เครื่องขยายเสียงแบบหลอดสุญญากาศหรือเครื่องขยายเสียงแบบวาล์ว เป็น เครื่องขยายเสียงอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่ใช้หลอดสุญญากาศเพื่อเพิ่ม ความแรงหรือกำลังของสัญญาณเครื่องขยายเสียงแบบวาล์วที่มีกำลังต่ำถึงปานกลางสำหรับความถี่ต่ำกว่าไมโครเวฟ นั้น ถูกแทนที่ด้วย เครื่องขยายเสียงแบบ โซลิดสเตท เป็นส่วนใหญ่ ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 เครื่องขยายเสียงแบบวาล์วสามารถนำไปใช้ในงานต่างๆ เช่นเครื่องขยายเสียงกีตาร์เครื่องรับส่งสัญญาณดาวเทียม เช่นDirecTVและGPSเครื่องขยายเสียงสเตอริโอคุณภาพสูง งานด้านการทหาร (เช่นเรดาร์ ) และ เครื่อง ส่งสัญญาณวิทยุและโทรทัศน์UHFกำลังสูงมาก

จนกระทั่งมีการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ในปี พ.ศ. 2490 เครื่องขยายเสียงอิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูงที่ใช้งานได้จริงส่วนใหญ่ทำโดยใช้หลอดสุญญากาศ [ ^{1 ] หลอด}สุญญากาศที่ง่ายที่สุด (เรียกว่าไดโอดเพราะมีขั้วไฟฟ้า สองขั้ว ) ถูกประดิษฐ์โดยจอห์น แอมโบรส เฟลมมิงขณะทำงานให้กับบริษัทมาร์โคนีในลอนดอนในปี พ.ศ. 2447 ไดโอดนำไฟฟ้า ได้ เพียงทิศทางเดียวและถูกใช้เป็นตัวตรวจจับคลื่นวิทยุและตัว เรียงกระแส

ในปี ค.ศ. 1906 ลี เดอ ฟอเรสต์ได้เพิ่มอิเล็กโทรดที่สามและประดิษฐ์อุปกรณ์ขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ตัวแรก คือ ไตรโอดซึ่งเขาตั้งชื่อว่าออเดียนตะแกรงควบคุมเพิ่มเติมนี้จะปรับกระแสที่ไหลระหว่างแคโทดและแอโนดความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไหลและแรงดันเพลตและตะแกรงมักแสดงเป็นชุดของ "เส้นโค้งลักษณะเฉพาะ" บนแผนภาพ ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบอื่นๆ ในวงจร กระแสไหลที่ถูกปรับนี้สามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้กำลังขยายกระแสหรือแรงดันได้

การประยุกต์ใช้การขยายสัญญาณด้วยหลอดสุญญากาศครั้งแรกนั้นอยู่ในกระบวนการสร้างสัญญาณ โทรศัพท์ทางไกลขึ้นใหม่ต่อมา การขยายสัญญาณด้วยหลอดสุญญากาศถูกนำไปใช้ในตลาด " ไร้สาย " ซึ่งเริ่มต้นขึ้นในช่วงต้นทศวรรษที่ 1930 และในที่สุด เครื่องขยายเสียงสำหรับดนตรีและโทรทัศน์ก็ถูกสร้างขึ้นโดยใช้หลอดสุญญากาศเช่นกัน

วงจรขยายสัญญาณแบบไตรโอดปลาย เดี่ยว (single-ended triode gain stage) ที่แพร่หลายอย่างมากในช่วงเวลานั้น ทำงานในคลาสเอ (Class A) ซึ่งให้เสียงที่ดีมาก (และประสิทธิภาพ การบิดเบือน ที่วัดได้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ) แม้ว่าวงจรจะเรียบง่ายมากและมีส่วนประกอบน้อยมาก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในยุคที่ส่วนประกอบต่างๆ ผลิตด้วยมือและมีราคาแพงมาก ก่อนสงครามโลกครั้งที่สองเครื่องขยายเสียงแบบหลอดเกือบทั้งหมดมีอัตราขยายต่ำและมีความเป็นเชิงเส้นขึ้นอยู่กับความเป็นเชิงเส้นโดยธรรมชาติของหลอดเอง โดยทั่วไปจะมีค่าการบิดเบือน 5% ที่กำลังไฟสูงสุด

