밸브 RF 앰프

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밸브 RF 앰프(영국 및 Aus). 또는 튜브 앰프(미국)는 전기 무선 주파수 신호의 전력을 전기적으로 증폭시키는 장치다.

마이크로파 이하의 주파수에 대한 저전력 밸브 증폭기는 1960년대와 1970년대에 주로 고체상태 증폭기로 대체되었는데, 처음에는 수신기와 송신기의 저전력 단계, 어느 정도 후에 트랜지스터로 전환되는 송신기 출력단계의 경우였다. 특별히 제작된 밸브는 새로운 설계에서는 드물지만 여전히 매우 높은 출력 송신기에 사용되고 있다.^{[1][citation needed]}

밸브 특성

밸브는 트랜지스터와 비교했을 때 고전압/저전류 장치다. 테트로드 및 펜트로드 밸브는 높은 양극 출력 임피던스를 나타내는 양극 전압 대 매우 평평한 양극 전류를 가지고 있다. 트라이오드는 양극 전압과 양극 전류 사이의 더 강한 관계를 보여준다.

높은 작동 전압은 그것들을 무선 송신기와 밸브에 잘 적합하게 만들며, 고체 상태 기법은 많은 장치를 병렬로 그리고 매우 높은 DC 공급 전류를 필요로 하는 매우 높은 전력의 단파 무선 송신기에 오늘날에도 계속 사용된다. 고출력 솔리드 스테이트 송신기는 또한 변압기와 튜닝 네트워크의 복잡한 조합을 필요로 하는 반면에 밸브 기반 송신기는 비교적 단순한 단일 튜닝 네트워크를 사용한다.

그러므로 솔리드 스테이트 고출력 단파 송신기는 기술적으로 가능하지만, 경제적 고려는 여전히 3 MHz 이상과 10,000 와트 이상의 밸브를 선호한다. 라디오 아마추어는 또한 주로 경제적인 이유로 500~1500와트 범위의 밸브 증폭기를 사용한다.

오디오 대 RF 앰프

밸브 오디오 앰프는 일반적으로 전체 오디오 범위를 20Hz에서 20kHz 이상까지 증폭시킨다. 그들은 보통 8Ω인 스피커를 구동하는 동안 밸브에 적절한 고임피던스 부하를 제공하기 위해 철심 변압기를 사용한다. 오디오 앰프는 일반적으로 클래스 A에서 단일 밸브를 사용하거나 클래스 B 또는 클래스 AB에서 쌍을 사용한다.

RF 파워앰프는 무선 전송 또는 산업용 난방을 위해 18kHz의 낮은 주파수 및 UHF 범위의 주파수만큼 높은 단일 주파수로 조정된다. 이들은 좁은 튜닝 회로를 사용하여 밸브에 적절한 고부하 임피던스를 제공하고 일반적으로 50 또는 75Ω의 부하를 공급한다. RF 앰프는 일반적으로 C 등급 또는 AB 등급으로 작동한다.

오디오 앰프와 RF 앰프의 주파수 범위가 겹치지만 작동 등급, 출력 커플링 방식, 작동 대역폭 비율 등이 달라진다. 전원 밸브는 최소 30 MHz까지 고주파 응답이 가능하다. 실제로 많은 DH-SET 오디오 앰프는 고주파 범위에서 RF 앰프로 작동하도록 원래 설계된 무선 송신 밸브를 사용한다.^{[citation needed]}

밸브의 회로 장점

이 절에는 프로와 콘 리스트가 포함되어 있으며, 때로는 부적절하다. 양쪽을 보다 중립적인 프레젠테이션으로 통합하여 개선을 돕거나, 이러한 목록이 이 기사에 적합하다고 생각될 경우 이 템플릿을 제거하십시오.(2019년 2월)

고입력 임피던스

튜브의 입력 임피던스는 양극성 트랜지스터에 비해 높은 FET‑s와 비슷하며, 이는 특정 신호 증폭 어플리케이션에 유용하다.

고전압에 대한 내구성

밸브는 고전압 소자로, 본질적으로 대부분의 반도체보다 높은 전압 회로에 적합하다.

