الکترونیک تقویت کننده های لامپ خلاء ( لامپ الکترونیکی )

[SONIC]

چرا تقویت کننده های لوله ای ( لامپ خلاء ) استفاده می شود؟ ( تاریخچه ، مزایا، معایب )

برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید

این مقاله به طور مختصر در مورد تاریخچه تقویت کننده های لوله خلاء و لوله و ویژگی های آنها صحبت می کند.

تاریخچه تقویت کننده های لوله وکیوم و لوله

اولین لوله خلاء عملی در سال 1904 توسط جان فلمینگ ساخته شد. در واقع، این یک لامپ با یک صفحه الکترود اضافی در داخل بود و این خاصیت خاصی داشت - علیرغم خلاء داخل، جریان "به طرز جادویی" از صفحه به فیبر سرازیر شد، اما نه برعکس. الکترودهای این لامپ با توجه به عملکردشان نامگذاری شدند: صفحه مثبت - آند و رشته منفی - کاتد. به کل این دستگاه، چون دو الکترود داشت، دیود می گفتند. در سال 1907، لی دی فارست الکترود سوم، یک شبکه فلزی، را بین کاتد و آند قرار داد. به چنین لامپ سه الکترودی تریود می گویند. با اعمال پتانسیل منفی به شبکه نسبت به کاتد، می توانید جریان بین آند و کاتد را کنترل کنید. جریان در لامپ ناشی از جریانی از الکترون های ساطع شده از کاتد گرم شده است که به سمت آند مثبتی که آنها را جذب می کند هجوم می آورند. پتانسیل دفع الکترون شبکه به طور موثر این حرکت را مهار می کند.
از همین الکترون ها بود که نام لوله الکترونی به وجود آمد و میدان جدید الکترونیک نامیده شد.

برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید

​

مقدمه:

لامپ خلاء(به

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

: Vacuum tube, or Valve) افزاره‌ای الکترونیکی است که وقتی به الکترودهای آن ولتاژی اِعمال می‌شود، می‌تواند حرکت

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

را در محیطی نزدیک به

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

(درون محفظه شیشه‌ای خود) کنترل کند.

به زبان ساده، لامپ خلأ افزاره‌ای است که می‌تواند

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

را تقویت، قطع و وصل یا یکسوسازی (Rectification) کند. ایرادهای لامپ‌های خلأ، حجم بزرگ، عدم

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

و گرمای شدیدی و اتلاف انرژی که رشتهٔ گرم شونده در مقایسه با افزاره‌های نیمه هادی مانند ترانزیستور داخل آن ایجاد می‌کند. از نظر ساختار می‌توان گفت که لامپ خلأ وسیله‌ای است دارای چند

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

که مهمترین آنها

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

و آند می‌باشند که درون یک محفظه شیشه ای خالی از هوا قرار داده شده‌اند. وظیفه لامپ خلأ، کنترل جریان میان آند و کاتد به کمک الکترودهای دیگر است.

عملکرد لامپ خلأ بر اساس انتشار الکترون‌ها از کاتُد (Cathode) لامپ است که به اکسید فلزات قلیایی خاکی مانند باریم و استرنسیم آغشته شده؛ به طوری که با رسیدن دمای کاتد و داغ شدن آن توسط رشتهٔ (فیلامان Filament) داغ‌شونده، کاتد شروع به انتشار الکترون از سطح خود می‌نماید. به این پدیده، انتشار گرما-یونی (Thermoionic) می‌گویند؛ یعنی، آزاد شدن الکترون‌های یک ماده با افزایش دمای آن. این موضوع به ویژه در مورد فلزات صدق نموده و با توجه به آنکه آنها به صورت ذاتی الکترون‌های آزاد دارند، گرما باعث افزایش

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

الکترون‌ها شده و در نهایت، این انرژی می‌تواند الکترون‌ها را از فلز به بیرون پرتاب نماید. کمترین میزان انرژی لازم برای انجام این فرایند در فلزات مختلف با هم تفاوت داشته و تحت عنوان تابع کار یا Work Function تعریف می‌شود و واحد آن به‌طور معمول بر حسب الکترون ولت بیان می‌شود. کمترین تابع کار در میان گروه عناصر فلزی مربوط به فلزات گروه قلیایی خاکی و به ویژه، باریم و استرنسیم است. اثر انتشار گرما یونی (ترمو-یونی) نخستین بار توسط فیزیکدان فرانسوی ادموند بکرل در سال ۱۸۵۳ گزارش داده شده و در سال ۱۸۷۳میلادی توسط یک فیزیکدان بریتانیایی به نام فردریک گوتری Frederick Guthrie کشف مجدد می‌گردد. یادآوری می‌شود که وجود خلاء در اینجا به همین دلیل است که مانعی در برابر الکترون‌های منتشر شده وجود نداشته باشد. زیرا الکترون‌های بیرون آمده از سطح کاتد در برخورد با مولکول‌های هوا انرژی خود را از دست داده و متوقف خواهند شد. لامپ‌های خلأ در پیدایش فناوری الکترونیک که باعث رواج

