Tubos Al Vacío PDF

 

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL I NDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE – OCTUBRE – MARZO  MARZO 2017 

OPT

TIV

II

MICROOND

Título

S 

Definición y características de tubos al vacío

Ciclo Académico y Paralelo

OCTAVO “A”. 

Alumnos

Benítez Diego Duran Erika Lima Luis

Docente

Ing. Manuel Otorongo

 

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TEMA Tubo al vacío Las microondas pueden ser generadas de varias maneras, generalmente divididas en dos categorías: dispositivos de estado sólido y dispositivos basados en tubos de vacío. Tubo de vacío. - es un componente electrónico utilizado para amplificar, conmutar, o modificar una señal eléctrica mediante el control del movimiento de los electrones en un espacio "vacío" a muy baja presión, o en presencia de gases especialmente seleccionados. Tubos de vacío o Válvulas de vacío. Dispositivos electrónicos que consisten en una cápsula de vacío de Acero o de Vidrio, con dos o más electrodos entre los cuales pueden moverse libremente los Electrones. El TIEMPO DE TRÁNSITO requerido para que los electrones viajen desde el cátodo a la placa es insignificante a bajas frecuencias, en cambio a frecuencias altas el tiempo de tránsito se convierte en una porción apreciable. El tubo de vacío o de la tecnología de la válvula termoiónica se basa en el concepto básico de la emisión termoiónica. Cuando los tubos de vacío estaban disponibles, era posible operar en frecuencias más altas. Las radiocomunicaciones comerciales, militares y amateur se trasladaron a la región de ondas cortas de alta frecuencia a mediados de 1920. Los principales elementos que componen un tuvo al vacío son:   Cátodo: Este es el electrodo que se calienta y emite los electrones.

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vacío o de la válvula tiene un alto potencial   Ánodo: Este electrodo en el tubo de vacío

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para atraer electrones desde el cátodo. válvula que tiene un potencial variable y se util utiliza iza   Grid: Este es el electrodo de válvula para controlar el flujo de electrones entre el cátodo y el ánodo.   Filamento: emite electrones a través de emisión termoiónica.

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Los tubos al vacío o tubos de microondas abarcan la gran mayoría de dispositivos  generadores y amplificadores de microondas. Antes de los transistores los circuitos electrónicos se trabajaban con tubos al vacío debido a que a pesar de los avances de dispositivos de estado sólido cuando se requiere

 

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la generación de potencia elevadas a frecuencias de microondas los tubos al vacío resultan siendo imprescindibles.

Fig1. a) forma de un triodo, b) Circuito amplificador Los generadores de microondas son basados en tubos de vacío; y surgen a partir de dos eventos como es el descubrimiento de las ondas electromagnéticas, suposición de la posibilidad de generar ondas electromagnéticas de frecuencia controlada mediante la aceleración de cargas (electrones), y debido a la necesidad urgente de desarrollar sistemas de radar de alta potencia en la banda de ondas centimétricas. La selección de un determinado generador de microondas está condicionada por varios factores entre los que debemos incluir:   Potencia

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  Frecuencia de trabajo   Eficiencia    Ganancia

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  Estabilidad

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  Ancho de banda

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  Fase

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  Tamaño

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  Peso y coste.

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Los tubos de microondas incluyen dispositivos que son capaces de operar en todo el espectro de frecuencias de las microondas, proporcionando potencias que van desde los cientos de watios a más de 10 MW.

Características 1) Trabajan con frecuencias elevadas > 100GHz 2) Se utilizan para potencias muy altas >10Kw 3) Generan interacción de un haz de electrones con un campo electromagnético. 4) Tiene un haz generado por emisión termoiónica. 5) Posee un cañón de electrones. Hoy en día se suele asumir que q ue los tubos de microondas son los gener generadores adores adecuados cuando se requiere trabajar con ondas de frecuencia y/o potencia elevada, mientras que los dispositivos de estado sólido están limitados a potencias y frecuencias bajas. Existen varios métodos para reducir las limitaciones de los tubos convencionales. Pero ninguno de ellos funciona bien cuando la frecuencia aumenta más allá de 1 GHz. La capacitancia entre electrodos se puede reducir moviendo los electrodos más lejos o reduciendo el tamaño del tubo y sus electrodos. Desplazar los electrodos separados aumenta el tiempo de tránsito y reducir el tamaño del tubo disminuye la capacidad de maniobra. El efecto neto es un límite de frecuencia superior de aproximadamente 1 GHz, GHz , más allá del cual los tubos convencionales no son prácticos. Los tubos de microondas eficientes usualmente operan sobre la teoría del concepto de modulación de la velocidad de los electrones para evitar los problemas encontrados en los tubos convencionales. El tiempo de tránsito de electrones se utiliza en la conversión de la potencia de cc en potencia de RF. Un electrón puede ser acelerado o desacelerado por un campo electrostático. El electrón cargado negativamente será atraído por el electrodo cargado positivamente. Viajan en una dirección opuesta al campo eléctrico y aumentan su velocidad al absorber la energía cc. Un electrón que se desplaza en la misma dirección qque ue el campo eléctrico,

 

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el electrodo cargado negativamente repelerá el electrón y hará que disminuya su velocidad, dando energía al campo.

Modulación de Velocidad. El campo EM generado por la señal de RF en el circuito de RF, actúa sobre el haz electrónico, causando el agrupamiento de los electrones (efecto llamado modulación de la velocidad). El campo EM generado por la corriente del haz induce de nuevo más corriente sobre el circuito de RF. Se acumula entonces la corriente, amplificándose cada vez más. La manera más habitual de modular la velocidad del haz de electrones en los tubos microondas es mediante el campo electromagnético asociado a la propia radiación que  generan. En función del tipo de interacción entre el ha hazz de electrones y el campo se suele llevar a cabo la siguiente sub-clasificación de los tubos:   Tubos de haz lineal o tubos tipo O.

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  Tipos de campos cruzados o tubos tipo M.

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Tubos de haz lineal 

El haz de electrones generados transcurre parelelo al campo electromagnetico que modula su velucidad.

Tubos klistrón

klistrón de dos cavidades klistron de cavidad multiple

Tubos de Rejilla

Girotrón

Laser de electronces libres

Tubos de onda progresiva tipo O

TWT de helice

BWO de helice

 

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Tubos d dee campos cruzados

El campo que modula el haz de electrones es perpendicular a la trayectoria tray ectoria natural de los mismos, es decir a la direccion del campo electrico que se establece entre el anodo y el catodo.

Amplificador Magnetrón

de campo cruzado

Referencias Annapurna Das y Sisir Das. (2009). Microwaves Engineering. India: Sohini Mukherjee.  Carr, J. J.Butterworth-Heinemann. (1996). Microwave & Wireless Communications Technology. United States: J. Angel Menéndez Díaz y Ángel S. (2017).  Aplicaciones industriales del calentamiento con energía microondas. Latacunga, Ecuador. Kuphaldt, T. R. (1996). Semiconductors (Vol. Volumen III). Obtenido de https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/