Válvulas Electrónicas

Tecnologia-Vlvulas

Vlvulas ElectrnicasElectrnica Analgica

Electrnica Analgica24-11-2011Por : Lus Timteon

SCH ETC Timteo24-11-2011ETNA-DAE-GEG1

Generalidades Histricas Efeito TermoinicoEm 1883, Thomaz Edison fazendo experincias com diversos tipos de filamentos para obteno de uma lmpada elctrica incandescente prtica, nota um fenmeno que ficou conhecido como "Efeito dison.

010

Rplica de uma das primeiras lmpadas incandescente feitas por Edison.O Efeito dison ou emisso termoinica, o processo pelo qual os electres atingem energia suficiente, por meio do calor, para escapar da superfcie do elemento metlico emissor. O efeito Termoinico deve-se estrutura atmica dos metais. Todo corpo metlico possui electres livres que, a qualquer temperatura, possuem um movimento desordenado em virtude de sua agitao trmica. temperatura ambiente, os electres no conseguem libertar-se do metal porque so atrados pelos ies positivos da rede cristalina e no possuem energia suficiente para vencer esta atraco. Contudo, se a temperatura do corpo for aumentada, a agitao trmica dos electres tambm aumentar e um grande nmero deles conseguir escapar da atraco dos ies positivos. Estes electres que escapam do material passam a formar uma nuvem electrnica prxima superfcie do corpo. Se houver um outro corpo metlico positivamente carregado prximo a essa nuvem, os electres sero atrados e uma corrente elctrica se estabelecer.


24-11-2011DAE2

Efeito dison edison_effect_PT.swf


O Diodo de Fleming

Generalidades Histricas4O efeito Edison permaneceu esquecido por algum tempo at que em 1904 o fsico ingls John Ambrose Fleming, descobriu que este fenmeno podia ser usado na deteco de ondas Hertzianas.

ilustrao de uma vlvula de FlemingA vlvula de Fleming ou diodo como foi denominada mais tarde, ainda no tinha condies de amplificar os sinais detectados pela antena actuando ainda como os primitivos detectores a cristalO dispositivo de Fleming consistia em envolver o filamento de uma lmpada elctrica por uma placa cilndrica; a este conjunto denominou de vlvula uma vez que podia controlar o fluxo da corrente semelhante a uma vlvula num circuito hidrulico.


O Trodo

Por volta de 1906, o inventor americano Lee DeForest acrescentou um terceiro elemento ao dispositivo de Fleming. Era a grade que patenteou sob o nome de Audion, mais conhecido como vlvula triodo.

Entretanto, apesar do enorme potencial tecnolgico da vlvula Audion, a sua aplicao no foi imediata. Inicialmente foi usada mais como deteco de ondas Hertzianas do que como um elemento de amplificao; Como amplificadora deu inicio era electrnica da Vlvula(Por analogia com a vlvula mecnica em que a conduo s num sentido)

Generalidades Histricas


Em 1906 a Vlvula amplificadora de vcuo, o mais recente antecessor do Transistor, tinha nascido.Mesmo nos dias de hoje em que a tecnologia de estado slido de semicondutores, e a Electrnica, tm tido um desenvolvimento impressionante, h duas importantes reas em que as vlvulas dominam, que a potncia e as Micro-ondas.A Vlvula ElectrnicaA reproduo de msica de recreio outra histria mais controversa e complicada...Desde o incio do sculo XX at dcada de 50s o reinado foi da vlvula de vcuo, tendo a electrnica evoludo de modo assombroso como hoje!...


Computadores a Vlvulas K2W- AmpOp de uso geral, para computadores analgicosO Reinado da vlvula durou at dcada de 50 do sculo XX, altura em que foi inventado o transistorNo entanto, microondas, Radares, Raios X, alta fidelidade de luxo, e altas potncias, altas frequncias, etc. ainda hoje pertencem a esse reinado!...O UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer I, foi o primeiro computador fabricado para fins comerciais. Foi desenhado por J. Presper Eckert e John Mauchly. Pesava 7257 kg e usava cerca de 5300 vlvulas e um clock de 2.25 MHz .O primeiro UNIVAC foi entregue United States Census Bureau em 31 de Maro de 1951, e foi usado nas presidenciais Americanas de 1952. Com 1% de amostragem o UNIVAC I conseguiu acertar nas previses da eleio do General Eisenhower, coisa que inicialmente ningum pensava.

Sala do Computador

Painel de Controlo


11 anos de trabalhoO efeito transistor observado pela primeira vez por Bardeen, Shockley e Brattain nos laboratrios da Bell.

1947.Resolveram "voltar no tempo", poca dos antigos rdios a cristal. Ao contrrio dos equipamentos a vlvulas, os velhos rdios experimentais a cristal eram capazes de detectar as altas frequncias, descoberta de Ferdinand Braun, que dizia que cristais podiam transmitir electricidade num nico sentido. A, poderia estar um substituto para as vlvulas...Transient resistor. TransstorTransistor de Contacto


Efeito de Transistor

Juno com polarizao inversaJuno com polarizao directaEfeito de Transistor


Antes do Transistor

Os sinais elctricos eram amplificados por vlvulas electrnicas .

As vlvulas:Consumiam muita potncia.Muito maiores e pesadas.Tinham um tempo til de vida curto.As vlvulas electrnicas e os elementos passivos R, C, e L eram componentes dominantes nos dispositivos electrnicos.Generalidades Histricas Com a inveno do transistor, a electrnica iria evoluir At aquilo que hoje!...


Zero absoluto - (-273C 0 K) No h actividade molecular na matria. Os tomos mantm as distncias entre si e os electres descrevem as suas rbitas regularmente.Agitao Trmica A temperatura altera a regularidade das orbitas dos electres. Quanto maior for a temperatura mais sero os electres livres.Condutores/isoladores Conforme o seu comportamento temperatura ambiente, assim se classificam os condutores, semicondutores ou isoladores consoante o nmero de electres livres.Emisso Electrnica D-se a partir do momento em que os electres ganham energia para vencerem o potencial de barreira (valor de energia que mantm o electro na sua rbita) e libertarem-se.Emisso de Electres:Termoinica quando a energia fornecida de origem trmica.Campos Electrostticos quando a energia fornecida de origem magntica devida a altas cargas elctricas.Secundria Resulta do bombardeamento de uma superfcie metlica por electres ou outras partculas a alta velocidade.Fotovoltaica quando a energia fornecida provem de fotes (luz).Estudo da Emisso de Electres


A emisso Termoinica um fenmeno detectvel em qualquer superfcie metlica suficientemente aquecida. Vamos analisar a figura 1, que contm duas placas metlicas, denominadas (p) e (k), encerradas em um invlucro onde existe vcuo, uma fonte de tenso (Vb.) e um miliampermetro (A). Se a placa metlica (k), que chamaremos de ctodo, for suficientemente aquecida, passar a emitir uma grande quantidade de electres, produzindo uma determinada corrente elctrica que ser indicada pelo ampermetro. Assim, os electres que partem do ctodo encontram o campo elctrico produzido pela placa (p), que chamaremos de nodo, carregada positivamente, e logo so acelerados em direco a ela.A corrente que pode ser emitida por unidade de superfcie do ctodo depende fundamentalmente da temperatura de operao e da funo de trabalho do material empregado na construo do mesmo. Alcanado o valor mnimo de energia trmica aplicada ao ctodo, valor este determinado pela funo de trabalho do material empregado, a emisso Termoinica inicia e aumenta rapidamente com o aumento da temperatura. A emisso Termoinica normalmente no ocorre, ou ocorre com baixa eficincia, presso atmosfrica normal. Por este motivo, as vlvulas electrnicas so montadas dentro de um invlucro, geralmente de vidro, onde existe alto vcuo.