튜브를 오버사이즈로 제작하여 냉각을 개선할 수 있음

밸브는 많은 열을 방출할 수 있을 만큼 충분히 큰 규모로 건설될 수 있다. 고출력 모델은 수냉식 또는 증기냉각을 수용하도록 설계되었다. 그러한 이유로 밸브는 매우 높은 전력, 특히 라디오 및 TV 송신기와 같은 고전력 + 고전압 사용을 취급하는 유일한 실행 가능한 기술로, 트랜지스터가 거의 모든 다른 애플리케이션에서 밸브를 교체한 시대로 오래 전부터 남아 있었다. 그러나 오늘날에는 고전압/전압의 경우에도 새로운 트랜지스터 기술이 고전압의 내성과 고전력에 대한 용량을 개선함에 따라 튜브는 점점 더 쓸모 없어지고 있다.

투자비 절감

실용적인 튜브 기반 설계의 단순성 때문에, 킬로와트 전력 범위 이상의 RF 증폭기 같은 용도에 튜브를 사용하면 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.^[2] 또한 고부가가치 대형 전동밸브(유리관이 아닌 강철 외피)는 어느 정도 재제조하여 잔존수명을 연장할 수 있다.

전기적으로 매우 강력함

튜브는 놀라울 정도로 높은 과부하를 견딜 수 있으며, 이는 (군사 및 기타 "전략적으로 중요한" 시스템에서 특히 중요한) 양극성 트랜지스터 시스템을 밀리초 내에 파괴할 수 있다.

무기한 유통기한

60년 된 튜브도 완벽하게 기능할 수 있고, 많은 종류가 '신품'으로 구매 가능하다. 따라서 알려진 신뢰성 문제에도 불구하고(아래 섹션 참조), 가장 오래된 진공관 장비를 구동하는 것이 여전히 완벽하게 가능하다.

비교적 쉽게 교체할 수 있음

여러 가지 일반적인 고장 모드의 적용을 받는 것으로 알려져 있는 대부분의 시스템은 플러그 인 장치로 설치될 수 있도록 소켓으로 설계되었다. 단, 그러한 시스템은 회로에 납땜되는 경우가 드물다. 고장난 튜브는 간단히 플러그를 뽑고 사용자가 교체할 수 있는 반면, 납땜된 반도체의 고장은 전체 제품 또는 서브 어셈블리에 대한 경제적인 수리를 넘어 손상이 될 수 있다. 유일한 어려움은 어떤 튜브가 고장났는지 결정하는 것이다.

밸브의 단점

비용

대부분의 응용 프로그램의 경우, 튜브는 증폭 단계당 초기 지출과 가동 비용을 모두 더 많이 필요로 하므로, 반도체에 비해 특정 응용 단계 수에 대한 보다 세심한 예산 편성이 필요하다.

짧은 작동 수명

가장 일반적인 애플리케이션에서 밸브는 단 몇 천 시간의 작동 수명을 가지는데, 이는 솔리드 스테이트 부품보다 훨씬 짧다. 이는 음극 고갈, 개방 또는 단락 회로(히터 및 그리드 구조), 음극 '독성' 및 유리 껍질 파손(유리 "튜브" 자체) 등 다양한 공통 고장 모드 때문이다. 히터 고장은 콜드 스타트(Cold Start)의 기계적 응력으로 인해 가장 자주 발생한다. 특수 컴퓨팅 및 해저 케이블과 같은 특정 제한적이고 상시 작동되는 전문 애플리케이션에서만 세심하게 설계된 회로에 특별히 설계된 밸브가 있으며, 잘 냉각된 환경은 수만 시간 또는 수십만 시간의 작동 수명에 도달했다.

