Войти
IOT для широковещательного телевидения UHF ATSC производства e2v и показан новым в упаковке. Индуктивная выходная трубка (IOT ) или клистрод представляет собой разновидность линейно-лучевой трубки вакуумная трубка, аналогичная клистрону, используемая в качестве усилителя мощности для высокочастотных радиоволн. Он был разработан в 1980-х годах для удовлетворения растущих требований к эффективности для мощных RF усилителей в радиопередатчиках. Основное коммерческое использование IOT - в UHF телевизионных передатчиках, где они в основном заменили клистроны из-за их более высокой эффективности (от 35% до 40%) и меньшего размера. размер. IOT также используются в ускорителях частиц. Они способны обеспечивать выходную мощность до 30 кВт в непрерывном режиме и 7 МВт в импульсном режиме с усилением 20–23 дБ на частотах примерно до гигагерц.
Индуктивная выходная лампа (IOT) была изобретена в 1938 г. Эндрю В. Хэфф. Патент был позже выдан на IOT Эндрю В. Хэффу и передан Radio Corporation of America (RCA). Во время Всемирной выставки 1939 г. в Нью-Йорке IOT использовался для передачи первых телевизионных изображений от 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.
Индукционная 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 высокочастотного телевидения. определение цифрового телевидения.
В ходе исследований, проведенных до перехода от аналогового к цифровому телевизионному вещанию, было обнаружено, что электромагнитные помехи от молнии, передачи переменного тока высокого напряжения, выпрямителей переменного тока и балластов, используемых в люминесцентном освещении, сильно влияют на низкочастотный диапазон Каналы VHF (в Северной Америке каналы 2, 3, 4, 5 и 6), что затрудняет или 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 ничего другого, 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.
Поскольку обычные телевизионные кинескопы (электронно-лучевые трубки ) широко используются в каждом доме, может быть полезно подумать о его принципах операции. Хотя IOT не производит светящийся люминофор, внутри многие принципы одинаковы.
IOT были описаны как нечто среднее между клистроном и триодом, отсюда и торговое название Eimac, Klystrode . У них есть электронная пушка, как у клистрона, но с управляющей сеткой перед ней, как у триода, с очень близким расстоянием около 0,1 мм. Высокочастотное высокочастотное напряжение на сетке пропускает электроны группами. Высокое напряжение постоянного тока на цилиндрическом аноде ускоряет модулированный электронный пучок через небольшую дрейфовую трубку, 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. Осевое магнитное поле предотвращает распространение пространственного заряда луча. Коллекторный электрод имеет более низкий потенциал, чем анод (пониженный коллектор), который восстанавливает часть энергии луча, повышая эффективность.
Два отличия от клистрона дают ему более низкую стоимость и более высокий КПД. 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 A, 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 класс B или AB.
Наивысшая частота, достижимая в IOT ограничен расстоянием от сетки до катода. 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 по сравнению с 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.
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 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.
Тепловое излучение от 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, нарастающий на сетку, 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 для дугового разряда и должны быть защищены детекторами дуги, расположенными в выходных полостях, которые запускают лом схема на основе водородного тиратрона или срабатывающего разрядника в высоковольтном источнике. Назначение схемы лома состоит в том, чтобы мгновенно сбросить большой электрический заряд, накопленный в источнике высоковольтного луча, до того, как эта энергия может повредить ламповый узел во время неконтролируемой дуги резонатора, коллектора или катода.
