mirror strony skarabo.net      

audioretro.pl

 Strona  audioretro.pl  jest stroną hobbystyczną, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze. Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.

audio retro  >> o lampach elektronowych >  
I o lampach cz. 1. I o lampach cz. 2. I o lampach cz. 3. I o lampach cz. 4. I o lampach cz. 5. I

Diody, triody i ...tetrody

Tetroda

Jak wspomniałem w poprzedniej części, triody mają pewne ograniczenia: współczynnik wzmocnienia nie wyższy niż 100, niezbyt dużą rezystancję wewnętrzną. Prąd anody silnie zależy od napięcia anody, dlatego że pole elektryczne oddziałuje na pole siatki. Chęć zwiększenia współczynnika amplifikacji (wzmocnienia) i lepszej izolacji anody lampy od jej katody stała się powodem wprowadzenia  przez Waltera  Schottky'ego w 1915 roku (niektóre źródła podają że w 1919 r.) do triody drugiej siatki, ekranującej, na którą przykłada się duży potencjał dodatni. Wprowadzenie tej siatki daje zmniejszenie pojemności Cas, zwiększenie współczynnika amplifikacji Ka i rezystancji wewnętrznej ra. 
Niepożądanym efektem w tetrodzie, w przypadku napięcia anodowego niższego od potencjału siatki drugiej, jest efekt emisji wtórnej elektronów z anody, które  na wskutek większego potencjału siatki ekranującej są przez nią wychwytywane. Powoduje to w pewnym obszarze malenie prądu anodowego ze wzrostem napięcia anodowego i dużą nierównomierność charakterystyki (tzw. efekt dynatronowy - zobacz z lewej). Efekt  dynatronowy można usunąć projektując specjalną konstrukcję elektrod. Lampy o takiej, specjalnej konstrukcji elektrod nazywane są tetrodami wiązkowymi lub strumieniowymi. W lampie takiej tworzy się ładunek  przestrzenny o dużej gęstości w obszarze anoda-siatka ekranująca, który przeciwdziała trafianiu elektronów wtórnych, wybitych z anody, na siatkę ekranującą. W takiej lampie załamanie charakterystyki anodowej jest minimalne. Pojemność przejściowa tetrod strumieniowych jest stosunkowo duża (0,3 - 1  pF), współczynnik amplifikacji Ka jest niewielki (rzędu 100 V/V) a rezystancja wewnętrzna ra nie przekracza dziesiątków kiloomów.  

Tetrody małej mocy znajdują zastosowanie dla pracy w wysokich częstotliwościach, do granicy 1000 MH.

Tetrody strumieniowe, o dużej mocy, najczęściej stosuje się we wzmacniaczach audio, w stopniu wyjściowym, gdzie obciążeniem jest transformator głośnikowy (schemat z prawej). 
Rezystory R1 i R2 automatycznie ustalają punkt pracy (cathode bias), natomiast R3 i C3 polaryzują siatkę ekranującą S3.  Oczywiście, zamiast polaryzacji automatycznej można zastosować polaryzacje stałą (zob. strona "O lampach cz. III). Kondensator C2 zwiera do masy sygnał zmienny (użyteczny), zwiększając wzmocnienie stopnia. 

(Na rysunku z prawej- podstawowy układ tetrody mocy z obciążeniem transformatorowym).

Stare ale jare. 

Najbardziej znana tetroda to 6L6, pierwotnie o mocy 19 W mocy, miała stalową bańkę.  Późniejsza jej odmiana 6L6GC o szklanej bańce miała już moc 30 W. Nadal jest używana, także w drogich wzmacniaczach McIntosha i Rogersa. Współczesny odpowiednik to rosyjska lampa Sovtek 5881. 
Inne tetrody to 7581, 6550C, El 37 a także KT 66.
Charakter brzmienia tetrod w układach wzmacniaczy lampowych jest różny, zależnie od typu. Według wielu słuchaczy dźwięk jest "słodki" (cokolwiek to znaczy), otwarty i czysty. 
Niektóre lampy mają konstrukcję na pograniczu tetrody strumieniowej i pentody, tzn. mają pięć elektrod, lecz pracują jak tetroda  (KT 66, KT 77, KT 88). 