Figura 1Estudo da Emisso Termoinica


Estudo da Emisso Termoinica

Figura 1A corrente que circula entre (k) e (p) pode ser limitada de duas formas:1.Se (Vb.) for suficientemente elevada para impedir que os electres emitidos pelo ctodo estacionem no espao interelectrdico, a corrente (I) limitada pela temperatura;2.Quando uma certa quantidade de electres emitidos pelo ctodo no passam instantaneamente para o nodo, estabelece-se uma carga espacial no espao interelectrdico da vlvula. Desta forma, a corrente (I) limitada pela carga espacial.Nas aplicaes prticas com vlvulas electrnicas, o ctodo mantido a uma temperatura bastante elevada, em torno de 1000 graus C. Como nem todos os electres passam instantaneamente para o nodo, pois necessrio um tempo finito de trnsito entre (k) e (p), haver sempre uma carga espacial em torno de (k).


Estudo da Emisso TermoinicaEsse potencial V a Afinidade do Electro representa o grau de dificuldade que os electres possuem de se libertarem de substncias vrias.Emisso Termoinica quando a energia fornecida de origem trmica.Funo de trabalho Termoinico Mnimo nvel de energia cintica que o electro deve possuir para se libertar de uma substncia.

m massa do electro 9.1x10-31 Kgv velocidade do electro num metal 106 m/s. o trabalho realizado por um electro de carga e ao deslocar-se entre dois pontos de uma diferena de potencial V, de tal modo que seja igual funo representada. Este trabalho W expresso em termos de um potencial V.

Exemplo:Para o Tungstnio temos:m 9.1x10-31 Kge 1,60x10-16 Cv 1,26x106 m/s-Temos:V=4,53V


Estudo da Emisso Termoinica

Densidade da corrente de Emisso Nmero de electres libertados por unidade de superfcie funo da temperatura absoluta e est relacionada com a seguinte expresso, devida a Richardson:Eficincia de Emisso Maior nmero de electres libertados por unidade de temperatura.c e n Constantes do material p- Potncia calorficaIs corrente de saturaoIs Nmero de electres libertados por unidade de superfcie da substncia emissora em amperes.T Temperatura absoluta da substncia emissora em K.A Constante dependente do tipo de emissor.bo Constante dependente da afinidade do electro da substncia emissora.K Constante de Boltzmann = 1,381x10-23 joule/K. Base de logaritmos de neperianos

Em que: Donde se retira que o nmero de electres emitidos depende essencialmente do material (bo) e da temperatura (T).



Vlvulas Electrnicas

Vlvulas Vlvulas de vcuo Vlvulas de gs

Ctodo frioCtodo quente

Ctodo de aquecimento directoCtodo de aquecimento indirectoVlvulas de Vcuo No interior da vlvula, (ou ampola de vidro) feito um vcuo to perfeito quanto possvel, ( para evitar a combusto dos filamentos e facilitar a emisso termoinica) o que se conseguia queimando num pratinho (Getter) no seu interior, uma certa quantidade de magnsio, depois de se ter extrado com uma mquina pneumtica a maior quantidade de ar possvel e este o tipo de vlvulas mais usado. Vlvulas de Gs Em vez de vcuo, so preenchidas com um gs inerte (rgon, hidrognio, vapores de mercrio, hlio etc.,) a baixa presso e tem um funcionamento distinto das vlvulas de vcuo, devido ao facto da sua conduo se dever ionizao do gs. A temperatura de conduo normalmente baixa e est relacionada com o tipo de gs. Vlvulas de gs - Aplicaes:Fontes de luz. (lmpadas non)Reguladores de tenso.Rectificadores.Disparo (trigger) de vlvulas de Controlo.

AIpTenso de extino (Vp)

Tenso de ionizao

Tenso de funcionamento Vlvulas a gs

IpVp

Tenso de ionizaoVlvulas a vcuo

Diodo a Vcuo

Diodo a Vcuo


Vlvulas Termoinicas

Emisso Electrnica D-se a partir do momento em que os electres ganham energia para vencerem o potencial de barreira (valor de energia que mantm o electro na sua rbita) e libertarem-se do ctodo e vencerem a carga espacial.Carga espacial Nuvem de electres que se forma junto ao emissor (ctodo), devido a um campo electroesttico.



Corrente Electrnica D-se a partir do momento em que os electres ganham energia para vencerem o potencial de barreira, e a barreira espacial criada junto ao ctodo.Vlvulas Termoinicas


Vlvulas Termoinicas Vlvulas Termoinicas dispositivos que aproveitam os electres emitidos por temperatura chamam-se vlvulas termoinicas ou vlvulas electrnicas, em que o ctodo quando aquecido emite electres, e o nodo ou Placa, que tendo um potencial positivo em relao ao ctodo, serve para os atrair formando a corrente electrnica.

mARCtodo

Elemento de aquecimentoPlaca

CtodoE

0


Ctodo de Aquecimento Directo

Tubo de Nquel com revestimento de xidoCtodo

Ctodo

Filamentos

Filamentos

Ctodo de Aquecimento Indirecto

Filamentos (isolados)

Ctodo

Vlvulas Termoinicas

Suportes

Ctodos quanto forma de aquecimento:Placa

Placa

Filamentos (isolados)

Ctodos de TungstnioCtodos de Tungstnio toriadoCtodos metlicos com cobertura de xidoCtodos quanto ao tipo de material:Ctodo


CtodoPlacaE

0

O campo electroesttico criado pelos electres emitidos pelo ctodo no uniforme e varia inversamente com o quadrado da distncia do espao interelectrdicoAssim, os electres que forem emitidos com uma velocidade pequena regressaro ao ctodoou haver corrente electrnica se se aumentar o potencial da placa

ib

eb

Vlvulas Termoinicas Corrente Electrnica D-se a partir do momento em que os electres ganham energia para vencerem o potencial de barreira, e a barreira espacial criada junto ao ctodo


Vlvulas Termoinicas

a) Revestimento de xido

b) Revestimento de xido

c) Tungstnio Toriado

d) Tungstnio

0200400600800100012001400160018002000800120016002000240028003200T( K)I(mA/cm2)Emisso Termoinica Depende da temperatura e do material dos ctodos e das tenses que formam os campos electroestticos.


Ctodo

Filamentos

Placa

Pinos

Ampola de Vidro

Embora tenha uma infinidade de aplicaes, usada basicamente como rectificadora em fontes de alimentao. A denominao "vlvula", provem da caracterstica fundamental do diodo, que permitir a circulao de corrente somente em um sentido, actuando como um interruptor.A Vlvula Diodo

SmboloSmbolo e ComponentesA vlvula diodo Inventada por John Fleming, a partir do Efeito de Edison, a mais simples das vlvulas de vcuo electrnicas, pois contm apenas dois elctrodos.



Calor

A Vlvula Diodo ib

Diodo a Vcuo

Filamentos

Ctodo

Placa

mA

0 Volts

Carga espacial

mA

-Volts

ib

mA

eb+Volts

Os electres emitidos pelo ctodo so atrados pelo campo positivo da placa, desde que esta esteja a um potencial suficientemente positivo para que os electres venam a carga espacial e formem a corrente electrnica perfazendo a aco da rectificao, uma vez que no possvel a conduo inversa da placa para o ctodo. Funcionamento:ib


A corrente electrnica no diodo, e noutra vlvulas, pode ser influenciada por vrios factores

Ef2= 0.8 volts

010Corrente Ip em mA20304050020120Voltagem dos filamentos406080100140160180200220

24026060Voltagem de Placa Ep volts

Ef1= 10 volts

Corrente limitada pela carga espacialCorrente limitada pela emisso

Tenso de placa: Ep, Vp, Va.Tenso de alimentao: Ebb ou V+.Tenso de polarizao de grade de comando: EccTenso de grade de comando: Ec, Eg ou VgTenso de filamentos: Ef ou Vf.Corrente de placa: Ib, Ip,Ia.Corrente de filamentos: If.A Vlvula Diodo

a) Revestimento de xido

b) Revestimento de xido

c) Tungstnio Toriado

d) Tungstnio

0200400600800100012001400160018002000800120016002000240028003200T( K)I(mA/cm2)Temperatura do ctodoTenses e correntes:010Corrente Ip em mA203040500,91,2Corrente dos filamentos1.01.11.3