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

،

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

،

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

، دستگاه‌های تقویت صوت، شبکه‌های بزرگ تلفنی، گونه‌های نوین رایانه‌های رقمی و پردازنده‌های صنعتی شد، نقش مهمّی داشتند. امروزه در بسیاری از کاربردها، عنصرهای حالت جامد، مانند

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

و دیگر عنصرهای نیمه‌رسانا، جایگزین لامپ‌های خلأ شده‌اند

تا قبل از توسعه و رواج ترانزیستورها، لوله های خلاء در همه دستگاه های الکترونیکی استفاده می شد: گیرنده های رادیویی و تلویزیونی، سیستم های اتوماسیون و حتی رایانه ها. با این حال، پس از سال‌ها توقف، لوله‌ها به لطف گروهی از علاقه‌مندان به صدا که ویژگی‌های تقریبا جادویی را به صدای تقویت‌کننده‌های لوله‌ای نسبت می‌دهند که برای تقویت‌کننده‌های ترانزیستوری غیرقابل دسترس هستند، مورد توجه قرار گرفتند.

انواع لامپ‌های خلأ از نقطه نظر تعداد الکترودها
لامپ‌های خلأ در حالت‌های گوناگون مانند لامپ

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

Diode یا دوقطبی، لامپ

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

Triode یا سه قطبی، لامپ

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

Tetrode یا چهار قطبی، لامپ

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

Pentode یا پنج قطبی، لامپ

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

Hexode یا شش قطبی، لامپ

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

Heptode یا هفت قطبی و ترکیبی از لامپ‌های مزبور ساخته شده‌اند. در قدرت‌های بالا و فرکانس‌های رادیویی هنوز هم لامپ‌های خلأ به کار می‌روند. هنوز هم طرفداران دستگاه‌های صوتی که با لامپ‌های خلأ کار می‌کنند در جهان کم نیستند و به همین دلیل کارخانجاتی در چین به ساخت لامپ‌های خلأ و تقویت‌کننده‌هایی که با آن کار می‌کنند، مشغول هستند.

دایود Diode یا لامپ دو قطبی
ساده‌ترین نوع لامپ‌های الکترونی یا خلأ، لامپ

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

یا دو قطبی می‌باشد. این لامپ در سال ۱۹۰۴ توسط

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

که فیزیکدان و

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

اهل انگلستان بود، اختراع گردید. این لامپ برای یکسوسازی جریان برق متناوب به کار گرفته می‌شود. عملکرد ایجاد جریان ناشی از پدیده انتشار ترمویونی در لامپ دایود خلاء به خوبی پدیدار می‌باشد. در دایود الکترون‌های آزاد شده از کاتد در صورت قرار دادن یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین کاتد و آند به طوری که آند نسبت به کاتد مثبت تر شود، به سوی آند شتاب گرفته و و جذب آن خواهند شد به صورتی که یک جریان الکتریکی از این روند به دست می‌آید. این جریان در صورت معکوس شدن اختلاف پتانسیل (منفی تر شدن آند نسبت به کاتد) قطع می‌گردد. به این ترتیب دایود می‌تواند

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

را یکطرفه یا یکسو بنماید. به همین دلیل گاهی به دایود رکتیفایر یا دایود رکتیفایر هم می گویند. واژه Rectifier در زبان انگلیسی به معنای یکسو کننده می باشد. از آنجایی که عملکرد لامپ دو قطبی همچون شیر یکطرفه می باشد، به دایود لامپ خلأ در زبان انگلیسی Valve به معنی شیر هم گفته می شود. دایود لامپ خلأ در اوایل قرن بیستم نسبت به دایودهای نیمه هادی آن زمان از مزیت هایی برخوردار بود که از جمله آنها مصون بودنشان نسبت به

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

های مکانیکی را می توان یادآور شد.