양극에 히터 공급 필요

투자 비용 외에도, 출력에 기여하지 않고 음극을 가열하는 데 들어가는 전력 예산의 비율은 양극 소산의 몇 퍼센트 포인트(전체 출력에서 높은 전력 애플리케이션에서)부터 소규모 신호 애플리케이션의 양극 소산과 광범위하게 비교될 수 있다.^[3][4]

ON/OFF 사이클에서 큰 회로 온도 변화

공통의 저전력 튜브에서 음극 히터의 막대한 부유 열은 인접한 회로가 100 °C/200 °F를 초과할 수 있는 온도 변화를 경험한다는 것을 의미한다. 이를 위해서는 내열성 구성 요소가 필요하다. RF 애플리케이션의 경우 이는 주파수 안정성에 도달하기 전에 모든 주파수 결정 구성부품이 열 평형까지 가열해야 할 수도 있음을 의미한다. AM 방송(중파) 수신기와 느슨하게 튜닝된 TV에서 이것은 문제가 되지 않았다. 일반적인 라디오 수신기와 HF 주파수에서 자유 작동 오실레이터가 있는 송신기에서 이러한 열 안정화는 약 1시간이 소요되었다. 반면 초저전력직열밸브는 절대적으로 열이 많이 나지 않고 온도변화가 더 심하며, 소량 함유된 장비가 더 빨리 안정될 수 있도록 한다.^[5][6]

콜드 스타트부터 "즉시 켜짐" 없음

밸브 음극이 전도되기 시작하려면 열로 가열해야 한다. 간접 가열 음극에서는 최대 20초가 걸릴 수 있다. 이는 온도와 관련된 불안정성과는 별개로, 전원을 공급받았을 때 밸브가 즉시 작동하지 않는다는 것을 의미했다. 이는 대기 시간을 단축하고 열 충격으로 인한 밸브 고장을 줄일 수 있는 진공관 기기용 상시 예열 시스템의 개발로 이어졌다. 그러나 지속적인 전력 유출과 화재 위험의 증가로 인한 것이다. 반면에, 매우 작고, 초저전력 직열 밸브는 콜드 스타트로부터 10분의 1초 후에 켜진다.

위험할 정도로 높은 전압

튜브 양극은 의도한 대로 작동하기 위해 위험할 정도로 높은 전압을 필요로 할 수 있다. 일반적으로 튜브 자체는 고전압에 의해 문제가 되지 않지만, 고전압은 "플래시오버"를 피하기 위해 회로 배치와 설계에 추가적인 예방 조치를 요구하게 된다.

편리한 사용을 위한 잘못된 임피던스

일반적으로 고임피던스 출력(고전압/저전류)은 많은 실제 부하, 특히 다양한 형태의 전기 모터를 직접 구동하는 데 적합하지 않다.

밸브는 극성이 하나뿐입니다.

트랜지스터에 비해 밸브는 단일 극성을 갖는다는 단점이 있는 반면, 대부분의 경우 트랜지스터는 보완적 극성(예: NPN/PNP)을 가진 쌍으로 이용할 수 있어 밸브로는 실현할 수 없는 많은 회로 구성이 가능하다.

왜곡.

가장 효율적인 밸브 기반 RF 앰프는 등급 C를 작동시킨다. 출력에서 튜닝된 회로 없이 사용하면 입력 신호가 왜곡되어 고조파가 생성된다. 그러나 클래스 C 증폭기는 일반적으로 고조파를 제거하는 높은 Q 출력 네트워크를 사용하므로 왜곡되지 않은 사인파가 입력 파형과 동일하다. 등급 C는 FM, FSK 및 일부 CQ(Morse code) 신호와 같이 진폭이 일정한 신호를 증폭하는 데만 적합하다. 단일 측면 대역 변조, 진폭 변조, 비디오 및 복잡한 디지털 신호에 따라 앰프에 대한 입력 신호의 진폭이 변화하는 경우, 앰프는 등급 A 또는 AB를 작동하여 주행 신호의 엔벨롭을 변형되지 않은 형태로 보존해야 한다. 그러한 증폭기를 선형 증폭기라고 한다.

또한 진폭 변조를 생성하기 위해 앰프 작동 클래스 C의 게인을 수정하는 것이 일반적이다. 선형적으로 수행될 경우, 이 변조된 앰프는 낮은 왜곡이 가능하다. 출력 신호는 입력 RF 신호와 변조 신호의 산물로 볼 수 있다.