60

7080Corrente de Filamentos If (amperes)

1.4

Ebb= 5 volts Ebb=20 volts Ebb=50 volts Ebb=100 volts Voltagem de Placa

010Corrente Ip em mA203040500205080100

60Voltagem de Placa Ep volts

If= 1.3 Amp.


max 77,8

A Vlvula DiodoDuplo DiodoCircuito Rectificador

max 71,4

max 22


Vlvula Trodo A vlvula trodo, um dispositivo de trs elctrodos, o primeiro resultado do aperfeioamento do diodo a vcuo, pelo cientista Lee De Forest . A incluso de um terceiro elctrodo, estrategicamente colocado entre o ctodo e a placa, constituiu o primeiro dispositivo electrnico, em torno do qual pode ser implementado qualquer circuito electrnico, seja um amplificador, um oscilador ou um filtro controlando assim a corrente de placa.Esse terceiro elctrodo denominado grade ou, mais especificamente, Grade de Comando, cuja funo controlar a corrente que circula entre o ctodo e a placa. Sendo um elctrodo "aberto", a grade de comando, em princpio, no est includa, sob o aspecto de corrente contnua, no circuito ctodo placa. A grade de comando, salvo em aplicaes especiais, sempre polarizada negativamente em relao ao ctodo.

Pinos

Placa

Filamentos

Ctodo

Ampola de Vidro

Grade

SmboloSmbolo e Componentes


Vlvula Trodo

Filamentos

Ctodo

Grade

Placa

Smbolo e Componentes


Vlvula TrodoInfluncia da polarizao da Grade de Comando.


Vlvula Trodo

Calor

Filamentos

Funcionamento:

Placa

Ctodo

Grade de Comando

eg0-1+1Signal volts

ebEb

0Plate volts

Ec= -3Volts0-1-2-3Grid bias

Ec= -3Volts0-1-2-3

-4

ecGrid volts

ib

Ib0Plate current

Quando a voltagem aplicada grade de Comando negativa (menor que zero) a sua carga negativa repele os electres, logo no h corrente entre Ctodo e Placa. medida que a tenso aplicada grade se aproxima de zero, alguns electres comeam a passar gradualmente entre o Ctodo e a Placa.Quando a tenso aplicada grade maior que zero volts a grade comporta-se como se no existisse e h uma corrente plena de todos os electres emitidos pelo ctodo ( Saturao).


Vlvula TrodoFuncionamento:Audion_PT.swf


Vlvula Trodo

Resumo de funcionamento:


O Trodo

Ec=0-2-4-6-8-10-12-14-16-18-20-22-24Grid voltage Ec=Ec=400480560320240160 80 016141210 8 6 4 2 0Tenso de placa Eb voltsCorrente de placa ib miliamperesType 6J5Fil = 6.3 volts

Fig. 5IbEb

Corrente de placa ib miliamperesTenso de Grade Ec voltsFig. 6Type 6J5Fil = 6.3 volts

Eb=Plate voltage = 80Ib 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 0 2 -22 -18 -24 4 6 8 10 12 14 16Eb=400360280200120120320240160EcCurvas caractersticas

Tenso de placa Eb voltsCorrente de placa ib miliamperesFil = 6.3 volts

0+100+200Corrente de GradeTenso de GradeEb = 500Eb = 1500EcIcFig. 7

Tenso de Grade


O Trodo Em qualquer vlvula, h uma certa capacidade entre quaisquer dois dos seus elctrodos; estas capacidades chamam-se capacidades interelectrdicas.

Ro

Cgk

Cgp

Cpk

Capacidades interelectrdicasCgp Capacidade entre a Grade de Comando e a Placa.Cgk Capacidade entre a Grade de Comando e Ctodo.Cgp Capacidade entre a Placa e o Ctodo.Ordem de Valores das capacidade:Cgp 2 pF Cgk 3pF Cpk 11F


O Trodo

RL

Ebb

Ecc

Entrada

Sada

Montagens:Utilizam-se trs montagens:-Ctodo massa (convencional).-Grade massa.-Placa massa ou seguidora de ctodo.Montagem de Ctodo massa-Grande capacidade Cgp que a torna imprpria para alta frequncia.

Cgp

-Usa-se basicamente como amplificador de baixa frequncia.-Provoca um desfasamento de 180 entre o sinal de entrada e sada.


O TrodoMontagens:Montagem de Grade massa- No causa desfasamento entre o sinal de entrada e o de sada.- A Grade massa um vantagem visto actuar com blindagem electrosttica.- Evita Oscilaes e instabilidade pelo que pode usar-se em altas frequncias.

Entrada

Sada

RL

Ebb

Ecc

-A corrente de placa percorre tambm a fonte do sinal de entrada, pelo que assume importncia a impedncia interna desta.


O Trodo Montagens:Montagem de Placa massa- O sinal de sada est em fase com o sinal de entrada.- Tem um ganho inferior a 1. (Seguidor de ctodo).- Alta impedncia de entrada.- Boa resposta em amplitude, fase, e frequncia.

RL

Ebb

Entrada

Sada

Entrada

As principais aplicaes so: Amplificadores de Banda larga (vdeo), fornecer potncia a cargas de baixa impedncia (linhas TX), proporcionador de impedncias, e amplificadores de impulsos (quadrados).

RL

Ebb

Montagem Prtica

Sada


O TrodoMontagens:

RL

Ebb

Ecc

Entrada

Sada

Ctodo Massa

RL

Ebb

Entrada

Sada

RL

Ebb

Entrada

Sada

Placa Massa

RL

Ebb

Ecc

Entrada

Sada

Grade Massa


O Trodo Amplificao:Pequena variao de entrada (grade), Grande variao na sada (Placa).

m


= g . r m p

g = m

r p r = m

g pO Trodo Relaes entre parmetros

m gm r p

500100015002000250030003500 0201510 5 0 010,00020,00030,000 01020Resistncia de Placa (r ) em ohmspFactor de Amplificao ()Transconductncia (g ) em microhmsmType 12AU7Fil = 6.3 voltsPlate voltage = 230 voltsParmetrosFig. 8Placa - miliamperes

Ib = Constante

Factor de Amplificao: m

Eb = Constante

gmTranscondutncia

Ec = Constante

rpResistncia dinmica de Placa

Eb = Constante

RpResistncia de Placa (DC)


O Trodo Aplicaes: Mais do que qualquer outro tipo de vlvula usado como amplificador de baixa frequncia.


Amplifier_PT.swf Vlvula TrodoAmplificador a Vlvulas


Filamentos

Estrutura e funcionamento:

Grade de Blindagem

Grade de Comando

Ctodo

PlacaTTRODOO desempenho de um trodo limitado pelas capacidades interelectrdicas, especialmente a capacidade Cgp . Foi por esta razo que uma segunda grade, a Grade de Blindagem, foi inserida entre a Grade de Comando e o nodo, pelo cientista Schottky, formando-se assim o ttrodo, diminuindo assim as capacidades interelectrdicas.

nodo

Grade de Comando

Grade de Blindagem

Ctodo

Feixe electrnico

Uma seco transversal esquemtica de um ttrodo mostrada na figura. Em virtude do efeito de blindagem das duas grades, a tenso de nodo tem pouco efeito sobre a emisso de electres do ctodo. A grade de controle mantida mantida em um baixo potencial negativo, por exemplo, at -10 V, que variado pelo sinal aplicado para controlar a corrente de nodo. A grade de blindagem mantida em um potencial positivo constante mais alto, ou seja, +80 V, para acelerar os electres em direco ao nodo.

