En elektron rør ( thermionic ventil i engelsk eller vakuumrør til USA ), også kaldet vakuumrør eller endda lampe , er en aktiv elektronisk komponent, der normalt bruges som forstærker af signal . Ensretteren eller forstærkerens vakuumrør er blevet udskiftet i mange applikationer med forskellige halvledere , men er ikke blevet udskiftet i nogle områder såsom forstærkning med høj effekt eller mikrobølgeovn .
Elektroniske rør betegner komponenter, der bruger elektroder , der er anbragt i et vakuum eller i en gas , isoleret fra hinanden ved hjælp af dette medium og omfattende mindst en elektronkilde . Et temperaturbestandigt hus isolerer hele det udvendige. Selvom kappen normalt er af glas , bruger kraftrørene ofte keramik og metal . Elektroderne er forbundet med afslutningerne, der passerer gennem huset med forseglede passager. På de fleste rør er afslutningerne ben beregnet til at blive installeret i en elektronrørholder for nem udskiftning.
Vakuumrør bruger den termioniske effekt til at skabe frie elektroner og derefter dirigere og modulere dem. Oprindeligt ligner vakuumrøret en glødelampe, fordi det har en opvarmningsfilament inde i en glashylster tømt for luft. Når det er varmt, frigiver filamentet elektroner i et vakuum: denne proces kaldes termionisk emission . Resultatet er en sky af elektroner , hvis ladning er negativ, kaldet en " rumladning ". Direkte opvarmningsrør bruges ikke længere undtagen i højeffektive rør, erstattet af indirekte opvarmning. I et indirekte opvarmet rør opvarmes filamentet en elektrode, der udsender elektroner, katoden .
Dette er det enkleste rør, der bruges som glattejern . I en vakuumdiode tiltrækkes elektronerne, der udsendes af glødetråden i tilfælde af direkte opvarmning eller af katoden i tilfælde af indirekte opvarmning, af en metalplade ( flad på engelsk) kaldet anode og placeret inde i røret. Denne plade er positivt ladet. Dette resulterer i en strøm af elektroner, kaldet strøm , som går fra glødetråden eller katoden til pladen. Strømmen kan ikke flyde i den anden retning, fordi pladen ikke opvarmes og derfor ikke udsender elektroner. Vi får derfor en vakuumdiode. Denne komponent leder kun strøm i en retning.
|
Lee De Forest , ved at tilføje en mellemliggende kontrolelektrode, tillod udviklingen af den første forstærker elektroniske komponent : trioden. Trioden består af en katode, der udsender elektroner , en anodemodtagelse og et gitter , der er anbragt mellem de to.
Ved at modulere den spænding, der påføres nettet i forhold til katoden, når et større eller mindre antal elektroner, der udsendes af katoden, anoden, hvilket skaber en variabel strøm mellem anoden og katoden. En seriebelastning i anoden konverterer variationen i strøm til en variation i spænding og effekt: forstærkning udføres.
Trioden udviste defekter, især en tendens til at svinge på grund af kapacitansen dannet af gate-anodeparet. Det blev hurtigt forbedret ved tilføjelse af et mellemliggende gitter med et potentiale tæt på anodens, hvilket reducerede denne skadelige kapacitet: tetroden blev oprettet.
Endelig gjorde pentoden det muligt at eliminere effekten af sekundære elektronemissioner på skærmbilledet på tetroden takket være et tredje gitter ved katodens potentiale. Andre kombinationer som hexoden, forsynet med to kontrolgitre, gør det muligt at opnå den blanding af de frekvenser, der er nødvendige for modtagerne.
Udviklingen fortsatte mod miniaturisering, multifunktionsrør, forbedret levetid og pålidelighed, øget effekt og frekvens som behovene hos radio og elektronik.
I de fleste anvendelser er vakuumrøret blevet erstattet af en mindre, billigere komponent: transistoren og dens derivater. Sidstnævnte er en halvleder, og det tillader produktion af integrerede kredsløb . Transistoren tillader en meget højere tæthed og pålidelighed end røret til forstærkning og signalbehandling. Rørene anvendes dog stadig til specifikke applikationer, såsom lydforstærkere , og til "meget" højeffekt- eller højfrekvente (HF) applikationer såsom mikrobølgeovne , industriel radiofrekvensopvarmning og effektforstærkning til udsendelses- og tv- sendere , for eksempel i kortbølge broadcast sendere (frekvensbånd fra 3,2 til 26,1 MHz 250-500 kW , hvor den sidste fase af den forstærkeren består af et enkelt rør, som for Allis sendere fra Issoudun .
Faktisk er den bipolære transistor begrænset i effekt og i frekvens af to fænomener: volumenafbrydelse og transittid, hvilket gør det vanskeligt samtidig at øge effekten og driftsfrekvensen. For at overvinde denne begrænsning i applikationer med meget høj effekt i højfrekvensdomænet er kombinationer af forstærkere parallelle mulige, men der kræves flere koblinger ved indgangen og udgangen og til en højere pris end en enkelt rørforstærker med samme effekt. Vakuumrør på den anden side spreder ikke energi i transit af elektroner, men kun ved påvirkning af anoden, som kan afkøles.
I lydudsendelser finder nogle audiofiler, at elektroniske rør giver en højere lydkvalitet end systemer med bipolære transistorer eller operationelle forstærkere . Andre siger på den anden side, at elektroniske rør ikke gør noget, og at de ikke længere repræsenterer et kommercielt argument. Det er dog usandsynligt, at de forsvinder i betragtning af den store interesse, som nogle amatører, musikere og teknikere viser dem, for eksempel i elektriske guitarforstærkere såvel som i mikrofon- og optagestudieforforstærkere, hvor der ifølge Comparative tests i 1970'erne rør forforstærkere, der bruges under forhold med overbelastning og forvrængning uden for deres nyttige rækkevidde, ville gengive harmoniske bedre end deres transistor- eller op-amp-modstykker.