FM 방송의 개발은 VHF 범위에서 사용할 수 있는 더 큰 대역폭과 대기 소음이 없는 곳에서 사용함으로써 충실도를 향상시켰다. FM은 또한 대부분 진폭 변조인 노이즈를 제거하는 고유의 능력을 가지고 있다. 밸브 기술은 음극 양극 전달 시간 때문에 고주파 한계를 겪는다. 단, 테트로드는 VHF 범위에 성공적으로 사용되고 트라이오드는 낮은 GHz 범위에 사용된다. 현대의 FM 방송 송신기는 밸브와 솔리드 스테이트 장치를 모두 사용하며, 밸브는 최고 출력 수준에서 더 많이 사용되도록 조정된다. FM 송신기는 매우 낮은 왜곡으로 등급 C를 작동시킨다.

다양한 위상 변조(GMSK, QPSK 등)에 걸쳐 암호화된 데이터를 전달하는 오늘날의 디지털 라디오와 주파수 수요의 증가로 인해 무선 사용 방식(예: 셀룰러 무선 개념)이 획기적으로 변화할 수밖에 없었다. 오늘날의 셀룰러 무선 및 디지털 방송 표준은 수용 가능한 스펙트럼 엔벨롭과 대역 외 방출 측면에서 매우 까다롭다(예: GSM의 경우 중심 주파수에서 불과 수백 킬로헤르츠가 더 좋다). 따라서 디지털 송신기는 낮은 왜곡을 달성하는 데 많은 주의를 기울이면서 선형 모드에서 작동해야 한다.

적용들

기록 송신기 및 수신기

(고전압/고출력) 밸브 단계는 수신기의 다양한 지점에서 수신된 무선 주파수 신호, 중간 주파수, 비디오 신호 및 오디오 신호를 증폭하는 데 사용되었다. 역사적으로 (2차대전 이전) "전달 튜브"는 사용 가능한 가장 강력한 튜브 중 하나였으며, 보통 전구처럼 빛나는 흉부에 의해 직접 가열되었다. 일부 튜브는 매우 견고하게 제작되어 양극 자체가 체리 빨갛게 빛날 정도로 강하게 구동될 수 있도록 설계되었으며, 양극은 가열할 때 왜곡 없이 이를 견딜 수 있도록 단단한 재질로 가공되었다. 이러한 유형의 주목할 만한 관은 845와 211이다. 807 및 (직접 가열) 813과 같은 이후 빔 파워 튜브도 (특히 군용) 무선 송신기에서 많은 숫자로 사용되었다.

밸브 대역폭 대 솔리드 스테이트 증폭기

오늘날, 무선 송신기는 마이크로파 주파수(셀룰러 무선 기지국)에서도 압도적으로 고체상태다. 용도에 따라, 상당한 수의 무선 주파수 증폭기는 단순성 때문에 밸브 구조를 계속 유지하는데, 여기서 복잡한 분할과 결합 회로가 있는 여러 출력 트랜지스터가 단일 밸브의 동일한 출력 전력량과 동일하다.

밸브 앰프 회로는 광대역 솔리드 스테이트 회로와 크게 다르다. 솔리드 스테이트 장치는 출력 임피던스가 매우 낮아서 예를 들어 1.8~30MHz와 같은 광범위한 주파수를 커버하는 광대역 변압기를 통해 일치시킬 수 있다. 클래스 C 또는 AB 작동의 경우 고조파를 제거하기 위해 로우패스 필터를 포함해야 한다. 관심 주파수 범위에 대해 적절한 로우패스 필터를 선택해야 하지만, 결과는 "노 튜닝" 설계로 간주된다. 밸브 앰프는 출력 부하에 일치하는 저역 통과 고조파 필터와 임피던스 둘 다의 역할을 하는 튜닝된 네트워크를 가지고 있다. 어느 경우든 솔리드 스테이트와 밸브 장치 모두 RF 신호가 로드로 출력되기 전에 그러한 필터링 네트워크가 필요하다.

라디오 회로

아날로그 출력 신호가 입력 신호와 형태와 주파수가 동일한 오디오 앰프와 달리 RF 회로는 저주파 정보(오디오, 비디오 또는 데이터)를 반송파( 훨씬 더 높은 주파수에서)로 변조할 수 있으며, 회로는 몇 개의 뚜렷한 단계로 구성된다. 예를 들어, 무선 송신기는 다음을 포함할 수 있다.

