edw_2003_10_s26.pdf

Podstawy

L a m p y

e l e k t r o n o w e

praktyka i teoria

dla młodego elektronika

cz ęść 4

Przed miesiącem zrealizowaliśmy wzmac-

niacz lampowy zasilany zaskakująco niskim

napięciem. Mam nadzieję, iż nie obawiasz

się już lamp. Lampy to naprawdę dość pry-

mitywne elementy i wcale nie jest łatwo je

uszkodzić.

W tym odcinku nadal będziemy się zaj-

mować najprostszymi układami. Nadal celo-

wo pomijam szereg szczegółów, do których

jeszcze wrócimy. Niniejszy artykuł ma Ci po-

kazać kluczowe zależności i wstępnie zapo-

znać z dwoma podstawowymi układami pra-

cy lampy: ze wzmacniaczami ze wspólną ka-

todą i anodą. Wzmacniaczem ze wspólną

siatką nie będziemy się zajmować, bo

wukładach audio nie znajduje on samo-

dzielnego zastosowania.

wnętrznym obciążeniem R4=47kΩ uzyska-

łem wzmocnienie równe 19x (25,8dB),

a przy R4=1MΩ wzmocnienie wyniosło 24x

(27,6dB). Co istotne, zniekształcenia harmo-

niczne były znacznie mniejsze niż wukładzie

z rezystorem anodowym. Przy sygnale wyj-

ściowym równym w zakresie 0...2,5Vpp

zniekształcenia harmoniczne nie przekroczy-

ły akceptowalnej wartości 1,1% i była to wy-

łącznie druga harmoniczna. Dla napięć wyj-

ściowych w zakresie 2,5...4,3Vpp zniekształ-

cenia też były małe, nie więcej niż 1,1%, ale

co ciekawe, pojawiła się w nich trzecia har-

moniczna. Dla amplitud powyżej 4,4Vpp

zniekształcenia gwałtownie rosły z uwagi na

obcinanie górnych wierzchołków sygnału.

Żeby uzyskać większe niezniekształcone sy-

gnały wyjściowe, wystarczy w układzie z ry-

sunku 20 w szereg z diodami D1 i D2 włą-

czyć jeszcze jedną lub dwie takie same diody

LED, co podwyższy średni spadek napięcia

na aktywnym obciążeniu. Zrobiłem to.

Wukładzie z czterema diodami LED

i przy zasilaniu 12V napięcie na anodzie spa-

dło do żenującej wartości 6V, a prąd anodo-

wy do około 0,2mA. Mimo to uzyskałem za-

chęcające rezultaty: maksymalne napięcie

wyjściowe wzrosło do około 7,5Vpp! Dla

napięć wyjściowych w zakresie 0...7Vpp

zniekształcenia nie przekraczały 1%, z tym,

że jak poprzednio dla napięć 0...2,5V w sy-

gnale wyjściowym pojawiała się tylko druga

harmoniczna, a przy sygnałach 2,5...7V obe-

cna była też trzecia harmoniczna.

I tu parę słów na temat harmonicznych:

dawne wzmacniacze lampowe miały zaska-

kująco duże zniekształcenia – zawartość har-

monicznych sięgała nawet 5% i więcej. Co

ciekawe, mimo wszystko oceniano te wzmac-

niacze jako lepiej brzmiące od tranzystoro-

wych. Powstały liczne hipotezy, a nawet teo-

rie, dlaczego „gorszy” wzmacniacz lampowy

brzmi lepiej niż półprzewodnikowy o znacz-

nie lepszych zmierzonych parametrach. I tu

doszliśmy do ważnego punktu: jedna z najbar-

dziej znanych hipotez głosi, że decydujące

znaczenie ma nie tyle bezwzględna zawartość

zniekształceń harmonicznych, co charakter

tych zniekształceń. Panuje przekonanie, że pa-

rzyste harmoniczne nie tylko nie przeszkadza-

ją, ale wręcz polepszają wrażenie dźwiękowe,

a ma to wynikać zwłaściwości ucha ludzkie-

go (nie znaczy to jednak, że ciepły, „lampo-

wy” dźwięk bierze się wyłącznie z zawartości

parzystych harmonicznych). Nie wchodząc

w dyskusję na temat słuszności i wagi argu-

mentów oraz wpływu czynników subiektyw-

nych na powstanie takiego poglądu, stwier-

dzić trzeba, iż jest on szeroko uznawany. I tu,

wracając do naszych układów, chciałbym pod-

kreślić, iż omawiane właśnie prościutkie

wzmacniacze lampowe wytwarzają przede

wszystkim właśnie harmoniczne parzyste –

głównie drugą harmoniczną. Czyli mamy do-

kładnie to, o czym marzy wielu elektroników.