การป้อนกลับเชิงลบ (Negative Feedback หรือ NFB) ถูกคิดค้นโดยHarold Stephen Blackในปี 1927 แต่ในตอนแรกไม่ค่อยได้ใช้มากนัก เนื่องจากในเวลานั้นอัตราขยายเป็นสิ่งที่มีค่ามาก เทคนิคนี้ช่วยให้เครื่องขยายเสียงสามารถแลกเปลี่ยนอัตราขยายกับการลดระดับความผิดเพี้ยน (และยังให้ประโยชน์อื่นๆ เช่น การลดอิมพีแดนซ์เอาต์พุต) การเปิดตัวเครื่องขยายเสียง Williamsonในปี 1947 ซึ่งมีความล้ำหน้าอย่างมากในหลายด้าน รวมถึงการใช้ NFB ที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก ถือเป็นจุดเปลี่ยนในการออกแบบเครื่องขยายเสียงกำลังสูง โดยใช้วงจรเอาต์พุตแบบพุชพูลในคลาส AB1 เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเครื่องขยายเสียงในยุคเดียวกัน

สงครามโลกครั้งที่สองกระตุ้นให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างมากและเศรษฐกิจการผลิตในระดับอุตสาหกรรม ความมั่งคั่งที่เพิ่มขึ้นหลังสงครามนำไปสู่ตลาดผู้บริโภคที่ใหญ่และขยายตัว ทำให้ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถสร้างและทำการตลาดอุปกรณ์หลอดสุญญากาศที่มีดีไซน์ล้ำสมัยมากขึ้นในราคาที่เหมาะสม ส่งผลให้ในช่วงทศวรรษ 1960 มีการแพร่หลายของเครื่องเล่นแผ่นเสียงอิเล็กทรอนิกส์ และในที่สุดก็เป็นจุดเริ่มต้นของระบบเสียงไฮไฟระบบไฮไฟสามารถขับลำโพงที่มีช่วงความถี่เต็มรูปแบบ (เป็นครั้งแรก โดยมักใช้ไดรเวอร์หลายตัวสำหรับย่านความถี่ต่างๆ) ให้ได้ระดับเสียงที่ดังมาก สิ่งนี้ประกอบกับการแพร่หลายของโทรทัศน์ ทำให้เกิด 'ยุคทอง' ในการพัฒนาหลอดสุญญากาศ และการออกแบบวงจรขยายเสียงแบบใช้หลอดสุญญากาศ

รูปแบบวงจรขยายเสียงหลากหลายรูปแบบที่มีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การจัดเรียง ตัวแยกเฟส ที่แตกต่างกัน และการเชื่อมต่อหม้อแปลง " อัลตร้าลิเนียร์ " สำหรับหลอดเทโทรด) ได้แพร่หลายอย่างรวดเร็ว ตระกูลการออกแบบนี้ยังคงเป็นรูปแบบวงจรขยายเสียงกำลังสูงที่โดดเด่นที่สุดสำหรับการใช้งานด้านดนตรีมาจนถึงทุกวันนี้ ในช่วงเวลานี้ยังมีการเติบโตอย่างต่อเนื่องของวิทยุพลเรือน โดยมีการใช้หลอดสุญญากาศทั้งในเครื่องส่งและเครื่องรับ

ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนเริ่มแพร่หลายมากขึ้น การผลิตหลอดสุญญากาศลดลงอย่างมาก ยกเว้นหลอดภาพรังสีแคโทด (CRT) และหลอดสุญญากาศสำหรับงานขยายสัญญาณที่มีให้เลือกน้อยลง หลอดสุญญากาศกำลังต่ำที่นิยมใช้คือหลอดไตรโอดคู่ (ECCnn, ซีรี่ส์ 12Ax7) และหลอดเพนโทด EF86 ส่วนหลอดกำลังสูงส่วนใหญ่จะเป็นหลอดทีโทรดและเพนโทดแบบบีม (EL84, EL34, KT88/6550, 6L6) ซึ่งทั้งสองแบบใช้ความร้อนทางอ้อม ชุดหลอดสุญญากาศที่ลดลงนี้ยังคงเป็นแก่นหลักของการผลิตหลอดสุญญากาศในปัจจุบัน

ในช่วงสงครามเย็นสหภาพโซเวียตยังคงใช้หลอดสุญญากาศมากกว่าตะวันตก มาก เนื่องจากความต้องการด้านการสื่อสารและการขยายสัญญาณทางทหารส่วนใหญ่ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความสามารถของหลอดสุญญากาศในการทนต่อการโอเวอร์โหลดทันที (โดยเฉพาะจากการระเบิดนิวเคลียร์ ) ซึ่งจะทำลายทรานซิสเตอร์^{[ 2 ]}