تِرایود Triode یا لامپ سه قطبی
تِرایود نوعی لامپ خلأ است که یک اتّصال الکتریکی به صورت یک شبکهٔ فلزیِ استوانه‌ای (Grid) از جنس آلیاژ نیکل و کرم، میان کاتد و آند آن قرار گرفته که سیگنال الکتریکی (مانند خروجی یک آنتن رادیویی یا سیگنال الکتریکی یک میکروفون) به آن وارد می‌شود. اگر ولتاژ سیگنال اعمال شده به شبکه، نسبت به کاتد منفی تر شود، از جریان آند می‌کاهد و هر قدر ولتاژ سیگنالی که به شبکه اعمال می‌شود نسبت به کاتد کمتر منفی شود، جریان الکتریکی آند را می‌افزاید و بدین‌صورت، جریان الکتریکی واپایش یا تقویت یا حتّی قطع و وصل می‌شود. ترایود در سال ۱۹۰۶ میلادی توسط

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

Lee De Forest اختراع شد و نخستین قطعه‌ای است که به عنوان تقویت‌کننده در مدارهای گیرنده‌های رادیویی و تلویزیونی و همچنین فرستنده‌های رادیویی، کاربرد بسیار وسیعی داشته ولی با گذشت زمان، ترانزیستور جایگزینِ آن شده‌است. ترایود و ترانزیستور معادل یکدیگر بوده و هر دو در

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

صرف‌نظر از مکانیسم عمل، وظایف مشابهی را انجام می‌دهند. به‌طوری‌که در سال‌های نخستین اختراع ترانزیستور آن را ترایود نیمه‌هادی هم می‌نامیدند.


لامپ تترود Tetrode یا چهار قطبی
در سال ۱۹۱۹ میلادی لامپ تترود توسط فیزیکدان آلمانی

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

با اضافه نمودن یک الکترود جدید تحت عنوان شبکه پرده یا Screen Grid به لامپ ترایود اختراع شد. وجود شبکه پرده به جلوگیری از ایجاد نوسانات خود به خودی ناشی از ظرفیت خازنی میان شبکه فرمان و آند، بسیار مؤثر بوده و به همین دلیل لامپ تترود در مدار تقویت کننده‌ها از پایداری بالاتری نسبت به تریودها برخوردار بوده و کمتر دچار نوسان‌های خود به خود می‌گردد. یادآوری می‌شود که نوسان‌های خود به خودی در تقویت کننده‌های صوتی موجب ایجاد صدای سوت بر روی تقویت کننده شده و منجر به مخدوش شدن علائم اصلی می‌گردد.

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

نماد لامپ تترود یا Tetrod در نقشه‌های فنی از بالا به پایین:۱-آند. ۲-شبکه پرده. ۳-شبکه فرمان. ۴-کاتد. ۵-فیلامان یا رشته گرم‌کننده.

لامپ پنتود Pentode یا پنج قطبی
این نوع لامپ خلأ در سال ۱۹۲۶ میلادی توسط

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

فیزیکدان هلندی و

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

مهندس هلندی اختراع شده‌است. آنها با اضافه نمودن یک الکترود دیگر به لامپ تترود تحت عنوان شبکه حذف یا Suppressor Grid این لامپ را ساختند. کار این شبکه دریافت و حذف الکترون‌هایی بود که از آند تابیده می‌شد. به این الکترون‌ها اصطلاحاً ثانوی گفته می‌شود. پنتود در تقویت کننده‌های لامپی بسیار کاربرد داشته‌است و دارای مزایای تترود و تریود با هم بوده‌است.

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

نماد لامپ پنتود یا Pentodeدر نقشه‌های فنی از بالا به پایین:۱-آند. ۲-شبکه حذف.۳-شبکه پرده. ۴-شبکه فرمان. ۵-کاتد. ۶-فیلامان یا رشته گرم‌کننده.

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

شاسی یک تلویزیون لامپی

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

شاسی یک رادیوی لامپی ساخت 1926

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

یک رادیوی لامپی قابل حمل ساخت دهه 50 میلادی

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

شاستی یک رادیوی لامپی قابل حمل ساخت دهه 50 میلادی

سایر لامپ‌های خلأ از نقطه نظر کاربرد
لامپ‌های مورد استفاده در رادار و امواج مایکروویو (

برای دیدن لینک ها باید ثبت نام کنید

) مانند مگنترون (Magnetron) و کلایسترون (Klystron) نیز در گروه لامپ‌های خلأ قرار می‌گیرند. لامپ‌های اشعه کاتدی (Cathode Ray Tube, CRT) که در گذشته در صفحات نمایش رایانه و تلویزیون به کار برده می‌شدند نیز در زمره لامپ‌های خلأ هستند. یادآوری می‌شود که لامپ‌های به کار رفته در تولید اشعه X نیز که در تصویربرداری در رادیولوژی به کار رفته در گروه لامپ‌های خلأ جای می‌گیرد. یادآوری می‌شود که لامپ مگنترون علاوه بر رادار در اجاق‌های مایکروویو (مایکروفرها) به کار برده می‌شود؛ لذا لامپ خلأ هنوز هم در قرن بیست و یکم به صورت عمومی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.


این لامپ الکترونی منحصر به فرد چیست؟

هر تقویت کننده را می توان با تعدادی از پارامترهای فنی، مانند پاسخ فرکانسی، قدرت یا محتوای اعوجاج هارمونیک توصیف کرد. در دهه 1970، زمانی که تقویت کننده های لوله ای جای خود را به دستگاه های ترانزیستوری دادند، استانداردسازی این پارامترها ضروری شد. پس از آن بود که استاندارد HiFi (از انگلیسی High Fidelity - high fidelity) ایجاد شد.

