Iluminofoniczne magiczne oko

Poniższy artykuł napisałem 20 lat temu. Został opublikowany w sierpniu roku 2003. Zdecydowałem się go przypomnieć teraz jako uzupełnienie, ponieważ w numerze czerwcowym czasopisma „Zrozumieć Elektronikę” ukazał się artykuł Interesujące układy: Magiczne oko z lampą 6E2, opisujący chiński zestaw z odpowiednikiem EM84.

Ku zaskoczeniu starszych wiekiem elektroników, w ostatnich latach utrzymuje się, a nawet wzrasta zainteresowanie lampami elektronowymi. Można śmiało powiedzieć, iż lampy elektronowe przeżywają drugą młodość, głównie we wzmacniaczach audio, ale nie tylko tam.

Świecące ciepłym blaskiem włókna żarzenia lamp wytwarzają specyficzny nastrój, który często robi większe wrażenie niż dźwięk lampowego wzmacniacza. Przed laty znacznie większy udział w wytwarzaniu specyficznego nastroju podczas słuchania radia miały lampy wskaźnikowe. Każdy stary odbiornik radiowy lepszej klasy miał taką lampę, potocznie zwaną „magicznym okiem”. Lampa taka pełniła funkcję wskaźnika dostrojenia. Już w przedwojennych odbiornikach lampowych stosowane były takie wskaźniki. Pierwsze wersje miały świecący ekran u góry bańki. Potem pojawiły się wersje z elementem świecącym umieszczonym z boku. W czasach, gdy o telewizji nie można było nawet marzyć, zielone lub niebieskozielone światło wskaźników o rozmaitym kształcie rzeczywiście robiło niesamowite wrażenie. Każdy, kto choć raz widział z bliska tak pracującą lampę rozumie, dlaczego nazywa się ją magicznym okiem. Nawet dziś, w epoce niesamowitych osiągnięć technicznych, tajemnicze światło „magicznego oka” robi duże wrażenie nie tylko na młodych elektronikach. Wielu młodszych Czytelników chciałoby praktycznie wykorzystać te interesujące elementy, niemniej duża część z nich uważa lampy za elementy co najmniej tajemnicze, które z kilku względów trudno wykorzystać. Prezentowany projekt pokazuje, że wcale tak nie jest i że wcale nie trzeba być ekspertem, żeby z powodzeniem wykorzystać takie lampy.

Prezentowany układ to swego rodzaju iluminofonia. Tańczące paski magicznego oka zmieniają się w takt sygnału dźwiękowego odbieranego przez wbudowany mikrofon – nie jest więc wymagane dołączenie do źródła dźwięku. Co bardzo ważne, do zasilania wcale nie jest potrzebny transformator sieciowy z wysokonapięciowym uzwojeniem anodowym i uzwojeniem żarzenia. Cały układ zasilany jest z jakiegokolwiek zasilacza o napięciu około 12 V i prądzie 0,4 A.

Przy budowie urządzeń lampowych jednym z kluczowych problemów jest zapewnienie odpowiednich napięć zasilania. Lampa elektronowa do prawidłowej pracy wymaga wysokiego napięcia stałego o wartości +150…+400 V oraz stałego lub zmiennego napięcia żarzenia o wartości 6,3 V. Zwykle wykorzystuje się do tego dedykowany transformator z co najmniej dwoma uzwojeniami. Obecnie o taki transformator dość trudno i wykorzystuje się na przykład dwa transformatory, jeden do żarzenia lampy i zasilania ewentualnej części niskonapięciowej, drugi do wytworzenia napięcia anodowego. Ja w prezentowanym urządzeniu zdecydowałem się na zupełnie inne, niestandardowe rozwiązanie. Założyłem, że urządzenie ma być przeznaczone dla mniej doświadczonych Czytelników, dlatego musi być maksymalnie bezpieczne. Definitywnie zrezygnowałem z transformatora sieciowego i postanowiłem wykorzystać zwyczajny zasilacz wtyczkowy. W rezultacie ten najprawdziwszy lampowy układ zasilany jest wyłącznie z 12-woltowego zasilacza wtyczkowego, a potrzebne „nietypowe” napięcia uzyskiwane są za pomocą przetwornicy, a właściwie dwóch przetwornic. Dzięki obecności przetwornic, choć w urządzeniu występuje wysokie napięcie przekraczające 200V, nie jest to napięcie sieci energetycznej, napięcie to nie występuje między ziemią i układem, tylko między elementami urządzenia, więc układ jest bardziej bezpieczny niż odpowiednik zasilany z sieci. Oczywiście nie znaczy to, że nie istnieje ryzyko porażenia – tuż po włączeniu zasilania w układzie może pojawić się napięcie rzędu 500 V, które w czasie normalnej pracy spada do 200…250 V. Co prawda wydajność przetwornicy wysokonapięciowej jest niewielka, niemniej takie napięcia mogą wywołać silny szok, a w skrajnym przypadku nawet śmierć (dotyczy zwłaszcza osób z rozrusznikiem serca). Dlatego przy regulacji i użytkowaniu układu należy zachować daleko posuniętą ostrożność.