• 오디오 주파수(AF) 단계(일반적으로 밸브 오디오 앰프에 설명된 대로 재래식 광대역 소형 신호 회로를 사용),
• 반송파를 생성하는 하나 이상의 오실레이터 단계,
• 오실레이터로부터의 반송파 신호를 변조하는 하나 이상의 믹서 스테이지,
• 고주파수에서 작동하는 증폭기 단계 송신기 전력 앰프 자체는 무선 시스템에서 유일한 고출력 단계로, 반송파 주파수로 작동한다. AM에서 변조(주파수 혼합)는 보통 최종 증폭기 자체에서 일어난다.

송신기 양극 회로

가장 일반적인 양극 회로는 튜닝된 LC 회로로 양극이 전압 노드에서 연결된다. 이 회로를 양극 탱크 회로라고 한다.

활성(또는 튜닝된 그리드) 앰프

VHF/UHF에 사용된 예로는 4CX250B가 있으며, 트윈 테트로드의 예는 QQV06/40A이다.

중성화는 TGTP(Tunned Grid Tunned Plate) 증폭기에서 일부 출력 신호가 입력 회로에 실수로 다시 유입되어 발생하는 작동 주파수에서 원치 않는 진동으로부터 안정화하는 데 사용되는 방법 및 회로에 사용되는 용어다. 이는 주로 그리드를 통해 플레이트 용량까지 발생하지만 다른 경로를 통해서도 발생할 수 있어 회로 배치가 중요하다. 원치 않는 피드백 신호를 취소하기 위해 출력 신호의 일부를 진폭은 같지만 위상은 반대인 입력 회로에 의도적으로 도입한다.

입력에서 튜닝된 회로를 사용할 때, 네트워크는 구동 소스를 그리드의 입력 임피던스와 일치시켜야 한다. 이 임피던스는 등급 C 또는 AB2 작동에서 그리드 전류에 의해 결정된다. AB1 작동에서 그리드 회로는 과도한 스텝업 전압을 방지하도록 설계되어야 하며, 이는 오디오 설계에서와 같이 더 많은 스테이지 이득을 제공할 수 있지만 불안정성을 증가시키고 중성화를 더욱 중요하게 만들 것이다.

여기에 표시된 세 가지 기본 설계 모두와 마찬가지로, 밸브 양극은 공진 LC 회로에 연결되어 RF 신호를 출력으로 전달할 수 있는 또 다른 유도 링크가 있다. 표시된 회로는 보다 간단한 조정이 가능하고 로우패스 필터링을 추가하는 Pi 네트워크로 대체되었다.

작전

양극 전류는 첫 번째 그리드의 전위(전압)에 의해 제어된다. 필요한 용도에 가장 적합한 이송 방정식의 부분이 사용되도록 밸브에 DC 바이어스를 적용한다. 입력 신호는 그리드의 전위를 섭동(변경)할 수 있으며, 이는 양극 전류(플레이트 전류라고도 함)를 변화시킬 것이다.

이 페이지에 표시된 RF 설계에서 튜닝된 회로는 양극과 고전압 공급 사이에 있다. 이 튜닝된 회로는 밸브와 잘 일치하는 유도 부하를 통해 공명으로 전달되어 효율적인 동력 전달이 이루어진다.

양극 연결부를 통과하는 전류가 그리드에 의해 제어되므로 부하를 통과하는 전류도 그리드에 의해 제어된다.

다른 RF 설계에 비해 튜닝된 그리드의 단점 중 하나는 중성화가 필요하다는 것이다.

패시브 그리드 앰프

VHF/UHF 주파수에서 사용되는 패시브 그리드 회로는 4CX250B 테트로드를 사용할 수 있다. 트윈 테트로드의 예로는 QQV06/40A가 있다. 테트로드는 양극과 첫 번째 그리드 사이에 있는 스크린 그리드를 가지고 있으며, RF용으로 접지되어 있으며, 첫 번째 그리드와 양극 사이의 유효 캐패시턴스를 줄이는 실드 역할을 한다. 스크린 그리드와 그리드 댐핑 저항기의 효과의 조합은 종종 중성화 없이 이 설계를 사용할 수 있게 한다. 테트로드와 펜토드에서 발견되는 스크린은 양극 전류에 대한 양극 전압의 영향을 줄임으로써 밸브의 이득을 크게 증가시킨다.

