edw 2003 09 s27, Literatura techniczna, Czasopisma, Elektronika Dla Wszystkich, edw podf
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Podstawy
e l e k t r o n o w e
praktyka i teoria
dla młodego elektronika
cz
ęść
3
Przed miesiącem obiecałem Ci, że w niniej-
szym odcinku podam Ci praktyczne wska-
zówki i ku swemu zaskoczeniu zaczniesz
projektować użyteczne układy lampowe. Na
razie zajmiemy się triodą i jej podstawowym
układem pracy. Celowo na korzyść praktyki
pomijam szereg szczegółów, do których je-
szcze wrócimy. Chodzi mi o to, żebyś poczuł
istotę zagadnienia i przekonał się, że projek-
towanie układów lampowych nie jest wcale
takie trudne, jak można byłoby sobie wyo-
brażać. Lampy to w sumie dość prymitywne
elementy i wcale nie jest łatwo je uszkodzić.
W najbliższej przyszłości podam Ci sporą
garść wiedzy na temat podstawowych konfi-
guracji układowych i typowych układów
pracy. Potem zajmiemy się sprawą doboru
punktu pracy lampy. A w tym odcinku, zgo-
dnie z obietnicą, zrealizujesz swój pierwszy
wzmacniacz lampowy. Zanim do tego przej-
dziemy, parę słów o właściwościach lamp.
anodowym pobieranym wprost z akumulato-
ra. Na dowód na
rysunku 15
znajdziesz frag-
ment oryginalnej karty katalogowej, z które-
go wynika, że napięcie anodowe nie może
przekraczać 30V! Z kolei
rysunek 16
poka-
zuje podstawowe charakterystyki tej lampy.
I co Ty na to?
Ten wręcz szokujący przykład ma Ci
uświadomić ważną prawdę:
nie wszystkie
lampy wymagają napięcia anodowego rzędu
setek woltów
.
Jakie więc ma być napięcie anodowe
w konkretnym wzmacniaczu? Słusznie przy-
puszczasz, że będzie zależeć od typu i prze-
znaczenia lampy oraz amplitudy przetwarza-
nych sygnałów. Przyjrzyjmy się temu bliżej.
W
tabeli 1
znajdziesz zestawienie podstawo-
wych parametrów kilku lamp. Zwróć uwagę,
że nie ma tu podanego minimalnego napięcia
anodowego.
Już tu widać, że lampy ECC86 i ECC88
mogą pracować przy stosunkowo niskich na-
pięciach zasilania. Nie napalaj się jednak na
fantastyczną z pozoru lampę ECC86. Po
pierwsze niełatwo ją zdobyć. Jeśli dopisze Ci
szczęście i ją zdobędziesz, możesz ją zastoso-
wać i sprawdzić, jak sprawuje się wukładach
audio. Nie jest to jednak lampa kon-
struowana do sprzętu audio, tylko do
roli wzmacniacza i miksera w.cz. Tu
trzeba lojalnie przyznać, że i wystę-
pująca w tabeli lampa ECC85 też
przeznaczona była głównie do zasto-
sowań w.cz. Tym przeznaczeniem
lamp nie trzeba się jednak nadmiernie
przejmować, zwłaszcza na początku
Twej przygody z lampami. Warto raczej
sprawdzić „na ucho”, jak sprawuje się taka
lampa w danym zastosowaniu. Dotyczy to
także lampy ECC88, która według katalogu
też przeznaczona jest do... tunerów telewizyj-
nych, a do dziś znajduje zastosowanie
w sprzęcie audio. Podobnie jej długowieczna,
nieco ulepszona odmiana E88CC, bardzo czę-
sto spotykana w sprzęcie audio, według kata-
logu przeznaczona jest do wzmacniaczy
w.cz., p.cz., do wzmacniaczy kaskadowych,
mieszaczy i inwerterów fazy oraz do... kom-