การลดขนาด การใช้พลังงาน ระดับ ความผิดเพี้ยน ที่ลดลง และเหนือสิ่งอื่นใดคือต้นทุนของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์อย่างมาก ทำให้หลอดสุญญากาศล้าสมัยสำหรับผลิตภัณฑ์ทั่วไปตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา อย่างไรก็ตาม หลอดสุญญากาศยังคงใช้ในบางแอปพลิเคชัน เช่น เครื่องส่งสัญญาณ RF กำลังสูงและเตาไมโครเวฟและอุปกรณ์ขยายเสียง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับกีตาร์ไฟฟ้า สตูดิโอบันทึกเสียง และเครื่องเสียงสเตอริโอระดับไฮเอนด์ภายในบ้าน

ในด้านการใช้งานด้านเสียง หลอดสุญญากาศยังคงเป็นที่ต้องการอย่างมากจากผู้ใช้งานมืออาชีพส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์สตูดิโอบันทึกเสียงและแอมป์กีตาร์ นอกจากนี้ยังมีกลุ่มผู้ชื่นชอบเสียงเพลงกลุ่มหนึ่งที่สนับสนุนการใช้แอมป์หลอดสุญญากาศสำหรับการฟังเพลงที่บ้าน พวกเขาให้เหตุผลว่าแอมป์หลอดสุญญากาศให้เสียงที่ "อบอุ่น" หรือ "เป็นธรรมชาติ" มากกว่า บริษัทต่างๆ ในเอเชียและยุโรปตะวันออกยังคงผลิตหลอดสุญญากาศเพื่อตอบสนองตลาดนี้

นักกีตาร์มืออาชีพหลายคนใช้แอมป์หลอดเนื่องจาก "โทนเสียง" ที่โด่งดัง "โทนเสียง" ในที่นี้หมายถึงลักษณะเสียงหรือสีของระดับเสียง ซึ่งเป็นคุณภาพที่ค่อนข้างเป็นอัตวิสัยและยากที่จะวัดได้ ช่างเทคนิคและนักวิทยาศาสตร์ด้านเสียงส่วนใหญ่เชื่อว่า "ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกคู่" ที่เกิดจากหลอดสุญญากาศนั้นฟังดูไพเราะกว่าทรานซิสเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นสไตล์ใดก็ตาม ลักษณะโทนเสียงของหลอดสุญญากาศนี่เองที่ทำให้มันยังคงเป็นมาตรฐานของอุตสาหกรรมสำหรับการขยายสัญญาณก่อนไมโครโฟนในกีตาร์และสตูดิโอ

แอมป์หลอดตอบสนองแตกต่างจากแอมป์ทรานซิสเตอร์เมื่อระดับสัญญาณเข้าใกล้และถึงจุดที่เกิดการคลิปปิ้งในแอมป์หลอด การเปลี่ยนจากการขยายเชิงเส้นไปสู่การจำกัดจะค่อยเป็นค่อยไปน้อยกว่าในหน่วยโซลิดสเตท ส่งผลให้เกิดการบิดเบือนที่ไม่รุนแรงนักเมื่อเริ่มเกิดการคลิปปิ้ง ด้วยเหตุนี้ นักกีตาร์บางคนจึงชอบเสียงของแอมป์หลอดทั้งหมด อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางสุนทรียศาสตร์ของแอมป์หลอดเทียบกับแอมป์โซลิดสเตทเป็นหัวข้อถกเถียงกันในกลุ่มนักกีตาร์^{[ 3 ]}

โดยทั่วไปแล้ว หลอดสุญญากาศจะทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าและกระแสไฟฟ้าต่ำกว่าทรานซิสเตอร์ แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของวงจรโซลิดสเตทจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วยเทคโนโลยีอุปกรณ์สมัยใหม่ก็ตาม เครื่องส่งสัญญาณวิทยุกำลังสูงที่ใช้ในปัจจุบันทำงานในช่วงกิโลโวลต์ ซึ่งยังไม่มีเทคโนโลยีอื่นใดที่เทียบเคียงได้ ([กำลัง = แรงดันไฟฟ้า × กระแสไฟฟ้า] ดังนั้นกำลังสูงจึงต้องการแรงดันไฟฟ้าสูง กระแสไฟฟ้าสูง หรือทั้งสองอย่าง)

