EdW 2003/09 - Elportal

PodstawyLampyelektronowepraktyka i teoriadla młodego elektronikaczęść 3Przed miesiącem obiecałem Ci, że w niniejszymodcinku podam Ci praktyczne wskazówkii ku swemu zaskoczeniu zacznieszprojektować użyteczne układy lampowe. Narazie zajmiemy się triodą i jej podstawowymukładem pracy. Celowo na korzyść praktykipomijam szereg szczegółów, do których jeszczewrócimy. Chodzi mi o to, żebyś poczułistotę zagadnienia i przekonał się, że projektowanieukładów lampowych nie jest wcaletakie trudne, jak można byłoby sobie wyobrażać.Lampy to w sumie dość prymitywneelementy i wcale nie jest łatwo je uszkodzić.W najbliższej przyszłości podam Ci sporągarść wiedzy na temat podstawowych konfiguracjiukładowych i typowych układówpracy. Potem zajmiemy się sprawą doborupunktu pracy lampy. A w tym odcinku, zgodniez obietnicą, zrealizujesz swój pierwszywzmacniacz lampowy. Zanim do tego przejdziemy,parę słów o właściwościach lamp.Napięcie zasilaniaWśród mniej zorientowanych panuje opinia,że lampy muszą pracować przy napięciu anodowymrzędu setek woltów. Istotnie, wewzmacniaczach mocy napięcie anodowe wynosi400...1000V, a nawet więcej. Ale my nieprojektujemy wzmacniacza mocy. Na raziezajmujemy się wzmacniaczem napięciowym,którego jedynym zadaniem jest wzmocnienie(napięcia) sygnału.I tu mam dla Ciebie zaskakującą informację:istnieje lampa, która przewidziana jest dopracy przy napięciu anodowym równym6,3V oraz 12,6V. Tak jest! To nie pomyłka –te 6,3V to nie napięcie żarzenia, tylko napięcieanodowe! Już się kilka razy przekonałem,iż nawet elektronicy starszego pokolenia pamiętającylampy, z niedowierzaniem przyjmowalitaką wiadomość. Tymczasem jest toniezaprzeczalny fakt: lampa ECC86 i jej odpowiednik6GM8 opracowane zostały dodawnych radioodbiorników samochodowych,by pracowały bez przetwornicy przy napięciuanodowym pobieranym wprost z akumulatora.Na dowód na rysunku 15 znajdziesz fragmentoryginalnej karty katalogowej, z któregowynika, że napięcie anodowe nie możeprzekraczać 30V! Z kolei rysunek 16 pokazujepodstawowe charakterystyki tej lampy.I co Ty na to?Ten wręcz szokujący przykład ma Ciuświadomić ważną prawdę: nie wszystkielampy wymagają napięcia anodowego rzędusetek woltów.Jakie więc ma być napięcie anodowew konkretnym wzmacniaczu? Słusznie przypuszczasz,że będzie zależeć od typu i przeznaczenialampy oraz amplitudy przetwarzanychsygnałów. Przyjrzyjmy się temu bliżej.W tabeli 1 znajdziesz zestawienie podstawowychparametrów kilku lamp. Zwróć uwagę,że nie ma tu podanego minimalnego napięciaanodowego.Już tu widać, że lampy ECC86 i ECC88mogą pracować przy stosunkowo niskich napięciachzasilania. Nie napalaj się jednak nafantastyczną z pozoru lampę ECC86. Popierwsze niełatwo ją zdobyć. Jeśli dopisze Ciszczęście i ją zdobędziesz, możesz ją zastosowaći sprawdzić, jak sprawuje się wukładachaudio. Nie jest to jednak lampa konstruowanado sprzętu audio, tylko doroli wzmacniacza i miksera w.cz. Tutrzeba lojalnie przyznać, że i występującaw tabeli lampa ECC85 teżprzeznaczona była głównie do zastosowańw.cz. Tym przeznaczeniemlamp nie trzeba się jednak nadmiernieprzejmować, zwłaszcza na początkuTabela 1Twej przygody z lampami. Warto raczejsprawdzić „na ucho”, jak sprawuje się takalampa w danym zastosowaniu. Dotyczy totakże lampy ECC88, która według kataloguteż przeznaczona jest do... tunerów telewizyjnych,a do dziś znajduje zastosowaniew sprzęcie audio. Podobnie