Wszystkie informacje potrzebne do wykonania urządzenia zawarte są w artykule. Stopień trudności określony przez dwie gwiazdki wynika przede wszystkim z obecności w układzie wysokiego napięcia, a nie z kłopotów z wykonaniem i uruchomieniem. Informacje zawarte po śródtytułach Opis układu oraz Montaż i uruchomienie w zupełności wystarczą do zbudowania i uruchomienia urządzenia. Kto chciałby zagłębić się w szczegóły, znajdzie dodatkowe wiadomości po śródtytule Dla dociekliwych i zaawansowanych.

Pomysł na taki układ iluminofoniczny pojawił się już dawno: kilka lat na półce mojego biurka komputerowego leżały dwie lampy: EM1 i EM84. Od dawna obiecywałem sobie, że zrobię układ, żeby pokazać ich „magiczne” działanie. Ale dopiero później, po konsultacjach ze swoim synem, przystąpiłem do rysowania schematu. Kluczowym elementem urządzenia jest lampa elektronowa typu EM84. Lampa EM84 jest przedstawicielką „nowocześniejszych” lamp wskaźnikowych i można ją stosunkowo łatwo zdobyć. Była stosowana jeszcze w latach siedemdziesiątych, między innymi w magnetofonach ZK120 i ZK140 produkcji warszawskich Zakładów Radiowych im. Kasprzaka (ZRK). Elementem wskaźnikowym w tej lampie są dwa świecące paski, zmieniające swą długość pod wpływem napięcia sterującego. W układzie zamiast lampy EM84 można śmiało stosować lampy EM87 oraz EM85. Po niewielkiej modyfikacji płytki drukowanej można też wykorzystać lampy EM80 oraz EM81 – wskazówki na ten temat zawarte są w końcowej części artykułu.

Opis układu

Schemat ideowy iluminofonicznego układu z „magicznym okiem” pokazany jest na rysunku 1.

Jak widać, urządzenie zasilane jest pojedynczym napięciem 12 V. Napięcie to bezpośrednio zasila układ scalony U2. Jest to popularny układ CMOS 4049 zawierający sześć negatorów o zwiększonym prądzie wyjściowym. Negatory U2E i U2D tworzą klasyczny dwubramkowy generator CMOS. Elementy L1, T1, D8, C1 tworzą bardzo prostą, klasyczną indukcyjną przetwornicę podwyższającą, która nie obwodu stabilizacji napięcia wyjściowego. Na schemacie kondensator C1 zaznaczono jako elektrolityczny. Z uwagi na mały prąd i dużą częstotliwość pracy wystarczająco dobrą filtrację można uzyskać już przy zaskakująco małej pojemności 10nF. Oznacza to, że można tu śmiało zastosować kondensator stały. Częstotliwość drgań generatora sterującego wyznaczona jest przez elementy C9, R13, R12 i D4. Obecność diody D4 i rezystora R12 powoduje, że przebieg na bramce tranzystora T1 ma wypełnienie zdecydowanie różne od 50% (czas impulsu wynosi około 25μs, czas przerwy około 1,5μs). Taki przebieg powoduje, że gdy przez te 25μs tranzystor T1 jest otwarty, na cewkę podane jest napięcie zasilania 12V i prąd w cewce L1 narasta przez ten stosunkowo długi czas – ilustruje to rysunek 2a. W cewce gromadzi się energia. Gdy tranzystor T1 zostanie na krótko zatkany, prąd na pewno przestanie płynąć przez tranzystor, jednak zgodnie z zasadą, że „cewka nie lubi zmian prądu”, na cewce momentalnie zaindukuje się takie napięcie, żeby podtrzymać przepływ prądu. Aby podtrzymać przepływ prądu, musi to być wysokie napięcie. Tak wysokie, żeby spowodować przepływ prądu przez cewkę L1, diodę D8 oraz kondensator C1 i obciążenie, na których panuje wysokie napięcie. Ilustruje to rysunek 2b.