puterów (multiwibratory, wtórniki). Jedynie
jeśli chodzi o lampy ECC82 i ECC83, nie ma
wątpliwości – katalog podaje, iż są przezna-
czone do wzmacniaczy audio. W każdym ra-
zie pierwotne przeznaczenie podane w kata-
logu nie powinno odstraszyć od próby wyko-
rzystania danej lampy w sprzęcie audio. Gor-
sza byłaby sytuacja odwrotna: gdyby lampę
przeznaczoną do wzmacniaczy akustycznych
próbować zastosować we wzmacniaczu w.cz.,
przy częstotliwości dziesiątek czy setek me-
gaherców (dałyby o sobie znać znaczne po-
jemności, ograniczające pasmo). Nie trzeba
się też przejmować podawanymi parametrami
Napięcie zasilania
Wśród mniej zorientowanych panuje opinia,
że lampy muszą pracować przy napięciu ano-
dowym rzędu setek woltów. Istotnie, we
wzmacniaczach mocy napięcie anodowe wy-
nosi 400...1000V, a nawet więcej. Ale my nie
projektujemy wzmacniacza mocy. Na razie
zajmujemy się wzmacniaczem napięciowym,
którego jedynym zadaniem jest wzmocnienie
(napięcia) sygnału.
I tu mam dla Ciebie zaskakującą informa-
cję: istnieje lampa, która przewidziana jest do
pracy przy napięciu anodowym równym
6,3V oraz 12,6V. Tak jest! To nie pomyłka –
te 6,3V to nie napięcie żarzenia, tylko napię-
cie anodowe! Już się kilka razy przekonałem,
iż nawet elektronicy starszego pokolenia pa-
miętający lampy, z niedowierzaniem przyj-
mowali taką wiadomość. Tymczasem jest to
niezaprzeczalny fakt: lampa ECC86 i jej od-
powiednik 6GM8 opracowane zostały do
dawnych radioodbiorników samochodowych,
by pracowały bez przetwornicy przy napięciu
Rys. 15
Tabela 1
Parametr ECC86 ECC88 E88CC ECC82 ECC85 ECC83
1
Max napięcie anodowe
V
30
130
220
300
300
300
2
Moc strat w anodzie
W
0,6
1,8
1,5
2,75
2,5
1
3
Max prąd katody/anody
mA
20
25
20
20
15
8
4
Max napięcie siatki
V
-30
-50
-100
-100
-100
-50
5
Max rezystancja Rs
M
Ω
1
1
1
1
1
2
6 Max napięcie katoda-grzałka
V
30
50
100
180
90
180
Elektronika dla Wszystkich
27
L a m p y
Podstawy
szumowymi, które z reguły dotyczą częstotli-
wości kilkudziesięciu megaherców. Po takim
wyjaśnieniu możesz śmiało przeanalizować
dalsze informacje. W
tabeli 2
podane są typo-
we parametry robocze omawianych lamp.
Zwróć uwagę, że dla wszystkich lamp po-
za ECC86 podane w katalogu robocze napię-
cie anodowe jest duże i wynosi co najmniej
90V. Nie zapomnij jednak, iż jest to typowe
napięcie robocze w standardowych zastoso-
waniach. Nie znaczy to, że lampa nie może
pracować przy niższych napięciach – sam się
o tym zaraz przekonasz.
Wszystkie omawiane lampy to podwójne,
niezależne triody. Niezależne, to znaczy każdą
zpołówek lampy można dowolnie wykorzy-
stać. Na
rysunku 17
masz podane układy wy-
prowadzeń. Jak pokazuje rysunek 17b, w lam-
pach ECC85, ECC86 i ECC88 nóżka 9 jest
połączona z wewnętrznym ekranem. Dołącze-
nie tego ekranu do masy pozwala zmniejszyć
wzajemny wpływ obu sekcji (obu triod), co
ma istotne znaczenie przede wszystkim w za-
kresie w.cz. – stąd inne wykorzystanie nóżki 9
w lampach przeznaczonych do zakresu m.cz.