입력 신호는 콘덴서를 통해 밸브의 첫 번째 그리드에 적용된다. 격자 저항기의 값은 증폭기 단계의 이득을 결정한다. 저항이 높을수록 이득이 크며 댐핑 효과가 낮아지고 불안정성의 위험이 커진다. 이런 종류의 스테이지 좋은 레이아웃은 덜 중요하다.

이점

• 안정적이고 정상적으로 중화할 필요가 없음
• 신나는 무대에서 지속적인 부하

단점들

• 낮은 게인, 더 많은 입력 전력이 필요함
• 튜닝된 그리드보다 이득 감소
• 튜닝된 그리드(더 많은 광대역)보다 필터링이 적기 때문에 흥분기에서 고조파와 같은 대역 외 오작동 신호의 증폭이 더 크다.

접지 격자 증폭기

이 설계는 일반적으로 삼단계를 사용하므로 스크린과 제어 그리드가 결합되지 않는 한 4CX250B와 같은 밸브는 이 회로에 적합하지 않아 사단계를 삼단위로 효과적으로 변환한다. 이 회로 설계는 1296MHz에서 2C39A와 같은 디스크 씰 3극 밸브를 사용해왔다.

그리드는 접지되며 드라이브는 캐패시터를 통해 음극에 적용된다. 다른 설계와 달리 음극이 RF 접지에 연결되지 않으므로 히터 공급은 음극으로부터 격리되어야 한다. 811A와 같은 일부 밸브는 "영점 바이어스" 작동을 위해 설계되었으며 DC에 음극이 접지 전위에 있을 수 있다. 음의 격자 바이어스가 필요한 밸브는 음극에 양의 DC 전압을 넣어 사용할 수 있다. 이는 음극과 접지 사이에 제너 다이오드를 놓거나 별도의 바이어스 공급 장치를 사용하여 달성할 수 있다.

이점

• 안정적이고 정상적으로 중화할 필요가 없음
• 신나는 스테이지의 파워 중 일부가 출력물에 나타난다.

단점들

• 상대적으로 낮은 증가율, 일반적으로 약 10dB.
• 히터는 반드시 마찰음(choke)으로 지면에서 격리시켜야 한다.

중화

앰프와 다른 유격 커플링의 입력과 출력 사이에 존재하는 밸브 정극성 캐패시턴스는 앰프 단계에서 자가 스케일링을 일으키도록 입력으로 다시 공급할 수 있는 충분한 에너지를 허용할 수 있다. 더 높은 이득 설계의 경우 이 효과는 상쇄되어야 한다. 효과가 취소되도록 출력에서 다시 입력으로 위상 이탈 신호를 도입하기 위한 다양한 방법이 존재한다. 피드백이 진동을 일으키기에 충분하지 않을 때에도 그것은 조정하기 어려운 것과 같은 다른 효과를 발생시킬 수 있다. 따라서 중성화는 진동하지 않는 증폭기에도 도움이 될 수 있다. 접지된 많은 그리드 증폭기는 중성화를 사용하지 않지만 30MHz를 추가하면 튜닝을 부드럽게 할 수 있다.

테트로데 또는 펜트오드의 중성화의 중요한 부분은 스크린 그리드 회로의 설계다. 가장 큰 차폐 효과를 제공하려면 스크린을 작동 빈도로 잘 배치해야 한다. 많은 밸브는 VHF 범위 어딘가에서 "자체중립" 주파수를 가질 것이다. 이는 스크린 용량과 스크린 리드의 인덕턴스로 구성된 직렬 공명 때문에 발생하며, 따라서 지면에 매우 낮은 임피던스 경로를 제공한다.

UHF

전송 시간 효과는 이러한 주파수에서 중요하므로 피드백은 일반적으로 사용할 수 없으며 성능 중요 애플리케이션의 경우 변성 및 피드포워드와 같은 대체 선형화 기법을 사용해야 한다.