หลอดสุญญากาศหลายตัวมีคุณสมบัติเชิงเส้นที่ดี แต่มีอัตราขยายหรือค่าการนำไฟฟ้า ที่ไม่สูงนัก เครื่องขยายเสียงที่ใช้หลอดสุญญากาศสามารถตอบสนองความถี่ได้สูงมาก – จนถึงความถี่วิทยุและเครื่องขยายเสียงแบบไตรโอดปลายเดี่ยวที่ให้ความร้อนโดยตรง (DH-SET) หลายตัวใช้หลอดส่งสัญญาณวิทยุที่ออกแบบมาให้ทำงานในช่วงความถี่เมกะเฮิร์ตซ์ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การออกแบบเครื่องขยายเสียงแบบใช้หลอดสุญญากาศมักจะ "เชื่อมต่อ" วงจรต่างๆ เข้าด้วยกันโดยใช้ตัวเก็บประจุ ซึ่งจำกัดแบนด์วิดท์ที่ปลายต่ำ หรือใช้ตัวเหนี่ยวนำกับหม้อแปลง ซึ่งจำกัดแบนด์วิดท์ทั้งที่ปลายต่ำและปลายสูง

• เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับวงจรไฟฟ้าแรงสูง
• สามารถสร้างอุปกรณ์ในขนาดที่สามารถระบายความร้อนได้ปริมาณมาก (อุปกรณ์บางชนิดที่มีกำลังสูงมากอาจใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ) ด้วยเหตุนี้ หลอดสุญญากาศจึงยังคงเป็นเทคโนโลยีเดียวที่ใช้งานได้จริงสำหรับงานที่มีกำลังสูงมาก เช่น เครื่องส่งสัญญาณวิทยุและโทรทัศน์ จนกระทั่งยุคที่ทรานซิสเตอร์เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศในงานอื่นๆ ส่วนใหญ่แล้ว
• มีความทนทานทางไฟฟ้าสูงมาก สามารถทนต่อการโอเวอร์โหลดที่อาจทำลาย ระบบ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ได้ภายในไม่กี่มิลลิวินาทีแต่สามารถทนต่อการโอเวอร์โหลดได้นานหลายนาที
• สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุดชั่วขณะสูงมากโดยไม่เสียหาย เหมาะสำหรับการใช้งานทางทหารและอุตสาหกรรมบางประเภท
• โดยทั่วไปจะทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าความสามารถสูงสุดมาก ทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานและเชื่อถือได้
• การตัดสัญญาณที่นุ่มนวลขึ้นเมื่อวงจรทำงานเกินกำลัง ซึ่งนักฟังเพลงและนักดนตรีหลายคนเชื่อว่าจะให้เสียงที่ไพเราะและน่าพึงพอใจทางดนตรีมากกว่า

• ความเป็นเส้นตรงที่ไม่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับปัจจัยป้อนกลับที่ไม่รุนแรง^{[ 4 ]}
• หลอดสุญญากาศต้องใช้ตัวทำความร้อนที่ขั้วแคโทดกำลังไฟของตัวทำความร้อนนั้นก่อให้เกิดการสูญเสียความร้อนและการใช้พลังงานจำนวนมาก
• หลอดสุญญากาศต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าสำหรับขั้วแอโนด เมื่อเทียบกับเครื่องขยายเสียงแบบโซลิดสเตทที่มีกำลังไฟใกล้เคียงกัน
• หลอดสุญญากาศมีขนาดใหญ่กว่าอุปกรณ์โซลิดสเตทที่มีขนาดเทียบเท่ากันอย่างมาก
• ความต้านทานสูงและกระแสเอาต์พุตต่ำไม่เหมาะสมสำหรับการขับเคลื่อนโดยตรงของโหลดในโลกแห่งความเป็นจริงหลายประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งมอเตอร์ไฟฟ้า ชนิดต่างๆ
• วาล์วมีอายุการใช้งานสั้นกว่าชิ้นส่วนโซลิดสเตท เนื่องจากกลไกการเสียหายต่างๆ (เช่น ความร้อนการปนเปื้อนของแคโทดการแตกหัก หรือการลัดวงจรภายใน)
• หลอดสุญญากาศมีจำหน่ายเฉพาะขั้วเดียว ในขณะที่ทรานซิสเตอร์มีจำหน่ายในขั้วคู่ตรงข้าม (เช่น NPN/PNP) ทำให้สามารถสร้างวงจรได้หลากหลายรูปแบบที่ไม่สามารถทำได้โดยตรง
• วงจรวาล์วต้องหลีกเลี่ยงการรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟเครื่องทำความร้อนกระแสสลับ
• ปรากฏการณ์ไมโครโฟนิกส์ – วาล์วบางครั้งอาจไวต่อเสียงหรือการสั่นสะเทือน ทำให้เกิดพฤติกรรมคล้ายไมโครโฟน โดยไม่ตั้งใจ

