¿QUE ES UN IOT?
Un tubo de salida inductiva o IOT, es un tubo electrónico de alto vació que trabaja en combinación con un circuito especialmente diseñado, para implementar el corazón de un amplificador de alta potencia.
La combinación del tubo y la cavidad o el sistema (fig. 1) esta diseñada para dar un paso de banda de 8Mhz cuando se entona para la frecuencia de algún canal, en el rango de 470 a 860 Mhz. El sistema contiene altos voltajes negativos en el interior de un sistema de seguridad aterrizado.
Rayos X y fugas de r.f. se inducen a un nivel seguro, el sistema de IOT debe estar conectado a un sistema de enfriamiento con agua y aire, la fuente de alto voltaje de cátodo, el calentamiento aislado, el indicador de ión y las fuentes polarización de reja en alto voltaje y la fuente de corriente de enfoque.
Un drive de potencia pico en r.f. mayor a 1000 watts es alimentado a la entrada de la cavidad y una potencia en uhf arriba de 100 kilowatts pico, puede ser tomada a la salida del acoplador hacia una carga fantasma o aéria.
Un interlock de protección y un sistema lógico de control son necesarios para proporcionar el servicio requerido.
En el caso de que el tubo pudiera presentar arqueos internos, se requiere de un circuito de crowbar para proteger la estructura interna del tubo de corriente excesivas, hasta que la fuente de alto voltaje pueda desconectarse con un interrupotor de alta velocidad.
¿DONDE ES USADO EL IOT EEV?
El principal uso para el IOT es en los transmisores de televisión en la banda uhf, particularmente en los Estados Unidos, también en aplicaciones a futuro para calentamiento industrial y suministro de potencia de rf para máquinas de investigación física.
En los 90's el IOT casi reemplazo al klystron como tubo electrónico preferido en la etapa final de amplificación en los transimisores de televisión en la banda uhf.
El IOT es más eficiente que el kystron y reduce el consumo de energía hasta en un 50% en relación a un transmisor con la misma potencia. Además es suficientemente lineal para permitir la amplificación combinada de audio y video y permite a los transmisores de mediana potencia ser simplificados al mínimo, comparado con el klystron en donde los tubos son requeridos para la amplificación separada de audio y video. El IOT es también la mejor elección en la etapa final de amplificación de señales digitales en la televisión DTV.
Las transmisiones de televisión comenzaron relativamente en pocos canales, y estos debian ser acomodados en las bandas I y III de vhf, entre los 50 y 260 Mhz. Los transmisores necesariamente debián usar triodos coaxiales o tetrodos con cavidades coaxiales cilíndricas y la potencia de video de un máximo de 25 Kw, normalmente proporcionados en la etapa final del tubo.
Estos transmisores fueron los primeros en ser reemplazados por equipos de estado sólido en los 80's y 90's.
En los 60's la demanda de los servicios de televisión se incremento y al mismo tiempo se requirio de una mayor definición y de transmisiones en color. Por lo que llego a ser necesario el uso de las bandas IV y V en uhf, para acomodar más canales que el público y la televisión comercial requerian.
Los cuatro tipos principales de amplificadores; klystron, transistor, tetrodo e iot, se muestran para comparación en la tabla I, todos fueron inventados antes de que se necesitarán, pero los amplificadores klystron fueron seleccionados en esa época. El transistor era demasiado nuevo y solo tenia un desarrollo modesto, los tetrodos no eran confiables hasta la reja de carbón en la decada de los 70's. El iot no había sido considerado porque se requeria de un drive de alta potencia y la falta de tecnología para hacerlo confiable.
EL KLSTRON
El amplificador klystron tiene espacios internos grandes y una ganancia muy alta, puede ser alimentado utilizando amplificadores de 5 o 10 watts utilizando tubos de vacio en miniatura de alta frecuencia, la pobre eficiencia del klystron fue aceptada porque no había alternativas, el klystron también proporciona una pobre linealidad y esto era necesario para amplificar el audio y el video separadamente en dos klystron y combinados después para evitar interferencias (crosstalk o distorsión por productos de intermodulacíón).
Sin embargo el klystron fue muy confiable y de larga vida. Una vez que el klstron se había aceptado en los transmisores uhf de televisión, los klystron se hicieron y usaron entonces para trabajar en el mejoramiento de la respuesta del producto, partícularmente en la eficiencia eléctrica, para reducir los altos costos de operación y para responder a la competencia del sistemas alternativos como los que se venían dando.
