Stabilizacja napięcia polaryzacji lamp

118 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2010 NOTATNIK KONSTRUKTORA Położenie punktu pracy lampy elek- tronowej (triody) jest ustalane za pomocą napięć występujących na anodzie i  siatce sterującej względem katody. W  ten sposób jest wybierany punkt pracy statycznej, czyli punkt pracy przy braku sygnału wejściowe- go. Napięcie pomiędzy katodą a siatką steru- jącą jest powszechnie nazywane napięciem polaryzacji. To ono w głównej mierze ustala położenie punktu pracy. W większości przy- padków stosowane są dwa sposoby otrzyma- nia i doprowadzenia napięcia polaryzacji na elektrody lampy. Polaryzacja za pomocą rezystora katodowego Pierwszy z  nich polega na włączeniu w  obwód katody odpowiedniego rezystora (rysunek  1). Prąd katodowy płynący przez ten rezystor wytwarza spadek napięcia Uk względem ogólnej masy układu. Do tej samej masy jest też za pośrednictwem rezystora Rg przyłączona siatka sterująca lampy. W  ten sposób pomiędzy katodą i siatką zostaje przy- łożone napięcie polaryzacji, którego wartość można łatwo zmieniać poprzez zmianę re- zystancji rezystora Rk. Jest to metoda zwana autopolaryzacją lub polaryzacją katodową. Ma ona dwie waż- ne zalety: ? nie wymaga dodatkowego źródła napię- cia, ? układ automa- tycznie sta- bilizuje swój punkt pracy. Przypuśćmy, że z  pewnych przyczyn (zmiana napięcia zasila- Stabilizacja napięcia polaryzacji lamp Temat układów elektronicznych zbudowanych w  oparciu o  lampy elektronowe wydaje się być nieco przestarzały. Mimo tego stale konstruowane są układy lampowych wzmacniaczy audio i  uważane za takie z  ?wyższej półki?. Artykułów na temat sposobów stosowania lamp na próżno szukać we współczesnej literaturze. Dlatego też wychodząc naprzeciw potrzebom Czytelników, publikujemy kolejną garść porad technicznych dotyczących sposobów stosowania lamp we własnych konstrukcjach. Artykuł jest ciekawym uzupełnieniem projektu ?Potencjometru lampowego?. liczyć się ze znacznymi wymiarami mecha- nicznymi kondensatora. Kolejną wadą jest strata części napięcia zasilania na rezystorze Rk, co w  stopniach wyjściowych prowadzi do konieczności podwyższenia napięcia za- silania, stosowania kondensatorów o  wyso- kim napięciu nominalnym, co znowuż wpły- wa na ich wymiary. Istnieje jeszcze jeden parametr, który utrudnia wykorzystanie układu autopo- laryzacji w  stopniach wyjściowych: moc rozpraszana na rezystorze Rk. Dla przykła- du, wybierzmy lampę 6S33S (oznaczenie oryginalne 6C33C). Na rysunku  2 zilustro- wano jej charakterystykę wyjściową. Niech nasz punkt pracy znajduje się w  miejscu Ua=170 V, Ia=350 mA. Odpowiada mu na- pięcie polaryzacji Ug=?50  V. Oznacza to, że na rezystorze Rk powinien odkładać się spadek 50 V, co przy prądzie Ia wynoszącym 350 mA daje moc traconą P=17,5 W. Tworzy to szereg trudności konstrukcyjnych, takich jak wymiary i  mocowanie odpowiednich rezystorów i odprowadzenie ciepła poprzez otwory wentylacyjne, które nie powin- ny przy tym psuć wyglądu zewnętrznego wzmacniacza. Polaryzacja za pomocą źródła napięcia dodatkowego W  związku z  takimi wadami polaryza- cji za pomocą rezystora katodowego, często nia, starzenie się elementów itp.) zmienił się prąd katody lampy. W praktyce oznacza to, że zmienia się położenie punktu pracy, co może pogorszyć parametry wzmacniacza. Jeśli prąd katody zmniejszył się, to maleje również spadek napięcia na rezystorze Rk. Tym samym zmniejszy się napięcie polaryza- cji lampy i wzrośnie prąd katodowy, a więc nastąpi częściowa kompensacja zmiany na- tężenia prądu katodowego. Nie należy jednak uważać, że