Wątpliwości może budzić obecność rezystora R4, który „marnuje” energię przetwornicy. Rezystor ten jest absolutnie niezbędny. Rzecz w tym, że bez rezystora R4 w sytuacji, gdy lampa nie pobiera prądu, napięcie na kondensatorze C1 wzrosłoby do wartości przekraczającej 500 V, grożąc uszkodzeniem nie tylko C1, ale i innych elementów, w tym T1, L1 i R4, a nawet samej lampy elektronowej. Wspomniana groźna sytuacja ma miejsce nie tylko po wyjęciu lampy z podstawki. Po każdym włączeniu zasilania przetwornica zaczyna pracować od razu, a lampa jeszcze nie pracuje przez co najmniej kilka sekund, dopóki nie rozgrzeje się jej włókno żarzenia. I właśnie wtedy ważną rolę odgrywa rezystor R4. Wstępnie obciąża on przetwornicę na tyle, że napięcie na C1 nie wzrasta powyżej 500V. Gdy po kilku, kilkunastu sekundach lampa zaczyna normalną pracę, prąd lampy dodatkowo obciąża przetwornicę i napięcie na C1 spada do wartości około 200 V.

Negatory U2B, U2C pracują w obwodzie drugiej przetwornicy – pojemnościowej. Potrzebna jest ona do wytworzenia ujemnego względem masy napięcia zasilania. To ujemne napięcie o wartości około 10 V razem z napięciem zasilacza 12V gwarantują, że napięcie zasilające wzmacniacz operacyjny U1 jest rzędu 22 V. A właśnie takie napięcie jest potrzebne do wysterowania wejścia (siatki) lampy wskaźnikowej EM84. Jak pokazuje rysunek 3a, gdy na wyjściu bramki panuje stan wysoki, kondensator C8 szybko się ładuje. Prąd ładowania płynie z wyjścia bramki przez kondensator i dalej przez diodę D2 do masy. Gdy po chwili na wyjściu bramki pojawi się stan niski, „górna”, dodatnia okładka naładowanego kondensatora C8 zostanie dołączona do masy – rysunek 3b. Na „dolnej” ujemnej elektrodzie tak gwałtownie „ściągniętego w dół” naładowanego kondensatora pojawi się napięcie ujemne względem masy. Kondensator C8 staje się źródłem energii – podczas normalnej pracy część ładunku C8 zostaje przekazana przez diodę D2 do kondensatora C7 i obciążenia. Kondensator C8 jest okresowo ładowany i rozładowywany i w rezultacie na kondensatorze C7 uzyskuje się ujemne napięcie. Nie jest ono równe 1 2V – jest niższe od 12 V o spadek napięcia na diodach D2, D3 oraz na rezystancji wyjściowej bramek U2B, U2C.

Lampa EM84 sterowana jest w sposób pokazany w uproszczeniu na rysunku 4. W tym uproszczonym układzie katoda lampy dołączona jest do plusa napięcia z zasilacza 12V. Anoda lampy i wyprowadzenie zwane ekranem zasilane są wysokim napięciem z przetwornicy indukcyjnej. Lampa EM84, jak większość lamp, jest żarzona pośrednio. Oznacza to, że włókno żarzenia jest odizolowane galwanicznie od katody – włókno żarzenia można więc zasilać w dowolny sposób napięciem zmiennym lub stałym o wartości 6,3V. Prąd nominalny żarzenia wynosi 210mA. Elektroda wejściowa lampy – siatka, sterowana jest napięciem ujemnym względem katody (0…–20 V).

W uproszczonym schemacie z rysunku 4 jest to napięcie z suwaka potencjometru. W zależności od wartości napięcia siatki zmienia się długość „cienia”, czy inaczej przerwy między świecącymi paskami. Gdy napięcie siatka-katoda jest równe zeru (zwarcie siatki do katody), długość „cienia” między fosforyzującymi paskami jest największa. Przy ujemnym napięciu siatki wynoszącym około –22 V długość cienia zmniejsza się do zera, co oznacza, że świecące „magicznym światłem” paski schodzą się ze sobą. Ilustruje to rysunek 5.

W rzeczywistym układzie występują dodatkowe diody D6, D7, przez które płynie prąd żarzenia i katoda dołączona jest do napięcia o około 1,2V niższego od dodatniego napięcia zasilania. Pomaga to uzyskać większą maksymalną długość cienia-przerwy. W układzie podstawowym elementy PR3 i D5 nie są montowane. Przewidziano je do ewentualnych eksperymentów i nietypowych zastosowań – lampa typu „magiczne oko” może znaleźć szereg różnorodnych zastosowań. Prąd żarzenia ograniczony jest przez rezystor R15. Przy wartości 18…22 Ω na włóknie żarzenia lampy EM84 powinno wystąpić napięcie około 6,3 V. Obecność tego rezystora ogranicza także impuls prądu żarzenia w chwili włączenia zasilania, związany z faktem, że zimne włókno ma rezystancję kilka razy mniejszą niż po rozgrzaniu. Praktyka pokazuje, że wartość tego rezystora można zwiększyć nawet do 36 Ω. Niewielkie zmniejszenie jasności świecenia lampy nie ma znaczenia, a zmniejszenie napięcia i prądu żarzenia będzie miało pozytywny wpływ na trwałość lampy.

Zgodnie z danymi katalogowymi zerową długość cienia, czyli zetknięcie dwóch świecących pasków następuje przy napięciu siatki wynoszącym –22 V. W prezentowanym układzie całkowite napięcie zasilania wzmacniacza operacyjnego wynosi około 22 V. Uwzględniając wyjściowe napięcia nasycenia tego wzmacniacza, oznacza to, że na wyjściu uzyskuje się zakres zmian napięcia nieco mniejszy niż 22 V. Tym samym w proponowanym układzie zakres zmian długości cienia jest nieco mniejszy od maksymalnego dla tej lampy – w praktyce nie ma to żadnego znaczenia. Po prostu świecące paski nie schodzą się ze sobą, a największa długość cienia jest nieco mniejsza od maksymalnej.

W układzie długość świecących pasków zmienia się w zależności od głośności dźwięku odbieranego przez mikrofon elektretowy M1. Obwód polaryzacji tego mikrofonu z elementami R3, C6, R5 jest klasyczny. Sygnał z mikrofonu ma amplitudę rzędu pojedynczych miliwoltów, a na siatce lampy La1 zmiany napięcia muszą wynosić 20 V. Niezbędne wzmocnienie zapewniają dwa wzmacniacze operacyjne z kostki TL082 (TL072). Wzmacniacze te zasilane są napięciem bipolarnym (+12, –10 V). Układ U1B pracujący jako wzmacniacz odwracający ma wzmocnienie regulowane potencjometrem PR2, dzięki czemu można dobrać czułość do potrzeb, a konkretnie do głośności dźwięku w pomieszczeniu.

Potencjometr ten można skręcić do zera, ale nie oznacza to, że wzmacniacz pracował będzie z maksymalnym możliwym wzmocnieniem – wzmocnienie będzie wtedy wyznaczone przez stosunek rezystancji R8 do rezystancji wewnętrznej mikrofonu, która będzie nieco mniejsza niż wartość R5.