W lampach zasada numeracji końcówek
jest prosta: bierzemy lampę wrękę, patrzymy
na nóżki i liczymy zgodnie z ruchem wska-
zówek zegara. Ilustruje to
fotografia poniżej
.
W razie wątpliwości można łatwo upewnić się
co do właściwej numeracji – wystarczy zmie-
rzyć omomierzem oporność włókna żarzenia
(jest mniejsza od 20Ω), które w lampach 9-
nóżkowych (noval) umieszczone jest zawsze
między nóżkami 4 i 5. Zwróć uwagę, że nie
tylko żarzenie, ale też rozkład podstawowych
elektrod jest we wszystkich wymienionych
lampach identyczny. We wszystkich nóżki 4
i5 są końcówkami żarzenia. W tym względzie
lampy ECC82 i ECC83 (także ECC81) różnią
się od pozostałych istotnym szczegółem: przy
wykorzystaniu końcówek 4 i 5 napięcie żarze-
nia ma wynosić 12,6V, a prąd żarzenia tylko
150mA (w ECC87 – 300mA). W lampach
tych nóżka 9 jest wyprowadzeniem punktu
połączenia grzejników obu triod. Dzięki takie-
mu szeregowemu połączeniu i wyprowadze-
niu punktu środkowego możliwe jest też ża-
rzenie włókien lamp ECC82, ECC83 i ECC81
napięciem 6,3V (300mA, w ECC87- 600mA).
Napięcie to trzeba podać między nóżkę 9
i zwarte ze sobą nóżki 4 i 5. Ilustruje to
rysu-
nek 18
.
Rys. 16
Wybór lampy
Choć generalnie wszystkie wymienione lam-
py mogą pracować w sprzęcie audio, ja
chciałbym zwrócić Twoją uwagę przede
wszystkim na lampy ECC88 i E88CC, a do-
piero w drugiej kolejności na popularne
ECC82 i ECC83. Wprawdzie bardzo zachę-
cająco wyglądają parametry lampy ECC83,
zwłaszcza jej wyjątkowe duże wzmocnienie
Ka, jednak lampa ta powinna pracować przy
stosunkowo dużym napięciu, a ja na począ-
tek chcę Ci pokazać, że można z powodze-
niem pracować przy zaskakująco niskim na-
pięciu anodowym.
Rys. 17
Fot. 1
Tabela 2
Parametr ECC86 ECC88 E88CC ECC82 ECC85 ECC83
1
Napięcie anodowe
V
6,3
12,6
25
90
90
100
250
250
100
250
2
Napięcie siatki
V
0
0
0
-1,3
-1,3
0
-8,5
-2,7
-1,0
-2,0
3
Prąd anodowy
mA
0,9
2,5
7,7
15
15
11,8
10,5
10
0,5
1,3
4
Transkonduktacja - S
mA/V
2,6
4,6
7,8
12,5
12,5
3,1
2,2
6,1
1,25
1,6
5
Wzmocnienie - Ka
13
15,6
16,4
33
33
19,5
17
55
100
100
6
Rezystancja wewnętrzna - Ri
k
Ω
5
3,4
2,1
2,6
2,6
6,5
7,7
9
80
62,5
7
Napięcie żarzenia
V
6,3
6,3
6,3
6,3 / 12,6
6,3
6,3 / 12,6
8
Prąd żarzenia
mA
330
365
300
300 / 150
435
300 / 150
9
Układ wyprowadzeń (rys. 17)
B
B
A
B
A
28
Elektronika dla Wszystkich
Podstawy
Dlatego proponuję właśnie lampę ECC88
i jej ulepszoną, długowieczną wersję E88CC.
Poświęćmy teraz uwagę tym właśnie lam-
pom, a później wrócimy do pozostałych.
