Wzmacniacz. Lampy

Wzmacniacz. Lampy

 Wzmocnienie triody było niewielkie. Bez neutralizacji jej zastosowanie w technice radiowej było niemożliwe.

Dla zmniejszenia pojemności wyjścia do wejścia tetrodę wymyślił niemiecki fizyk Walter Schottky ( wymyślił też diodę półprzewodnikową nazwaną jego imieniem ) w 1919 roku ale pierwszą tetrodę z siatką ekranująca a nie przeciwładunkową wyprodukowano dopiero w 1925 roku. Pierwszą pentodę ( „głośnikową”) wyprodukowano w 1927 roku.

W przededniu II Wojny masowa produkcja lamp elektronowych była opanowana w USA, Holandii, Anglii i Niemczech a uruchamiano ją we Francji i Japonii. W ZSRR uruchomiono fabrykę kupioną w 1936 roku od RCA ale produkcja była zbyt mała na nadchodzącą wojnę. Lampy miały często podwójne oznaczenie – RCA i radzieckie. W USA bracia Varian opracowali klistron a Brytyjczycy w czasie wojny odkryli magnetron.

Philips na podstawie swoich opracowań rozpoczął produkcje udanych pentod nazwanych później EF50. Miały duże nachylenie i bardzo małą pojemność anody do siatki pierwszej. Wzmacniacze częstotliwości pośredniej ( dalej IF ) radarów wzorowano na wzmacniaczu IF do pionierskiego odbiornika TV. Niemcom bardzo zależało na przechwyceniu technologi ale Brytyjczycy po agresji zorganizowali flotą ewakuacje kluczowego personelu, materiałów i bardzo szybko produkcje uruchomiono w Anglii a później w USA. EF50 była podstawą zaawansowanego sprzętu aliantów. Powojenna cywilna kariera EF50 w kolejnych modyfikacjach i bańkach była / jest bardzo długa

Niemiecki Telefunken wypuścił w 1937 roku udaną pentodę sygnałową RV12P2001. Była podstawą wszelkich niemieckich radiostacji i łączności czasów wojny. Była jednak znacznie gorsza od EF50 Philipsa. Jednocześnie TFK wypuścił pentodę mocy LS50 charakterystycznej budowy bańki. W czasie wojny nie wolno było jej używać ( deficytowe materiały w produkcji ) w sprzęcie cywilnym. LS50 została skopiowana w ZSRR jak GU50 i jest nadal produkowana w krajach bloku wschodniego a w tym w Polsce.

Dużo mówi się o tym że podstawą sukcesu Blitzkriegu była skoordynowana akcja wojsk zmechanizowanych z lotnictwem zupełnie zapominając o kluczowej roli łączności i wysiłku żołnierzy Wehrmachtu zdolnych wykonywać zadania ( marsze i przejazdy) przekraczające ludzką wytrzymałość tylko pod wpływem narkotyków czyli Pervitinu. Gdy alianci zrozumieli zasady Blitzkriegu skończyły się sukcesy Niemców.

Należycie dowodzona polska armia niemiecką dzicz powinna zatrzymać i po kilku miesiącach razem z Francuzami i Anglikami rozbić ale rząd i dowódcy uciekli a drugiego dnia wojny nie było już łączności z „wodzem naczelnym”. Armia Czerwona nie miała łączności a Stalin wymordował jej doświadczonych dowódców ! Natomiast Niemcy łączność mieli bardzo dobrą.

Napięcie zarżenia lampy LS50 12.6V ( prąd tylko 0.7A ) wybrano tak aby lampę w radiostacji żarzyć bezpośrednio z akumulatora wozu dowódczego lub bojowego. Moc żarzenia jest niewielka jak na moc admisyjną anody 40 W. Lampa toleruje chwilowe przeciążenie ( strojenie anteny lub jej uszkodzenie w akcji ) mocą 100 W jako że na anodę użyto drogiego stopu niklu który nie emitujące mocno przy rozżarzeniu anody gazów. Zanim opracowano wydajne pentody do stopnia końcowego odchylania poziomego H-Out przejściowo stosowano tą lampę.

