Nowy wzmacniacz o bezpośrednim wzmocnieniu
Radioamator, Rok II, Czerwiec 1952r., Nr 6, str. 19÷20

   Układ wzmacniacza wskazany na rys. 1 nie posiada żadnego elementu sprzęgającego pomiędzy anodą stopnia pierwszego, a siatką stopnia drugiego. Jest to więc układ nazywany dotychczas wzmacniaczem prądu stałego. Działanie jego będzie prawidłowe, jeśli potencjał katody drugiej lampy względem masy będzie wyższy od potencjału anody stopnia pierwszego, gdyż w ten sposób siatka drugiej lampy będzie ujemną względem swej katody. W zwykłym jednak układzie anoda lampy sterującej wykazuje napięcie względem masy rzędu setki woltów, wynika więc stąd konieczność stosowania wysokiego stosunkowo napięcia zasilającego. Napięcie ponadto powinno być stabilizowane, gdyż zmiana napięcia o np. 10 woltów pociąga za sobą zmianę o kilka woltów, co może mieć bardzo nieprzyjemne skutki przy nowoczesnych lampach głośnikowych o dużym nachyleniu charakterystyki. Układów takich unikano więc o ile tylko możliwe, a tam gdzie były niezbędne, jak np. w niektórych układach pomiarowych, należało przedsiębrać pewne dość skomplikowane środki zabezpieczające.

   Nowy schemat pozwala na uniknięcie tych wszystkich braków, a oprócz tego przedstawia szereg zalet, dzięki którym może niekiedy okazać się lepszym od wzmacniacza o sprzężeniu RC.


Rys. 1

Wartości z rys. 1 wskazują, że pierwsza lampa pracuje przy bardzo niskim napięciu na swej anodzie. Oporność anodowa jest tu bowiem przeszło 50 razy większa niż zwykle, zaś napięcie ekranu odpowiednio niższe od napięcia anodowego. Uzyskuje się w ten sposób pewną oszczędność na poborze prądu, ale jednocześnie wyzyskuje się do maksimum, przynajmniej w tych warunkach, zdolności amplifikacyjne lampy.

   Na rys. 2 podane są wykresy nap[pięcia na anodzie lampy w układzie normalnym i w układzie obecnym.


Rys. 2

W pierwszym, prosta część charakterystyki jest bardziej rozległa i przez to można otrzymać większe napięcia anodowe zmienne. Wzmocnienie jednak jest około trzy razy większe przy zastosowaniu wielkiej oporności obciążenia. Ponieważ lampa końcowa wymaga do wysterowania zaledwie kilku woltów skutecznych, osiągalne napięcia, nawet i w tym przypadku wyższe od 50 woltów (od szczytu do szczytu - odpowiada około 17 woltów skutecznych) wystarcza z nadmiarem a nawet pozwala na użycie pewnego stopnia ujemnego sprzężenia zwrotnego.

   W układach o sprzężeniu bezpośrednim najważniejszą sprawą jest utrzymanie stanu równowagi. Jeżeli jakakolwiek nie wielka zmiana np. wzrost napięcia zasilającego powoduje spadek prądu lampy końcowej, co oczywiście przyczynia się do dalszego wzrostu napięcia zasilającego itd. - powstaje t.zw. lawinowy wzrost jednej na spadek innej wartości i zdecydowane rozlegulowanie się układu. Taka okoliczność wymaga albo ustawicznej interwencji operatora albo też zastosowania specjalnych a najczęściej skomplikowanych i kosztownych urządzeń stabilizujących. Jest to znany z fizyki stan równowagi chwiejnej. Stabilnym, prostym w obsłudze jest układ wykazujący stan t.zw. równowagi stałej. W podanym wyżej przykładzie stan taki zachodziłby jeśli wzrost przypadkowy napięcia zasilającego spowoduje wzrost prądu anodowego. Ten ostatni przyczyni się do obniżenia napięcia anodowego, a tym samym do zachowania równowagi.

   W układzie z rys. 1 ten stan równowagi stałej uzyskuje się dzięki pobieraniu napięcia ekranu lampy wstępnej z dzielnika napięć w katodzie lampy końcowej. W tym systemie wzrost np. napięcia zasilającego powoduje w wyniku wzrost napięcia ekranu pierwszej lampy. Temu ostatniemu towarzyszy wzrost prądu anodowego tej lampy co powoduje spadek napięcia na tej anodzie. Ten ostatni stanowi o zmniejszeniu dodatniej części napięcia na siatce końcowej lampy. Rośnie więc ujemne przednapięcie tej ostatniej, spada jej prąd anodowy i wszystko wraca do stanu równowagi. Warunki może się nieco zmieniły, ale o żadnym poważnym "rozjechaniu" się układu mowy nie ma. Trzeba jeszcze nadmienić, że lampa wstępna nie potrzebuje specjalnego ujemnego przednapięcia swej siatki. Wielki opór upływowy wystarcza, aby wytworzył się na nim ten niewielki potrzebny spadek napięcia (około 0,75 wolta), jakiego wymaga lampa w nowym ukłądzie. Mikroskopijny, resztkowy prąd jonowy, wynikający z obecności resztek gazów w bańce, wystarcza do tego celu.

