, las válvulas agregan ruido a la señal que se va a amplificar. Incluso con un hipotético amplificador perfecto, sin embargo, el ruido está presente inevitablemente debido a las fluctuaciones térmicas en la fuente de la señal (generalmente se supone que está a temperatura ambiente, T = 295 K). Tales fluctuaciones provocan una potencia de ruido eléctrico de, donde k B es la constante de Boltzmann y B el ancho de banda. En consecuencia, el ruido de voltaje de una resistencia R en un circuito abierto es y el ruido actual en un cortocircuito es .
La figura de ruido se define como la relación entre la potencia de ruido en la salida del amplificador en relación con la potencia de ruido que estaría presente en la salida si el amplificador no tuviera ruido (debido a la amplificación del ruido térmico de la fuente de señal). Una definición equivalente es: la figura de ruido es el factor por el cual la inserción del amplificador degrada la relación señal / ruido. A menudo se expresa en decibelios (dB). Un amplificador con una figura de ruido de 0 dB sería perfecto.
Las propiedades de ruido de los tubos en las frecuencias de audio se pueden modelar bien mediante un tubo silencioso perfecto que tenga una fuente de ruido de voltaje en serie con la rejilla. Para el tubo EF86, por ejemplo, este ruido de voltaje se especifica (ver, por ejemplo, las hojas de datos de Valvo, Telefunken o Philips) como 2 microvoltios integrados en un rango de frecuencia de aproximadamente 25 Hz a 10 kHz. (Esto se refiere al ruido integrado; consulte a continuación la dependencia de la frecuencia de la densidad espectral de ruido). Esto equivale al ruido de voltaje de una resistencia de 25 kΩ. Por lo tanto, si la fuente de señal tiene una impedancia de 25 kΩ o más, el ruido del tubo es en realidad menor que el ruido de la fuente. Para una fuente de 25 kΩ, el ruido generado por el tubo y la fuente es el mismo, por lo que la potencia de ruido total en la salida del amplificador es el doble de la potencia de ruido en la salida del amplificador perfecto. La figura de ruido es entonces de dos o 3 dB. Para impedancias más altas, como 250 kΩ, el ruido de voltaje del EF86 esmás bajo que el propio ruido de la fuente. Por lo tanto, agrega 1/10 de la potencia de ruido causada por la fuente, y la figura de ruido es de 0,4 dB. Para una fuente de baja impedancia de 250 Ω, por otro lado, la contribución de voltaje de ruido del tubo es 10 veces mayor que la fuente de señal, por lo que la potencia de ruido es cien veces mayor que la causada por la fuente. La figura de ruido en este caso es de 20 dB.
Para obtener una figura de ruido baja, la impedancia de la fuente puede aumentarse mediante un transformador. Esto eventualmente está limitado por la capacidad de entrada del tubo, lo que establece un límite sobre qué tan alta se puede hacer la impedancia de la señal si se desea un cierto ancho de banda.
La densidad de voltaje de ruido de un tubo dado es función de la frecuencia. A frecuencias superiores a 10 kHz aproximadamente, es básicamente constante ("ruido blanco"). El ruido blanco a menudo se expresa mediante una resistencia al ruido equivalente, que se define como la resistencia que produce el mismo ruido de voltaje que el presente en la entrada del tubo. Para los triodos, es aproximadamente (2-4) / g m , donde g m es la transconductividad. Para los pentodos, es más alto, alrededor de (5-7) / g m . Tubos con alta g m por lo tanto tienden a tener menor ruido en altas frecuencias. Por ejemplo, es 300 Ω para la mitad del ECC88, 250 Ω para un E188CC (ambos tienen g m = 12.5 mA / V) y tan bajo como 65 Ω para un D3a conectado en tride ( g m = 40 mA / V ).
En el rango de frecuencia de audio (por debajo de 1–100 kHz), el ruido "1 / f " se vuelve dominante, que aumenta como 1 / f . (Esta es la razón de la resistencia al ruido relativamente alta del EF86 en el ejemplo anterior). Por lo tanto, los tubos con bajo ruido a alta frecuencia no necesariamente tienen bajo ruido en el rango de frecuencia de audio. Para tubos de audio especiales de bajo ruido, la frecuencia a la que el ruido 1 / f toma el control se reduce tanto como sea posible, tal vez a algo así como un kilohercio. Puede reducirse eligiendo materiales muy puros para el níquel del cátodo y haciendo funcionar el tubo a una corriente de ánodo optimizada (generalmente baja).
En las frecuencias de radio, las cosas son más complicadas: (i) La impedancia de entrada de un tubo tiene un componente real que desciende como 1 / f ² (debido a la inductancia del plomo del cátodo y los efectos del tiempo de tránsito). Esto significa que la impedancia de entrada ya no se puede aumentar arbitrariamente para reducir la figura de ruido. (ii) Esta resistencia de entrada tiene su propio ruido térmico, como cualquier resistencia. (La "temperatura" de esta resistencia para propósitos de ruido está más cerca de la temperatura del cátodo que de la temperatura ambiente). Por tanto, la figura de ruido de los amplificadores de válvulas aumenta con la frecuencia. A 200 MHz, se puede alcanzar una figura de ruido de 2.5 (o 4 dB) con el tubo ECC2000 en un circuito "cascodo" optimizado con una impedancia de fuente optimizada. A 800 MHz, tubos como EC8010 tienen cifras de ruido de aproximadamente 10 dB o más. Los triodos planos son mejores, pero muy pronto, los transistores alcanzaron cifras de ruido sustancialmente más bajas que los tubos en UHF. Por lo tanto, los sintonizadores de televisores estuvieron entre las primeras partes de la electrónica de consumo donde se utilizaron transistores.
Disminución
Los amplificadores de semiconductores tienen amplificadores de válvula desplazados abrumadoramente para aplicaciones de baja y media potencia en todas las frecuencias.
Se siguen utilizando válvulas en algunos amplificadores de alta frecuencia y alta potencia utilizados para la radiodifusión de onda corta, TV VHF y UHF y radio FM (VHF), también en "equipos de radar, de contramedidas o de comunicaciones" existentes [7] que utilizan especialmente válvulas diseñadas, como klystron , gyrotron , tubo de onda viajera y amplificador de campo cruzado ; sin embargo, los nuevos diseños de tales productos ahora se basan invariablemente en semiconductores. [8]
Notas al pie
- ^ Watkins, GT; Mimis, K. (2016). "Amplificador de RF de modulación de carga dinámica con amplificador de controlador de varactor basado en espejo actual" . Seminario de Dispositivos de RF Activos y Pasivos . Institución de Ingeniería y Tecnología. doi : 10.1049 / ic.2016.0007 . ISBN 978-1-78561-219-0.
- ^ Manual de ARRL 2013 . The American Radio Relay League, Inc. 2013. ISBN 978-0-87259-663-4.
- ^ http://tubedata.tubes.se/sheets/140/4/4CV35000A.pdf
- ^ "12AT7 * hoja de datos y notas de la aplicación - Archivo de hojas de datos" . www.datasheetarchive.com .
- ^ "El receptor R326" . www.qsl.net .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 8 de agosto de 2014 . Consultado el 3 de octubre de 2012 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Symons 1998 , p. 56.
- ^ Symons 1998 .
Trabajos citados
- Symons, Robert S. (1998). "Tubos: sigue siendo vital después de todos estos años". Espectro IEEE . 35 (4): 52–63. doi : 10.1109 / 6.666962 .
Referencias
- Manual de comunicación por radio (5.a edición), Sociedad de Radio de Gran Bretaña , 1976, ISBN 0-900612-28-2
enlaces externos
- Resultado de la consulta de WebCite - Banda AM (onda media, onda corta) tipo de válvula antigua Radio
- El circuito de audio : una lista casi completa de fabricantes, kits de bricolaje, materiales y piezas y secciones de `` cómo funcionan '' en amplificadores de válvulas.
- Calculadora de conversión : factor de distorsión a atenuación de distorsión y THD