Entonces los primeros klystron operaban con una suficiente potencia de beam para proporcionar la potencia del pulso de sincronía , en este máximo de potencia, la eficiencia básica del klystron (de aprox. 35%) fue obtenida, pero en el nivel de señal promedio, (tonos grises) la eficiencia fue del 7%
La eficiencia básica fue mejorada hasta un 45% (elevandose hasta el 90% en tonos grises), por diseño de baja ganancia como amplificadores drivers de alta ganancia que llegarón a estar disponibles. Entonces se dio un gran paso en su eficiencia llevada a cabo por pulsos en la corriente de beam en la sincronía y debajo de un nivel suficiente para negros que el resto del periódo de imagén, esto cambio el nivel de imagén de tonos grises a una frecuencia mayor al 14%
Finalmente una multietapa de colector fue agregada al klystron con el necesario agrandamiento del tubo y una compleja potencia de alimentación alrededor de él, pero lográndose una mejora en la efiencia arriba del 28% el nivel del tonos de grises.
ESTADO SOLIDO.
Los transistores fueron rápidamente utilizados en los amplificadores drivers para los klystron, los fabricantes de equipos 'transistorizaron' completamente sus aparatos a pesar de la pobre eficiencia, pero percibian su gran confiabilidad.
Sin embargo hay limitaciones físicas fundamentales en la potencia máxima de salida de los transistores individuales en uhf, las características que incrementan la potencia de salida, por ejemplo incrementado el área de unión y reduciendo su espesor, también incrementan la capacitancia y limitan al máximo la frecuencia.
Además el efecto skin limita en área de unión útil a solo algunos micrones, por lo que el largo del borde tuvo que ser incrementado por división de área de unión dentro de un modelo semejante a un dedo.
Los más avanzados transistores de uhf pueden lograr producir una potencia efectiva del orden de los 100 watts y están adoptados en arreglos serie paralelo para hacer módulos de 250, 500 y 1000 watts de salida.
Cada etapa es conectada a través de circuitos protectores, así la falta de algún transistor no puede producir una destrucción en avalancha sobre sus vecinos.
La linealidad de tales amplificadores es modesta, pero con multiples módulos no hay dificultad para proporcionar amplificación separada de audio y video. La eficiencia eléctrican continua siendo pobre y su costo continua alto, sin embargo los transistores de estado sólido continúan vendiendose por doquier debido a su extensa fiabilidad.
EL TETRODO
Los tubos electrónicos tetrodo con filamentos de malla de tugsteno toriado y rejas de molibdeno fueron usados para transponder de uhf tv de 500 watts en la década de los 60's. En los 70's la reja de grafito pirolitico llego a estar disponible y fue utilizada en tetrodos vhf, con espaciamientos entre electrodos de 0.2mm y potencias de salida de sincronía de 10, 20 y 30 Kwatts, estos tetrodos tenían que tener muy altas densidades de potencia porque hay limitaciones fundamentales en máximas dimensiones internas.
Hay riesgos de ondas parásitas estacionarias, si alguna dimensión interna tal como el largo, o el exceso de diámetro de 1/16 de largo de onda. No obstante el tetrodo es eléctricamente eficiente y lineal y puede ser usado en transmisores de 30 Kwatts o más de potencia pico de sincronía de video solamente, o con 20 Kwatts de sincronía pico en amplificación combinada de audio y video.
Los primeros tetrodos pequeños fueron usados como drivers de audio y video , pero más tarde fuerón sustituidos por amplificadores de estado sólido, los tetrodos de uhf jamás han sido capaces de demostrar duraciones comparables a las de los klystron (o IOT's) especialmente para potencias superiores a los 15 Kwatts de sincronía pico.
EL IOT
La llegada del gráfito pirolitico en la escena del tubo electrónico proporcionó un material sustituible par la fina reja espiraloidal encerrada en el frente de un cátodo espiraloidal de calentamiento indirecto para el IOT. El primer tubo práctico que se construyó fue llamado klystrode por la contracción de la palabra klystron tetrode en esa época, los amplificadores drivers de uhf eran relativamente costosos y esto animó a los diseñadores del klystron a incorporar realimentación regenerativa para incrementar la ganancia del tubo, esto dio como resultado algunos riesgos inherentes de linealidad y estabilidad por superar en el klystrode, también se encontraron serios problemas con la emisión de espureas desde la reja.
Luego llego EEV con su IOT eliminando el problema de la emisión de reja y solucionando el problema de la emisión de reja, de este modo evitó la inestabilidad de las cavidadesa de entrada utilizando realimentación, EEV tuvo diferentes problema por superar, los drivers de rf tuvierón que ser alimentados a través de choques aislados (o bloques de capacitores) hacia el cañon de alto voltaje negativo (-35 Kv), en el primero de estos choques no debía haber operación con altas temperaturas ni romperse, los problemas fueron subsecuentemente solucionados por el uso de choques de cerámica.
El IOT de EEV proporciona larga duración y confiabilidad en su operación, ha llegado a ser el tubo preferido para un mayor número de transmisores de televisióon de alta potencia en la banda de uhf.
Información tomada de la página http://www.e2v.com/