Wracając do układu z rysunku 20: w sy-

gnałach wyjściowych o amplitudach więk-

szych niż 2,5Vpp pojawiają się też nieparzy-

ste harmoniczne. Jeśli chcesz się ich pozbyć,

Przed miesiącem badaliśmy prościutki

układ zrealizowany według rysunku 19 . Je-

śli chcesz z takiego układu z jedną triodą

uzyskać większe wzmocnienie i zmniejszyć

zniekształcenia, a nie masz nic przeciwko

„splugawieniu” szacownej konstrukcji lam-

powej obwodem tranzystorowym, zamień re-

zystor anodowy R2 na układ według rysun-

ku 20 . Dodany obwód z tranzystorem i dwie-

ma zielonymi (lub żółtymi) diodami LED za-

stępuje rezystor anodowy i pełni rolę aktyw-

nego, dynamicznego obciążenia. Takie ob-

ciążenie ma pożyteczne właściwości. Tran-

zystor pracuje jako źródło prądowe i dzięki

obwodowi RC ma dla przebiegów zmien-

nych bardzo dużą oporność. Oznacza to, że ta

duża oporność dynamiczna pozwala uzyskać

wzmocnienie napięciowe lampy bliskie ma-

ksymalnemu wzmocnieniu lampy Ka. Po

drugie, dzięki wspomnianemu obwodowi RC

takie aktywne, dynamiczne obciążenie nieja-

ko dostosowuje się do prądu anodowego:

diody LED, pełniące tu rolę diody Zenera,

zapewniają, że na takim obciążeniu spoczyn-

kowe napięcie stałe wynosi około 3V i nie-

wiele zależy od prądu pracy. Zakres uzyski-

wanych napięć wyjściowych zależy głównie

od „napięcia Zenera” użytych diod LED.

Wukładzie z rysunku 20 z lampą ECC88

(E88CC) prąd anodowy wynosił około

0,45mA, a napięcia anodowe około 9V. Z ze-

Rys. 20

Rys. 19

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

po prostu zwiększ napięcie anodowe. Ja od-

dzielnie zasiliłem obwód żarzenia, a obwód

anodowy podłączyłem do innego zasilacza.

W takim układzie według rysunku 21 z czte-

rema diodami LED zwiększyłem napięcie za-

silające do 15V. Napięcie na anodzie wzrosło

do około 8,4V, a prąd anodowy do 0,4mA.

Wzmocnienie przy obciążeniu R4=47kΩ

wzrosło do 20x (26dB), a przy R4=1MΩ do

25x (28dB). Przy sygnałach o amplitudach

0...7V zniekształcenia nie przekraczały 1%,

i co ważne, w zakresie 0...3,3Vpp były to har-

moniczne parzyste, głównie druga harmonicz-

na. Zwiększyłem napięcie zasilania do 24V,

po czym prąd anodowy wzrósł do 1,4mA,

a napięcie anodowe do 17V. Zniekształcenia

jeszcze bardziej się zmniejszyły: przy sygnale

1Vpp było ich tylko 1,1%, przy 4Vpp tylko

0,41%. Dla sygnałów wyjściowych w zakresie

0...4Vpp zniekształcenia zawierały praktycz-

nie tylko parzyste harmoniczne. Co ciekawe,

dalsze zwiększanie napięcia zasilania miało

niewielki wpływ na zniekształcenia. Przy na-

pięciu zasilania 45V i przy sygnale wyjścio-

wym 4Vpp zniekształceń było 0,23% i dopie-

ro powyżej 5Vpp pojawiały się w nich nie-

wielkie składowe nieparzyste.

Jak widzisz, wprowadzenie aktywnego

obciążenia oraz zwiększenie napięcia zasila-

nia znacznie poprawiło parametry, przynaj-

mniej te mierzalne.