Napięcie stałe na wszystkich końcówkach wzmacniacza U1B, także na wyjściu, to potencjał masy (pomijając napięcie niezrównoważenia wynoszące kilka miliwoltów). Inaczej jest z wyjściem wzmacniacza U1A. Na jego wejściach panuje wprawdzie napięcie równe zeru, jednak dzięki obecności potencjometru PR1 i rezystora R9 spoczynkowe napięcie wyjściowe można zmieniać w szerokich granicach. Jest to konieczne, by w spoczynku uzyskać na wyjściu wzmacniacza potrzebne stałe napięcie spoczynkowe. W czasie pracy wskaźnik jest sterowany napięciem tętniącym, występującym na elementach R14, C5. W praktyce montowany jest tylko jeden z rezystorów R14a, R14b, zależnie od kierunku włączenia diody D1 – dalsze wskazówki podane są w części Montaż i uruchomienie. Wartość C5 można zmieniać w szerokim zakresie, uzyskując dłuższą lub krótszą stałą czasową filtru (C5 może być kondensatorem elektrolitycznym o napięciu 25 V).

W układzie występuje dodatkowy rezystor R1, który pozwala na sterowanie lampą za pomocą zewnętrznego napięcia stałego, podawanego na punkty A1, O1.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce drukowanej, pokazanej na rysunku 6. Montaż nie powinien sprawić większych kłopotów. Pomocą będą też fotografie modeli (modele zostały zmontowane na płytkach wcześniejszej wersji, różniącej się szczegółami od tej z rysunku 6). W układzie podstawowym nie należy montować elementów D5, PR3, a R2 można śmiało zastąpić zworą (elementy R2, D5 są przewidziane do zupełnie nietypowych zastosowań, w których mógłby się pojawić prąd siatki). Przypominam, że w mikrofonie elektretowym elektroda połączona z obudową to końcówka ujemna.

Jak widać na fotografiach, podstawka lampy ma być umieszczona od strony elementów, jak wszystkie pozostałe elementy. Płytka ma wymiary pozwalające umieścić ją w popularnej obudowie KM-42. Podstawkę należy wlutować za pomocą drutów o takiej długości, żeby znalazła się tuż pod górną pokrywką obudowy, w której trzeba wyciąć otwór na lampę. Osoby zupełnie nieznające lamp elektronowych muszą wiedzieć, że pod lampę EM84 koniecznie należy zastosować podstawkę. W żadnym wypadku nie należy próbować dolutować przewodów do metalowych nóżek lampy. Takie próby mogą łatwo skończyć się mikropęknięciami szkła oraz rozhermetyzowaniem bańki, a więc nieodwracalnym uszkodzeniem lampy.

Osoby, które same będą kompletować elementy układu, należy przestrzec, iż do przetwornicy nie nadają się miniaturowe dławiki o wielkości ćwierćwatowego rezystora – mają za mały prąd maksymalny i za dużą rezystancję. Oczywiście nie może to też być dławik o jakiejkolwiek indukcyjności. Zbyt mała indukcyjność spowoduje nadmierny wzrost

prądu cewki, nasycenie rdzenia i może spowodować przegrzanie i wręcz spalenie uzwojenia. Minimalna indukcyjność to 3,3 mH, lepiej 4,7…10 mH. Druga istotna sprawa to rezystancja uzwojenia – miniaturowe dławiki o rozmiarach małego rezystora o indukcyjności 4,7 mH mają zbyt mały maksymalny prąd i zbyt dużą rezystancję. Działanie modeli zostało z powodzeniem wypróbowane z trzema gotowymi fabrycznymi cewkami o indukcyjności 3,3…10 mH, oznaczonymi na fotografii 1 numerami 1…3.

Pracę samej przetwornicy wysokonapięciowej łatwo sprawdzić w gotowym układzie, wyjmując z podstawek lampę oraz wzmacniacz operacyjny U1. Wtedy nie płynie prąd żarzenia, przetwornica napięcia ujemnego jest obciążona w znikomym stopniu przez PR1 i praktycznie cały prąd jest pobierany przez przetwornicę wysokonapięciową.

W tabeli 1 pokazane są wartości prądu zasilania oraz napięć na kondensatorze C1 dla różnych cewek z fotografii 1.

W układzie z miniaturową cewką 1 mH (cewka numer 5) prąd zasilania narastał od około 90 mA do ponad 300 mA, a cewka i tranzystor silnie się rozgrzały w ciągu kilku sekund. Przy pozostałych (prawidłowo dobranych) cewka i tranzystor pozostawały chłodne.