Najpierw jednak słowo wyjaśnienia o róż-
nicach między ECC88 i E88CC. Lampa
ECC88 jest lampą standardową, natomiast
E88CC jest wersją ulepszoną, mającą taki
sam układ wyprowadzeń i charakterystyki,
tylko rozrzut tych charakterystyk jest mniej-
szy. Co ważne, lampa E88CC ma większą
trwałość – średni gwarantowany czas pracy
wynosi 10 000 godzin, kilkakrotnie więcej
niż wersji standardowej (na marginesie –
lampa elektronowa nie psuje się gwałtownie
– z czasem pomału pogarszają się jej parame-
try i w pewnym momencie trzeba ją wymie-
nić na nowy egzemplarz).
Podobnie możesz spotkać lampę E82CC –
bez chwili zastanowienia stosuj takie ulep-
szone, długowieczną wersję w miejsce
ECC82. Zamiast ECC88 możesz też wyko-
rzystać lampę PCC88, która charakterystyki
elektryczne i wyprowadzenia ma dokładnie
takie jak ECC88, nieco inne jest tylko napię-
cie i prąd żarzenia. Pierwsza litera P pokazu-
je, że lampa przeznaczona jest do tzw. żarze-
nia szeregowego, gdzie prąd żarzenia (połą-
czonych szeregowo włókien kolejnych lamp)
wynosi 300mA. Napięcie żarzenia wynosi
wtedy 7,6V. Moc żarzenia (300mA*7,6V)
jest taka sama, jak w lampie ECC88
(365mA*6,3V).
Odpowiednikami lampy ECC88 są 6DJ8
(USA), 6H23 (ZSRR), lampy PCC88 – 7DJ8
(USA), a lampy E88CC – 6922 (USA), CCa
(Siemens), ECC868 (RFT).
Mamy podstawowe informacje o naszym
elemencie wzmacniającym. Na razie katalo-
gowymi charakterystykami nie będziemy się
zajmować, bo chcę Ci pokazać lampy od naj-
prostszej strony. I tu mam niespodziankę:
chcemy wykonać użyteczny układ lampowy,
zasilany możliwie niskim napięciem. Przeko-
naj się osobiście, na ile fałszywe jest wyobra-
żenie, że lampa nie może pracować przy ni-
skich napięciach zasilania. W czasach, gdy
królowały lampy, uzyskanie napięcia anodo-
wego rzędu stu czy kilkuset woltów nie było
problemem, bo dostępne były liczne transfor-
matory z odpowiednimi uzwojeniami. Dziś
transformatorów z typowym napięciem ża-
rzenia (6,3V) i anodowym już się nie produ-
kuje. My moglibyśmy łatwo poradzić sobie
z uzyskaniem wysokiego napięcia, ale ze
względów dydaktycznych chcemy sprawdzić
pracę lamp przy jak najniższym napięciu za-
silania. Jeśli poznasz kluczowe zależności,
a co ważniejsze - ograniczenia, z łatwością
poczujesz temat i potem wyśmienicie pora-
dzisz sobie z realizacją układu o wyższym
napięciu zasilania.
Żeby na początek nie mieszać Ci w gło-
wie zbędnymi szczegółami, weźmiemy na
warsztat układ najbardziej klasyczny z kla-
sycznych – „książkowy” wzmacniacz ze
wspólną katodą. Oczywiście będzie to
wzmacniacz małej częstotli-
wości (audio), więc nie bę-
dziemy się wgłębiać we
wszystkie szczegóły ważne
przy wysokich częstotliwo-
ściach. Tu od razu chciał-
bym uprzedzić zarzuty osób
zapoznanych z tematem:
układ jest, bo ma być – naj-
prostszy z możliwych i na
razie pomijamy szereg
czynników takich jak nieza-
wodność, typ współpracują-
cych elementów biernych,
wybór punktu pracy, prąd
siatki, kwestie montażowe,
itd. Nie wgłębiając się w ta-
kie szczegóły, odsuwając na
bok ewentualne pytania
iwątpliwości, zbuduj układ
według
rysunku 19
.
Tak jest – żadnych wyso-
kich napięć! Całość ma być
zasilana pojedynczym napię-
ciem 12V!
