Lampy elektronowe: schematy zastępcze

W tym kolejnym artykule serii przybliżającej w przystępny sposób podstawowe właściwości lamp elektronowych przedstawione są niezbędne dla każdego elektronika informacje dotyczące parametrów dynamicznych, w szczególności rozmaitych rezystancji, jakie występują w układach lampowych.

W poprzednim artykule tej serii zatytułowanym Lampy elektronowe: kluczowe parametry i charakterystyki omówiliśmy charakterystyki lamp i koncentrowaliśmy się na parametrach statycznych, czyli dotyczących napięć i prądów stałych. Poniżej podane są fundamentalne informacje o parametrach dynamicznych, których zrozumienie jest absolutnie niezbędne dla każdego, kto chce zajmować się lampami. Bez zrozumienia ich miłośnik lamp jest jak dziecko we mgle, a ich przyswojenie otwiera drogę do zrozumienia wszystkich układów lampowych: i podstawowych, i tych uważanych za bardziej skomplikowane. Oto klucz do świata lamp! Dlatego jeśli nie wszystko zrozumiesz, uzupełnij podstawową wiedzę o źródłach prądowych i powróć do tego artykułu.

Czy lampa to zmienny rezystor?

Niekiedy lampę lub tranzystor przedstawia się jako element o zmiennej rezystancji. W przypadku lampy jako rezystor o rezystancji zmienianej przez napięcie siatki, co dałoby obraz jak na rysunku 1.

To jest ilustracja być może przydatna dla dzieci albo dla osób, które zupełnie nie znają się na elektronice. Dla wszystkich innych jest to zbyt daleko idące uproszenie, które utrudnia analizę, a nawet mocno wprowadza w błąd.

Faktem jest, że niektóre tranzystory polowe JFET dawniej bywały wykorzystywane w roli zmiennej rezystancji, ale tylko przy bardzo dużych ograniczeniach, i na pewno nie w roli liniowych wzmacniaczy. Możemy to pominąć i stwierdzić, że przy normalnej pracy w roli liniowych wzmacniaczy tranzystory nie zachowują się jak rezystory o zmiennej wartości.

Ktoś może jednak powiedzieć: ale przecież podczas pracy na lampie lub tranzystorze występują jakieś napięcia i płyną tam prądy, a więc można mówić, że tranzystor ma jakąś rezystancję (R = U / I) i że ta rezystancja zmienia się pod wpływem sygnału wejściowego.

W zasadzie tak, ale takie rozumowanie jest bliskie prawdy tylko dla napięć i prądów stałych. Okazuje się natomiast bardzo mylące w przypadku zmian wartości napięć i prądów, czyli w przypadku interesujących nas najbardziej przebiegów zmiennych.

Tu jest problem, który sygnalizowałem w poprzednim artykule tego cyklu. Otóż wielu elektroników, nie tylko początkujących, jest bardzo mocno przywiązanych do napięć i prądów stałych. Potrafią sobie wyobrazić, i bardzo słusznie, że przebiegi zmienne to tylko zmiany, okresowe pulsacje tych (spoczynkowych) napięć i prądów stałych. Rozumieją, że przebiegi zmienne występują na tle (spoczynkowych) napięć i prądów stałych. Wiedzą, że przebiegi zmienne nie mogą występować „samodzielnie”, bez tych napięć i prądów stałych.

Tak istotnie jest, ale problem w tym, że przy analizie właściwości dynamicznych, nie tylko lamp, trzeba niejako zapomnieć o napięciach i prądach stałych oraz związanych z nimi parametrach, a zająć się tylko przebiegami zmiennymi i tylko parametrami, dotyczącymi prądów zmiennych.

Trudność polega jednak na tym, że początkującym parametry statyczne często mieszają się z dynamicznymi. I nic dziwnego, bo niektóre parametry, na przykład rezystancje, dotyczą i prądów stałych (rezystancje statyczne), i zmiennych (rezystancje dynamiczne). Co jednak najważniejsze, parametry statyczne i dynamiczne tego samego elementu (lampy) mogą mieć, i zwykle mają, zdecydowanie różne wartości. Trzeba to dobrze zrozumieć, bo to klucz do świata lamp. A katalogi tego nie ułatwiają, bo tam parametry dotyczące prądów stałych i zmiennych są mocno pomieszane. Spróbujmy się w tym wszystkim rozeznać.

Idea źródła prądowego

Tranzystor na pewno nie zachowuje się jak zmienna rezystancja z rysunku 1. Najprościej mówiąc dlatego, że zmiany napięcia wyjściowego (między drenem i źródłem) nie powodują proporcjonalnych zmian prądu. Można powiedzieć, że zmiany napięcia na tranzystorze (prawie) w ogóle nie powodują zmian prądu! A tak nie zachowuje się rezystor (rezystancja) tylko tak zwane źródło prądowe. Bez zrozumienia idei źródła prądowego nie poznasz tajemnic lamp i tranzystorów!

Ze źródłami prądowymi jest kłopot, bo w praktyce mamy do czynienia głównie ze źródłami napięciowymi. W idealnym źródle napięciowym napięcie jest niezmienne, niezależnie od wartości prądu, co ilustruje prosty przykład 12-woltowego źródła napięciowego. Źródła napięciowe mają różne symbole graficzne, ja na rysunku 2 wykorzystałem symbol częściej stosowany do oznaczania ogniw i baterii.

Baterie, akumulatory, a w szczególności zasilacze stabilizowane zachowują się jak bliskie doskonałości źródła napięciowe, w których napięcie nie(wiele) zależy od prądu. A niedoskonałość źródła napięciowego przedstawiamy w uproszczeniu jako obecność szeregowej rezystancji wewnętrznej według rysunku 3. I to jest proste, wręcz oczywiste.

Niezbyt trudne jest też wyobrażenie sobie zmiennoprądowego źródła napięciowego, które wytwarza napięcie sinusoidalnie zmienne, o wielkości niezależnej od prądu. Na schematach często takie zmiennoprądowe źródło napięciowe przedstawiamy za pomocą symbolu z rysunku 4, a jego niedoskonałość za pomocą rezystancji szeregowej.

W pierwszym zgrubnym przybliżeniu można uznać, że takim źródłem napięciowym jest dobry generator o małej rezystancji wyjściowej (fotografia 5 – NDN). To też jest w sumie łatwe.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze styczniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 1/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 1/2024 znajduje się tutaj.

 

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (Cappuccino = 10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – CAPPUCINO (10 zł),
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mam wysłać na podany adres e-mailowy.