På trods af det teknologiske fremskridt med effekt halvledere har vakuumrør således bevaret fordelen for pålidelighed og for omkostninger, når de anvendes som højeffektforstærkere inden for visse områder. Den triode fælles port, eller pentode fælles katode er de mest almindeligt anvendte ordninger til omkring 100 MHz .
Effekterne varierer fra 500 W for en amatørradioforstærker med en 3-500Z-triode afkølet af naturlig konvektion til 1,5 MW for et sendesenderør og ca. 30 MW ved omskiftning ved afkøling ved vandcirkulation.
Forstærkningsklasser defineres på samme måde som for transistorer med følgende principper:
Rørforstærkere bruger de tre sædvanlige ordninger, der også anvendes til transistorer:
I et elektronrør med små signaler er hovedvarmekilden glødetråden, hvis spredning er ved stråling. I et elrør er afkøling af anoden den største begrænsning i effekt. Det løses ved stråling for kræfter under et kilowatt ved at lade anoden stige til den maksimale temperatur, der er kompatibel med det anvendte materiale ( metal op til 100-200 W , grafit fra 200 til 2.000 W og pyrolytisk grafit ved 1.000 kW ), den specielle glaskonvolut, der sikrer strålingen. Tvungen luftkøling bruges op til nogle få titusinder kilowatt, anoden er ekstern og udstyret med konvektionsfinner. Endelig gør cirkulationen af vand, selv kogning af vand på vapotronerne det muligt at sprede hundreder af kilowatt. Det er også muligt at afkøle anoden ved at cirkulere vand.
Konventionelle rør (trioder og pentoder) gør det muligt at designe forstærkere op til ca. 1 GHz . Derudover blev rør specielt udviklet som magnetron , bølgerør ( vandrende bølgerør ) og klystron ved at kombinere magnetiske og elektrostatiske effekter. Deres navne er flere, men nogle gange med lille forskel undtagen en engangsforbedring. Blandt de mest berømte:
Det industrielle marked for disse rør går til to ekstremer:
Den magnetron er et vakuumrør uden stop gitter, med en central katode, opvarmes af et filament, og et fast og koncentrisk anode hvor flere hulrumsresonatorer er udhulet . Et aksialt magnetfelt oprettes normalt af to permanente magneter i hver ende af røret. Elektronernes spiralbane (på grund af magnetfeltet) finder sted med en frekvens, der er indstillet til resonanshulrummene.
Magnetronen er selvoscillerende og muliggør nem montering som i mikrobølgeovne .
De tilgængelige kræfter er i størrelsesordenen nogle få kontinuerlige kW (peak MW) ved 3 GHz og hundreder af watt (hundredvis af peak kW) ved 10 GHz . Magnetrons er tilgængelige op til 35 GHz ( Ka-bånd ).
For at opnå disse kræfter er en spænding på flere tusinde volt nødvendig.
I dag har magnetronen to hovedanvendelser:
Den klystron er et vakuumrør, som muliggør medium og høj effekt smalbånd mikrobølgeforstærkere skal fremstilles. Deres beføjelser kan nå op på 60 k W .
Klystrons anvendes især i radarer , lineære partikelacceleratorer, UHF- tv-udsendelsesstationer og satellitudsendelsesstationer.
Det vandrende bølgerør (TOP, vandrende bølgerør ) bruges i mikrobølgeovn til fremstilling af forstærkere med lav, medium eller høj effekt . Den muliggør bredbånd forstærkere med meget lav baggrund støj , der skal fremstilles. Den er især velegnet til forstærkere af telekommunikationssatellitter .
Det vandrende bølgerør består af fire hoveddele:
Et stort antal komponenter blev udviklet mellem 1920 og 1960 ved hjælp af vakuumrørteknikken:
I begyndelsen af XXI th århundrede, den interesse, at man bærer de tomme rør tilbage, denne gang med vakuumrør felt emitter . Denne type rør er i form af et integreret kredsløb . Det mest almindelige design bruger en kold katode , hvor elektroner udsendes fra enderne af vinkler, nanoskala og genereres på overfladen af metalkatoden.
Det har fordelene ved stor robusthed kombineret med evnen til at give høje outputeffekter med god effektivitet. Disse prototyper , der fungerer på samme princip som konventionelle rør, blev bygget med en elektronemitter dannet af små pigge ved hjælp af nanorør og ved ætsning af elektroderne som små foldeplader (ved en teknik svarende til den, der bruges til at skabe de mikroskopiske spejle, der bruges af Digital Light Processing- teknik ), som holdes lodret af et magnetfelt .
Disse integrerede mikrorør forventes at finde applikationer i enheder, der bruger mikrobølger som mobiltelefoner , til Bluetooth- og Wi-Fi- transceivere , radarer og satellitter . De undersøges også for en mulig anvendelse til fremstilling af fladskærme.
Teknologis computersimulering bruges f.eks. Også med rørene på SPICE . Mange producenter leverer modeller af deres komponenter direkte, som vil blive brugt af simuleringssoftwaren. Disse producenters modeller giver pålidelige data, der fører til korrekte resultater. De er dog i de fleste tilfælde en forenkling af den modellerede rørs virkelige opførsel. Generelt, jo mere antallet af elektroder i røret stiger, jo mere afviger modellen fra den reelle komponent. Deres største ulempe er, at de kun modellerer korrekt anodestrømmen, og i tilfælde af multigrid rør kun for en fast spænding G2.
: dokument brugt som kilde til denne artikel.