KG1G2A

C1

C2


TTRODO

m

g m

rp

rp

rp 240 220 200 180 160 120 100 140 80 40 0 20 60 0,6Eb 260 0,8

-0.1 -0.3 0,2 0,3

0 0,4 0,5

0,7 0,1 -0.2Parmetros do Ttrodorp em Megaohms80070060050040030020010001,6001,4001,2001,000800600400200 0gm em Micro-mohsOperating Range

RL

Ebb

Ecc

Entrada

Sada

Ef

CRLimit.Ec1Ec2Eb

Ib

Ic2Relaes entre parmetrosCorrente de placa Ib miliamperesType 24-AEf= 2.5 voltsScreen volts=90Corrente de Grade de Blindagem Ic2 miliamperes

IbIbIbIbIbIbIC2

Curvas caractersticas do TtrodoFig. 2 520480 440 400 360 320 240 200 280 160 80 0 -2 40 120 -4 2 4 10Eb

0 6 8 560

12

Control grid volts Ec = 01

Control grid volts Ec = 01EC1= 1.5

7.5

6.0

4.5

3.0

1.5

Inicialmente a corrente de placa aumenta com a tenso de placa.Depois, tem uma fase em que a corrente de placa diminui medida que se aumenta a tenso de Placa (emisso secundria devida a tenso da grade de blindagem ser superior da placa).Depois temos a zona de funcionamento linear em que a corrente de placa proporcional ao aumento da Tenso de placa, sem esquecer a Grade de Comando..


Pentodo As modificaes na estrutura dos elctrodos do ttrodo, foram para encorajar a formao de uma carga espacial entre a grade de blindagem e o nodo. Esta carga espacial evitou que os electres secundrios originrios no nodo alcanassem a grade de blindagem. O mesmo efeito pode ser obtido inserindo-se uma grade mantida no, ou prximo ao potencial do ctodo, entre a grade de blindagem e o nodo. Como a funo desta terceira grade suprimir a emisso de electres secundrios, ela chamada Grade Supressora.Ela enrolada com um passo maior do que a grade de controle e do que a grade de blindagem. O smbolo de um Pentodo mostrado na figura (a);

(a)

(b)

Em virtude de a grade supressora ser normalmente operada no potencial do ctodo, ela s vezes ligada internamente ao ctodo, conforme mostrado na figura (b).


Filamentos

Grade Comando

Grade Blindagem

Grade Supressora

Ctodo

Placa

Pentodo Estrutura:


Pentodo Corrente de placa Ib miliamperesType 6J7Supressor volts=0Screen volts=100

Tenso de Placa - voltsFig. 5480 400 320 240 160 80 0 1 0 3 4 7Eb

2 5 6 560

8 9

RO

C

Entrada

Sada

BElectres

Placa

Grade Supressora

Grade de Comando

Filamentos

Grade Blindagem

Fig. 4

3.0

4.0

5.0

Control grid volts Ec = -1.01

1.5

2.0

2.5

0.5

0 Curvas caractersticasDurante grande parte da zona de funcionamento a corrente de placa praticamente independente da tenso de placa.A concavidade encontrada nas curvas caractersticas do ttrodo so completamente eliminadas no pentodo.As caractersticas s no so lineares abaixo dos joelhos das curvas, havendo um controlo completo da corrente de placa por parte da grade de comando.


PENTODO

Base Cermica

Vidro Pirex

Ligaes em Tungstnio

Getter duplo

nodo (Placa) em Grafite

Suporte de ligao de Filamentos

Suporte Cermico dos elctrodosLigaes ao nodo (Placa)

Filamentos em Tungstnio Toriado

Fenda de dilatao de GrelhasBlindagem Interna

Grade Supressora (G3)

Fixao cermica

Grade de Comando (G1)

Blindagem interna

Suporte Cermico dos elctrodos (inferior)

Tomada de Vcuo

Blindagem Interior

Ligao da Grade (G3)

Ligaes do nodo (Placa)

Pinos de ligaoGrade de Blindagem (G2)

Ligao exterior do nodoVerso de Potncia:


PENTODO

Verso Miniatura:

Espaador de Mica

Placa

Pinos

Pinagem inferior

Blindagem interpinos

Filamentos

Cage Assembly

Ctodo

Espaador de Mica

Getter

Tip de ExtracoAmpola de vidro

Grade de Comando (G1)

Grade de Blindagem (G2)

Grade Supressora (G3)


Super control tube 6K7Corrente de Placa ib miliamperes 1 -20

0

10

Ef = 6,3 voltsEb = 250 voltsEc2 = 100 voltsTenso de Grade ec - volts Ec

2 5 4 3 6 7 8 9 11 12 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0

Normal Grid tube 6J7

Filamentos

Grade Comando

Grade Blindagem

Grade Supressora

Vlvulas de m varivelCaractersticasCtodo

So vlvulas especiais pela sua construo, em que o espaamento entre as espiras da grade de comando varivel, isto , menor nos extremos, o que permite trabalhas com uma vasta gama de amplitudes de sinais com distoro mnima.EstruturaPlaca

So normalmente utilizadas em circuitos de Controlo Automtico de Volume (AVC).


Vlvulas de feixe dirigido

nodo

Grade de Comando

Grade de Blindagem

Ctodo

Feixe electrnico

Placas de feixe dirigido

Ctodo

Placas de feixe dirigido

nodo

Grade de Comando

Grade de Blindagem

Feixe electrnico

Composio e funcionamentoPlacas de feixe dirigido

Consegue-se diminuir os efeitos da emisso secundria dos ttrodos, e ao mesmo tempo obter ganhos semelhantes ao dos pentodos, atravs da colocao de duas placas encaminhadoras de feixe que produzem um feixe de grande intensidade e evitam a emisso secundria da placa.Aumentando o espaamento entre a grade de Blindagem e a placa, cria-se uma carga de espao nesta rea, de tal modo que os electres secundrios da placa, so repelidos de volta a ela.


Fig. 8Corrente de placa Ib miliamperesTenso de Placa - volts500 400 300 200 100 0 0100

Eb

200600

500

Ec = 250 volts2Ec = 151

Ec = 101

Ec = 5 1

Ec = 0 1

Ec = -5 1

Ec = -101

Ec = -151

Ec = -201

Ec = -251

Ec = -301

Ec = -351

Ib

Ec1

Ec2

Eb

IC2Vlvulas de feixe dirigidoCurvas caractersticasCurvas muito semelhantes ao pentodo mas menos acentuadas para baixas tenses de placa dando menor distoro. A amplificao maior que dos trodos mas menor que ttrodo e pentodo. Rp elevada mas menor que do pentodo. Gm geralmente maior do que para qualquer outro tipo de vlvula.Tm elevada potncia de sada e eficincia e so usadas como amplificadoras AF nos receptores.


VlvulamrpgmTrodo3 a 100800 a 50.000200 a 6.000Ttrodo40 a 80010.000 a 1.000.000500 a 8.000Pentodo70 a 50.00035.000 a 2.000.000500 a 8.000

Fig. 8Corrente de placa Ib relativa miliamperes Tenso de Placa - volts300 200 100 0 0

Eb

Ec = 83 2

Vlvulas com grade de Blindagem (Ttrodo)Ec = 90 2

Pentodo

Feixe

Vlvulas Termoinicas Comparaes:


Vlvulas de Alta Potncia

Vlvulas Especiais


Tubo de Raios Catdicos (TRC)

Vlvulas EspeciaisA Figura 1 mostra um TRC electromagnticoPescoo

PescooFig. 1

Ctodo

Grade de Comando

Primeiro nodo

Bobine de focagem

Bobine de Deflexo

nodo acelerador (Aquadag)

cran

Descarga da Alta tenso do AquadagA executar quando o aparelho estiver desligado da alimentao.Aviso: Os TRC/CRT's trabalham com tenses muito altas, na ordem dos 10 a 40Kv, dependendo do seu tamanho. Estas tenses podem continuar acumuladas durante vrios dias mesmo aps o aparelho ter sido desligado da corrente elctrica, pois as paredes internas de vidro do TRC formam uma capacidade que carrega a essa tenso. Por isso, nunca tente mexer nos mesmos a menos que tenha conhecimentos tcnicos para tal Massa

Ponto P



Vlvulas Especiais

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Electron Gun

1Filamentos - fonte de calor para a emisso terminica do ctodo.

