Strona  audioretro.pl  jest stroną hobbystyczną, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze. Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.

audio retro  >> nie tylko lampy >  
I transformatory głośnikowe I transformatory zasilające I zasilanie lamp I napięcie katoda-żarnik I zniekształcenia I 

Napięcie katoda-żarnik (Vkf)

Praca lamp elektronowych zwykle kojarzy się nam z wysokim, dodatnim napięciem na anodzie, natomiast na katodzie napięcie jest niskie - kilka, kilkanaście woltów względem masy - zależnie od lampy i sposobu polaryzacji siatki.
Jednak są układy, gdzie także na katodzie lampy podczas jej pracy występuje wysokie, dodatnie napięcie względem masy, co wnosi pewne implikacje, które musimy uwzględnić podczas projektowania i uruchamiania takiego układu.

Takie, wysokie napięcie na katodzie występuje w takich układach, gdzie dwie lampy są szeregowo połączone dla zasilania anodowego, jak układ z aktywnym obciążeniem (SRPP), mu-follower, wtórnik White'a, kaskoda, ale także w innych układach lampowych.

No dobrze, ale w czym problem?


Takie, szeregowe łączenie lamp powoduje, że na katodzie "górnej" lampy podczas pracy układu panuje wysokie napięcie stałe, które może mieć nawet wartość połowy napięcia anodowego (jeśli lampy są jednakowe).

Zobaczmy na schemat obok, gdzie przedstawiony jest układ z aktywnym obciążeniem (SRPP) pracujący jako przedwzmacniacz, w którym zastosowano popularną, niskonapięciową, podwójną triodę - ECC88 (przykładowo).

Żarniki obu triod zasilane są napięciem zmiennym 6,3V z transformatora sieciowego "Tr". By zmniejszyć przenikanie do przedwzmacniacza brumu sieciowego z żarników, napięcie żarzenia jest symetryzowane do masy przez dwa jednakowe rezystory symetryzujące Rs o niewielkiej wartości (50-100 omów).
Masa ma potencjał 0V, tak więc i żarniki lamp też mają potencjał zero, ze względu na połączenie ich przez rezystory symetryzujące  Rs z masą.

Gdy włączymy zasilanie, na anodzie triody górnej (L2) pojawi się napięcie zasilające, które na tym schemacie, wynosi +200V.

Po rozgrzaniu, przez lampy zaczyna płynąć prąd anodowy i na poszczególnych elementach powstają odpowiednie spadki napięć.
Rezystor katodowy R2 dobrany jest tak, by spadek napięcia (mierzony względem masy) wynosił na nim +3V i tym samym katoda K1 triody dolnej, (L1) jest pod napięciem +3V.
Natomiast na katodzie triody górnej, L2 ustaliło się napięcie około +100V (przykładowo).

I tutaj dochodzimy do istoty rzeczy: żarniki obu triod mają potencjał 0V, natomiast potencjał katody K1 lampy dolnej (L1) mierzony względem masy wynosi +3V, a  katoda K2 lampy górnej (L2) ma potencjał aż +100 V.

Na pierwszy rzut oka nie ma powodu do niepokoju, ale powinniśmy jednak sprawdzić pewien  nieoczywisty parametr, dotyczący lampy (tutaj ECC88) w jej karcie katalogowej. 

Zajrzymy więc do karty katalogowej lampy.

Jakie są skutki dużej różnicy napięć?

Zbyt duża różnica napięcia pomiędzy elektrodami implikuje niekorzystne zjawiska:

1. Przy napięciu wyższym niż dopuszczalne napięcie katoda-żarnik (Vkf), może wystąpić uszkodzenie lub szybkie zużycie lampy.
Napięcie dopuszczalne zwykle wynosi 50-100V, ale są lampy, gdzie napięcie maksymalne może mieć wartość 250V, 300V lub wyższe. Ponadto różni producenci, w różnych wersjach tych samych typów lamp stosują różne rozwiązania, tak więc warto sprawdzić dane w karcie katalogowej producenta i odpowiedniego modelu (typu) lampy.