Jeśli jednak Ty od początku swej przygo-

dy z lampami chcesz być purystą i nie chcesz

splamić się łączeniem lampy z tranzystorem,

a parametry układu z rysunku 19 słusznie

uważasz za niewystarczające, po prostu pod-

wyższ napięcie zasilania w układzie z rysun-

ku 22 . Oczywiście możesz zmieniać wartość

R2 w szerokim zakresie 1kΩ...100kΩ. Ja

proponuję Ci stosowanie R2 o wartości

4,7kΩ...47kΩ.

U mnie przy napięciu zasilania 24V z re-

zystorem 10kΩ prąd anodowy wyniósł 1mA,

a napięcie anodowe 14V. Przy sygnale wyj-

ściowym 1Vpp zniekształcenia były równe

0,66%, a przy 4Vpp – 2,5%. Zniekształcenia

sięgnęły 5% przy napięciu 7Vpp. Po dalszym

zwiększeniu napięcia zasilania do 45V prąd

wzrósł do 2,3mA, napięcie anodowe do 22V.

Sygnał wyjściowy 1Vpp zawierał 0,19%

zniekształceń, sygnał 4Vpp – 0,74%, a do-

piero przy sygnale 18Vpp zniekształcenia

wzrosły do 5%.

I oto masz bardzo ważny wniosek prak-

tyczny: zwiększanie napięcia i prądu anodo-

wego pozwala uzyskać większy sygnał

i mniejsze zniekształcenia .

Wszystkie te wyniki uzyskałem z lampą

ECC88, a ściślej z jej długowieczną wersją

E88CC. Jeślibyś miał kłopoty ze zdobyciem

lampy ECC88, PCC88 czy E88CC, możesz

bez obaw wypróbować popularną ECC82 –

w tej lampie napięcie żarzenia ma wynosić

12,6V±10%, wiec R3 zastąp zworą. Ponie-

waż zapewne przeprowadzisz eksperymenty

przy różnych napięciach zasilania, niech od

razu układ wygląda jak na rysunku 23 . Ob-

ciążeniem może być aktywny układ z 4 dio-

dami LED albo też rezystor. Z uwagi na

mniejsze wartości prądu możesz zwiększyć

wartość rezystora R2 do 15kΩ lub 22kΩ.

Uzyskane wyniki będą nieco inne niż moje,

ale główne wnioski pozostaną identyczne.

Ja nie przeprowadzałem prób z lampą

ECC82, tylko z inną bardzo często stosowaną

we wzmacniaczach napięciowych lampą

ECC83. Najpierw zbadałem wzmacniacz z re-

zystorem według rysunku 19. Z uwagi na

znacznie mniejsze prądy lampy, od razu trze-

ba zwiększyć wartość R2 – ja zwiększyłem do

47kΩ. Układ oczywiście pracował, ale nieste-

ty, przy napięciu zasilania 12V i z rezystorem

47kΩ prąd anodowy wynosił tylko 37µA,

a przy sygnale wyjściowym 1Vpp zniekształ-

cenia sięgnęły 8,5%. Trochę lepiej było przy

napięciach zasilania 24V i 48V – zniekształce-

nia zmalały. Jeszcze mniejsze były zniekształ-

cenia układu z obciążeniem aktywnym. W za-

sadzie taki układ mógłby pracować, ale z uwa-

gi na małe prądy przy niskich napięciach zasi-

lania jest on bardzo czuły na wszelkie zewnę-

trzne zakłócenia, w tym przydźwięk sieci.

Masz tu kolejny wniosek praktyczny: lampa

ECC83 nie nadaje się do pracy przy niskich

napięciach, bo jej prąd jest wtedy znikomy,

aukład wrażliwy na zakłócenia .

Tabela 3 zawiera informacje o kluczo-

wych właściwościach poszczególnych ukła-

dów z lampami ECC88 i ECC83.

Pasmo przenoszenia we wszystkich

przypadkach było znacznie szersze niż

20Hz...20kHz. Dolną częstotliwość gra-

niczną wyznacza głównie stała czasowa

R1C1, a także C2R4. Właściwości przy

wysokich częstotliwościach i górna często-

tliwość graniczna zależą od kilku czynni-

ków, głównie od prądu anodowego i obcią-

żenia pojemnościowego wyjścia.

Podane napięcia wyjściowe to wartości

międzyszczytowe, czyli podwójna amplitu-

da przebiegu.

Rys. 22

Rys. 23

Rys. 21

Tabela 3.

Piotr Górecki

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: