Lampy elektronowe: metody graficzne

W tym artykule podane są bardzo interesujące informacje. Warto zapoznać się z treścią, ale ze świadomością, że przedstawione tu sposoby graficznego obliczania i doboru punku pracy nie rozwiązują wszystkich problemów i nie są niezbędne dla osoby, która chce projektować przedwzmacniacze lampowe.

Już niedługo w ramach tej serii zaczniemy analizować i praktycznie testować różne konfiguracje sygnałowych wzmacniaczy lampowych, poczynając od najprostszych. Zanim jednak do tego przejdziemy, w niniejszym artykule przedstawię Ci kilka kolejnych ważnych zagadnień wprowadzających. Otóż projektowanie wzmacniaczy lampowych wydaje się koszmarnie trudne z różnych względów. Także dlatego, że w grę wchodzi szereg czynników i (sprzecznych) wymagań. W różnych źródłach można znaleźć opisy graficznych metod projektowania wzmacniaczy lampowych. Niestety, dla wielu wcale nie są one pomocą. Zamiast pomagać – straszą i zniechęcają. W tym artykule spróbuję przybliżyć Ci choć trochę kwestie metod graficznych.

Gdzie szukać S, Ri, Ka na charakterystykach?

Szukać zwykle nie ma potrzeby, ale warto wiedzieć. W artykule Lampy elektronowe: kluczowe parametry i charakterystyki pokazałem, że tak naprawdę, lampa ma tylko jedną charakterystykę, którą można przedstawić w postaci wykresu trójwymiarowego (rysunek 1). Byłby on bardzo trudny do analizy.

Dlatego w katalogach lamp nie ma takiej przestrzennej charakterystyki, tylko jej płaskie przekroje. Na jednym płaskim rysunku można narysować kilka charakterystyk dla kilku różnych napięć na anodzie albo kilkunastu napięć na siatce – otrzymamy tak zwaną rodzinę charakterystyk anodowych, która jest spłaszczoną wersją rysunku 1.

Na osi pionowej jest prąd lampy, a na osi poziomej albo napięcie wejściowe między siatką i katodą, albo napięcie na lampie między anodą i katodą.

W pierwszym przypadku mamy tak zwane charakterystyki przejściowe. Rysunek 2 to charakterystyki przejściowe z katalogu lampy E88CC, czyli też popularnej ECC88. Zasadniczo pokazują one zachowanie przy napięciach i prądach stałych, ale także przy zmianach tych napięć i prądów. A więc dotyczą też przebiegów zmiennych.

Najprościej biorąc, dotyczący przebiegów zmiennych katalogowy parametr S – transkonduktancja to nachylenie tej charakterystyki, czy raczej charakterystyk. Parametr wyrażany w miliamperach (prądu lampy) na wolt (napięcia siatki).

Na rysunku 2 widzimy, że to nachylenie oryginalnych krzywych nie jest stałe. Natomiast dodatkowo kolorem zielonym zaznaczyłem nachylenie odpowiadające katalogowej wartości S (dotyczącej przebiegów zmiennych), która dla lampy E88CC i ECC88 nominalnie wynosi 12,5 mA / V (12,5 mmhos).

Narysowałem kilka zielonych linii w dowolnych miejscach, bo (zmiennoprądowy) parametr S reprezentuje i definiuje tylko nachylenie, a nie konkretne odcinki charakterystyk lampy.

A teraz rysunek 3. To też są przekroje trójwymiarowej charakterystyki z rysunku 1, tylko zrobione w osi prostopadłej. Oś pionowa to też oś prądu, a oś pozioma to oś napięcia na lampie (Va, V_A, lub U_A).

Najprościej biorąc, katalogowa rezystancja wewnętrzna lampy Ri to nachylenie tych linii. Na rysunku 3 kolorem czerwonym zaznaczyłem nachylenie odpowiadające wartości Ri = 2,64 kΩ lampy ECC88, która nie jest wprawdzie podana w katalogu, ale można ją łatwo obliczyć dzieląc Ka = µ = 33 V/V przez S = 12,5 mA/V.

Na rysunku 3 można się też doszukać współczynnika amplifikacji Ka (µ). Wcześniej wspomniałem, że jest to maksymalna wartość wzmocnienia napięciowego sygnałów zmiennych przez lampę, jaką można uzyskać przy zastosowaniu źródła prądowego zamiast rezystora anodowego. Jednak według starej, klasycznej definicji podręcznikowej współczynnik amplifikacji informuje, o ile woltów trzeba zmienić napięcie na anodzie lampy, aby utrzymać ciągle ten sam prąd anody przy zmianie napięcia siatki o 1 wolt.

A jeżeli tak, to graficzną reprezentacją współczynnika amplifikacji są długości poziomych odcinków, pomiędzy charakterystykami dotyczącymi napięć siatki, różniących się o 1 wolt. Na rysunku 3 kilka takich odcinków zaznaczyłem kolorem żółtym.

To wszystko warto wiedzieć, a dobra wiadomość jest taka, że wcale nie trzeba przeprowadzać skomplikowanych obliczeń, ani rysować na charakterystykach wykresów. Można podejść dużo prościej.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze kwietniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 4/2024). 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 4/2024 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” (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 – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 4/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.