วงจรขยายสัญญาณทั้งหมดถูกจำแนกตาม "ระดับการทำงาน" เป็น A, B, AB และ C เป็นต้น ดูที่ระดับกำลังขยายนอกจากนี้ยังมีโครงสร้างวงจรที่แตกต่างกันอย่างมากเมื่อเทียบกับการออกแบบโดยใช้ทรานซิสเตอร์

• กริด (ซึ่งเป็นจุดที่ป้อนสัญญาณอินพุต) จำเป็นต้องมีไบแอสเป็นค่าลบอย่างมากเมื่อเทียบกับแคโทด ทำให้การเชื่อมต่อเอาต์พุตของหลอดหนึ่งเข้ากับอินพุตของหลอดถัดไปโดยตรงทำได้ยากมาก ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำกันโดยทั่วไปในวงจรทรานซิสเตอร์
• วงจรหลอดสุญญากาศจะเชื่อมต่อด้วยชิ้นส่วนที่ทนแรงดันได้หลายร้อยโวลต์ โดยทั่วไปจะเป็นตัวเก็บประจุ และบางครั้งอาจเป็นหม้อแปลงต่อพ่วง การเปลี่ยนแปลงเฟสที่เกิดจากวงจรต่อพ่วงอาจกลายเป็นปัญหาในวงจรที่มีการป้อนกลับ
• ไม่มีอุปกรณ์หลอดสุญญากาศใดที่เทียบเท่ากับอุปกรณ์คอมพลีเมนต์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรเอาต์พุตแบบ "โทเทมโพล" ของวงจรซิลิคอน ดังนั้น วงจรหลอดสุญญากาศแบบพุชพูลจึงต้องใช้ตัวแยกเฟส
• อิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่สูงมากของหลอดสุญญากาศ (เมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์) มักต้องใช้หม้อแปลงจับคู่เพื่อขับโหลดอิมพีแดนซ์ต่ำ เช่น ลำโพงหรือหัวกลึง หม้อแปลงถูกใช้เป็นโหลด แทนที่ตัวต้านทานที่มักใช้ในวงจรสัญญาณขนาดเล็กและวงจรขับ อิมพีแดนซ์สะท้อนของขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงที่ความถี่ใช้งานนั้นสูงกว่าความต้านทานกระแสตรงของขดลวดมาก ซึ่งมักมีค่าเป็นกิโลโอห์ม อย่างไรก็ตาม หม้อแปลงประสิทธิภาพสูงนั้นเป็นข้อจำกัดทางวิศวกรรมอย่างมาก มีราคาแพง และในการใช้งานจริงก็ห่างไกลจากอุดมคติ หม้อแปลงเอาต์พุตทำให้ต้นทุนของวงจรขยายเสียงแบบหลอดสุญญากาศเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับวงจรทรานซิสเตอร์แบบต่อตรง อย่างไรก็ตาม ทั้งในแอมป์หลอดสุญญากาศและแอมป์โซลิดสเตท จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงเอาต์พุตจับคู่สำหรับการใช้งานระบบเสียงสาธารณะที่ใช้สายส่งแรงดันสูง/อิมพีแดนซ์สูงที่มีการสูญเสียต่ำเพื่อเชื่อมต่อลำโพงหลายตัวที่อยู่ห่างไกลกัน
• คุณสมบัติความเป็นเชิงเส้นแบบวงเปิดของหลอดสุญญากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลอดไตรโอด ทำให้สามารถใช้การป้อนกลับเชิงลบเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยในวงจร ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการลดการบิดเบือนที่ยอมรับได้หรือดีเยี่ยม (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวงจรสัญญาณขนาดเล็ก)

• วงจรสัญญาณขนาดเล็กเชิงเส้นเกือบทั้งหมดใช้หลอดไตรโอดในวงจรขยายสัญญาณแบบปลายเดี่ยว (ในคลาส A) รวมถึงวงจรเอาต์พุตด้วย
• เครื่องขยายเสียงหลอดสุญญากาศแบบบรอดแบนด์โดยทั่วไปจะใช้คลาส A1 หรือ AB1
• วงจรขยายกำลังสูงสมัยใหม่มักใช้แบบพุชพูล ซึ่งมักต้องใช้ตัวแยกเฟสเพื่อสร้างสัญญาณขับแบบดิฟเฟอเรนเชียล/บาลานซ์จากอินพุตแบบซิงเกิลเอนด์ โดยทั่วไปจะมีวงจรขยายสัญญาณเพิ่มเติม (ตัวขับ) ก่อนถึงหลอดเอาต์พุต ตัวอย่างเช่นวงจรขยายแบบพุชพูลที่ควบคุมด้วยตัวต้านทานแบบขนาน
• วงจรขยายกำลังแบบซิงเกิลเอนด์ที่ใช้หลอดสุญญากาศขนาดใหญ่มากนั้นมีอยู่จริงและเป็นที่นิยมใช้ในงานส่งสัญญาณวิทยุ ข้อสังเกตเพิ่มเติมคือ วงจร "DH-SET" ที่ได้รับความนิยมในกลุ่มนักฟังเพลงบางกลุ่มนั้นเรียบง่ายมากและโดยทั่วไปสร้างขึ้นโดยใช้หลอดสุญญากาศประเภทที่ออกแบบมาเพื่อใช้ในเครื่องส่งสัญญาณวิทยุตั้งแต่แรก
• โทโพโลยีที่ซับซ้อนกว่า (โดยเฉพาะการใช้โหลดแบบแอคทีฟ) สามารถปรับปรุงความเป็นเชิงเส้นและการตอบสนองความถี่ได้ (โดยการกำจัดผลกระทบของความจุแบบมิลเลอร์)

อิมพีแดนซ์เอาต์พุตสูงของวงจรเพลตหลอดสุญญากาศนั้นไม่เหมาะสมกับโหลดที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ เช่น ลำโพงหรือเสาอากาศ จึงจำเป็นต้องใช้เครือข่ายจับคู่เพื่อการส่งกำลังที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งอาจเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าที่ความถี่เสียง หรือเครือข่ายปรับจูนต่างๆ ที่ความถี่วิทยุ

ใน วงจร แคโทดฟอลโลเวอร์หรือวงจรคอมมอนเพลทสัญญาณเอาต์พุตจะมาจากความต้านทานของแคโทด เนื่องจากมีการป้อนกลับเชิงลบ (แรงดันแคโทด-กราวด์หักล้างแรงดันกริด-กราวด์) อัตราขยายแรงดันจึงใกล้เคียงกับหนึ่ง และแรงดันเอาต์พุตจะตามแรงดันกริด แม้ว่าความต้านทานของแคโทดจะมีค่าหลายกิโลโอห์ม (ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการไบแอส) แต่ความต้านทานเอาต์พุตของสัญญาณขนาดเล็กนั้นต่ำมาก (ดูที่วงจรขยายสัญญาณปฏิบัติการ )

หลอดสุญญากาศยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในแอมป์กีตาร์และ แอมป์ เสียงระดับไฮเอนด์เนื่องจากคุณภาพเสียงที่ได้รับการยอมรับ แต่ในด้านอื่นๆ หลอดสุญญากาศเริ่มล้าสมัยไปแล้ว เนื่องจากมีการใช้พลังงานสูงกว่า เกิดการบิดเบือนของเสียงมากกว่า มีราคาสูงกว่า มีความน่าเชื่อถือน้อยกว่า และมีน้ำหนักมากกว่าเมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์

การโทรศัพท์เป็นแอปพลิเคชันแรกเริ่มของการขยายสัญญาณเสียง และยังคงเป็นการใช้งานหลักมาเป็นเวลาหลายปี ปัญหาเฉพาะสำหรับอุตสาหกรรมโทรคมนาคมคือเทคนิคการรวมสายสนทนาจำนวนมาก (มากถึงหนึ่งพันสาย) เข้าไว้ในสายเคเบิลเส้นเดียว ที่ความถี่ต่างกัน เครื่องขยายเสียงแบบ "รีพีเตอร์" ที่ใช้หลอดสุญญากาศเพียงตัวเดียวสามารถขยายสัญญาณการโทรได้หลายสายพร้อมกัน จึงประหยัดค่าใช้จ่ายมาก