W warunkach normalnej pracy (z lampą) prąd zasilania przetwornicy będzie nieco większy, niż podaje tabela, ale tranzystor T1 cały czas powinien pozostawać chłodny, co najwyżej lekko ciepły – nie radzę tego sprawdzać podczas pracy, bo można doznać silnego wstrząsu elektrycznego. W każdym razie tranzystor T1 na pewno nie wymaga radiatora.

Przez odpowiednie włączenie elementów D1, R14 i stosowne ustawienie PR1 można łatwo uzyskać dwa różne sposoby działania układu. Warto wypróbować działanie obu wersji i ostatecznie wybrać jedną z nich.

Wersja „dodatnia”. W tej standardowej wersji dioda D1 ma być wlutowana, jak na schemacie ideowym (rysunek 1), rezystor R14 wlutować w miejsce oznaczone R14a, czyli do minusa zasilania, a potencjometrem PR1 trzeba ustawić na wyjściu wzmacniacza U1A napięcie około –7…–8 V, bliskie ujemnego napięcia nasycenia wzmacniacza operacyjnego. Ilustruje to też rysunek 7. Na wyjściu wzmacniacza U1A będą więc występować tylko dodatnie połówki wzmocnionego sygnału. Będą one przechodzić przez diodę D1 i zostaną uśrednione w filtrze R14, C5. W takim układzie w spoczynku szerokość przerwy będzie najmniejsza – świecące „magiczne” paski będą najdłuższe. Dźwięki będą zwiększać szerokość przerwy, czyli będą rozsuwać paski.

Wersja „ujemna”. Należy włączyć diodę D1 odwrotnie niż na rysunku 1, R14 wlutować w miejsce R14b, czyli do plusa zasilania, a potencjometrem PR1 ustawić na wyjściu U1A napięcie spoczynkowe bliskie dodatniemu napięciu nasycenia wzmacniacza – patrz rysunek 8. Wtedy na wyjściu będą pojawiać się tylko ujemne połówki sygnału. Działanie „magicznego oka” będzie odwrotne – w spoczynku paski będą bardzo krótkie, rozsunięte, a dźwięki będą powodować ich wydłużanie i schodzenie się.

W każdej z wersji na początek potencjometry PR1, PR2 warto ustawić w położeniach środkowych. Po zmontowaniu ze sprawnych elementów układ powinien zadziałać – głośniejsze dźwięki powinny wyraźnie zmieniać długość świecących pasków. Po takim wstępnym uruchomieniu trzeba jeszcze ustawić spoczynkowy stan magicznych pasków za pomocą PR1, a potrzebną czułość na dźwięki potencjometrem PR2. Potencjometrem PR1 można łatwo wprowadzić wyjście wzmacniacza U1A w stan nasycenia – w takim stanie układ będzie miał dramatycznie małą czułość. Aby uzyskać dużą czułość, należy dobrać położenie potencjometru PR1, by wzmacniacz w spoczynku był tuż przed progiem nasycenia.

Uwaga! W układzie występuje wysokie napięcie. Osoby niepełnoletnie mogą wykonać i uruchomić układ wyłącznie pod opieką wykwalifikowanych opiekunów (nauczycieli).

Wszelkie manipulacje w układzie powinny być wykonywane po wyłączeniu napięcia zasilania.

Dla dociekliwych i zaawansowanych

Układ w wersji podstawowej reaguje na dźwięki odbierane przez mikrofon M1. Ale ten lampowy wskaźnik można też sterować zewnętrznym napięciem stałym o dowolnej biegunowości. Można w tym celu wykorzystać punkty A1, O1 według rysunku 9.

Ponieważ układ będzie zasilany z niezależnego źródła (zasilacza), by uzyskać odwrotny kierunek zmian, można po prostu odwrócić kolejność dołączenia końcówek A1, O1 i diody D1 według rysunku 10. W przypadku sterowania napięciem stałym według rysunków 9, 10 można też zewrzeć diodę D1.

W każdym przypadku potencjometremPR1 należy wtedy tak ustawić napięcie spoczynkowe, by uzyskać potrzebny zakres zmian. Wartości rezystorów R10 oraz R1 i ewentualnie R7, R8, PR2 należy dobrać w zależności od wielkości tego zewnętrznego napięcia sterującego.

