Tubo de saída indutivo - Inductive output tube

Um IOT para transmissão de televisão UHF ATSC, fabricado pela e2v e apresentado como novo na embalagem.

O tubo de saída indutiva ( IOT ) ou clístrode é uma variedade de tubo de vácuo de feixe linear , semelhante a um clístron , usado como um amplificador de potência para ondas de rádio de alta frequência. Ele evoluiu na década de 1980 para atender aos requisitos cada vez maiores de eficiência para amplificadores de RF de alta potência em transmissores de rádio. O principal uso comercial de IOTs é em transmissores de televisão UHF , onde eles substituíram principalmente os clístrons por causa de sua maior eficiência (35% a 40%) e tamanho menor. IOTs também são usados ​​em aceleradores de partículas . Eles são capazes de produzir potência de saída de até cerca de 30 kW contínuos e 7 MW pulsados ​​e ganhos de 20–23 dB em frequências de até cerca de um gigahertz .

História

O tubo de saída indutiva (IOT) foi inventado em 1938 por Andrew V. Haeff . Uma patente foi posteriormente emitida para o IOT para Andrew V. Haeff e atribuída à Radio Corporation of America (RCA). Durante a Feira Mundial de Nova York de 1939, o IOT foi usado na transmissão das primeiras imagens de televisão do Empire State Building para o recinto da feira. A RCA vendeu um pequeno IOT comercialmente por um curto período de tempo, sob o número de tipo 825. Ele logo se tornou obsoleto com os desenvolvimentos mais recentes, e a tecnologia ficou mais ou menos adormecida por anos.

O tubo indutivo de saída ressurgiu nos últimos vinte anos, depois de ter sido descoberto que possui características particularmente adequadas (linearidade de banda larga) para a transmissão de televisão digital e televisão digital de alta definição .

Em uma pesquisa realizada antes da transição da transmissão de televisão analógica para digital, foi descoberto que a interferência eletromagnética de raios, transmissão de energia CA de alta tensão, retificadores CA e reatores usados ​​em iluminação fluorescente afetaram bastante os canais VHF de banda baixa (na América do Norte , canais 2,3,4,5 e 6) tornando difícil ou impossível usá-los para a televisão digital. Esses canais de baixa numeração costumavam ser as primeiras emissoras de televisão em uma determinada cidade e, muitas vezes, operações grandes e vitais que não tinham escolha a não ser mudar para UHF. Ao fazer isso, tornou a televisão digital moderna predominantemente um meio UHF, e os IOTs se tornaram o tubo de saída preferido para a seção de saída de energia desses transmissores.

A produção de energia dos IOTs modernos do século 21 é ordens de magnitude maior do que os primeiros IOTs produzidos pelo RCA em 1940-1941, mas o princípio fundamental de operação permanece basicamente o mesmo. Os IOTs desde 1970 têm sido projetados com software de computador de modelagem eletromagnética que melhorou muito seu desempenho eletrodinâmico.

Como funciona

Por causa da presença em todos os lares do tubo de imagem de televisão convencional ( Cathode-Ray Tube ), pode ser útil pensar em seus princípios de operação. Embora o IOT não produza uma saída de fósforo brilhante, internamente muitos princípios são os mesmos.

IOT têm sido descritos como um cruzamento entre um clístron e um triodo , daí Eimac nome comercial 's para eles, Klystrode . Eles têm um canhão de elétrons como um clístron, mas com uma grade de controle na frente dele como um triodo, com um espaçamento muito próximo de cerca de 0,1 mm. A tensão de RF de alta frequência na grade permite que os elétrons passem em grupos. DC de alta tensão em um ânodo cilíndrico acelera o feixe de elétrons modulado através de um pequeno tubo de derivação como um clístron. Este tubo de derivação evita o refluxo da radiação eletromagnética. O feixe de elétrons agrupado passa através do ânodo oco para uma cavidade ressonante, semelhante à cavidade de saída de um clístron, e atinge um eletrodo coletor. Como em um clístron, cada feixe passa para a cavidade no momento em que o campo elétrico desacelera, transformando a energia cinética do feixe em energia potencial do campo de RF, amplificando o sinal. A energia eletromagnética oscilante na cavidade é extraída por uma linha de transmissão coaxial. Um campo magnético axial impede a propagação da carga espacial do feixe. O eletrodo coletor está com um potencial mais baixo do que o ânodo (coletor deprimido) que recupera parte da energia do feixe, aumentando a eficiência.

Duas diferenças em relação ao clístron proporcionam menor custo e maior eficiência. Primeiro, o clístron usa a modulação de velocidade para criar agrupamento; sua corrente de feixe é constante. É necessário um tubo de derivação com vários metros de comprimento para permitir que os elétrons se agrupem. Em contraste, o IOT usa modulação de corrente como um triodo comum; a maior parte do agrupamento é feito pela grade, então o tubo pode ser muito mais curto, tornando-o menos caro para construir e montar, e menos volumoso. Em segundo lugar, como o clístron tem corrente de feixe em todo o ciclo de RF, ele só pode operar como um amplificador classe A ineficiente , enquanto a grade do IOT permite modos de operação mais versáteis. A grade pode ser polarizada para que a corrente do feixe possa ser cortada durante parte do ciclo, permitindo que opere no modo mais eficiente de classe B ou AB.

A frequência mais alta alcançável em um IOT é limitada pelo espaçamento entre a grade e o cátodo. Os elétrons devem ser acelerados para fora do cátodo e passar pela grade antes que o campo elétrico de RF inverta a direção. O limite superior da frequência é de aproximadamente 1300 MHz . O ganho do IOT é de 20–23 dB contra 35–40 dB para um clístron. O ganho mais baixo geralmente não é um problema porque a 20 dB os requisitos de potência de acionamento (1% da potência de saída) estão dentro das capacidades de amplificadores UHF de estado sólido econômicos.

Avanços recentes

As versões mais recentes de IOTs alcançam eficiências ainda mais altas (60% -70%) por meio do uso de um Coletor Depressão Multiestágio (MSDC). A versão de um fabricante é chamada de Constant Efficiency Amplifier (CEA), enquanto outro fabricante comercializa sua versão como ESCIOT (Energy Saving Collector IOT). As dificuldades iniciais de projeto de MSDCIOTs foram superadas por meio do uso de óleo de transformador de alto dielétrico recirculante como um refrigerante combinado e meio de isolamento para evitar formação de arco e erosão entre os estágios do coletor próximos e para fornecer resfriamento confiável do coletor de baixa manutenção durante a vida do tubo . As versões anteriores do MSDC precisavam ser resfriadas a ar (potência limitada) ou usar água desinonizada que precisava ser filtrada, trocada regularmente e sem proteção contra congelamento ou corrosão.

Desvantagens

A radiação térmica do cátodo aquece a grade. Como resultado, o material catódico de baixa função de trabalho evapora e condensa na grade. Isso eventualmente leva a um curto entre o cátodo e a grade, pois o material que se acumula na grade diminui a lacuna entre ele e o cátodo. Além disso, o material do cátodo emissivo na grade causa uma corrente de grade negativa (fluxo reverso de elétrons da grade para o cátodo). Isso pode sobrecarregar a rede elétrica se esta corrente reversa ficar muito alta, alterando a tensão da rede (polarização) e, conseqüentemente, o ponto de operação do tubo. Os IOTs de hoje são equipados com cátodos revestidos que funcionam em temperaturas operacionais relativamente baixas e, portanto, têm taxas de evaporação mais lentas, minimizando esse efeito.

Como a maioria dos tubos de feixe linear com cavidades de sintonia externas, os IOTs são vulneráveis ​​ao arco voltaico e devem ser protegidos com detectores de arco localizados nas cavidades de saída que acionam um circuito de pé-de - cabra baseado em um tiratron de hidrogênio ou um centelhador acionado na fonte de alta tensão. O objetivo do circuito de pé-de-cabra é descarregar instantaneamente a carga elétrica massiva armazenada no suprimento de feixe de alta tensão antes que esta energia possa danificar o conjunto do tubo durante uma cavidade descontrolada, coletor ou arco catódico.

Veja também

Referências

links externos