튜브 노이즈 및 노이즈 수치

노이즈 수치는 일반적으로 파워앰프 밸브의 문제는 아니지만 밸브를 사용하는 수신기의 경우 중요한 문제가 될 수 있다. 그러한 용도는 구식이지만, 이 정보는 역사적 이익을 위해 포함되어 있다.

다른 증폭장치와 마찬가지로 밸브는 증폭될 신호에 노이즈를 더한다. 그러나 가상의 완벽한 증폭기라도 신호원의 열적 변동(보통 상온 T = 295 K로 가정)으로 인해 불가피하게 소음이 존재한다. 이러한 변동은 k ${\displaystyle B_{}}$ T ${\displaystyle B}$ ${\디스플레이$ 스타일 $k_{B}$의 전기적 소음 출력을 유발한다.$TB$ 여기서 k는_B 볼츠만 상수, B는 대역폭이다. Correspondingly, the voltage noise of a resistance R into an open circuit is ${\displaystyle 4*k_{B}*T*B*R)^{1/2}}$ and the current noise into a short circuit is ${\displaystyle 4*k_{B}*T*B/R)^{1/2}}$.

노이즈 수치는 증폭기가 무소음일 경우(신호 발생원의 열 노이즈 증폭으로 인해) 출력물에 존재하는 노이즈 파워에 상대적인 앰프 출력에서의 노이즈 파워의 비율로 정의된다. 등가 정의: 노이즈 수치는 앰프를 삽입하면 신호 대 노이즈 비율이 저하되는 요인이다. 흔히 데시벨(dB)로 표현된다. 소음 수치가 0dB인 앰프는 완벽할 것이다.

오디오 주파수에서 튜브의 소음 특성은 그리드와 직렬로 전압 노이즈 소스를 가진 완벽한 무소음 튜브로 모델링할 수 있다. 예를 들어 EF86 튜브의 경우 이 전압 노이즈(예: Valvo, Telefunken 또는 Philips 데이터 시트 참조)가 약 25Hz~10kHz의 주파수 범위에 걸쳐 통합된 2 마이크로볼트로 지정된다(이는 통합 노이즈, 소음 스펙트럼 밀도의 주파수 의존성은 아래 참조). 이는 25kΩ 저항기의 전압 노이즈와 동일하다. 따라서 신호 소스의 임피던스가 25kΩ 이상인 경우, 튜브의 노이즈는 실제로 소스의 노이즈보다 작다. 25 kΩ의 선원에 대해서는 튜브와 선원에 의해 발생하는 노이즈가 같기 때문에 앰프의 출력에서 발생하는 총 노이즈 출력은 완벽한 증폭기의 출력에서 노이즈 출력의 두 배가 된다. 소음 수치는 2 dB 또는 3 dB이다. 250 kΩ과 같은 높은 임피던스의 경우, EF86의 전압 노이즈는 소스 자체의 노이즈보다 1${\displaystyle /{10}^{}}$ ${\displaystyle {1\mathrm{}}^{}}$/${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$/ 2 ${\$ 스타일 $1/10^{1/2$}}$$낮음$$. 따라서 소스에 의해 발생하는 소음력의 1/10을 더하며, 소음 수치는 0.4dB이다. 반면 250Ω의 저임피던스 선원의 경우, 튜브의 소음 전압 기여도는 신호 선원의 10배 이상 크기 때문에 소음 출력은 선원에 의해 발생하는 것보다 100배 이상 크다. 이 경우 소음 수치는 20dB이다.

낮은 소음 수치를 얻기 위해 변압기에 의해 소스의 임피던스를 증가시킬 수 있다. 이는 결국 튜브의 입력 용량에 의해 제한되며, 이는 특정 대역폭이 필요할 경우 신호 임피던스가 얼마나 높게 만들어질 수 있는지에 대한 한계를 설정한다.