Po prawej - rosyjska tetroda mocy 6P3S. Uważa się, że jest to przybliżony odpowiednik lampy 6L6-GT. Tetroda ta była produkowana tak w Związku Radzieckim, jak i w Polsce (pod nazwą 6P3S przez Telam, Dolam i ZWLE).

Diody, triody i ...pentody

Pentoda.
  
Zasadniczą jednak poprawę własności tetrody uzyskuje się przez wprowadzenie trzeciej siatki (hamującej) między anodę i drugą siatkę i połączenie je z katodą, najczęściej wewnątrz lampy.  Powstała w ten sposób pentoda (Jobst w 1926 roku) odznacza się doskonałymi właściwościami wzmacniającymi, bardzo małą pojemnością anoda - siatka pierwsza (Cas 0,002 - 0,05 pF) i wysoką opornością wewnętrzną ra (1 - 2 MW).  Współczynnik amplifikacji Ka ma wartość dziesiątki razy większą niż trioda (1000 i więcej). 
 W pentodzie siatka pierwsza leżąca najbliżej katody jest siatką sterującą. Siatka druga ma duży, stały potencjał dodatni. Dzięki temu, że potencjał siatki drugiej jest stały, pole elektryczne w pobliżu katody zależy tylko od napięcia siatki pierwszej. Oznacza to, że siatka druga ekranuje (osłania) katodę i siatkę pierwszą od wpływów anody. Elektrony przepuszczone przez siatkę pierwszą są przyciągane przez siatkę drugą i nabierają coraz większej prędkości. Większość z nich przelatuje przez otwory siatki drugiej dostając się w pole przyciągania anody. Anoda ma zwykle potencjał wyższy od potencjału siatki drugiej. W związku z tym elektrony są dalej przyspieszane i uderzają w anodę z dużą prędkością, wywołując emisję wtórną elektronów z anody. Zmniejsza to prąd anody w lampie czteroelektrodowej (tetrodzie), ponieważ elektrony wtórne dobiegają do siatki drugiej. Dlatego w pentodzie jest siatka trzecia, połączona z katodą (a więc o potencjale zerowym).  Dzięki temu pomiędzy siatką trzecią a anodą istnieje pole elektryczne hamujące elektrony wtórne wylatujące z anody. Elektrony te są zawracane do anody i  prąd anody nie ulega zmniejszeniu.
Nachylenia charakterystyk siatkowych triody i pentody są podobne, natomiast rezystancja wewnętrzna pentody ra jest kilkanaście a nawet  kilkadziesiąt razy większa od rezystancji triody (dzięki osłonięciu siatki sterującej od wpływu pola anodowego). Wynika stąd, że współczynnik wzmocnienia pentody jest wyższy  (pamiętamy? Ka = Sa*ra). 
Charakterystyki anodowe pentody  (rys. powyżej) różnią się od charakterystyk triody. W przeciwieństwie do triody, charakterystyki anodowe pentody mają charakterystyczne nasycenie - przy dużych zmianach napięcia anody Ua, prąd anody Ia, w zakresie nasycenia prawie się nie zmienia. Nasycenie to występuje dzięki ekranującemu działaniu siatki drugiej. Przy stosowaniu pentody jako wzmacniacza odcinkiem roboczym charakterystyki anodowej jest poziomy, płaski odcinek charakterystyki, bowiem dla tego zakresu wielkości ra i  Ka mają wartości największe. Charakterystyki anodowe są charakterystykami podstawowymi. Według nich określamy warunki pracy lampy. Charakterystyki siatkowe stosuje się rzadziej.  Ponieważ w pentodzie zmiana napięcia anodowego nie wpływa na prąd anodowy, to charakterystyki siatkowe wykonane przy różnych napięciach Ua praktycznie się nie różnią. Różnią się natomiast charakterystyki siatkowe wykonane przy różnych napięciach na siatce ekranującej. 