مشخص شد که تجهیزات صوتی HiFi باید دارای پاسخ فرکانسی 20 هرتز تا 16 کیلوهرتز و محتوای اعوجاج هارمونیک بیش از 1٪ باشد. دستگاه های تولید شده در حال حاضر، حتی دستگاه های ارزان قیمت، به راحتی به این پارامترها دست می یابند. پاسخ فرکانسی آنها از 15 هرتز تا بیش از 20 کیلوهرتز متغیر است و سطح اعوجاج زیر 0.1٪ است. بخش بزرگی از آمپلی فایرهای خانگی (استریو یا سینمای خانگی) قدرتی بیش از 2x40 وات دارند.

در حالی که پاسخ فرکانس تقویت کننده های لوله نسبت به دستگاه های ترانزیستوری کمتر نیست، قدرت آنها به ندرت بالاتر از 2x20 وات است و سطح اعوجاج هارمونیک به 1٪ و بیشتر می رسد.

برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید

​

چرا تقویت‌کننده‌های لوله با وجود پارامترهای پایین‌ترشان بهتر در نظر گرفته می‌شوند؟

خوب، منحصر به فرد بودن تقویت کننده لوله در ماهیت این اعوجاج ها نهفته است.
همانطور که می دانیم هر شکل موج تناوبی از جمله صدا را می توان ترکیبی از بسیاری از اجزای شکل موج سینوسی با فرکانس ها و دامنه های مختلف توصیف کرد. صدای خالصی که پس از عبور از مسیر تقویت کننده به ورودی وارد می شود همیشه با مقدار معینی اعوجاج "غنی" می شود که سطح آن را می توان با یک تحلیلگر اندازه گیری کرد.

تقویت کننده های ترانزیستوری مزیت هارمونیک های فرد و تقویت کننده های لوله ای مزیت هارمونیک های زوج را دارند. گوش انسان حتی هارمونیک ها را به خوبی تحمل می کند، که به عنوان گرم کننده و نرم کننده صدا درک می شوند. از سوی دیگر، هارمونیک های عجیب و غریب، به عنوان یک تیز شدن غیرطبیعی و فلزی صدا احساس می شود.

دومین ویژگی تقویت کننده های لوله، مقاومت در برابر قطع شدن است.
در تقویت‌کننده‌های ترانزیستوری، زمانی که صدا خیلی زیاد است، اعوجاج به شدت افزایش می‌یابد که نتیجه قطع کردن پیک‌های سیگنال است. موج سینوسی به شکل موج ذوزنقه ای تغییر می کند که خود را به صورت خس خس ناخوشایند نشان می دهد. تقویت کننده های لوله سطح اعوجاج را به تدریج افزایش می دهند، در حالی که شکل موج سینوسی قطع نمی شود، بلکه در پایه گسترش می یابد - ذوزنقه ای با لبه های گرد.

این نوع تحریف به طور استثنایی توسط شنوایی به خوبی تحمل می شود و به عنوان گرم شدن درک می شود. علاوه بر این، چنین سیگنالی بلندتر از یک موج سینوسی خالص با همان دامنه درک می شود. به همین دلیل است که آمپلی فایرهای لوله با وجود قدرت کم با صدای بلند پخش می شوند. سطح اعوجاج می تواند حتی به 10٪ برسد، اما این باعث ناراحتی نمی شود، برعکس، "گرم شدن جادویی" بیشتری را معرفی می کند.

دو ویژگی خاص دیگر تقویت کننده های لوله وجود دارد.
اولا، درخشش جذاب از لوله های الکترونی درخشان. تأثیر مثبتی بر خلق و خو و در نتیجه به طور غیرمستقیم بر تجربه شنیداری دارد.
دوم، گرم شدن واقعی از گرم کردن لامپ ها. بسیاری از تقویت کننده های صوتی دوست در کلاس "نجیب" A کار می کنند، که در آن بیشتر انرژی عرضه شده به گرما تبدیل می شود. بنابراین دما و احساسات در حال افزایش هستند - آیا این جادو نیست؟

:sun: اخیرا هم شرکت های بزرگ ساخت تجهیزات الکترونیکی و صوتی در محصولات خود از نسل جدید این گونه لامپ خلاء استفاده و عرضه نموده اند.

در آینده در صورت استقبال شما عزیزان ، مدارهایی از این دست ارائه خواهد شد.

موفق باشید.

 

[SONIC]

بزودی از نسل جدید لامپ های الکترونیکی مدارات جدید ارائه می کنم.
موفق باشید.