Klappe-Verstärker

Ein Klappe-Verstärker- oder Tube-Verstärker ist ein Typ des elektronischen Verstärkers, der von Vakuumtuben Gebrauch macht, um den Umfang eines Signals zu vergrößern. Niedrig zu mittleren Macht-Klappe-Verstärkern für Frequenzen unter den Mikrowellen wurden durch Verstärker des festen Zustands während der 1960er Jahre und der 1970er Jahre größtenteils ersetzt. Klappe-Verstärker werden für Anwendungen wie Gitarrenverstärker, Satellit transponders wie DirecTV und GPS, Hi-Fi-Fan Stereoverstärker, militärische Anwendungen (wie Radar) und sehr hohes Macht-Radio und UHF-Fernsehsender verwendet.

Geschichte

Ursprünge

Bis zur Erfindung des Transistors 1947 wurden alle praktischen Verstärker mit thermionischen Klappen gemacht. Die einfachste Klappe wurde von John Ambrose Fleming erfunden, während man für Marconi Company in London 1904 gearbeitet hat, und die Diode genannt, weil es zwei Elektroden hatte. Die Diode hat Elektrizität in einer Richtung nur geführt und wurde als ein Radioentdecker und ein Berichtiger verwendet.

1906 hat Wald von Lee De eine dritte Elektrode hinzugefügt und hat das erste elektronische ausführlicher erläuternde Gerät, die Triode erfunden, die er das Audion genannt hat. Dieser zusätzliche Kontrollbratrost stimmt den Strom ab, der zwischen Kathode und Anode fließt. Die Beziehung zwischen aktuellem Fluss und Teller- und Bratrost-Stromspannung wird häufig als eine Reihe "charakteristischer Kurven" auf einem Diagramm vertreten. Abhängig von den anderen Bestandteilen im Stromkreis kann dieser abgestimmte aktuelle Fluss verwendet werden, um Strom oder Spannungsverstärkung zur Verfügung zu stellen.

Die erste Anwendung der Klappe-Erweiterung war in der Regeneration von langen Entfernungstelefonie-Signalen. Später wurde Klappe-Erweiterung auf den 'Radio'-Markt angewandt, der am Anfang der dreißiger Jahre begonnen hat. Im Laufe der Zeit wurden Verstärker für die Musik und das spätere Fernsehen auch mit Klappen gebaut.

Die überwältigend dominierende Stromkreis-Topologie während dieser Periode war die einzeln beendete Triode-Gewinn-Bühne, in der Klasse A funktionierend, die sehr guten Ton (und angemessene gemessene Verzerrungsleistung) trotz des äußerst einfachen Schaltsystemes mit sehr wenigen Bestandteilen gegeben hat: Wichtig, als Bestandteile Hand gemacht und äußerst teuer waren. Vor dem Zweiten Weltkrieg waren fast alle Klappe-Verstärker des niedrigen Gewinns und mit dem Linearitätsabhängigen völlig auf der innewohnenden Linearität der Klappe selbst, normalerweise 5 % Verzerrung an der Vollmacht.

Negatives Feed-Back (NFB) wurde von Harold Stephen Black 1927 erfunden, aber am Anfang wenig verwendet, seitdem damals Gewinn an einer Prämie war. Diese Technik erlaubt Verstärkern, Gewinn gegen reduzierte Verzerrungsniveaus zu tauschen (und hat auch andere Vorteile wie reduzierter Produktionsscheinwiderstand gegeben). Die Einführung des Verstärkers von Williamson 1947, der in vieler Hinsicht einschließlich des sehr erfolgreichen Gebrauches von NFB äußerst vorgebracht wurde, war ein Wendepunkt im Audiomacht-Verstärker-Design, einen Produktionsstromkreis des Stoß-Ziehens in der Klasse AB1 bedienend, um Leistung zu geben, die seine Zeitgenossen übertrifft.

