Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
IOT для вещательного телевидения UHF ATSC, произведенный e2v и показанный в новой упаковке.

Выходная труба индуктивная ( ВГД ) или klystrode представляет собой разновидность линейного пучка вакуумной трубки , похожей на клистрон , используемой в качестве усилителя мощности для высокочастотных радиоволн. Он был разработан в 1980-х годах для удовлетворения растущих требований к эффективности мощных ВЧ- усилителей в радиопередатчиках. [1] Первичное коммерческое использование IOTs в UHF телевизионных передатчиков , [2] , где они были в основном заменены клистронами из - за их более высокую эффективность ( от 35% до 40%) и меньшего размера. IOT также используются в ускорителях частиц.. Они способны выдавать выходную мощность до 30 кВт в непрерывном режиме и 7 МВт в импульсном режиме с коэффициентом усиления 20–23 дБ на частотах до гигагерца . [2]

История [ править ]

Индуктивная выходная лампа (IOT) была изобретена в 1938 году Эндрю В. Хэффом . Патент был впоследствии издан на ВГД к Эндрю V Хаефф и назначен на Радио корпорейшн оф Америка (RCA). Во время Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1939 году IOT использовался для передачи первых телевизионных изображений из Эмпайр-стейт-билдинг на территорию ярмарки. RCA в течение короткого времени продавала в коммерческих целях небольшой IOT под типовым номером 825. Вскоре он был устаревшим 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 цифрового телевидения и цифрового телевидения 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 и 6), что затрудняет или делает невозможным их использование для цифрового телевидения. Эти каналы с низким 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 в преимущественно УВЧ-среду, 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 работает [ править ]

Поскольку обычные телевизионные кинескопы ( катодно-лучевые трубки ) широко используются в каждом доме , может быть полезно подумать о принципах их работы. Хотя IOT не производит светящийся люминофор, внутри многие принципы одинаковы.

IOTs были описаны как помесь клистрона и триода , следовательно , Eimac торгового названия «s для них, Klystrode . У них есть электронная пушка, похожая на клистрон, но с управляющей сеткой перед ней, как у триода, с очень близким расстоянием около 0,1 мм. Высокочастотное высокочастотное напряжение на сетке пропускает электроны сгустками. Высокое напряжение постоянного токана 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 резонатор в момент, когда электрическое поле замедляет его, преобразуя кинетическую энергию луча в потенциальную энергию радиочастотного поля, усиливая сигнал. Колеблющаяся электромагнитная энергия в резонаторе выводится по коаксиальной линии передачи. Осевое магнитное полепредотвращает распространение пространственного заряда луча. Коллекторный электрод имеет более низкий потенциал, чем анод (пониженный коллектор), который восстанавливает часть энергии луча, повышая эффективность. [1] [2]

Два отличия от клистрона делают его более дешевым и более эффективным. Во-первых, клистрон использует модуляцию 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 этого IOT использует модуляцию тока 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 допускает более универсальные режимы работы. Сетка может быть смещена, поэтому ток луча может быть отключен во время части цикла, что позволяет ей работать в более эффективном режиме класса B или AB. [1] [2]

Наивысшая частота, достижимая в IOT, ограничена расстоянием между сеткой и катодом. Электроны должны быть ускорены от катода и пройти через сетку до того, как электрическое поле RF изменит направление на противоположное. Верхний предел частоты составляет примерно 1300 МГц . Коэффициент усиления 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 [ править ]

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 (энергосберегающий коллектор 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 образования дуги и эрозии между близко расположенными ступенями коллектора и 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 [ править ]

Тепловое излучение катода нагревает сетку. В результате катодный материал с низкой работой выхода 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 с внешними резонаторами настройки, IOT уязвимы к возникновению дуги и должны быть защищены детекторами дуги, расположенными в выходных полостях, которые запускают цепь лома на основе водородного тиратрона или срабатывающий 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 трубный узел во время неконтролируемой резонатора, коллектора или катодной дуги. [1]

См. Также [ править ]

  • Лазер на свободных электронах

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е Whitaker, Джерри С. (2005). Справочник по электронике, 2-е изд . CRC Press. С. 488–489. ISBN 1420036661.
  2. ^ a b c d Sisodia, ML (2006). Активные микроволновые устройства: вакуумные и твердотельные . Нью Эйдж Интернэшнл. С. 3.47–3.49. ISBN 8122414478.

Внешние ссылки [ править ]

  • http://www.bext.com/iot-an-old-dream-now-come-true/
  • http://www.ebu.ch/departments/technical/trev/trev_273-heppinstall.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
  • http://www.davidsarnoff.org/kil-chapter03.html
  • http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_13/11.html
  • http://www.harris.com/view_pressrelease.asp?act=lookup&pr_id=2037
  • http://epaper.kek.jp/p95/ARTICLES/TAQ/TAQ02.PDF