Lampy najczęściej pracują z ujemną polaryzacją bez prądu siatki pierwszej S1. Wyjątkiem jest generator superheterodyny pracujący w klasie C z prądem siatki.

Charakterystyki lamp „odbiorczych” ( czyli nie nadawczych) w katalogach podawane są tylko dla ujemnych napięć S1.

Natomiast normą dla lamp nadawczych jest praca z prądem siatki i to często dużym. Pentoda LS50 typowo pracuje z napięciem siatki drugiej 250V. Im wyższa jest częstotliwość pracy tym mniejsze jest wzmocnienie lampy oraz mniejsza moc wyjściowa i dopuszczalne napięcie anodowe. Poniżej częstotliwości 30MHz napięcie anodowe Ua wynosi 1000V ale przy 120 MHz już tylko maksymalnie 600V.

Przy szczytowym napięciu Us1=20V szczytowy prąd siatki wynosi około 50 mA. Nie jest więc duży. W zakresie napięć siatki S2 -20...20V lampa jest liniowa co jest wielką zaletą.

Z punktu widzenia katody istotny jest średni poziom prądu. Zdolności pracy impulsowej lamp są niezwykle rzadko omawiane. Maksymalny ciągły prąd katody pentody LS50 wynosi 230 mA ale zalecany jest mniejszy od 130 mA. Przy częstotliwości mniejszej od 66 MHz impulsami o czasie 10 usec i wypełnieniu mniejszym od 1:100 ( czyli radar VHF ) lampa może pracować z napięciem Us2 aż 600V i anodowym aż 2000V przy szczytowym prądzie katody 3000 mA i szczytowym napięciu siatki S1 ponad 60 V.

Najmocniejszą masowo produkowaną lampą jest pentodą ( a może tetroda strumieniowa ) EL509 ( radziecka 6P45S w Rubinach ) i PL519 przeznaczone do stopnia odchylania poziomego H-Out TVC.

Przy napięciach Us2=175V i Us1=0V przy Ua=50V prąd anodowy wynosi aż 1.32 A przy oporności nasycenia zaledwie 38 Ohm.

Każdy towar winien mieć jak najlepszy stosunek użyteczności – funkcjonalności do ceny. Po wojnie oszczędnościowa konstrukcja radioodbiornika bez transformatora sieciowego z lampami serii U o prądzie zarżenia 100 mA nie przyjęła się natomiast odbiorniki TV zdominowały lampy serii P na szeregowy prąd zarżenia 300 mA w odbiorniku bez transformatora sieciowego.

Konstrukcja odbiornika radiowego AM z nowoczesnymi lampami była prosta. Lampa ECH81 ( i wcześniejsze) jest heterodyną i mieszaczem o dużym wzmocnieniu, EBF89 wzmacniaczem częstotliwości pośredniej i detektorem a trioda-pentoda ECL82 ( później ECL86 ) wzmacniaczem akustycznym. Gdy wymagana była większa moc wyjściowa rozwiązanie było bardziej skomplikowane. Później dodano na zakres UKF-FM głowice wykonaną na zoptymalizowanej podwójnej triodzie ECC85.

W odbiorniku telewizyjnym wzmacniacz akustyczny także używał lamp PCL82 i PCL86.

Oczywiście pentoda głośnikowa pracowała na obniżający transformator. Trwało to całymi latami !

Dla większych mocy stosowano układ przeciwsobny w klasie AB. Uzyskiwane efekty były marne. W układzie Ultra Linear z 1936 roku ( znany szerzej po 1955 roku ) siatki drugie wyjściowych pentod dołączono do odczepów uzwojenia transformatora wyjściowego uzyskując lokalne linearyzujące sprzężenie zwrotne w stopniu końcowym.