2Ctodo - fonte da emisso terminica de electres.

3Grade de Comando (G) Controla a intensidade do fluxo de electres do feixe electrnico.

41 nodo (A1) Serve para atrair os electres do campo magntico da Grade de Comando e simultaneamente concentr-los (focagem) num feixe electrnico.

5nodo Acelerador (A2) Serve para acelerar os electres em direco ao ecr (Screen), serve tambm de grade de blindagem na concentrao do feixe electrnico e reduzir as capacidades interelectrdicas.

6Placas de deflexo vertical (V1,2) controla o feixe na vertical (up/down) atravs de campos electroestticos. Normalmente o sinal de entrada aplicado as estas placas.

7Placas de deflexo Horizontal (H1,2) controla o feixe na horizontal (left/right) atravs de campos electroestticos. Normalmente o sinal de comando horizontal aplicado as estas placas.

8Revestimento interior Aquadag (nodo final) Serve de grade supressora polarizada positivamente (Kvs) e afasta os electres da emisso secundria de atingirem a screen, acelerando os restantes que atingem a Scren a alta velocidade..

9Ecr (Screen) Revestida interiormente por uma camada de fsforo que ao ser bombardeada pelo feixe electrnico, torna-se fluorescente, permitindo a representao visual dos sinais electrnicos aplicados.



Fig. 2

PD

E

SC

cran (Screen)

Anel de Ferro Malevel

Bobine

Campo MagnticoVlvulas EspeciaisA FocagemA focagem normalmente feita por uma variao de corrente atravs das bobines de focagem. Nas vlvulas electroestticas a focagem feita por variao da tenso do respectivo nodo. Bobine de Focagem (magntica)A bobine de focagem, normalmente colocada no pescoo da vlvula sem/com ncleo de ferro (este aumenta a intensidade do fluxo). Faz-se passar uma corrente DC atravs do enrolamento da bobine para cria um campo magntico, corrente esta que pode ser variada pelo restato de controlo de focagem.O ponto P o ponto de divergncia do feixe depois de ter sido emitido pelo ctodo, controlado pela grade de comando e acelerado pelo 1 nodo.Um electro caminhando de P para PAB, entra no campo de focagem da bobine e forado a tomar a direco em espiral PACS at Screen.O mesmo se passa com os electres da direco PDE que so obrigados, pela aco do campo magntico a tomar a direco PDFS. Acontecendo o mesmo com todos os electres a partirem do ponto P de modo que se encontram todos no Ponto S.Para se focar o feixe, basta variar a intensidade do campo magntico de modo a que o ponto S seja atingido no Ecr fluorescente..

Campo MagnticoF

BobineA

B


Tubo de Raios Catdicos (TRC) Vlvulas EspeciaisA Focagem

NSA Focagem tambm pode ser feita por imanes permanentes colocados volta do pescoo do TRC como mostra a figura seguinte:Neste caso a focagem feita variando o espao entre imanes

N

SNalguns casos usado um anel magntico e a focagem feita pelo movimento do anel ao longo do eixo do TRC



Vlvulas EspeciaisBobines de Deflexo

NSNSA deflexo (vertical/Horizontal) electromagntica, idntica focagem, isto , feita atravs dum campo magntico por circulao de corrente numa bobine volta do pescoo do TRC.Duas bobines esto ligadas em srie e enroladas num ncleo de ferro de modo que os campos magnticos produzidos se opem um ao outro. possvel rodar as bobines volta do pescoo do TRC e produzir uma deflexo ao longo de qualquer dimetro. Se a rotao for continua, produz-se um movimento circular contnuo como acontece nos sistemas de radar. (o mesmo efeito acontece usando campos magnticos girantes).Consoante a posio e o sentido da corrente atravs das bobines assim deflectem o feixe no sentido vertical ou horizontal.No caso apresentado a deflexo tem lugar ao logo da linha A -BAB

Ncleo de Ferro

Ctodo do Tubo

Campos Magnticos



Grade de Comando

Bobines de focagem

Bobines de Deflexo

V1V2H1H2Ecr

TRC usado em consolas com ecr circularVlvulas Especiais

nodo acelerador (Aquadag)Filamentos

Ctodo

Perspectiva


Tubo de Raios Catdicos (TRC)Diagrama em corte de um tubo de raios catdicos de deflexo electroesttica de um osciloscpio tpico.1. Placas deflectoras horizontais e verticais112. Canho de electres23. Feixe de electres.

34. Bobina de centralizao do feixe

45. Face interna da tela, revestida de fsforo5Vlvulas Especiais



5Diagrama em corte de um tubo de raios catdicos de deflexo electromagntica, usado em televises e monitores coloridos.11: Canho de electres e lentes electrnicas de focagem.33: nodo de alta tenso.

44: Mscara de sombra.5: Detalhe da matriz de pontos coloridos RGB. (vermelho, verde, azul). Vlvulas Especiais22: Bobinas deflectoras (deflexo electromagntica).2


Thyratron

O Thyratron de hidrognio (ou outro gs Argon, Hlio) uma vlvula de gs que funciona como um comutador electrnico de picos de alta potncia usando hidrognio como meio de comutao. A comutao alcanada atravs da transio dum gs neutro isolador para um gs ionizado altamente condutor, a trabalhar em picos de alta tenso e cadncias de repetio elevadas.

Vlvulas EspeciaisEstrutura:Placa

Ctodo

Filamentos

Grade de Comando

Selagem

Reservatrios


ThyratronVlvulas EspeciaisFuncionamento:

Essencialmente so trodos a gs geralmente de ctodo quente e com grade de comando. A introduo desta grade permite o controlo da corrente de placa. Enquanto que nas vlvulas de vcuo a grade comanda o inicio e o fim da corrente de placa em qualquer instante, isso no acontece com as vlvulas de gs, uma vez que a grade apenas comanda o inicio da conduo e no tem qualquer efeito sobre o valor da corrente de placa, nem sobre o fim da conduo.Tenso de disparo: tenso que aplicada a grade e a partir da qual haver corrente de placa. Tempo de ionizao: o tempo requerido para se dar a ionizao e permitir a corrente de placa atingir o seu valor final, depois da tenso de placa ou de grade ser variada para uma tenso de disparo.Tempo de desionizao: o tempo requerido para que o gs volte s condies iniciais que permita que a grade readquira poder de controle depois da tenso de placa ser.Com o aparecimento dos semicondutores de silcio thyristors (SCRs) o seu uso caiu em desuso, embora continuem a ser utilizados em equipamentos de alta potncia.

SCRs


Thyratron

O seu aspecto pode variar muito quer em aparncia quer em dimenses. Pode ser com cpsula de vidro, cpsula cermica ou at metlica, grande, pequeno, triodo ou ttrodo, conforme as aplicaes Vlvulas Especiais


Vlvulas EspeciaisThyratron

Circuito real de disparo de um Thyratron.


Vlvulas Especiais

Vlvula Olho MgicoBasicamente esta vlvula uma dispositivo medidor de tenso, constituda por uma associao engenhosa de dois triodos em que a placa de um ligada grade do outro cuja placa fluorescente de cor verde. O ctodo comum a ambos os triodos. A grade amplificadora e a placa, actuam como um triodo, criando grandes variaes da tenso placa-ctodo, para pequenas variaes de tenso na Grade. Porque o elctrodo de controlo (grade) est internamente ligado placa o seu potencial elctrico igual, logo as variaes de tenso da placa so visualizadas pelo display fluorescente do segundo triodo.

Filamentos

Ctodo

Grade Control

Placa

PlacaFluorescente

Sinal fraco

Sinal mdio

Sinal forteEram utilizadas como indicadores de sintonia nos receptores a vlvulas.