Nachkriegsentwicklungen

Zweiter Weltkrieg hat dramatischen technischen Fortschritt und Industrieskala-Produktionswirtschaften stimuliert. Die Erhöhung der Fülle nach dem Krieg verursacht zum ersten Mal ein wesentlicher und die Erweiterung des Verbrauchermarktes. Diese ermöglichten fortgeschritteneren Klappe-Designs, die zu erschwinglichen Preisen mit dem Ergebnis auf den Markt zu bringen sind, dass die 1960er Jahre die zunehmende Ausbreitung von elektronischen Grammophon-Spielern, und schließlich die Anfänge der "hohen Treue" gesehen haben. Hi-Fi ist im Stande gewesen, volle Frequenzreihe-Lautsprecher (zum ersten Mal häufig mit vielfachen Fahrern für verschiedene Frequenzbänder) zu bedeutenden Volumen-Niveaus zu steuern. Das hat sich mit der Ausbreitung des Fernsehens verbunden, hat ein 'Goldenes Zeitalter' in der Klappe-Entwicklung und auch in der Entwicklung des Designs von Klappe-Verstärker-Stromkreisen erzeugt.

Eine Reihe von Topologien mit nur geringen Schwankungen (namentlich verschiedene Phase splitter Maßnahmen und die "Ultrageradlinige" Transformator-Verbindung für Vierpolröhren) ist schnell weit verbreitet geworden. Diese Familie von Designs bleibt die dominierende hohe Macht-Verstärker-Topologie bis jetzt für die Musik-Anwendung. Diese Periode hat auch fortgesetztes Wachstum im Zivilradio mit Klappen gesehen, die sowohl für Sender als auch für Empfänger verwenden werden.

Niedergang

Von den 1970er Jahren ist der Silikontransistor immer durchdringender geworden. Klappe-Produktion, wurde mit der bemerkenswerten Ausnahme von Kathode-Strahl-Tuben (CRTs) und einer reduzierten Reihe von Klappen für Verstärker-Anwendungen scharf vermindert. Populäre niedrige Macht-Tuben waren Doppeltrioden (ECCnn, 12Ax7 Reihe) plus der EF86 pentode, und Macht-Klappen waren größtenteils Balken-Vierpolröhre und pentodes (EL84, EL34, KT88 / 6550, 6L6) in beiden Fällen mit der indirekten Heizung. Dieser reduzierte Satz von Typen bleibt der Kern von der Klappe-Produktion heute.

Die Sowjets haben Klappen in einem viel größeren Ausmaß behalten als der Westen während des Kalten Kriegs, für die Mehrheit ihrer Kommunikationen und militärischer Erweiterungsvoraussetzungen teilweise wegen der Fähigkeit von Klappen, sofortigen Überlastungen zu widerstehen (namentlich wegen einer Kerndetonation), der einen Transistor zerstören würde.

Die dramatische Verminderung der Größe, Macht-Verbrauchs, hat Verzerrungsniveaus reduziert, und vor allem haben Kosten von auf Transistoren gestützten Elektronik-Produkten Klappen veraltet für Hauptströmungsprodukte seit den 1970er Jahren gemacht. Klappen sind in bestimmten Anwendungen wie hohe Macht RF Sender und das Mikrowellengerät und die Audioerweiterungsausrüstung besonders für die elektrische Gitarre geblieben, Studio, und hohes Ende Hausstereos registrierend.

Audiogebrauch

In Audioanwendungen setzen Klappen fort, von den meisten Berufsbenutzern, besonders in der Aufnahme der Ausrüstung des Studios und Gitarrenverstärker hoch gewünscht zu werden. Unter Stereoanhängern gibt es eine Untergruppe von Audiokennern, die den Gebrauch von Tube-Verstärkern für das hörende Haus verteidigen; sie behaupten, dass Tube-Verstärker einen "wärmeren" oder "natürlicheren" Klappe-Ton erzeugen. Gesellschaften in Asien und Osteuropa setzen fort, Klappen zu erzeugen, um diesen Markt zu befriedigen.

Viele Berufsgitarrenspieler verwenden 'Tube-Ampere' wegen ihres berühmten 'Tons'. 'Der Ton' in diesem Gebrauch bezieht sich auf das Timbre oder Wurf-Farbe, und kann eine sehr subjektive Qualität sein, um zu messen. Die meisten Audiotechniker und Wissenschaftler theoretisieren, dass die 'sogar harmonische Verzerrung, die' durch Klappe-Tuben erzeugt ist, angenehmer zum Ohr klingt als Transistoren unabhängig vom Stil. Viele der Musiker, die Erweiterungstechnologie des festen Zustands verwenden, tun so für seine Beweglichkeit, kosten niedrig und hohe Zuverlässigkeit, nicht sein 'Ton'. Es sind die Toneigenschaften von Klappe-Tuben, die sie als der Industriestandard für Gitarren und Studio-Mikrofon-Vorerweiterung gestützt haben.