Pentody stosuje się tak w stopniu wejściowym (pentody napięciowe) jak i końcowym (pentody mocy) wzmacniacza audio.
Częściej jednak  zastosowanie znajdują pentody mocy w stopniu końcowym wzmacniacza audio, jako wysokosprawne elementy wzmacniające.

Jakie są zalety pentody?
1. Bardzo duża rezystancja anody,
2. Liniowość pentody jest dużo lepsza niż tetrody,
3.Napięcie Ua anody może bardziej zbliżyć się do zera niż w przypadku triody, więc napięcie wyjściowe może osiągnąć większe poziomy - sprawność pentody jest dużo wyższa.

Zdjęcie z prawej - rosyjska 6N14P i EL84 - popularne pentody średniej mocy, powszechnie używane jako lampy wyjściowe w telewizorach, radioodbiornikach, i innych lampowych urządzeniach, gdy lampy elektronowe powszechnie królowały.

W wady?

Wprowadza zniekształcenia - harmoniczne w niej powstające są głównie nieparzyste (w przeciwieństwie do triody) które ludzki słuch odbiera jako bardziej przykre niż harmoniczne parzyste. Dlatego też układy z pentodami muszą mieć dokładniej niż w przypadku układów triodowych zaprojektowane tory redukcji zniekształceń (pętle sprzężenia zwrotnego). Drugą wadą pentody są większe szumy własne - od 6 do 14 dB większe niż w triodzie. Wynika to z bardziej złożonego kierowania strumieniem elektronów między elektrodami, przez co ich ruch jest bardziej skomplikowany. W efekcie szum generowany przez pentodę jest szumem różowym, który jest szczególnie irytujący dla naszych uszu. 
(Na rysunku z lewej -podstawowy układ pracy pentody mocy z obciążeniem transformatorowym (SE). Polaryzacja siatek podobnie jak w tetrodzie - zobacz powyżej) 
Pentod, podobnie jak tetrod praktycznie nie używa się w stopniach wejściowych wzmacniaczy Hi-Fi (chociaż amerykańscy producenci nie odżegnują się od nich). Chętnie natomiast  wykorzystane są pentody mocy w stopniach wyjściowych, jako elementy wzmacniające o dużej sprawności. 
Tak pentody jak i tetrody mocy mogą pracować w układzie single ended (SE), jak i przeciwsobnym (PP, push-pull).

Mocne lampy. 

 Jedną z częściej używanych pentod mocy jest EL34, (odpowiednik  6CA7) opracowana przez Philipsa i Mullarda. Początkowo były wykorzystywane w "piecach" gitarowych i one przeszły do historii jako "lampowy Rock" Przy napięciu 800 V i w czystej klasie B, pracując  w układzie przeciwsobnym EL34 mogą dostarczyć moc do 100 W. W układach Hi-Fi są cenione jako lampy o ciepłym brzmieniu, z silnym basem i "słodkimi" sopranami. Dobrze wykonany wzmacniacz z EL 34 może być synonimem muzykalności wzmacniaczy lampowych.
Inne pentody które znajdują zastosowanie we wzmacniaczach to słynna 11-watowa EL84 (6BQ7, rosyjska 6N14P) , mocniejsze El 156, i KT 88. 
KT88  może pracować jako tetroda strumieniowa, jej przybliżonym odpowiednikiem jest 6550. Oryginalne KT88 pochodzą z  Wielkiej Brytanii z firmy GEC, obecnie rzadko spotykane. 
W ostatnich latach lampy i wzmacniacze lampowe przeżywają renesans. Wielu producentów lamp wznowiło produkcję, pojawiły się nowe marki - często rebrandowane (czyli sprzedawca zamawia lampy pod własną marką).

Z prawej - popularna EL34.

Moce wyjściowe lamp mocy 

Podane wartości maksymalne w watach,  mocy ciągłej czyli RMS.

Od klasy do klasy, czyli klasy wzmacniacza (nie tylko lampowego).

