Vacuum-Tube-Magic

جادوی Vacuum Tube

در علم الكترونيك، منظور هر يك از عبارات وكيوم تيوب (لامپ خلاء)، الكترون تيوب (رایج در امريكاي شمالي)، ترميونيك والو و يا والو (رایج در بريتانيا) قطعه ی الکترونیکی است كه براي تقويت، سوييچينگ، اصلاح يا ايجاد يك سيگنال الكتريكي با كنترل حركت الكترونها درفضايي با فشار پايين بكار مي رود. بعضي از نمونه هاي خاص وكيوم تيوبها با گازهاي فشار پايين پر مي شوند كه آنها را والو (تيوب) نرم مي نامند كه از نوع سخت آن كه فشار داخلي آن تا حد امكان كاهش يافته است متفاوت هستند. تقريبا تمامي آنها به انتشار حرارتي الكترونها (ترميونيك) وابسته هستند. وكيوم تيوبها نقش حياتي در گسترش الكترونيك داشتند. توسعه و تجارتي شدن امواج راديويي، تلويزيون، رادارها، بازتوليد صدا، شبكه هاي گسترده تلفن، كامپيوترهاي آنالوگ و ديجيتال همگی مدیون تولد این اعجوبه الکترونیک هستند. برخي از اين كاربردها قبل از الكترونيك وجود داشتند اما وكيوم تيوب آنها را گسترش داد و عملي ساخت.

در اكثر موارد ذكر شده ، وكيوم تيوبها با دستگاههايي جامد مانند ترانزيستورها و ديودها جايگزين شده اند كه داراي طول عمر بيشتر، ابعاد كمتر، كارآيي بالاتر، قابليت اطمينان بيشتر و قيمت ارزانتر نسبت وكيوم تيوبها هستند. اما هنوز اين تيوبها در موارد خاصي مورد استفاده قرار مي گيرند که تا به حال جایگزینی مناسب با آن عملکرد برایشان پیدا نشده است. به عنوان مثال استفاده از وکیوم تیوب ها در فرستنده هاي فركانس راديويي High-Power به دلایل مهندسی و همچنین بکارگیری لامپ های خلاء در تقويت كننده هاي صوتی (آمپلیفایر ها) به دليل عملکرد ویژه و منحصر به فردشان که به اصطلاح موجب گرم و حجیم شدن صدا می شوند.
تيوبهاي اشعه كاتد همچنان در دستگاههاي تصويري از قبيل تلويزيونها، مانيتورها و اسيلسكوپها مورد استفاده قرار مي گيرند (امروزه با LCD ها و ديگر صفحات نمايشي فِلَت جایگزین شده اند مي باشند). نمونه اي خاص از الكترون تيوب، Magnetron ، منبع انرژي مايكرو ويو و برخي سيستمهاي رادار مي باشد.

ساختمان وكيوم تيوب

وكيوم تيوب از تعدادي الكترود در يك وكيوم (خلاء) در پوششي عايق  و مقاوم  در برابر حرارت (عموما لوله اي شكل ) تشكيل شده است. بسياري از تيوبها داراي پوشش شيشه اي و برخي ديگر چون تيوبهاي پاور ممكن است داراي پوششهاي سراميك يا فلزي باشند. الكترودها به ليدهايي متصل مي شوند كه از داخل محفظه خلاء عبور مي كنند. در اكثر تيوبها، ليدها به گونه اي طراحي شده اند كه به يك سوكت متصل مي شوند تا تعويض آنها ساده تر انجام شود.

12ax7_graphic

ساده ترين وكيوم تيوبها به لامپهاي نئون شباهت دارند كه داراي فيلامنتهايي (سيمهايي نازك كه در پاسخ به جريان الكتريكي گرم شده و نور متصاعد مي كنند) در محفظه اي شيشه اي و خالي از هوا مي باشند. اين فيلامنتها در اثر گرما الكترونهايي را در وكيوم منتشر مي كنند، فرآيندي كه انتشار ترميونيك نام دارد. اين توده منفي الكترونها شارژ محيطي ناميده مي شود. چنانچه پليت (آند) در مقايسه با فيلامنت (كاتد) با بار مثبت شارژ شده باشد اين الكترونها به سمت پليت فلزي (آند) در داخل محفظه هدايت مي شوند. نتيجه حاصل جرياني از الكترونها از فيلامنت به سمت پليت (آند) مي باشد. اين جريان نمي تواند معكوس باشد چرا كه پليت داغ نشده و الكتروني انتشار نمي دهد. اين نمونه ساده شرح داده شده مي تواند در عملكرد يك ديود مشاهده شود: دستگاهي كه جريان را تنها در يك جهت انتقال مي دهد. ديود وكيوم تيوب، جريان قراردادي را از پليت (آند) به فيلامنت (كاتد) هدايت مي كند كه در خلاف جهت مسير الكترونها مي باشد.