ปัญหาคือแอมพลิฟายเออร์ต้องมีความเป็นเชิงเส้นสูงมาก มิฉะนั้น " การบิดเบือน แบบอินเตอร์โมดูเลชัน " (IMD) จะส่งผลให้เกิด "ครอสทอล์ก" ระหว่างช่องสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์ นี่จึงเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาที่เน้นการบิดเบือนต่ำ ซึ่งเกินกว่าความต้องการพื้นฐานของช่องสัญญาณเสียงเดี่ยวอย่างมาก

ปัจจุบัน การใช้งานหลักของหลอดสุญญากาศคือเครื่องขยายเสียงสำหรับระบบเสียงไฮไฟและสำหรับการแสดงดนตรี เช่นกีตาร์ไฟฟ้าเบสไฟฟ้าและออร์แกนแฮมมอนด์แม้ว่าการใช้งานเหล่านี้จะมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันเกี่ยวกับความผิดเพี้ยน ซึ่งส่งผลให้ต้องมีการประนีประนอมในการออกแบบที่แตกต่างกัน แต่เทคนิคการออกแบบพื้นฐานเดียวกันนี้ก็สามารถใช้ได้ทั่วไปและครอบคลุมการใช้งานการขยายสัญญาณบรอดแบนด์ทั้งหมด ไม่ใช่แค่ด้านเสียงเท่านั้น

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง เครื่องขยายเสียงแบบใช้หลอดสุญญากาศส่วนใหญ่จะเป็นแบบ Class AB-1 "push pull" ultralinear หรือแบบ single ended ราคาประหยัด เช่น หลอด 6BQ5/EL84 แต่ก็ยังมีผลิตภัณฑ์เฉพาะกลุ่มที่ใช้แบบ DH-SET และแม้แต่แบบที่ไม่มีหม้อแปลงเอาต์พุตอยู่บ้างในจำนวนเล็กน้อย

เครื่องวัดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า แบบขดลวด เคลื่อนที่พื้นฐานนั้นใช้กระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย จึงทำให้วงจรที่ต่ออยู่เกิดภาระ ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงสภาวะการทำงานในวงจรที่กำลังวัดได้อย่างมาก ส่วนเครื่องวัดแรงดันไฟฟ้าแบบหลอดสุญญากาศ (VTVM) ใช้ความต้านทานอินพุตสูงของหลอดสุญญากาศเพื่อแยกวงจรที่กำลังวัดออกจากภาระของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า

ออ สซิลโล สโคป แบบหลอดสุญญากาศมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงมาก จึงสามารถใช้วัดแรงดันไฟฟ้าได้แม้ในวงจรที่มีอิมพีแดนซ์สูงมาก โดยทั่วไปอาจมีการขยายสัญญาณ 3 หรือ 4 ขั้นตอนต่อช่องสัญญาณแสดงผล ในออสซิลโลสโคปรุ่นต่อมา ได้มีการใช้ตัวขยายสัญญาณชนิดหนึ่งที่ใช้หลอดสุญญากาศหลายหลอดต่อกันในระยะห่างเท่าๆ กันตามแนวสายส่งสัญญาณซึ่งเรียกว่า ตัวขยาย สัญญาณแบบกระจาย (distributed amplifier) ​​เพื่อขยายสัญญาณแนวตั้งความถี่สูงมากก่อนที่จะส่งไปยังหลอดแสดงผล ปัจจุบันออสซิลโลสโคปแบบหลอดสุญญากาศนั้นล้าสมัยแล้ว

ในช่วงปลายยุคของหลอดสุญญากาศ หลอดสุญญากาศยังถูกนำมาใช้ในการผลิต " ตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ " (operational amplifier หรือ op-amp) ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงเส้นสมัยใหม่จำนวนมาก โดยทั่วไปแล้ว op-amp จะมีวงจรป้อนเข้าแบบดิฟเฟอเรนเชียลและวงจรส่งออกแบบโทเทมโพล วงจรมักจะมีอุปกรณ์แอคทีฟอย่างน้อยห้าตัว มีการผลิต "แพ็คเกจ" จำนวนมากที่รวมวงจรดังกล่าว (โดยทั่วไปใช้ซองแก้วสองอันขึ้นไป) เข้าไว้ในโมดูลเดียวที่สามารถเสียบเข้ากับวงจรขนาดใหญ่ (เช่น คอมพิวเตอร์อนาล็อก) ได้ อย่างไรก็ตาม op-amp แบบใช้หลอดสุญญากาศเหล่านี้ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบและล้าสมัยอย่างรวดเร็ว โดยถูกแทนที่ด้วยแบบโซลิดสเตท