Vlvulas Especiais

A Vlvula NIXIE um dispositivo electrnico que faz de display de informao numrica ou outra, na forma de uma vlvula de vcuo, que contem vrios ctodos consoante os caracteres para display, e um nico nodo. uma vlvula de ctodo frio, no ultrapassa 40 C (104 F), uma vez que a sua iluminao no depende da emisso terminica, mas sim da ionizao do gs ou mistura de gases de baixa presso de cada ctodo, que faro variar a tonalidade da luz do display (neon, argon, e mercrio so usados) .Os tubos Nixie ficaram obsoletos na dcada de 70s, com o aparecimento dos LEDs (light-emitting diodes) e pelos Displays de 7 segmentos... Tubo nixie


P1P2P3P4P5Vlvulas EspeciaisFotomultiplicadorFotoctodo

Dynodes

nodo

Grade de Comando

LuzOs electres so emitidos pelo ctodo e so atrado por D1, depois o campo magntico curvo atrai para P1 onde se d emisso secundria, que depois atrada por D2 e assim sucessivamente.Vlvula onde o fenmeno da emisso secundria usado para amplificao.So utilizadas para amplificar a sada de vlvulas captadoras de imagem de televiso onde esto incorporadas.


Vlvulas EspeciaisFotomultiplicador


Vlvulas EspeciaisIconoscpioVlvula captadora de imagem (pickup Tube) em transmissores de televiso. Um canho projecta um feixe de electres que deflectido por um sistema electromagntico ou electroesttico, semelhante ao TRC. Contudo em vez de ter um ecr florescente no extremo da vlvula, tem uma superfcie fotoelctrica na qual focada a imagem a ser transmitida sendo scanizada depois, por um feixe electrnico que produz o sinal de vdeo .

Tubo orthicon


Vlvulas EspeciaisVidiconVlvula captadora de imagem em transmissores de televiso. A imagem da cena focada numa camada condutora transparente de material fotoresistivo, criando uma matriz de spots com carga elctrica varivel. Depois, um feixe electrnico faz um scan a esse material, criando um sinal de vdeo que representa as variaes de luz da imagem.


Vlvulas EspeciaisVlvula bolota Acorn TubeVlvula de alta frequncia (acima dos 100 MHz), de dimenses reduzidas, e com os pinos dispostos radialmente.


Vlvulas EspeciaisVlvula Farol Lighthouse Tube

Vlvula de alta frequncia (acima dos 100 MHz), de dimenses reduzidas, em que o ctodo, a grade e a placa so superfcies planas e paralelas, em que as ligaes so feitas por discos metlicos, em que as distncias interelectrdicas so muito curtas e permitem uma adaptao directa ao um sistema de cabos coaxiais.


Vlvulas EspeciaisVlvula tipo lpis Pencil TubeVlvula de alta frequncia (at 1700 MHz), de estrutura cilndrica com espaamentos entre elctrodos muito curtos, utilizadas para operar com cabos coaxiais e cavidades ressonantes.Vidro

nodo

Filamentos

Vidro

Suporte do Ctodo

Disco de suporte da grade

Ligaes do ctodo

Ctodo

Grade

Ligaes dos Filamentos


Analisadores de VlvulasExistem vrios modelos de Analisadores de vlvulas que simulam as condies de funcionamento ideais para cada vlvula, testando assim o rendimento, e eventuais fugas entre os elctrodos. Normalmente, quando o rendimento de uma vlvula for inferior a 60% recomendada a sua substituio.Cada de vlvula tem um suporte com encaixe prprio consoante o tipo e dimenses da prpria vlvula!...


Klystron Vlvulas EspeciaisEm 1937 os irmos Russell e Sigurd Varian, (Stanford University) inventaram a Klystron a primeira vlvula de UHF e microondas, com duas ou mais cavidades ressonantes, e que acelerava o feixe de electres. A klystron uma vlvula especial tambm chamado de vlvula de feixe linear ( linear-beam tube). O nome Klystron vem da palavra grega - (klys) que significa a rebentao das ondas conta a costa, e a palavra electro, da KLYSTROM.As limitaes dos triodos pentodos e outras vlvulas semelhantes, em frequncias muito altas, resultantes dos efeitos do tempo de trnsito dos electres, podem ser evitadas empregando vlvulas que utilizam o tempo de trnsito para o seu funcionamento normal. Microondas


Vlvulas Especiaisklystron de duas cavidadesA energia da primeira cavidade modula a velocidade do feixe de electres que por sua vez transfere a energia na ltima cavidade de forma maximizada de RF, da mesma frequncia.So usados em circuitos de radar, radiodifuso de televiso, terminais de satlite EHF, electromedicina (tumores), e aceleradores de partculas.

Estrutura:Microondas

Ctodo

nodo

Grade 2 e Grade 3

Grade 4 e Grade 5

RF In

RF Out

Feixe

Grade 1

Colector

Espao de desvio

Cavidade de entrada

Cavidade sada


Vlvulas Especiais - Microondas

Entrada

sadaCtodoElectron GunnodoColectorBuncher cavityCatcher cavity

O canho de electres (electron gun) produz um feixe de electres.

As cavidade de entrada (buncher cavities) regulam a velocidade dos electres de modo que eles chegam s vagas na cavidade de sada (catcher cavity).

As vagas de electres excitam as microondas na cavidade de sada do klystron.

As microondas entram no guia-de-ondas de sada que os transporta para o acelerador.

Os electres restantes so absorvidos pelo colector.

klystron de duas cavidades

Funcionamento:


Colector

Janelas de Sada

Canho multictodo

Feixes

Cermica

Cavidade de Entrada

2 Cavidade

3 Cavidade

4 Cavidade

5 Cavidade

Cavidade Sada

Vlvulas Especiais - Microondasklystron de cavidades mltiplasFeixe Electromagntico


Klystron ReflexVlvulas Especiais MicroondasFoi inventado no inicio da dcada de 40s pelos cientistas Pierce e Shepherd dos laboratrios da Bell, sendo um dispositivo de baixa potncia usado nos osciladores heterodinos dos receptores de radar. um(a) Klystron de baixa potncia, s com uma cavidade ressonante, e que utilizada como osciladora na banda de 1 a 2,5 GHz.Funcionamento:O feixe de electres injectado na parte inferior do tubo pelo ctodo e acelerados pela grade, e depois de passarem pela cavidade ressonante (direita), so reflectidos (da o nome de Reflex) por uma carga negativa dum elctrodo (Repeller) que o obriga a uma segunda passagem pela cavidade, sendo depois retirados, normalmente via cabo coaxial (pick up loop). O feixe de electres modulado em velocidade na primeira passagem pela cavidade, dando origem formao de vagas de electres no espao entre o repeller e a cavidade. A aco do repeller deve ser mxima no instante que o feixe reentra na cavidade, para uma mxima transferncia de energia entre o feixe e as oscilaes de RF produzidas na cavidade.A voltagem no repeller pode ser variada para uma ligeira variao da frequncia.


Magnetro

O magnetro uma vlvula de microondas especial usada para gerar as microondas que aquecero os alimentos, (Microondas de cozinhar) ou como onda de deteco em circuitos de Radar . Embora haja muita polmica acerca da sua inveno, geralmente aceite que foi inventado pelo cientista alemo Dr. H.E. Hollmann em 1935, que trabalhava para a AEG Telefunken, mas durante a II GM quem tirou proveito desta inveno foram os aliados, uma vez que data da descoberta, a General Electric Company trabalhava em parceria com a AEG, logo partilharam esta inveno, mas no o seu desenvolvimento subsequenteem virtude da guerra Magnetro tpico de microondas de Cozinha com uma frequncia de cerca de 2.5 GHz.Vlvulas Especiais - Microondas

Magnetro VMX1090 do Radar ATC-AR-80.