Wystarczy do tego jaki-
kolwiek zasilacz stabilizowa-
ny 12V o prądzie co najmniej
400mA.
Wykorzystasz na razie
tylko połowę lampy – jedną
z dostępnych dwóch triod. Druga trioda po-
zostanie wolna, więc nóżki lampy o nume-
rach 6...9 pozostaw niepodłączone. Rezystor
R4 o wartości 47kΩ udaje tu zewnętrzne ob-
ciążenie i tym samym układ dobrze odzwier-
ciedla rzeczywiste warunki pracy.
Zastosuj lampę ECC88 lub E88CC – re-
zystor R3 ograniczający prąd żarzenia może
mieć wtedy wartość 18...22Ω. Jeśli masz
lampę PCC88, możesz jej śmiało użyć –
ewentualnie skoryguj tylko trochę rezystan-
cję R4, żeby prąd żarzenia wynosił 300mA
(napięcie żarzenia 7,6V).
Włącz zasilanie i po nagrzaniu włókna ża-
rzenia możesz zmierzyć
napięcie stałe
na
anodzie mierzone względem masy (katody).
Będzie ono wynosić około 8V.
Już tu chciałbym Cię uczulić na istotną
różnicę między napięciem zasilania, ozna-
czanym często Ub, a napięciem anodowym,
oznaczanym zwykle Ua. Napięcie anodowe
to napięcie między katodą a anodą lampy.
Jest ono zawsze mniejsze od napięcia zasila-
nia Ub, przynajmniej o spadek napięcia na
rezystorze anodowym R2. W naszym ukła-
dzie napięcie zasilania wynosi 12V, nato-
miast napięcie anodowe około 8V.
Taki beznadziejnie prosty układ jest naj-
prawdziwszym wzmacniaczem lampowym.
U mnie w układzie z lampą ECC88 (E88CC)
i rezystorem R2 o wartości 10k napięcie ano-
dowe wyniosło 8,3V, a prąd anodowy 0,4mA.
Podczas testów okazało się, iż przy tak ma-
łym napięciu zasilania, przy zewnętrznym
obciążeniu R4=47kΩ wzmocnienie wynosi
9,5x, czyli 19,5dB. Z obciążeniem R4=1MΩ
wzmocnienie było równe 11x (21dB).
Co istotne, taki prymitywny wzmacniacz,
zasilany „skandalicznie” niskim napięciem,
dość dobrze radził sobie ze stosunkowo duży-
mi sygnałami. Oczywiście ze względu na tak
małe napięcie zasilające, zniekształcenia har-
moniczne były znaczne i rosły ze wzrostem
sygnału, ale i tak uzyskane wartości okazały
się zaskakująco dobre. Zmierzyłem zniekształ-
cenia przy częstotliwości 1kHz. Przy sygnale
wyjściowym o wartości międzyszczytowej
1V (1Vpp, czyli 0,355V wartości skutecznej)
wyniosły 2%. Przy sygnale wyjściowym
o wartości 2,5Vpp (0,9Vsk) zniekształcenia
wzrosły do 5%. Dopiero przy jeszcze więk-
szym sygnale wyjściowym 4Vpp (1,41Vsk)
sięgnęły 10%. Tu chciałbym wyraźnie podkre-
ślić, że te zniekształcenia to wyłącznie druga
harmoniczna sygnału, co jest niemal... zaletą.
I oto zrealizowałeś swój pierwszy wzmac-
niacz lampowy. Gratuluję! Możesz go śmiało
wypróbować w praktyce.
Za miesiąc przeprowadzimy szereg eks-
perymentów i pomiarów tego właśnie ukła-
du, zastosujemy też obciążenie aktywne oraz
przeprowadzimy testy innego podstawowego
wzmacniacza – układu ze wspólną anodą.
Rys. 18
Rys. 19
100
µ
F
Piotr Górecki
Elektronika dla Wszystkich
29
[ Pobierz całość w formacie PDF ]