Tube-Verstärker antworten verschieden von Transistor-Verstärkern, wenn sich Signalpegel nähern und den Punkt des Ausschnitts erreichen. In einem Tube-Verstärker ist der Übergang von der geradlinigen Erweiterung bis das Begrenzen weniger plötzlich als in einer Einheit des festen Zustands, auf weniger knirschende Form der Verzerrung am Anfall des Ausschnitts hinauslaufend. Deshalb bevorzugen einige Gitarrenspieler den Ton eines Volltube-Verstärkers; die ästhetischen Eigenschaften der Tube gegen Ampere des festen Zustands sind aber ein Thema der Debatte in der Gitarrenspieler-Gemeinschaft.

Eigenschaften

Macht-Klappen funktionieren normalerweise an höheren Stromspannungen und niedrigeren Strömen als Transistoren - obwohl fester Zustand Betriebsstromspannungen mit modernen Gerät-Technologien fest zugenommen hat. Hohe RF Macht-Radiosender im Gebrauch funktionieren heute in der Kilovolt-Reihe, wo es noch keine andere vergleichbare verfügbare Technologie gibt. (Macht = Volt x Ampere so hohe Macht verlangt hohe Volt, hohe Ampere oder hoch beide)

Viele Macht-Klappen haben gute Linearität, aber bescheidenen Gewinn oder transconductance. Signalverstärker mit Tuben sind zu sehr hohen Frequenzansprechreihen - bis zur Radiofrequenz fähig. Tatsächlich haben viele von der direkt erhitzten einzeln beendeten Triode (DH-SATZ) Audioverstärker sind tatsächlich Radiosenderröhren, vorgehabt, in der Megahertz-Reihe zu funktionieren. In der Praxis, jedoch, "verbinden" Tube-Verstärker-Designs normalerweise Stufen entweder kapazitiv, Bandbreite am niedrigen Ende, oder induktiv mit Transformatoren beschränkend, die Bandbreite an beiden Enden beschränkend.

Vorteile

  • Sehr geradlinig (besonders Trioden) das Bilden davon lebensfähig, um sie in der niedrigen Verzerrung geradlinige Stromkreise mit wenig oder keinem negativen Feed-Back zu verwenden.
  • Von Natur aus passend für Hochspannungsstromkreise.
  • Kann auf einer Skala gebaut werden, die große Beträge der Hitze (einige äußerste Geräte zerstreuen kann, die sogar Wasser abgekühlt sind). Aus diesem Grund sind Klappen die einzige lebensfähige Technologie für sehr hohe Macht-Anwendungen wie Radio und Fernsehsender lange ins Alter geblieben, als Transistoren Klappen in den meisten anderen Anwendungen versetzt hatten.
  • Elektrisch sehr robust können sie Überlastungen seit Minuten dulden, die bipolar Transistor-Systeme in Millisekunden zerstören würden.
  • Widerstehen Sie sehr hoch vergänglichen Maximalstromspannungen ohne Schaden, der sie angepasst militärischen und industriellen Anwendungen macht
  • Funktionieren Sie allgemein an angewandten Stromspannungen ganz unter ihrer maximalen Fähigkeit, langes Leben und Zuverlässigkeit zur Verfügung stellend
  • Weicherer Ausschnitt, wenn er den Stromkreis überlädt, den viele Hi-Fi-Fans und Musiker subjektiv glauben, gibt einen angenehmeren und mehr musikalisch befriedigenden Ton.

Nachteile

  • Eine Kathode-Heizung ist erforderlich. Heizungsmacht vertritt einen bedeutenden Hitzeverlust und Energiegebrauch.
  • Höhere Stromspannungen sind für die Anoden im Vergleich zu Verstärkern des festen Zustands der ähnlichen Macht-Schätzung erforderlich.
  • Sie sind bedeutsam größer als gleichwertige Halbleitergeräte
  • Hoher Scheinwiderstand und niedrige aktuelle Produktion sind für den direkten Laufwerk von vielen echten Weltlasten, die namentlich verschiedenen Formen von elektrischen Motoren unpassend.
  • Klappen haben ein kürzeres Arbeitsleben als Teile des festen Zustands wegen verschiedener Misserfolg-Mechanismen (wie Hitze, Kathode-Vergiftung, Brechung, oder inner kurzschließt).
  • Verfügbar in einer einzelnen Widersprüchlichkeit nur, wohingegen Transistoren in der Ergänzungswidersprüchlichkeit (z.B, NPN/PNP) verfügbar sind, möglich viele Stromkreis-Konfigurationen machend, die direkt mit Klappen nicht begriffen werden können.
  • Klappe-Stromkreise müssen Einführung des Geräusches vom ac Heizungsbedarf vermeiden.
  • Microphonics - Klappen können manchmal zum Ton oder Vibrieren empfindlich sein, unachtsam wie ein Mikrofon handelnd.

Operation

Alle Verstärker-Stromkreise werden durch die "Klasse der Operation" als A, B, AB und C usw. klassifiziert. Sieh Verstärker-Klassen. Einige bedeutsam verschiedene Stromkreis-Topologien bestehen im Vergleich zu Transistor-Designs.

  • Der Bratrost (wo das Eingangssignal präsentiert wird) muss wesentlich negativ in Bezug auf die Kathode beeinflusst werden Das macht es äußerst schwierig dem direkten Paar die Produktion einer Klappe zum Eingang einer folgenden Klappe, wie normalerweise in Transistor-Designs getan wird.
  • Klappe-Stufen werden mit Bestandteilen verbunden, die abgeschätzt sind, um mehreren hundert Volt, normalerweise ein Kondensator, gelegentlich ein Kopplungstransformator zu widerstehen. Die durch Kopplungsnetze eingeführten Phase-Verschiebungen können problematisch in Stromkreisen werden, die Feed-Back haben.
  • Es gibt kein Klappe-Analogon der in "Totem Pol" Produktionsstufen von Silikonstromkreisen weit verwendeten Ergänzungsgeräte. Klappe-Topologien des Stoß-Ziehens verlangen deshalb normalerweise einen Transformator.
  • Der sehr hohe Produktionsscheinwiderstand von Klappen (im Vergleich zu Transistoren) verlangt gewöhnlich, dass das Zusammenbringen von Transformatoren niedrige Scheinwiderstand-Lasten wie Lautsprecher oder Ausschnitt von Drehbank-Köpfen steuert. Der Transformator wird als die Last im Platz des Widerstands verwendet, der gewöhnlich im kleinen Signal und den Fahrer-Stufen verwendet ist. Der widerspiegelte Scheinwiderstand des Transformators, der an den Frequenzen im Gebrauch primär ist, ist viel höher als der Gleichstrom-Widerstand des windings, häufig kilohms. Hohe Leistungstransformatoren sind jedoch strenge Technikkompromisse, sind teuer, und in der Operation sind vom Ideal weit. Produktionstransformatoren vergrößern drastisch die Kosten eines Klappe-Verstärker-Stromkreises im Vergleich zu einer direkt verbundenen Transistor-Alternative. Jedoch sowohl in der Tube als auch in den Ampere des festen Zustands, die Produktionstransformatoren vergleichen, sind für öffentliche Adressanwendungen erforderlich, wo niedriger Verlust hohe Linien des Scheinwiderstands/Hochspannung verwendet wird, um vielfache entfernte Lautsprecher zu verbinden.
  • Die offene Schleife-Linearität von Klappen, besonders Trioden, macht es möglich, wenig oder kein negatives Feed-Back in Stromkreisen zu verwenden, während sie annehmbare oder sogar ausgezeichnete Verzerrungsleistung (besonders für Stromkreise des kleinen Signals) behält.

Topologien

  • Geradlinige kleine Signalstromkreise verwenden fast unveränderlich eine Triode in der einzelnen beendeten Gewinn-Bühne-Topologie (in der Klasse A) einschließlich der Produktionsbühne.
  • Breitbandklappe-Verstärker verwenden normalerweise Klasse A1 oder AB1.
  • Moderne hohe Macht-Produktionsstufen sind gewöhnlich Stoß-Ziehen, häufig eine Form der Phase splitter nötig zu machen, um ein Differenzial/erwägen abzuleiten, vertreibt Signal aus einem einzelnen beendeten Eingang, der normalerweise von einer weiteren Gewinn-Bühne (der "Fahrer") vor den Produktionstuben gefolgt ist. Zum Beispiel SRPP)
  • einzelne beendete Macht-Stufen mit sehr großen Klappen bestehen und herrschen in Radiosender-Anwendungen vor. Ein sidebar ist die Beobachtung, dass die von einigen Hi-Fi-Fans bevorzugte Nische-"DH-SATZ"-Topologie äußerst einfache und normalerweise gebaute Verwenden-Klappe-Typen ist, die ursprünglich für den Gebrauch in Radiosendern entworfen sind
  • kompliziertere Topologien (namentlich der Gebrauch von aktiven Lasten) können Linearitäts- und Frequenzantwort (durch das Entfernen von Kapazitätseffekten von Miller) verbessern.

Produktionsscheinwiderstand

Der hohe Produktionsscheinwiderstand von Tube-Teller-Stromkreisen wird zu niederohmigen Lasten wie Lautsprecher oder Antennen nicht gut verglichen. Ein zusammenpassendes Netz ist für die effiziente Macht-Übertragung erforderlich; das kann ein Transformator an Audiofrequenzen oder verschiedene abgestimmte Netze an Radiofrequenzen sein.

Anwendungen

Audio Frequency (AF) und Breitbandverstärker

Klappen bleiben im weit verbreiteten Gebrauch in der Gitarre und hohes Ende den Audioverstärkern wegen der gesunden Qualität, die sie wegen ihrer geradlinigen Natur erzeugen, die auf niedrige Verzerrung hinausläuft. Sie sind anderswohin wegen höheren Macht-Verbrauchs, Kosten, Zuverlässigkeit und Gewichts im Vergleich mit Transistoren größtenteils veraltet.

Telefonie

Telefonie war das Original, und war viele Jahre lang eine Fahranwendung für die Audioerweiterung. Ein spezifisches Problem für die Fernmeldeindustrie war die Technik, viele (bis zu eintausend) Stimmenlinien auf ein einzelnes Kabel an verschiedenen Frequenzen gleichzeitig zu senden.

Der Vorteil davon besteht darin, dass ein einzelner Klappe-"Wiederholender"-Verstärker viele Anrufe sofort, das verstärken kann, wirksam sehr gekostet werden. Das Problem besteht darin, dass die Verstärker äußerst geradlinig sein müssen, sonst "wird Zwischenmodulationsverzerrung" (IMD) auf "crosstalk" zwischen den gleichzeitig gesandten Kanälen hinauslaufen. Diese stimulierte Entwicklungsbetonung zur niedrigen Verzerrung weit außer den nominellen Bedürfnissen nach einem einzelnen Stimmenkanal.

Audio-

Heute ist die Hauptanwendung für Klappen Audioverstärker für das Hi-Fi des hohen Endes und den Musikleistungsgebrauch mit elektrischen Gitarren, elektrischen Bässen und Organen von Hammond, obwohl diese Anwendungen verschiedene Voraussetzungen bezüglich der Verzerrung haben, die auf verschiedene Designkompromisse hinauslaufen, obwohl dieselben grundlegenden Designtechniken allgemein und auf alle Breitbanderweiterungsanwendungen weit anwendbar, nur nicht Audio-sind.

Zweiter

Postweltkrieg, die Mehrheit von Klappe-Macht-Verstärkern ist von der Klasse AB-1 "Stoß-Ziehen" ultrageradlinige Topologie, oder hat tiefer einzelne beendete d. h. 6BQ5/EL84 Macht-Tuben gekostet, aber Nische-Produkte mit dem DH-SATZ und sogar den OTL Topologien bestehen noch in kleinen Zahlen.

Instrumentierungsverstärker

Der grundlegende bewegende Rolle-Voltmeter und Amperemeter selbst nehmen einen kleinen Strom und laden so den Stromkreis, dem es beigefügt wird. Das kann die Betriebsbedingungen im Stromkreis bedeutsam verändern, der wird misst. Der Vakuumtube-Voltmeter (VTVM) verwendet den hohen Eingangsscheinwiderstand einer Klappe, um den Stromkreis zu puffern, der von der Last des Amperemeters wird misst.