Pamiętamy charakterystykę siatkową triody z części I? Otóż, jeżeli tak ustalimy napięcie  na siatce sterującej (np. za pomocą automatycznego minusa), że punkt pracy wzmacniacza wypadnie w połowie prostoliniowego odcinka BC charakterystyki, to sygnał zmienny podany na wejście zostanie wzmocniony bez zniekształceń. Mówimy, że wzmacniacz pracuje w klasie A. Zauważmy: wstępna polaryzacja siatki Us0 (czy prądu bazy we wzmacniaczach tranzystorowych) ustala nam punkt pracy i jednocześnie powoduje, że przez wzmacniacz cały czas płynie prąd anodowy Ia0 (czy kolektora w układach tranzystorowych). Sygnał zmienny  moduluje ten prąd i otrzymujemy wzmocniony zmienny sygnał . To, że przez cały czas pracy wzmacniacza płynie prąd spoczynkowy jest wadą; wzmacniacz grzeje się bez względu na to czy wzmacnia sygnał czy "ciszę" i moc jest niepotrzebnie tracona. Jest to przyczyną niskiej sprawności wzmacniaczy klasy A, tak lampowych jak i tranzystorowych. 
Lepszą sprawnością charakteryzuje się taki wzmacniacz, któremu przesuniemy punkt pracy tak, aby sygnał wejściowy "zahaczał"  o krzywoliniową część charakterystyki. Przy małych amplitudach sygnału wejściowego, wzmacniacz pracuje w klasie A, czyli bez zniekształceń,  by przy większej oddawanej mocy przejść do klasy B (klasy AB1 i AB2). Powstają pewne zniekształcenia sygnału, lecz wzmacniacz ma większą sprawność. Większość wzmacniaczy tak lampowych jak i tranzystorowych pracuje w tej klasie.
W czystej klasie B pracują wzmacniacze przeciwsobne. Wzmacniana jest wtedy  tylko jedna połówka sygnału. Napięcie Us0 (czyli punkt pracy) ma wartość punktu odcięcia A (patrz rys z lewej). Drugą połówkę wzmacnia druga lampa (tranzystor) połączona przeciwsobnie. W ten sposób obie lampy, naprzemiennie wzmacniają cały sygnał. Jest to stosunkowo dobry sposób na uzyskanie w miarę wiernego sygnału przy oddawanej dużej mocy użytecznej. Sprawność takiego wzmacniacza wynosi 65 - 78%. W tej klasie teoretycznie powinna pracować większość współczesnych wzmacniaczy końcowych (mocy) tak tranzystorowych, jak i lampowych.  Ale w praktyce stosuje klasę AB, o mniejszej lub większej polaryzacji wstępnej. Jest to rozwiązanie bardziej korzystne dla jakości dźwięku, ponieważ problemem jest uzyskanie jak najmniejszych zniekształceń przy przejściu sygnału przez 0, gdy wzmacniacz pracuje  w klasie B. Powstają wtedy zniekształcenia "skrośne". W klasie B pracują zwykle wzmacniacze estradowe, gdzie ważna jest sprawność i moc, natomiast wartość zniekształceń nie ma tak decydującego znaczenia.
Istnieją jeszcze wzmacniacze pracujące w klasie C. Punkt pracy takiego wzmacniacza leży w lewo od punktu odcięcia A (zobacz  punkt Pc na charakterystyce). Charakteryzują się one największą sprawnością lecz dużymi zniekształceniami. Nie używa się ich we wzmacniaczach audio, lecz np. generatorach, nadajnikach czy układach alarmowych gdzie potrzebna jest duża moc a nieważne są zniekształcenia. 

Pchaj i ciągnij pojedynczo.

Pracę wzmacniacza mocy (konstrukcję) możemy podzielić jeszcze na pracę sinle-ended, push-pull i ultralinear.