jej długowieczna,nieco ulepszona odmiana E88CC, bardzo częstospotykana w sprzęcie audio, według kataloguprzeznaczona jest do wzmacniaczyw.cz., p.cz., do wzmacniaczy kaskadowych,mieszaczy i inwerterów fazy oraz do... komputerów(multiwibratory, wtórniki). Jedyniejeśli chodzi o lampy ECC82 i ECC83, nie mawątpliwości – katalog podaje, iż są przeznaczonedo wzmacniaczy audio. W każdym raziepierwotne przeznaczenie podane w katalogunie powinno odstraszyć od próby wykorzystaniadanej lampy w sprzęcie audio. Gorszabyłaby sytuacja odwrotna: gdyby lampęprzeznaczoną do wzmacniaczy akustycznychpróbować zastosować we wzmacniaczu w.cz.,przy częstotliwości dziesiątek czy setek megaherców(dałyby o sobie znać znaczne pojemności,ograniczające pasmo). Nie trzebasię też przejmować podawanymi parametramiRys. 15Parametr ECC86 ECC88 E88CC ECC82 ECC85 ECC831 Max napięcie anodowe V 30 130 220 300 300 3002 Moc strat w anodzie W 0,6 1,8 1,5 2,75 2,5 13 Max prąd katody/anody mA 20 25 20 20 15 84 Max napięcie siatki V -30 -50 -100 -100 -100 -505 Max rezystancja Rs MΩ 1 1 1 1 1 26 Max napięcie katoda-grzałka V 30 50 100 180 90 180Elektronika dla Wszystkich27

PodstawyRys. 16Rys. 17szumowymi, które z reguły dotyczą częstotliwościkilkudziesięciu megaherców. Po takimwyjaśnieniu możesz śmiało przeanalizowaćdalsze informacje. W tabeli 2 podane są typoweparametry robocze omawianych lamp.Zwróć uwagę, że dla wszystkich lamp pozaECC86 podane w katalogu robocze napięcieanodowe jest duże i wynosi co najmniej90V. Nie zapomnij jednak, iż jest to typowenapięcie robocze w standardowych zastosowaniach.Nie znaczy to, że lampa nie możepracować przy niższych napięciach – sam sięo tym zaraz przekonasz.Wszystkie omawiane lampy to podwójne,niezależne triody. Niezależne, to znaczy każdązpołówek lampy można dowolnie wykorzystać.Na rysunku 17 masz podane układy wyprowadzeń.Jak pokazuje rysunek 17b, w lampachECC85, ECC86 i ECC88 nóżka 9 jestpołączona z wewnętrznym ekranem. Dołączenietego ekranu do masy pozwala zmniejszyćwzajemny wpływ obu sekcji (obu triod), coma istotne znaczenie przede wszystkim w zakresiew.cz. – stąd inne wykorzystanie nóżki 9w lampach przeznaczonych do zakresu m.cz.W lampach zasada numeracji końcówekjest prosta: bierzemy lampę wrękę, patrzymyna nóżki i liczymy zgodnie z ruchem wskazówekzegara. Ilustruje to fotografia poniżej.W razie wątpliwości można łatwo upewnić sięco do właściwej numeracji – wystarczy zmierzyćomomierzem oporność włókna żarzenia(jest mniejsza od 20Ω), które w lampach 9-nóżkowych (noval) umieszczone jest zawszemiędzy nóżkami 4 i 5. Zwróć uwagę, że nietylko żarzenie, ale też rozkład podstawowychelektrod jest we wszystkich wymienionychlampach identyczny. We wszystkich nóżki 4i5 są końcówkami żarzenia. W tym względzielampy ECC82 i ECC83 (także ECC81) różniąsię od pozostałych istotnym szczegółem: przywykorzystaniu końcówek 4 i 5 napięcie żarzeniama wynosić 12,6V, a prąd żarzenia tylko150mA (w ECC87 – 300mA). W lampachtych nóżka 9 jest wyprowadzeniem punktupołączenia grzejników obu triod. Dzięki takiemuszeregowemu połączeniu i wyprowadzeniupunktu środkowego możliwe jest też żarzeniewłókien lamp ECC82, ECC83 i ECC81napięciem 6,3V (300mA, w ECC87- 600mA).Napięcie to trzeba podać między nóżkę 9i zwarte ze sobą nóżki 4 i 5. Ilustruje to rysunek18.Wybór lampyChoć generalnie wszystkie wymienione lampymogą pracować w sprzęcie audio, jachciałbym zwrócić Twoją uwagę przedewszystkim na lampy ECC88 i E88CC, a dopierow drugiej kolejności na popularneECC82 i ECC83. Wprawdzie bardzo zachęcającowyglądają parametry lampy ECC83,zwłaszcza jej wyjątkowe duże wzmocnienieKa, jednak lampa ta powinna pracować przystosunkowo dużym napięciu, a ja na początekchcę Ci pokazać, że można z powodzeniempracować przy zaskakująco niskim napięciuanodowym.Fot. 1Tabela 2Parametr ECC86 ECC88 E88CC ECC82 ECC85 ECC831 Napięcie anodowe V 6,3 12,6 25 90 90 100 250 250 100 2502 Napięcie siatki V 0 0 0 -1,3 -1,3 0 -8,5 -2,7 -1,0 -2,03 Prąd anodowy mA 0,9 2,5 7,7 15 15 11,8 10,5 10 0,5 1,34 Transkonduktacja - S mA/V 2,6 4,6 7,8 12,5 12,5 3,1 2,2 6,1 1,25 1,65 Wzmocnienie - Ka 13 15,6 16,4 33 33 19,5 17 55 100 1006 Rezystancja wewnętrzna - Ri kΩ 5 3,4 2,1 2,6 2,6 6,5 7,7 9 80 62,57 Napięcie żarzenia V 6,3 6,3 6,3 6,3 / 12,6 6,3 6,3 / 12,68 Prąd żarzenia mA 330 365 300 300 / 150 435 300 / 1509 Układ wyprowadzeń (rys. 17) B B A B A28Elektronika dla Wszystkich

PodstawyDlatego proponuję właśnie lampę ECC88i jej ulepszoną, długowieczną wersję E88CC.Poświęćmy teraz uwagę tym właśnie lampom,a później wrócimy do pozostałych.Najpierw jednak słowo wyjaśnienia o różnicachmiędzy ECC88 i E88CC. LampaECC88 jest lampą standardową, natomiastE88CC jest wersją ulepszoną, mającą takisam układ wyprowadzeń i charakterystyki,tylko rozrzut tych charakterystyk jest mniejszy.Co ważne, lampa E88CC ma większątrwałość – średni gwarantowany czas pracywynosi 10 000 godzin, kilkakrotnie więcejniż wersji standardowej (na marginesie –lampa elektronowa nie psuje się gwałtownie– z czasem pomału pogarszają się jej parametryi w pewnym momencie trzeba ją wymienićna nowy egzemplarz).Podobnie możesz spotkać lampę E82CC –bez chwili zastanowienia stosuj takie ulepszone,długowieczną wersję w miejsceECC82. Zamiast ECC88 możesz też wykorzystaćlampę PCC88, która charakterystykielektryczne i wyprowadzenia ma dokładnietakie jak ECC88, nieco inne jest tylko napięciei prąd żarzenia. Pierwsza litera P pokazuje,że lampa przeznaczona jest do tzw. żarzeniaszeregowego, gdzie prąd żarzenia (połączonychszeregowo włókien kolejnych lamp)wynosi 300mA. Napięcie żarzenia wynosiwtedy 7,6V. Moc żarzenia (300mA*7,6V)jest taka sama, jak w lampie ECC88(365mA*6,3V).Rys. 18Rys. 19Odpowiednikami lampy ECC88 są 6DJ8(USA), 6H23 (ZSRR), lampy PCC88 – 7DJ8(USA), a lampy E88CC – 6922 (USA), CCa(Siemens), ECC868 (RFT).Mamy podstawowe informacje o naszymelemencie wzmacniającym. Na razie katalogowymicharakterystykami nie będziemy sięzajmować, bo chcę Ci pokazać lampy od najprostszejstrony. I tu mam niespodziankę:chcemy wykonać użyteczny układ lampowy,zasilany możliwie niskim napięciem. Przekonajsię osobiście, na ile fałszywe jest wyobrażenie,że lampa nie może pracować przy niskichnapięciach zasilania. W czasach, gdykrólowały lampy, uzyskanie napięcia anodowegorzędu stu czy kilkuset woltów nie byłoproblemem, bo dostępne były liczne transformatoryz odpowiednimi uzwojeniami. Dziśtransformatorów z typowym napięciem żarzenia(6,3V) i anodowym już się nie produkuje.My moglibyśmy łatwo poradzić sobiez uzyskaniem wysokiego napięcia, ale zewzględów dydaktycznych chcemy sprawdzićpracę lamp przy jak najniższym napięciu zasilania.Jeśli poznasz kluczowe zależności,a co ważniejsze - ograniczenia, z łatwościąpoczujesz temat i potem wyśmienicie poradziszsobie z realizacją układu o wyższymnapięciu zasilania.Żeby na początek nie mieszać Ci w głowiezbędnymi szczegółami, weźmiemy nawarsztat układ najbardziej klasyczny z klasycznych– „książkowy” wzmacniacz zewspólną katodą. Oczywiście będzie towzmacniacz małej częstotliwości(audio), więc nie będziemysię wgłębiać wewszystkie szczegóły ważneprzy wysokich częstotliwościach.Tu od razu chciałbymuprzedzić zarzuty osób100µFzapoznanych z tematem:układ jest, bo ma być – najprostszyz możliwych i narazie pomijamy szeregczynników takich jak niezawodność,typ współpracującychelementów biernych,wybór punktu pracy, prądsiatki, kwestie montażowe,itd. Nie wgłębiając się w takieszczegóły, odsuwając nabok ewentualne pytaniaiwątpliwości, zbuduj układwedług rysunku 19.Tak jest – żadnych wysokichnapięć! Całość ma byćzasilana pojedynczym napięciem12V!Wystarczy do tego jakikolwiekzasilacz stabilizowany12V o prądzie co najmniej400mA.Wykorzystasz na razietylko połowę lampy – jednąz dostępnych dwóch triod. Druga trioda pozostaniewolna, więc nóżki lampy o numerach6...9 pozostaw niepodłączone. RezystorR4 o wartości 47kΩ udaje tu zewnętrzne obciążeniei tym samym układ dobrze odzwierciedlarzeczywiste warunki pracy.Zastosuj lampę ECC88 lub E88CC – rezystorR3 ograniczający prąd żarzenia możemieć wtedy wartość 18...22Ω. Jeśli maszlampę PCC88, możesz jej śmiało użyć –ewentualnie skoryguj tylko trochę rezystancjęR4, żeby prąd żarzenia wynosił 300mA(napięcie żarzenia 7,6V).Włącz zasilanie i po nagrzaniu włókna żarzeniamożesz zmierzyć napięcie stałe naanodzie mierzone względem masy (katody).Będzie ono wynosić około 8V.Już tu chciałbym Cię uczulić na istotnąróżnicę między napięciem zasilania, oznaczanymczęsto Ub, a napięciem anodowym,oznaczanym zwykle Ua. Napięcie anodoweto napięcie między katodą a anodą lampy.Jest ono zawsze mniejsze od napięcia zasilaniaUb, przynajmniej o spadek napięcia narezystorze anodowym R2. W naszym układzienapięcie zasilania wynosi 12V, natomiastnapięcie anodowe około 8V.Taki beznadziejnie prosty układ jest najprawdziwszymwzmacniaczem lampowym.U mnie w układzie z lampą ECC88 (E88CC)i rezystorem R2 o wartości 10k napięcie anodowewyniosło 8,3V, a prąd anodowy 0,4mA.Podczas testów okazało się, iż przy tak małymnapięciu zasilania, przy zewnętrznymobciążeniu R4=47kΩ wzmocnienie wynosi9,5x, czyli 19,5dB. Z obciążeniem R4=1MΩwzmocnienie było równe 11x (21dB).Co istotne, taki prymitywny wzmacniacz,zasilany „skandalicznie” niskim napięciem,dość dobrze radził sobie ze stosunkowo dużymisygnałami. Oczywiście ze względu na takmałe napięcie zasilające, zniekształcenia harmonicznebyły znaczne i rosły ze wzrostemsygnału, ale i tak uzyskane wartości okazałysię zaskakująco dobre. Zmierzyłem zniekształceniaprzy częstotliwości 1kHz. Przy sygnalewyjściowym o wartości międzyszczytowej1V (1Vpp, czyli 0,355V wartości skutecznej)wyniosły 2%. Przy sygnale wyjściowymo wartości 2,5Vpp (0,9Vsk) zniekształceniawzrosły do 5%. Dopiero przy jeszcze większymsygnale wyjściowym 4Vpp (1,41Vsk)sięgnęły 10%. Tu chciałbym wyraźnie podkreślić,że te zniekształcenia to wyłącznie drugaharmoniczna sygnału, co jest niemal... zaletą.I oto zrealizowałeś swój pierwszy wzmacniaczlampowy. Gratuluję! Możesz go śmiałowypróbować w praktyce.Za miesiąc przeprowadzimy szereg eksperymentówi pomiarów tego właśnie układu,zastosujemy też obciążenie aktywne orazprzeprowadzimy testy innego podstawowegowzmacniacza – układu ze wspólną anodą.Piotr GóreckiElektronika dla Wszystkich29