Magnetro

Imanes Permanentes

Antena de IrradiaoSada para a antena

Cermica

Dissipador

Ctodo

nodo

Caminho dum electro

Cavidades Ressonantes

Campos de RF

Constituio:Vlvulas Especiais - Microondas

Forma das Cavidades:Slot- type.Vane- type.Rising sun- type.Hole-and-slot- type.


O magnetro uma vlvula de funcionamento de modulao (de campos magntico cruzados) em velocidade entre electres do feixe e os campos magnticos variveis que aceleram ou retardam esses electres, provocando oscilaes que geram microondas, e pode ser repartidos por 4 fases:Magnetro Funcionamento:Vlvulas Especiais - Microondas1 Fase: Produo e acelerao do feixe electrnico. 2 Fase: Modulao de velocidade do feixe electrnico por campos AC e DC. (provoca oscilaes).3 Fase: Formao da carga espacial girante. (mantm as oscilaes)4 Fase: Cedncia de energia ao campo magntico AC.

Caminhos dos electres sob a influncia da variao do campo magntico inicial.1 Fase:

Campos magnticos de alta frequncia2 Fase:

Carga espacial rotativa num magnetro de oito cavidades.3 Fase:

Percurso do electro4 Fase:


Magnetro Aplicando uma tenso de 3 V no filamento, este aquece o ctodo (que est ligado no prprio filamento).O ctodo aquecido liberta os electres que so atrados com fora pela placa atravs de uma alta tenso (0 V na placa e - 4.000 V no filamento - ctodo) Fase 1.O magnetro chamado um dispositivo de campos cruzados, porque ambos os campos, magntico e elctrico, so usados no seu funcionamento e so produzidos em direces perpendiculares, pelo que se cruzam. O campo magntico aplicado constante pelos imanes permanentes e aplicado ao longo do eixo das cavidades. A alimentao aplicada ao ctodo, que ao ser aquecido liberta electres que na ausncia do campo magntico, tenderiam a movimentar-se no sentido radial do anel do nodo que os rodeia. Ctodo

Funcionamento:Vlvulas Especiais - Microondas


Magnetro

IIMPORTANTE - O magnetro nunca deve ser ligado sem estar aparafusado no seu local correcto, pois as ondas emitidas por ele so perigosas ao corpo humano, podendo causar queimaduras ou at cancro.

O campo magntico dos dois imanes colocados em volta do magnetro faz os electres girarem em alta velocidade volta das pequenas cavidades da placa. (fase 2).Cada cavidade funciona como uma bobina e um condensador em paralelo ressonantes em 2.450 MHz. Desta forma com o movimento dos electres as ondas so induzidas nestas cavidades, e somam-se e saindo pela antena com grande intensidade (cerca de 900 W). fase 3/4.Funcionamento:Vlvulas Especiais - Microondas


Um magnetro sintonizvel permite um sistema operar a uma frequncia precisa em qualquer ponto da banda de frequncias, dependente das caractersticas do magnetro. A frequncia de ressonncia dum magnetro pode ser alterada variando a indutncia ou a capacitncia das cavidades ressonantes.Magnetro SintonizvelVlvulas Especiais - MicroondasSintonia do magnetro:

Elementos de sintonia indutivos

nodo

Modo de oscilaoStrapping

Magnetron M5114B


Durante muito tempo os TWTs foram, e ainda so, largamente usados em microondas e ondas milimtricas, tanto na gerao de sinal como na amplificao de mdia potncia, tendo comeado a ser substitudos recentemente por dispositivos de estado slido semelhantes, continuam a ser alvo de grande investigao, estando em constante evoluo, pois combinam altas frequncias, largura de banda e potncia.TWTs Vlvulas de ondas progressivasVlvulas Especiais - MicroondasEm 1944, durante a II GM, Ludolf Kompfne inventou o TWT (Travelling Wave Tube), num laboratrio de radar em Inglaterra, com um princpio semelhante ao do Klystron mas usando uma estrutura de retardo (slow wave) em vez da cavidade ressonante, que tem uma maior largura de banda mas uma eficincia mais reduzida.


RF in

RF out

Magnetic FieldColector

Ctodo

Electrongun

Electronbeam

Helix

TWTs - Vlvulas de ondas progressivasVlvulas Especiais - MicroondasEstrutura:

Directional couplers

Imanes permanentes

RF induzido no Helix

RF In

Modulao no feixe electrnico


TWTs - Vlvulas de ondas progressivasVlvulas Especiais - MicroondasEstrutura:RF induzido no Helix

RF In

Modulao no feixe electrnico

Ctodo

Directional couplers

Helix

Electronbeam

Imanes permanentes

Campo Magntico

ElectrongunFocus

nodo

Colector

RF in

RF outFilamentos


Os TWTs so amplificadores de microondas, de baixo rudo, alto ganho, e grande largura de banda superior a uma oitava. Com ganhos de 40 dBs (100) com uma largura de banda superior a uma oitava ( o dobro da frequncia de entrada)podendo trabalhar para frequncias acima do 300 MHz at aos 50 GHz. Contem um canho electrnico que produz, e depois acelera um feixe de electres ao longo do eixo do tubo. Os Imanes que envolvem o tubo fornecem um campo magntico ao longo do eixo do tubo de modo a manter os electres focados em feixe. O Helix , na parte central do tubo, um fio bobinado que fornece uma linha de transmisso de baixa impedncia para a energia de RF dentro do tubo.As transferncias de energia ente as vagas de electres do feixe, e as ondas viajando no Helix aumentam a amplitude destas de uma forma progressiva ao longo do comprimento do tubo, que no final so retiradas atravs de um acoplador direccional para alimentarem directamente um antena de transmisso. O feixe electrnico acompanha o Helix do principio ao fim. Se os electres do feixe forem acelerados para uma velocidade mais rpida do que aqueles atravs do Helix produzir-se- um efeito de concentrao (vaga) de electres por modulao em velocidade, causada pela interaco entre os campos gerados pelas ondas do Helix e o feixe de electres. A Concentrao de electres do feixe em vagas (Bunching) provoca uma cedncia de energia para as ondas a viajar atravs do Helix se os campos tiverem a polaridade correcta de modo a abrandar as concentraes de electres (vagas).TWTs - Vlvulas de ondas progressivas Vlvulas Especiais - MicroondasFuncionamento:


Radiao Coerente e Amplificao das ondas Electromagnticas (EM) num TWT. EM Wave phase velocity Beam VelocityTWTs - Vlvulas de ondas progressivas Vlvulas Especiais - MicroondasFuncionamento:Power of EM Wave

Power saturation

Electric Field EM Wave

Densidade de carga Max.

Regime no Linear

Regime LinearEM is amplified exponentially

Helix

Feixe de electres modulado por campo magntico

Electron BeamElectron Beam


Os TWTs tm uma vasta gama de aplicaes em comunicaes desde a Guerra Electrnica (electronic warfare -EW) explorao espacial atravs de satlites. Isto porque no h nenhum dispositivo que rivalize com os TWTs, no que toca combinao de largura de banda e potncia em altas frequncias. Mais recentemente com o advento das novas tecnologias e conceitos inovadores tm aumentado consideravelmente a eficincia e a potncia dos TWTs

Contra medidas de Guerra ElectrnicaSistemas de comunicaes de Banda larga Via SatliteVlvulas Especiais - MicroondasTWTs - Vlvulas de ondas progressivas


TWTAVlvulas Especiais - MicroondasTravelling Wave Tube Amplifier (abreviado TWTA) o conjunto dum amplificador que usa um TWT como amplificador de alta potncia em microondas assim como todos os outros circuitos adjacentes ao seu funcionamento.

Alimenta directamente uma antena, e so especialmente utilizados em transponders de satlites, sistema de radares aerotransportados, guerra electrnica (Electronic warfare) e outros sistemas de deteco e defesa militares.