Mankamentem jest konieczność podania znacznie większego napięcia sterowania siatek 1 co wymaga dodatkowego różnicowego stopnia wzmocnienia napięciowego co z uwagi na sprzężenie pojemnościowe stopni i transformator bardzo mocno ogranicza ze względu na stabilność możliwą głębokość globalnego sprzężenia zwrotnego. Kolejnym mankamentem jest niemożliwość zasilania siatek S2 napięciem mniejszym niż anod co w dziedzinie lamp mocy jest normą. Dodatkowo asymetria indukcyjności rozproszenia transformatora sprawia że UL nie zmniejsza zniekształceń przy wyższych częstotliwościach a wymagania konstrukcyjne na transformator są ostre. W krajach gdzie układ zbadano nie podjęto żadnej masowej produkcji z nim. Prostszy układ bez UL ale z głębszym globalnym sprzężeniem zwrotnym daje taki sam a nawet lepszy efekt a jest prostszy i tańszy

Innowacyjny Philips wymyślił ( radio z 1953 roku ) wyjściowy układ beztransformatorowy OTL = Output Transformer Less. Specjalnie do niego wyprodukował pentody mocy EL86 pracując z małymi napięciami anodowymi oraz głośniki o oporności aż 400 i 600 Ohm. Dławik D1 i kondensator C4 to filtr górnoprzepustowy / zwrotnica dla głośników wysokotonowych.

Głośniki mają impedancje 4-8-16 Ohm a do głośnomówiących aparatów telefonicznych są produkowane głośniki o impedancji 32 Ohmy. Mocny technologicznie Philips wymyślił sposób wykonania cewki głośnika cieniutkim drutem w cienkiej izolacji. Mimo technologii głośniki mają obniżoną efektywność !

Sterowana jest tylko siatka S1 dolnej pentody mocy a siatka górnej pentody steruje prąd dolnej pentody via spadek na rezystorze 150 Ohm.

Mankamentem jest równoległe obciążające dołączenie dla składowej zmiennej do wyjścia dwóch rezystorów 6.8 K podających napięcia siatkom drugim.

Toteż w kolejne kombinacji S2 dolnej pentody zasila dodatkowa trioda a nieszkodliwy mały prąd stały S2 górnej siatki płynie przez głośnik.

Rozwiązanie Philipsa jest drogie a afekty użycia trzech lamp nie odbiegają od efektu jednej ECL86 plus transformator !

Użycie najmocniejszej popularnej lampy EL509 przy prądzie szczytowym 1.3A na głośniku 8 Ohm dałoby moc 6.76 W a na głośniku 16 Ohm dwukrotnie większą. Przy zasilaniu 350 V pentody byłyby mocno przeciążone cieplnie.

Ale przy równoległym połączeniu po 13 EL509 uzyskamy moc ponad 1142 waty na 8 Ohmach obciążenia ! Z obciążeniem 16 Ohm z 10 równoległymi lampami uzyskamy 1352 Waty !

Konstrukcja z 26 / 20 lampami wymagałby użycia wentylatora i umyślnego kierowania chłodzącego strumienia powietrza. Oczywiście siatki drugie S2 pentod należy zasilić z dwóch niezależnych zasilaczyków składających się z ekstra uzwojeń transformatora sieciowego, mostków i kondensatorów.

Ciężar takiego potężnego estradowego wzmacniacza nie byłby wcale duży z uwagi na brak transformatora wyjściowego.

Do czego zmierzają te rozważania ?

Wszystkie elementy aktywne są nieliniowe. Poziom setnych a potem tysięcznych części procenta zniekształceń udało się uzyskać dzięki sprzężeniu zwrotnemu ( z kompensacją dwubiegunową ) i tranzystorom o znacznej częstotliwości granicznej Ft.

Głębokiego sprzężenia zwrotnego nie można było zastosować we wzmacniaczu lampowym z transformatorem ale jak najbardziej można zastosować we wzmacniaczu beztransformatorowym szczególnie przy zasilaniu symetrycznym !

Na początku lat pięćdziesiątych produkowano moduł wzmacniacza operacyjnego na dwóch podwójnych triodach. Zatem lampowy wzmacniacz potężnej mocy można zbudować w układzie wzmacniacza operacyjnego z głębokim sprzężeniem zwrotnym !

Ciekawe jak rynek zareagowałby na ofertę lampowego wzmacniacza o mocy 1500 Watt, paśmie 0 -100 KHz i zniekształceniach 0.002%. Wzmacniacz lampowy bez lampowego brzmienia ?