Praca single-ended - (SE, pojedynczo na końcu - tak by to można przetłumaczyć) polega na tym, iż w stopniu przedwzmacniacza lub wyjściowym pracuje jedna lampa (trioda, tetroda lub pentoda) która wzmacnia całość sygnału. Układ ten cechuje się małymi zniekształceniami, ale jest najmniej wydajny ze względu na pracę w klasie A wzmacniacza. Lampa mocy wymaga użycia transformatorów wyjściowych ze szczeliną powietrzną, ze względu ta to, iż przez transformator cały czas płynie prąd, magnesując jego rdzeń, co obniża jego sprawność. Dlatego też rdzeń transformatora musi być większy (przewymiarowany), dla uzyskania tej samej mocy.
W celu zwiększenia mocy wzmacniacza łączy się lampy równolegle (Paralel Single Ended, PSE).
Wzmacniacz SE z tetrodą lub pentodą mocy może pracować także w trybie triodowym lub ultralinearnym.

Push-pull  (PP, pchaj i ciągnij) - jest to układ polegający na umieszczeniu w stopniu końcowym wzmacniacza pary lamp pracujących na przemian (przeciwsobnie), wzmacniających osobno połówki przebiegu sygnału. Pozwala to na osiągnięcie wysokiej mocy, lecz charakteryzuje się większymi zniekształceniami związanymi z przejściem sygnału przez zero (tzw. zniekształcenia skrośne, cross-over distortion). Zsumowanie połówek sygnału wymaga starannego dobrania lamp oraz symetrycznie nawiniętego transformatora głośnikowego i nie zawsze gwarantuje idealny jego przebieg. 

Ultralinearny (UL, ultralinear) - jeżeli siatkę drugą pentody mocy (końcowej) pracującej w układzie push-pull, zasilimy napięciem pobranym z wyjścia wzmacniacza (dodatkowy odczep na uzwojeniu anodowym transformatora głośnikowego) otrzymamy silne, ujemne sprzężenie zwrotne a tryb pracy nazywany jest  ultralinear. Punkt pracy lampy wyjściowej jest "w połowie drogi" pomiędzy pentodą a triodą. Charakteryzuje się dużą stabilnością, dość małymi zniekształceniami i jest często stosowany (zobacz schemat i  opis wzmacniacza push-pull).

Tryb triodowy tetrody lub pentody. Tryb triodowy tetrody lub pentody uzyskuje się bardzo prosto - siatkę drugą (S2) łączy się wprost lub przez rezystor o niewielkiej wartości z anodą lampy.
Wprawdzie w takim trybie pracy lampa ma niższą sprawność ale jest też wiele zalet:
- przede wszystkim taka trioda powstała z tetrody czy pentody ma zdecydowanie mniejsze (ujemne) napięcie sterujące potrzebne do wysterowania lampy. Gdy triody mocy do wysterowania potrzebują dziesiątek, a nawet setek volt napięcia ujemnego do wysterowania,  to np. pentoda EL84 w trybie triodowym potrzebuje 8 - 10V ujemnego napięcia siatki, a takie pentody jak  6P3S, 6L6, EL34 tylko 20-30V co wyraźnie upraszcza wysterowanie lampy. 
- podobnie jak "klasyczna" trioda mocy ma niskie zniekształcenia i małą rezystancję wewnętrzną,
- jest duży wybór pentod mocy, z których można wybrać odpowiednią dla naszych celów, a wiele z nich ma bardziej korzystne charakterystyki niż triody mocy,
- można łatwo przełączyć z trybu triodowego na pentodowy (za pomocą przełącznika, czy przekaźnika) i uzyskać o wiele większą moc wzmacniacza pracującego w trybie tetrodowym/pentodowym.

Słyszymy także o wzmacniaczach innych klas, jak D, E, F itd., aż do T. Są to klasy wzmacniaczy, (nie wszystkie audio) pracujących na nieco innej zasadzie. W tych wzmacniaczach używane są elementy półprzewodnikowe. 

Obszerny katalog lamp elektrodowych (data sheet z charakterystykami) znajdziesz na stronie Franka https://frank.pocnet.net/ (jeden z kilku mirrorów)

Bibliografia

audio retro  >> o lampach elektronowych >  
I o lampach cz. 1. I o lampach cz. 2. I o lampach cz. 3. I o lampach cz. 4. I o lampach cz. 5. I

powrót do góry >

I strona główna I audio retro I projekty audio I w wolnym czasie I warto odwiedzić I