   Układ omawiany przez nas obecnie, ma pewien oczywisty defekt: jest nim kiepska charakterystyka częstotliwości. Charakterystyka ta zależy jak wiadomo w swej głównej części, od pojemności bocznikujących anodę lampy oraz wszystkich działających tu oporności. Konkretnie biorąc częstotliwość f0, przy której wzmocnienie spada o 30% (-3dB) w stosunku do tonów średnich, wyraża się wzorem:

f0 = 160000 / (C·R)

gdzie:

  • C - suma pojemności obciążających anodę,
  • R - oporność wypadkowa z oporności wewnętrznej lampy ρ, oporności anodowej Ra oraz oporności upływowej siatki następnej lampy - wszystkie połączone równolegle.

   Przy Ra=15MΩ i Rs=0 (nie istnieje) oraz średnio ρ=1MΩ mamy w obecnym przypadku R=1MΩ. Podstawiając do wzoru otrzymujemy:

f0=160000/C

   Na C składają się połączone równolegle: pojemność anodowa lampy sterującej rzędu kilku pikofaradów, pojemność wyjściowa lampy głośnikowej, rzędu 20pF, oraz pojemności przewodów, podstawek, części - do masy, wszystko razem 10pF do 20pF. Jeśli przewody są ekranowane, ta ostatnia pojemność wzrasta do 40÷60pF. Już jednak przy C=30pF, a więc wartości poniżej której trudno będzie zejść, górna częstotliwość t.zw. graniczna, przy której wzmocnienie jak wiemy spada o 30%, będzie rzędu 5000c/s. Już ta wartość jest zbyt niska, a przy nieznacznym wzroście pojemności łatwo spada, nawet do około 2000c/s. Trzeba więc bardzo dbać o to, aby wszelkie pojemności obciążające anodę, były zredukowane do minimum. Nawet jednak przy wszelkich pod tym względem środkach ostrożności, należy przebieg charakterystyki wzmacniacza skorygować, najlepiej w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego. Trzeba przy tym nadmienić, że właśnie brak elementów sprzęgających pozwala na zastosowanie silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego, ponieważ przesunięcia fazowe zostają zredukowane.

   Wzmacniacza o bezpośrednim sprzężeniu używa się obecnie bardzo często do sterowania wzmacniaczy przeciwsobnych, symetrycznych, wychodzących ze źródła napięcia niesymetrycznego, tj. o jednym biegunie uziemionym. Odpowiedni układ wskazuje rys. 3.


Rys. 3

Używa się do tego celu najlepiej lampy rodzaju 6SN7 podwójnej triody. Jedna z triod pracuje w układzie oporowym i wzmacnia po prostu otrzymane napięcia zmienne. Jej anoda jest sprzężona bezpośrednio z siatką drugiej triody. Ta ostatnia pracuje w układzie t.zw. katodyny, gdzie w anodzie i w katodzie znajdują się jednakowe oporności. Dzięki temu katodyna dostarcza do następnego stopnia jednakowych napięć, o przeciwnych fazach, jak to właśnie wymaga się dla sterowania wzmacniaczy przeciwsobnych. Wadą katodyny jest to, że nie daje ona wzmocnienia, napięcie każdego z oddawanych sygnałów równe jest w przybliżeniu, a nawet nieco niższe od napięcia przyłożonego do siatki. Czynność wzmocnienia wypełnia tu jednak z powodzeniem lampa pierwsza. Na rys. 3 widzimy układ napięć stałych. Oporność katodowa drugiej lampy jest tak duża, że podnosi katodę na +70V tak, że siatka tej lampy, znajdująca się na potencjale _66V, jest w stosunku do katody na -4V, co właśnie spełnia wymagania dla tego typu lampy. W ten więc sposób połączono zręcznie układ katodyny z bezpośrednim sprzężeniem, uzyskując prosty i tani system sterowania stopni przeciwsobnych.

Materiał udostępnił Grzegorz Makarewicz, 'gsmok' (UWAGA: zachowałem oryginalną pisownię - niekiedy fatalną)