autopola- ryzacja ma same zalety. Rezystor Rk włączo- ny w obwód katody zmniejsza współczynnik wzmocnienia napięciowego. Aby zminimali- zować jego wpływ, należy zbocznikować go dla prądu zmiennego kondensatorem. Nale- ży to zrobić w całym zakresie przenoszonych częstotliwości, więc kondensator powinien mieć pojemność setek, a może nawet tysię- cy mikrofaradów. W takim przypadku trzeba Rysunek 1. Sposób dołączenia rezystora katodowego Rk Rysunek 2. Charakterystyka wyjściowa lampy 6S33S 119ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2010 Stabilizacja napięcia polaryzacji lamp R E K L A M A pracy lampy (B) leży na współrzędnych Ua1=Uao+DU=170+8,5=178,5  V i  Ug=? 50 V, a odpowiadający mu prąd wynosi Ia- 1=Iao+DI=435 mA. Jest to zmiana o około 25%, która przemieszcza punkt pracy daleko poza krzywą dopuszczalnej mocy ogranicza- jącą obszar roboczy. W  rezultacie może to doprowadzić do uszkodzenia wzmacniacza. Jeśli napięcie polaryzacji nie będzie sta- bilizowane, to również zmieni się ono o 5% (Ug=(?50)+(?2,5)=?52,5  V). Otrzymamy nowy punkt pracy (C) o  współrzędnych Ua2=178,5 V i Ug=?52,5 V. Odpowiada mu nowe natężenie prądu anodowego Ia2. Już na pierwszy rzut oka widać, że Ia2 znacznie mniej różni się od Iao niż Ia1. Zmiana prądu jest przynajmniej 3-, 4-krotnie mniejsza. Tak więc stabilizacja napięcia polaryzacji nie tyl- ko nie przynosi pożytku, ale wręcz szkodzi lampie. Na rysunku 4 pokazano, że gdyby napię- cie polaryzacji zmieniło się do Ug=?53,5 V, to zmiana Ua zostałaby skompensowana, czyli prąd anodowy pozostałby bez zmian (punkt D). Schemat układu pozwalającego otrzymać praktycznie dowolne napięcie po- laryzacji z  regulowanym odchyleniem pro- centowym od wartości znamionowej przy zmianie napięcia zasilania zamieszczono na rysunku 5. Na kondensatorze C1 występuje napięcie ?100  V. Potencjometrem R1 usta- wiamy wielkość, która przy 5% odchyleniu napięcia zasilania da zmianę o  3,5  V, czyli Us=?3,5/0,05=?70 V (napięcie w punkcie S). Aby na wyjściu otrzymać potrzebne napięcie ?50  V, włączamy diodę Zenera o  napięciu Uz=Us?Upol=70?50=20  V. W  ten sposób otrzymujemy potrzebne Upol z odchyleniem pozwalającym skompensować zmianę prądu anodowego. Jerzy Grnaderjan jurekl4@gazeta.pl czyli DU=0,05×170=8,5 V. Ponieważ napię- cie polaryzacji ze względu na zastosowany stabilizator nie zmieniło się, to nowy punkt jest używana inna metoda polaryzacji ? polaryzacja za pomocą dodatkowego źródła napięcia. Przy projektowa- niu wzmacniacza od przy- słowiowego zera, to znaczy jeśli nie są używane gotowe bloki i  komponenty innych urządzeń, konstrukcja takiego dodatkowego źródła napięcia nie sprawia specjalnych trud- ności. Do jego budowy można użyć dodatkowego uzwoje- nia nawiniętego na karkasie transformatora zasilającego. W związku z tym, że nie jest wymagany duży prąd obcią- żenia, to może ono być na- winięte cienkim drutem. Za uzwojeniem należy włączyć mostek prostowniczy, kon- densatory filtrujące i  stabili- zator napięcia, do wyjściu którego należy do- łączyć potencjometr pozwalający na płynną regulację napięcia polaryzacji. Przykładowy projekt takiego źródła pomocni- czego pokazano na rysunku 3. Jednak i  taki ?sztywny? sposób polaryzacji nie jest po- zbawiony wad. Na rysunku  4 zamieszczono powiększoną w okolicach punktu pracy cha- rakterystykę wyjściową lampy 6S33S. Przypuśćmy, że napię- cie zasilania wzrosło o  5%, Rysunek 3. Przykładowa konstrukcja źródła napięcia pomocniczego. Uwagi w tekście Rysunek 4. Ilustracja kompensacji zmian napięcia zasilania Rysunek 5. Źródło napięcia pomocniczego z kompensacją wpływu zmian napięcia zasilania