ในอดีต หลอดส่งสัญญาณก่อนสงครามโลกครั้งที่สองจัดเป็นหลอดที่มีกำลังส่งสูงที่สุดชนิดหนึ่ง หลอดเหล่านี้มักมีแคโทดแบบไส้หลอดทอเรียมที่ให้ความร้อนโดยตรง ทำให้เรืองแสงเหมือนหลอดไฟ หลอดบางชนิดสามารถใช้งานได้อย่างหนักจนแอโนดเรืองแสงเป็นสีแดงสด แอโนดถูกขึ้นรูปจากวัสดุแข็ง (แทนที่จะทำจากแผ่นบาง) เพื่อทนความร้อนโดยไม่เสียรูปทรง หลอดที่มีชื่อเสียงในประเภทนี้ ได้แก่ หลอด 845 และ 211 ต่อมา หลอดเทโทรดและเพนโทด เช่น 817 และ 813 (แบบให้ความร้อนโดยตรง) ก็ถูกนำมาใช้เป็นจำนวนมากในเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ (โดยเฉพาะในกองทัพ)

วงจร RF แตกต่างจากวงจรขยายสัญญาณบรอดแบนด์อย่างมาก โดยทั่วไปแล้ว เสาอากาศหรือวงจรขั้นต่อไปจะมีส่วนประกอบตัวเก็บประจุหรือตัวเหนี่ยวนำที่ปรับได้ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป ซึ่งช่วยให้สามารถปรับความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรให้ตรงกับความถี่พาหะที่ใช้ได้อย่างแม่นยำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงานและการโหลดบนหลอดสุญญากาศ ซึ่งเรียกว่า "วงจรปรับจูน"

วงจรบรอดแบนด์ต้องการการตอบสนองที่ราบเรียบในช่วงความถี่กว้าง ในทางตรงกันข้าม วงจร RF โดยทั่วไปแล้วจะต้องทำงานที่ความถี่สูง แต่บ่อยครั้งในช่วงความถี่ที่แคบมาก ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ RF อาจต้องทำงานในช่วง 144 ถึง 146 MHz (เพียง 1.4%)

ปัจจุบัน เครื่องส่งสัญญาณวิทยุส่วนใหญ่ใช้ซิลิคอนเป็นวัสดุหลัก แม้แต่ในย่านความถี่ไมโครเวฟก็ตาม อย่างไรก็ตาม เครื่องขยายสัญญาณวิทยุความถี่สูงกำลังสูงจำนวนน้อยลงเรื่อยๆ ยังคงใช้โครงสร้างแบบหลอดสุญญากาศอยู่

• แอมป์กีตาร์
• อุปกรณ์ดนตรีวินเทจ
• ไคลสตรอน
• โรเบิร์ต ฟอน ลีเบน
• หลอดคลื่นเดินทาง
• เครื่องขยายเสียงแบบหลอดสุญญากาศ – ข้อมูลทางเทคนิค
• แอมพลิฟายเออร์ RF แบบวาล์ว
• ตัวส่งสัญญาณวาล์ว

• คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับหลอดสุญญากาศ – คำถามที่พบบ่อยของเฮนรี พาสเตอร์แน็ค จาก rec.audio
• เว็บไซต์ The Audio Circuit ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 4 สิงหาคม 2010 ในWayback Machine – รวบรวมรายชื่อผู้ผลิต ชุดอุปกรณ์ DIY วัสดุ และชิ้นส่วนต่างๆ เกือบทั้งหมด พร้อมทั้งส่วน "วิธีการทำงาน" สำหรับแอมป์หลอดสุญญากาศ
• เครื่องคำนวณการแปลงค่า – ค่าตัวประกอบความบิดเบี้ยวเป็นค่าการลดทอนความบิดเบี้ยวและค่า THD
• AX84.com – แม้ว่าเว็บไซต์นี้จะเน้นไปที่แอมป์กีตาร์แบบใช้หลอด แต่แผนผังวงจรและเอกสารทฤษฎีฟรีของ AX84 ก็สามารถนำไปใช้กับโครงการเกี่ยวกับหลอดสุญญากาศอื่นๆ ได้ดี
• คลังข้อมูลหลอดสุญญากาศ – คลังข้อมูลขนาดใหญ่ (7 GB ขึ้นไป) ที่รวบรวมเอกสารข้อมูลและรายละเอียดเกี่ยวกับหลอดสุญญากาศ