2. Przy wysokim, dodatnim  napięciu na katodzie, pomiędzy nią a żarnikiem powstaje dioda, gdzie żarnik staje dodatkowym emitentem elektronów dążących do katody, która je przyciąga ze względu na wysoki, dodatni potencjał względem żarnika. Takie, "dzikie" elektrony powodują wzrost prądu anodowego co objawia się głównie zwiększeniem szumów.

3. Zwiększa się czułość lampy na tętnienia sieciowe (gdy żarnik zasilany jest prądem zmiennym), co po wzmocnieniu powoduje, że brum jest słyszalny w głośnikach.

Poniżej przykład charakterystyki prądu katoda-grzejnik Skan z książki: Jan Hennel "Lampy elektronowe", Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1966 r.

Co więc możemy zrobić?

 Środkiem zaradczym jest podniesienie napięcia także na żarnikach lamp (polaryzacja żarników odpowiednio wysokim napięciem stałym), tak by różnica napięć pomiędzy katodą a żarnikiem była mniejsza.

Jak tego dokonać?
 

Zobaczmy na schematy z lewej. W zasilaczu napięcia anodowego zastosowano dzielnik rezystorowy (R3, R4), na którym dobrano wartości rezystorów tak, by uzyskać odpowiednie napięcie - tutaj 40V (względem masy). Napięcie żarzenia 6,3V z transformatora zasilającego zostało wyprostowane i  wraz z dodatkową składową stałą +40V, pobraną z dzielnika napięcia R3, R4, poprzez rezystory symetryzujące R6, R7 podane jest na żarniki lamp. Niebiesko-zielonym polem na schemacie zasilacza zaznaczono układ polaryzacji żarników napięciem 40V. Kondensator elektrolityczny C4 (50-100uF/100V) odsprzęga układ. W tym układzie przedwzmacniacza zastosowano żarzenie grzejnika napięciem stałym 6,3V, by zmniejszyć przenikanie brumów do sygnału audio (tzw. "ciche grzanie"), ale podobny dzielnik można oczywiście zastosować przy zasilaniu żarzenia napięciem zmiennym. Dzielnik będzie składał się wtedy z rezystorów R3, R4, R6 i R7, (identycznie jak na schemacie) ale NIE będzie kondensatorów C4, C5, C6, rezystora R5, oraz mostka M2. Po prostu, grzanie wprost z uzwojenia 6,3V transformatora, plus dzielnik z czterech rezystorów.

I co dalej?

Zobaczmy na górną triodę (L2). Napięcie na katodzie K2 wynosi +100V, ale teraz, w tym układzie, napięcie na żarniku tej triody wynosi  nie zero woltów, ale +40V!

Tak więc różnica napięć pomiędzy katodą a żarnikiem triody L2 tylko 60V, (100V-40V), możemy napisać że rzeczywista wartość Vk+/f- = +60V, więc mieści się w wartościach zalecanych przez producenta.

Zobaczmy, jaka jest sytuacja w triodzie dolnej, L1. Tutaj jest odwrotnie, różnica wynosi wprawdzie 37 V, ale to żarnik ma wyższe napięcie niż katoda!

I to jest właśnie ten przypadek, gdzie napięcie na żarniku jest wyższe niż na katodzie.

Możemy więc napisać, że Vk-/f+ = -37V - ta wartość także mieści się granicach wyznaczonych przez producentów (dla E88CC to 60V wg. karty katalogowej).

Pytanie - jakie napięcie polaryzacji żarników wybrać, by było "w sam raz?"

No cóż, trzeba najpierw w katalogu danej lampy u danego producenta sprawdzić jakie są dopuszczalne wartości napięć, a potem wybrać metodą "złotego środka" wartość tego napięcia - nie za dużą, nie za małą.

W większości lamp małej mocy stosujemy napięcie polaryzacji żarników w granicach 30-50V, czasem nieco wyższe, gdy zasilamy przedwzmacniacz dużo wyższym napięciem niż na przykładzie, pamiętając by nie przekroczyć napięcia granicznego także "dolnej" lampy.

Inne układy lampowe na które powinniśmy zwrócić uwagę.