Można zwiększyć napięcie zasilania do 15 V, co umożliwi uzyskanie na wyjściu wzmacniacza U1A zmian napięcia większych niż 22 V, a tym samym regulację długości cienia lampy EM84 w pełnym zakresie. Zwiększając napięcie zasilania należy zadbać, by tuż po włączeniu, gdy lampa jeszcze nie pracuje, napięcie na kondensatorze C1 nie przekroczyło 500 V (o wartości tego maksymalnego napięcia decyduje m.in. wartość R12, którą można wtedy zwiększyć). W wersji podstawowej jako filtrujący kondensator C1 przewidziano kondensator stały 10nF o napięciu pracy 630 V. Można też zastosować kondensator elektrolityczny 0,22…2,2 μF/630 V. W każdym przypadku napięcie maksymalne na elektrodach 6, 7, 9 lampy tuż po włączeniu nie powinno przekraczać 500 V – granicznej wartości napięcia drenu tranzystora T1 (dopuszczalne napięcie podawane na „zimną” lampę nie powinno przekraczać 550 V). Robocze napięcie zasilania na kondensatorze C1 podczas normalnej pracy lampy będzie niższe i nie przekroczy 300 V.

Osoby, które są zainteresowane parametrami lampy EM84, na rysunku 11 znajdą charakterystykę sterowania. Wartość b na osi pionowej to szerokość przerwy między świecącymi paskami wyrażona w milimetrach. Całkowity pobór prądu ze źródła napięcia anodowego (250 V) jest więc niewielki i nie przekracza 2mA. Oznacza to, że całkowita moc pobierana ze źródła napięcia anodowego nie jest większa niż 0,5 W. Właśnie dzięki temu możliwe jest zasilanie za pomocą małej, prościutkiej przetwornicy.

Lampa wskaźnikowa EM84 i podobne lampy tak naprawdę obok właściwej struktury wskaźnika optycznego zawierają dodatkową triodę, która pracuje jako wzmacniacz. Widać to wyraźnie na rysunku 12.

Na rysunku 13 pokazane są podstawowe parametry lampy EM84 oraz układ wyprowadzeń. Katoda jest wspólna dla obu części. Wyprowadzeniami triody wzmacniającej są nóżki 1 (siatka) i 9 (anoda). Sam wskaźnik optyczny zasilany jest napięciem 170…300V podanym na nóżkę 6 (ekran). Natomiast nóżka 7 to właściwe wejście sterujące wskaźnika. Tu warto dodać, że numeracja nóżek w lampach jest prosta: należy odwrócić lampę „do góry nóżkami” i liczyć je w kierunku ruchu wskazówek zegara, począwszy od przerwy między nimi. Dodatkowym ułatwieniem w razie wątpliwości jest fakt, że wyprowadzeniami żarzenia są nóżki 4 i 5.

Przy normalnej pracy wejście to jest dołączone do anody triody wzmacniającej i ostateczny typowy układ pracy jest taki, jak na rysunku 14a. Jak widać na tym rysunku, w typowym układzie pracy lampy anoda dołączona jest do dodatniego napięcia zasilania przez rezystor o dużej wartości (470 kΩ), natomiast elektroda zwana ekranem dołączona jest do tego napięcia bezpośrednio. Kto chciałby przeprowadzić eksperymenty, może włączyć w obwód ekranu rezystor o wartości kilkudziesięciu kiloomów (według rysunku 14b), co może nieco zwiększyć czułość wskaźnika.

Podany układ wyprowadzeń i układ pracy dotyczy też lampy EM87, która ma taki sam wygląd wskaźnika jak EM84 (dwa świecące paski), tylko jest czulsza. O ile, zgodnie z rysunkiem 11, lampa EM84 wymaga napięć sterujących na nóżce 1 w zakresie –22 V…0 V, o tyle dla lampy EM87 wystarczy napięcie sterujące w zakresie –10 V…0 V. Lampa EM87 w układzie według rysunku 14a powinna pracować z rezystorem Ra o wartości 100kΩ, a w układzie z rysunku 14b z rezystorami Ra=100 kΩ i Rl=33 kΩ; zakres zmian szerokości przerwy od zera do wartości maksymalnej wynosi –7 V…0 V. Dla napięć niższych (bardziej ujemnych) niż podane zakresy, oba świecące paski będą na siebie zachodzić.