주어진 튜브의 소음 전압 밀도는 주파수의 함수다. 10kHz 이상의 주파수에서는 기본적으로 일정하다("백색 노이즈"). 백색 노이즈는 흔히 등가 소음 저항으로 표현되는데, 이는 튜브 입력에 존재하는 전압 노이즈를 생성하는 저항으로 정의된다. 트라이오드의 경우 약 (2-4)/g이며_m, 여기서_m g는 트랜스듀티(transconductivity)이다. 펜토드의 경우, 약 (5-7)/g로_m 더 높다. 따라서 g가_m 높은 관은 고주파에서 소음이 낮은 경향이 있다. 예를 들어 ECC88의 1/2에 대해 300Ω, E188CC에 대해 250Ω(둘_m 다 g = 12.5mA/V)이며 3중 연결 D3a(g_m = 40mA/V)에 대해서는 65Ω으로 낮다.

오디오 주파수 범위(1~100kHz 미만)에서 "1/f" 노이즈가 지배적이 되며, 이는 1/f처럼 상승한다(이것이 위의 예에서 EF86의 소음 저항성이 상대적으로 높은 이유임). 따라서 고주파수에서 소음이 낮은 튜브는 반드시 오디오 주파수 범위에서 소음이 낮은 것은 아니다. 특수 저소음 오디오 튜브의 경우 1/f 노이즈가 차지하는 주파수는 가능한 한 약 1킬로헤르츠까지 감소한다. 음극 니켈에 대해 매우 순수한 재료를 선택하고, 최적화된(일반적으로 낮은) 양극 전류로 튜브를 작동시키면 줄일 수 있다.

무선 주파수에서는 사물이 더 복잡하다: (i) 관의 입력 임피던스는 (음극 유도 인덕턴스와 전송 시간 효과로 인해) 1/f²처럼 내려가는 실제 성분을 가지고 있다. 이는 노이즈 수치를 줄이기 위해 입력 임피던스를 더 이상 임의로 증가시킬 수 없다는 것을 의미한다. (ii) 이 입력 저항은 다른 저항기와 마찬가지로 고유의 열 노이즈를 가지고 있다. (소음을 목적으로 하는 이 저항기의 "온도"는 실온보다 음극 온도에 더 가깝다.) 따라서 튜브 증폭기의 소음 수치는 주파수에 따라 증가한다. 200 MHz에서, 최적화된 소스 임피던스와 최적화된 "카스코드" 회로의 ECC2000 튜브로 2.5 (또는 4 dB)의 노이즈 수치를 달성할 수 있다. 800MHz에서 EC8010과 같은 튜브의 소음 수치는 약 10dB 이상이다. 평면 트라이오드는 더 좋지만, 아주 초기에는 트랜지스터가 UHF의 튜브보다 상당히 낮은 소음 수치까지 도달했다. 따라서, 텔레비전의 튜너는 가전제품의 첫 번째 부분 중 하나로 트랜지스터가 사용되었다.

사양

반도체 증폭기는 모든 주파수에서 저전력 및 중전원 애플리케이션을 위한 밸브 증폭기를 압도적으로 대체했다.

Valves 어떤 강력한, 고주파 증폭기 단파 방송, VHF및 UHFTV와(VHF)FM라디오도 기존에 사용되고 계속 사용하고 있으나"레이더, 등 장비 또는 통신 장비"[7]은 클라이스트론, gyrotron, 진행파형 튜브, 그리고crossed-field 증폭기;however, 같은 특별히 고안된 밸브를 사용하여. 새로운 그러한 제품의 디자인은 항상 반도체 기반의 디자인이다.^[8]

각주

인용된 작품

• Symons, Robert S. (1998). "Tubes: Still vital after all these years". IEEE Spectrum. 35 (4): 52–63. doi:10.1109/6.666962.

참조

• 무선 통신 핸드북(5차 개정), 영국 라디오 협회, 1976, ISBN 0-900612-28-2

외부 링크

• WebCite 쿼리 결과 - AM 밴드(중파, 단파) 구형 밸브 유형 라디오
• 오디오 회로 - 밸브 앰프의 제조업체, DIY 키트, 재료 및 부품 및 '작동 방식' 섹션의 거의 완전한 목록
• 변환 계산기 - 왜곡 계수를 왜곡 감쇠 및 THD로 변환