No final da dcada de 50 foi desenhado um novo oscilador de microondas de baixa potncia (50 a 500 mW) . Tem muitas semelhanas com o magnetro no aspecto de frequncia, mas que se pode sintonizar numa banda mais larga de frequncias, pela variao da voltagem de acelerao e existem em dois tipos (M-BWO) e. (O-BWO). Vlvulas de ondas Regressivas - Backward Wave Oscillator (BWO)Vlvulas Especiais - MicroondasCarcinotronSe se variar continuamente a tenso, d a sensao de estar a irradiar em toda a banda. Devido sua variao rpida de frequncia, (200G HZ1.1 THz) o que faz do carcinotron um elemento ideal de Jammig em circuitos de radar, muito usado em aplicaes militares de Guerra Electrnica. O seu funcionamento semelhante ao do TWT, mas as ondas geradas (travelling waves), tem um sentido oposto ao do feixe electrnico (relativistic beam). Outras aplicaes so. Pesquisa qumicas da atmosfrica, espectroscopia, teste de sensores slidos, etc.,.


Thomson CSF CV6124 As ondas geradas, so mantidas por reflexo (Slow Wave structure) do feixe electrnico de velocidade relativa (relativistic beam), gerando RF no sentido oposto ao sentido do feixe electrnico que devida interaco dos campos magnticos resultantes, cede energia, de modo que ambas as velocidades sejam iguais (Sincronismo de Cerencov).O sinal de sada retirado perto canho de electres (electron Gun). No final do tubo existe um colector de irradiao do feixe (nodo) que absorve os electres do feixe restantes.Vlvulas de ondas Regressivas - Backward Wave Oscillator (BWO)Vlvulas Especiais - MicroondasCarcinotron Funcionamento:A frequncia de oscilao pode ajustar-se variando a tenso entre canho electrnico e o nodo.

BWO de nova gerao

Smbolo grfico de um oscilador de onda regressiva

(slow wave structure)

Electron GunRelativistic beam

Magnetic fieldEnergynodoOutput loop


Vlvulas aceleradoras de microondas - GyrotronVlvulas Especiais - Microondas Estrutura:As vlvula (tubos) de microondas vistos at agora (TWTs) foram desenhados para produzirem uma interaco dum campo magntico sobre as ondas Electromagnticas de RF, atrasando estas para 1/10 da velocidade da luz, em que as dimenses fsicas (dos tubos) de propagao das ondas estavam dependentes do comprimento de onda.A pesquisa contnua no sentido de alcanar mais potncia a mais altas frequncias (mais de 1 megawatt a frequncias de 60 GHz ou 100 kilowatts a 200 GHz) requer tubos electrnicos que operem sob um principio diferente dos convencionais TWTs, uma vez que para estas frequncias as dimenses seriam muito reduzidas.Gyrotrons so vlvulas (tubos electrnicos) de alta potncia, que emitem um feixe de ondas milimtricas, pela movimentao de electres em movimento espiral (cyclotron effect) numa cavidade ressonante, sob um campo magntico intenso. Tem potncias de sada na ordem das dezenas de Kilowatts at alguns Megawatts, numa gama de frequncias dos 20 aos 250 GHz.


Uma das grandes vantagens dos tubos aceleradores terem altas potncias e terem dimenses muito maiores que os comprimentos de onda, contrariamente generalidade das vlvulas, e no dependem das propriedades do material ou da cavidade ressonante mas sim da intensidade do campo magntico, para o qual so usadas muito altas tenses de corrente AC, para acelerar devidamente os electres e dar a respectiva transferncia de energia.Os Gyrotrons usam um mecanismo de transferncia de energia entre um electro a orbitar um campo magntico e um campo magntico com frequncia ciclotrnica. A frequncia ciclotrnica inversamente proporcional massa dum electro e directamente proporcional sua velocidade e intensidade do campo magntico. A velocidades muito altas ( perto da velocidade da luz), a massa dos electres aumenta (devido ao efeito relativista), e este aumento reduz a frequncia ciclotrnica.

Cyclotron EffectVlvulas aceleradoras de microondas - GyrotronVlvulas Especiais - Microondas Funcionamento:

MASER Microwave Amplification by Stmulated Emission of Radiation A interaco entre os electres em rbita e o campo magntico tal, que se for dada energia ao campo, os electres perdem alguma massa, cedendo energia, alteram a fase da frequncia ciclotrnica.


Canho Electrnico

Cavidade de Oscilao(dentro)

Isolador Cermico(Recuperador Energia)

Colector

Janela de Diamante

3m

Canho Electrnico

Bobines de focagem de feixe

Bobines do Colector

Colector do Feixe

Feixe Electrnico

Cavidade Ressonante

Mode Converter

Bobines do Campo Magntico

Espelhos de lanamento

Feixe Electrnico

Janela de Diamante

Sada do Feixe de Microondas

Contentor

(vessel)Vlvulas aceleradoras de microondas - GyrotronVlvulas Especiais - Microondas Estrutura:

0 KV80 KeV 40A+30 KV+30 KVEmissor de Feixe

-50 KV5Tesla


Vlvulas aceleradoras de microondas - Gyrotron Estrutura/Funcionamento:Vlvulas Especiais - Microondas


O Cyclotron foi um dos primeiros aceleradores de partculas, e ainda usado como primeiro andar de aceleradores de partculas sento o seu efeito utilizado nas cavidades ressonantes dos Gyrotrons com essa finalidade. Usa a fora magntica para curvar o movimento de partculas em semicrculos entre aceleraes aplicadas por um campo elctrico. O campo elctrico aplicado acelera os electres entre os dois Des do campo magntico. O campo magntico invertido frequncia cyclotron (ciclotrnica) acelerando os electres cada vez que passam pelo espao entre Des chamado Gap.

Onda quadrada do campo elctrico aplicada entre os Des das reas dos campos magnticosVlvulas aceleradoras de microondas - CyclotronVlvulas Especiais - Microondasrea de campo magntico uniforme

rea de campo Elctrico

Des

rea de campo magntico uniforme

Gap

rea de campo Elctrico

Movimento em espiral dos electres acelerados.

Sada do feixe de electres de alta velocidade.


Uma carga em movimento num Cyclotron, percorrer um movimento circular sob a influncia dum campo magntico constante. Sendo no tempo de uma rbita T:

Onde o perodo independente do raio. Porm se aplicada uma onda quadrada com a frequncia angular qB/m, a carga ter um movimento em espiral centrifugo aumentando de velocidade.Quando a frequncia angular entre os dois lados (Des) dos polos magnticos muda, transfere energia de acelerao s cargas quando passam pelo Gap de tal modo que a frequncia constante do cyclotron continua acelerando os electres (desde que no se torne relativista)Vlvulas aceleradoras de microondas - CyclotronVlvulas Especiais - Microondas

Estrutura/Funcionamento:


Vlvulas aceleradoras de microondas - CyclotronVlvulas Especiais - Microondas Estrutura:


Vlvulas aceleradoras de microondas - CyclotronVlvulas Especiais - Microondas Funcionamento:cyclotron.swf


MicroondasEspectro das microondas:


191019201930194019501960197019801990

Grid TubesModulatorsPulsed Power

RadioKlystronMagnetronTWT - BWOCrossFieldAmplifiersSolidStateDevices

Electrical TechnologyConventional MicrowavesPlasma PhysicsHighPower MicrowavesFusion DevicesIntenseBeams

.Gyrotron

.BWO.FEl.CARM.MILO.TWT.Rel.Klystron.Multiwave Cerencov Generator.Relativistic Diffraction Generator.Relativistic Magnetron.Vircator.Reflex TriodeMicroondasEvoluo dos circuitos de microondas ao longo dos tempos:


Frequency in GHz

Magnetron

Klystron

TWT

Gyrotron

HPM

0,1 0,3 1 3 10 30 100 10KW 100KW 1MW 10MW 100MW 1GW 10GWPeak Output Power

0,1 0,3 1 3 10 30 100 10KW 100KW 1MW 10MW 100MW 1GW 10GWPeak Output PowerMicroondasAmplificadores de Microondas por potncia e frequncia:HPM-High Power Microwave system


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