Identyczny rozkład wyprowadzeń i układ pracy ma także lampa EM85, która ma wskaźnik nie w postaci linijki, tylko „rozchylającego się kielicha”. EM85 pracuje w układzie według rysunku 1 z rezystorem Ra o wartości 470 kΩ i wymaga napięć sterujących w zakresie –18 V…0 V (przy zasilaniu napięciem 250 V). Oznacza to, że lampy EM84, EM87 i EM85 można stosować wymiennie.

Bardzo podobnie działają lampy EM80 i EM81, które mają nieco inny układ wyprowadzeń. Pokazany on jest na rysunku 15. Jak widać, numeracja nóżek jest nieco inna, a anoda triody wzmacniającej jest wewnętrznie połączona z elektrodą sterującą wskaźnika. Lampy EM80, EM81, podobnie jak EM85, także mają wskaźnik w postaci „kielicha”.

Opisywany wcześniej układ według rysunku 1 i płytkę według rysunku 6 można z powodzeniem wykorzystać także do sterowania lampami EM80 i EM81 (jeden z wykonanych modeli zawiera lampę EM81). W tym celu wystarczy na płytce przeciąć niektóre ścieżki i zworkami z drutu wykonać nowe połączenia. Uwaga, niewykorzystane końcówki lampy EM80/81 (nóżki 3, 6, 7) powinny pozostać niepodłączone, ponieważ niektóre mogą mieć wewnętrzne połączenia z innymi nóżkami. W użytej w modelu lampie EM81 nóżka 6 była wewnętrznie połączona z nóżką 4, co nie jest jasno stwierdzone w katalogu – w niektórych katalogach występuje mało precyzyjny opis takiej nóżki w postaci i.c., co oznacza internal connection, czyli wewnętrzne połączenie.

Uwaga! Wszystkie wymienione lampy mają napięcie żarzenia 6,3V±10%. W lampie EM84 prąd żarzenia wynosi 210mA, we wszystkich pozostałych wynosi 300mA – informacja ta jest istotna, ponieważ w opisywanym układzie według rysunku 1 prąd żarzenia wyznaczony jest przez szeregowy rezystor R15. W wersji z lampą EM84 rezystor R15 może mieć wartość 18…22 Ω , natomiast z lampami EM80, EM81, EM85, EM87 – 12…15Ω . Wartość napięcia i prądu żarzenia nie jest krytyczna. Co prawda w katalogu podaje się zalecenie, żeby napięcie żarzenia wynosiło 5,7…6,9V (6,3±10%), jednak praktyka pokazuje, iż lampa będzie dobrze pracować także przy mniejszym napięciu – tu dają o sobie znać korzystne właściwości włókna żarzenia (duży dodatni współczynnik cieplny).

Pozostałe wymienione wcześniej lampy mają podobne te podstawowe parametry. Rysunek 16 pokazuje charakterystykę lampy EM85 (charakterystyki i efekt wizualny lamp EM80 i EM81 są podobne do EM85).

Praktyka pokazuje, że do typowych zastosowań nie jest potrzebne wgłębianie się w szczegóły. Kto chciałby gruntownie poznać właściwości tych lamp, może przeprowadzić dodatkowe próby. W lampach EM84, EM85 i EM87 dostępna jest elektroda sterująca samego wskaźnika – nóżka 7. Można zbadać wpływ napięcia na tej elektrodzie na wygląd świecących pasków. Rysunek 17 pokazuje zależność kąta świecenia lampy EM85 od napięcia na nóżce 7. W takim zastosowaniu sekcja triodowa nie jest wykorzystywana (i przynajmniej teoretycznie można ją wykorzystać do innych celów. Porównanie rysunków 16 i 17 pokazuje, na ile ta trioda zwiększa czułość sterowania.

Osoby zainteresowane dalszymi szczegółami znajdą w Internecie pełne karty katalogowe wymienionych lamp. Archiwalne karty katalogowe lamp EM można znaleźć w Internecie. Wiele dodatkowych informacji można znaleźć, wpisując w wyszukiwarkę typ lampy i słowa kluczowe typu tube, tuning indicator, itp.

Piotr Górecki