وكيوم تيوبها به اختلاف دماي بالا بين كاتد داغ و آند سرد نياز دارند. از اينرو، وكيوم تيوبها از نظر توان ذاتا كم بازده مي باشند كه تيوب را در يك محفظه نگهدارنده دما نگاه داشته و اين امكان را به تيوب مي دهد كه دمايي يكسان را جذب نمايد كه به انتشار الكترونها از آند كه جريان تك مسير را هدايت مي كنند منجر مي شود. از آنجا كه تيوب نيازمند خلاء براي عملكرد خود مي باشد انتقال حرارتي سرماي آند معمولا غير ممكن مي باشد. در عوض، خنك شدن آند اساسا از طريق تششع  black-body (شيئي كه تمامي طول موجهاي پرتوهاي الكترومغناطيس را جذب نموده و كاراترين ساتع كننده امواج مي باشد.) و هدايت گرما به لايه بيروني محفظه شيشه اي و از طريق فريم نگهدارنده آند صورت مي گيرد.  تيوبهاي آند سرد همچنان وجود دارند اما اساساً در سيستمهاي روشنايي به كار مي رود كه در آنها تنظيم پاور يك سويه هدف اصلي عملكرد تيوب نمي باشد.

در حوزه صدا Tube Sound واژه ای است که ذهن هر مهندس صدای حرفه ای و آگاه را قلقلک میدهد ! اصطلاح  Tube Sound بیانگر شخصیتی از صداست که توسط وکیوم تیوب شکل گرفته است. عملکردی جادویی که با ایجاد Distortion در صدا، موجب گرم تر و حجیم تر شدن آن و در نهایت زیباتر شنیده شدن صدا می شود. عاملی که موجب گرم تر شدن صدا توسط این المان می شود تغییر داینامیکی هارمونیک های صداست. در نمونه های مرغوب بیشترین تغییر دیستروشن در هارمونیک دوم است.

THD-BARS-2W

Elekit TU-8200 harmonic distortion components at 2 W

در آزمایشی که از آمپلیفایر وکیوم تیوب Elekit TU-8200 بدست آمده مشاهده میکنیم که هارمونیک دوم d2 حدود 20 دسیبل از هارمونیک های دیگر بالاتر است. ( دلیل اصلی حجم و گرمای صدا)

امروزه در صنعت صدا نمونه های نرم افزاری شبیه سازی شده از پردازنده های والو بیس توسط کمپانی های مختلفی برنامه نویسی شده اند که در DAW ها قابل استفاده هستند، اما به جهت عملکرد پیچیده  این لامپها در مدارهای سخت افزاری آنالوگ (مدار های حقیقی) هنوز نمیتوان به بازده ای تمام و کمال و مشابه نمونه های حقیقی، توسط پردازنده های دیجیتال دست یافت.(البته در این بین نباید سیاست مارکت را نادیده بگیریم.)

در هر حال کمپانی های زیادی هستند که مدعی شبیه سازی تمام و کمال نمونه هایی از این المان الکترونیک به صورت مجازی و نرم افزاری هستند که با آزمایشهای صورت گرفته توسط اینجانب در بهترین حالت تنها میتوانند حدود 60 درصد عملکرد یک نمونه لامپ سخت افزاری در یک پروسسور کلاس A  را شبیه سازی کنند.

یکی از این پلاگین ها  Wave Arts Tube Saturator II است که البته هنگام استفاده از این پلاگین به صورت اینسرت در مالتی ترکها با چالش میزان استفاده از پردازنده مرکزی (CPU Usage) مواجه خواهیم شد.

نویسنده: سعید روشنی