Klappe-Oszilloskope teilen diesen sehr hohen Eingangsscheinwiderstand und können so verwendet werden, um Stromspannungen sogar in sehr hohen Scheinwiderstand-Stromkreisen zu messen. Es kann normalerweise 3 oder 4 Stufen der Erweiterung pro Anzeigekanal geben. In späteren Oszilloskopen, einem Typ des Verstärkers mit einer Reihe von Tuben, die in gleichen Entfernungen entlang Übertragungslinien verbunden sind, bekannt weil wurde ein verteilter Verstärker verwendet, um sehr hohe Frequenz vertikale Signale vor der Anwendung auf die Anzeigetube zu verstärken. Klappe-Oszilloskope sind jetzt veraltet.

In den Schlussjahren des Klappe-Zeitalters wurden Klappen sogar verwendet, um "betriebliche Verstärker" - die Bausteine von viel moderner geradliniger Elektronik zu machen. Ein Op-Ampere hat normalerweise eine Differenzialeingangsbühne und eine Totem-Pol-Produktion, der Stromkreis, der gewöhnlich ein Minimum von fünf aktiven Geräten hat. Mehrere "Pakete" wurden erzeugt, der solche Stromkreise integriert hat (normalerweise zwei oder mehr Glasumschläge verwendend), in ein einzelnes Modul, das in einen größeren Stromkreis (wie ein analoger Computer) eingesteckt werden konnte. Solche Klappe-Op-Ampere waren vom Ideal sehr weit und sind schnell veraltet geworden, durch Halbleitertypen ersetzt.

Schmales Band und Radiofrequenz haben Verstärker abgestimmt

Historisch waren (pre-WWII) "Senderröhren" unter den stärksten verfügbaren Tuben. Diese hatten gewöhnlich thoriated Glühfaden-Kathoden direkt geheizt, die wie Glühbirnen geglüht haben. Einige Tuben waren dazu fähig, so hart gesteuert zu werden, dass die Anode selbst Kirschrot glühen würde; die Anoden wurden vom festen Material maschinell hergestellt (aber nicht von der dünnen Platte fabriziert), Hitze ohne das Verzerren zu widerstehen. Bemerkenswerte Tuben dieses Typs sind die 845 und 211. Spätere Vierpolröhren und pentodes solcher als 817 und (direkt geheizt) 813 wurden auch in der großen Anzahl in (besonders militärischen) Radiosendern verwendet

RF Stromkreise sind von Breitbandverstärker-Stromkreisen bedeutsam verschieden. Die Antenne oder im Anschluss an die Stromkreis-Bühne enthält normalerweise ein oder regulierbarerer kapazitiver oder induktiver Bestandteil, der die Klangfülle der Bühne erlaubt, mit der Transportunternehmen-Frequenz im Gebrauch genau verglichen zu werden, Macht-Übertragung davon zu optimieren, und auf der Klappe, ein so genannter "abgestimmter Stromkreis" lädt.

Breitbandstromkreise verlangen flache Antwort über eine breite Reihe von Frequenzen. RF Stromkreise sind normalerweise im Vergleich erforderlich, an hohen Frequenzen, aber häufig über eine sehr schmale Frequenzreihe zu funktionieren. Zum Beispiel könnte ein RF Gerät erforderlich sein, über die Reihe 144 bis 146 MHz (gerade 1.4 %) zu bedienen

Heute sind Radiosender gestützt sogar an Mikrowellenfrequenzen überwältigend Silikon-. Jedoch setzt eine jemals abnehmende Minderheit von hohen Macht-Radiofrequenzverstärkern fort, Klappe-Aufbau zu haben.

Referenzen

Siehe auch

  • Gitarrenverstärker
  • Klystron
  • Reisen-Welle-Tube
  • Klappe Audioverstärker - technischer
  • Klappe RF Verstärker
  • Radionachrichtenhandbuch (5. Ed), Radiogesellschaft Großbritanniens, 1976, internationale Standardbuchnummer 0-900612-28-2

Außenverbindungen


Henryk Szeryng / Stimmberechtigter-Nachrichtenagentur
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