1. Wtórnik katodowy

Wtórnik katodowy (czyli układ za wspólną anodą) jest często stosowany w układach lampowych. Wzmocnienie tego układu jest nieco mniejsze niż 1, ale ma szerokie pasmo przenoszenia, ponadto jego wielką zaletą jest to, że ma wysoką impedancję wejściową a niską impedancję wyjściową. Zalety te powodują, że jest powszechnie  wykorzystywany jako bufor prądowy lub stopień końcowy w przedwzmacniaczach a nawet wzmacniaczach mocy (np. wzmacniacz słuchawkowy OTL).

Na schemacie z lewej, prosty stopień przedwzmacniacza o sprzężeniu bezpośrednim (nie ma kondensatora pomiędzy stopniami), bardzo często spotykany w różnych układach, nie tylko audio. 
Pierwsza trioda L1 pracuje w standardowym układzie wzmacniacza napięciowego (układ Wspólna Katoda)), natomiast trioda L2 - w układzie wtórnika katodowego (Wspólna Anoda), jako bufor wyjściowy.

Schemat z prawej - podstawowy układ wtórnika katodowego, jako samodzielny układ (np. bufor)

Załóżmy, że lampa, to podwójna trioda ECC88, grzejniki obu lamp mają potencjał zero (czyli są uziemione do masy), a napięcie anodowe wynosi +200V.
Podczas pracy na pierwszej triodzie L1 napięcie na katodzie wynosi +4V (czyli nie ma problemu), natomiast na wtórniku (trioda L2) na katodzie jest +100V, a to już jest na granicy napięcia, którego producent nie zaleca przekraczać dla tej lampy.
By ten problem ominąć, albo trzeba zmienić lampę o wyższym dopuszczalnym napięciu Vk/f np. na E88CC, albo zmniejszyć napięcie zasilania.
Niższe napięcie zasilania spowoduje, że napięcia na katodach lamp będą niższe.

Oczywiście stosując inną lampę i inne napięcie anodowe oraz różne wartości rezystorów, otrzymamy różne napięcia w poszczególnych punktach układu.

Można też podwyższyć napięcie na żarnikach, podając składową stałą według opisu powyżej.

Ale, niezależnie od  tego przykładowego schematu, pamiętajmy, że każdy wtórnik z rezystorem polaryzującym w obwodzie katody (automatyczna polaryzacja katody) ma stosunkowo wysokie dodatnie napięcie na katodzie względem masy i warto zmierzyć jego wartość w warunkach pracy wzmacniacza.

Wielu konstruktorów proponuje by stosować podwyższoną polaryzację żarnika (szczególnie w czułych przedwzmacniaczach) nawet wtedy, gdy parametr Vkf nie zostanie przekroczony, bowiem wyraźnie zmniejsza to szumy i brumy we wzmacniaczu.

 2. Wzmacniacz z triodą mocy w układzie z polaryzacją automatyczną.

Triody mocy były najstarszymi lampami wzmacniającymi, stosowane najpierw we wzmacniaczach telekomunikacyjnych, potem w odbiornikach radiowych i wzmacniaczach audio (w kinach, teatrach itp).
Podstawową wadą triod jest ich niska sprawność, bowiem do uzyskania dużych mocy potrzebują wysokich napięć do zasilania i wysokiego napięcia polaryzacji siatki lampy, np. 50, 100 czy nawet 200V ujemnego napięcia na siatce triody.

Teoretycznie, w układach z takimi triodami problem z wysokim napięciem na katodzie mógłby wystąpić, ale producenci to przewidzieli i stosują taką konstrukcję lamp, że Vkf jest wysokie - 250 czy 300V.
Ale do karty katalogowej takiej triody zawsze warto zajrzeć by się upewnić...

Wyjątkiem są triody mocy stosowane w układach stabilizatorów lampowych np. 6080, rosyjskie 6N13S, 6S33S i inne, które zwykle (chociaż nie zawsze) pracują przy większych prądach anodowych, ale przy stosunkowo niskim napięciu anodowym. Napięcie polaryzacji siatki w takich triodach jest niższe niż w "klasycznych" triodach mocy.
Warto sprawdzić w karcie katalogowej.

Bibliografia 

audio retro  >> nie tylko lampy >  
I transformatory głośnikowe I transformatory zasilające I zasilanie lamp I napięcie katoda-żarnik I zniekształcenia I