Montaje del amplificador de válvulas de baja frecuencia más simple (I)

Radioamator i Krótkofalowiec 1961/05. Autor: K.W.
(Un rincón para principiantes radioaficionados)

   A pesar del progreso constante en la producción y aplicación de elementos semiconductores como diodos y transistores, el tubo de electrones sigue siendo un componente esencial de la mayoría de los dispositivos de ingeniería de radio. Como sabemos, el tubo de electrones, inventado hace unos cincuenta años, creó grandes perspectivas de desarrollo para la ingeniería de radio y se convirtió en la base de su extraordinaria carrera. El conocimiento de la construcción y principios de funcionamiento del tubo de vacío es el primer paso de "iniciación" de cada técnico de radio y por tanto también es válido para radioaficionados principiantes. Estableceremos nuestro conocimiento de los tubos de electrones de la manera más simple, es decir, ensamblando y probando manualmente un amplificador de baja frecuencia de un solo tubo. Este amplificador se puede utilizar como receptor detector y, a pesar de su sencillez, resulta muy útil, por ejemplo, si necesita escuchar una emisión con un mayor número de auriculares (2 - 6 pares).

   El diagrama esquemático del amplificador se presenta en la Fig. 1 en dos variantes, que difieren en la forma de alimentar la señal desde el detector al circuito amplificador. En el primer caso (Fig. 1a), se utiliza un transformador de acoplamiento de baja frecuencia con una relación adecuadamente seleccionada. Este sistema debe utilizarse cuando la señal obtenida del receptor detector es muy débil y queremos obtener la mayor ganancia posible. Aquí no se proporciona control de volumen (ganancia). Sin embargo, el uso del amplificador en el circuito mostrado en la figura 1b es aconsejable cuando el receptor reproduce programas a un volumen relativamente alto; este amplificador tiene un diseño ligeramente más simple y, al mismo tiempo, le permite ajustar el volumen. Sin embargo, debemos recordar que la ganancia que proporciona este sistema es menor que la máxima que proporciona el mismo tubo de electrones acoplado al detector mediante un transformador. Por supuesto, en ambos casos la señal acústica de la salida del receptor detector está conectada al mismo electrodo, la llamada "rejilla de control" del tubo de vacío.


Fig. 1. Diagrama esquemático del amplificador
a - acoplamiento con transformador, b - acoplamiento galvánico

   El funcionamiento del circuito amplificador con un tubo de electrones es muy simple y fácil de entender para todos los que hayan leído la descripción de un amplificador de baja frecuencia con un transistor (Radioamator No. 3/61) y hayan aprendido sobre el principio general de funcionamiento de este tipo de circuitos descritos en el artículo. Aquí, también, la señal débil del receptor detector sirve solo para controlar el circuito amplificador, mientras que los auriculares funcionan a expensas de la energía de una fuente de alimentación local: una batería o un adaptador de CA. Como el transistor, el tubo de electrones es el elemento por el cual se regula la corriente que fluye en el circuito de la fuente de energía.

   Sin embargo, para una comprensión adecuada del funcionamiento del circuito electrónico, es necesario familiarizar a los lectores con la estructura del tubo. No es una tarea difícil, ya que la mayoría de ustedes probablemente ya saben un poco al respecto. Quién es capaz de resistir la tentación y no rompe ni siquiera un tubo de vacío dañado (desgastado) para ver con sus propios ojos lo que hay dentro. Un tubo de electrones consta, en uno de los casos más simples, de un filamento (el llamado "cátodo"), una "rejilla de control" y un "ánodo". La figura 2 nos muestra la construcción de dicho tubo, conocido popularmente como "triodo".


Fig. 2. Construcción de un triodo (tipo antiguo)

Los fenómenos dentro del tubo no son tan complicados que no puedan explicarse de forma sencilla. En la Fig. 3 podemos ver una bombilla eléctrica ordinaria con un electrodo adicional en forma de placa metálica colocada dentro de la bombilla. A esta placa de metal la llamaremos "ánodo" del tubo. Entre el ánodo y el filamento del tubo de vacío, se conecta un medidor en serie con la batería Ba (con un voltaje de varias docenas de voltios), que indica el valor de la corriente que fluye en el circuito. La celda de filamento Bż solo sirve, como sugiere su nombre, para iluminar el filamento del tubo. Observado por el famoso inventor T.A. El fenómeno de Edison es muy interesante: afirmó que una corriente fluye en el circuito del ánodo si se cumplen dos condiciones simultáneamente, a saber, cuando:

  • el filamento del tubo es incandescente,
  • el polo positivo de la batería Ba está conectado al ánodo.

   Si no se cumple al menos una de las condiciones anteriores, la corriente del ánodo, como la llamaremos ahora, no fluye en el circuito. Esto se ilustra en la Fig.3.


Fig. 3. Experimento de Edison con una bombilla modificada

   Edison no pudo explicar estos extraños fenómenos que ocurren en la bombilla de iluminación ordinaria así modificada. Además, no fue fácil, dado el estado de los conocimientos en ese momento. Hoy sabemos que el filamento calentado, o "cátodo" del tubo de electrones, es la fuente de electrones libres, que componen la llamada corriente de emisión del tubo. Esta corriente fluye a través del vacío en el tubo si hay un voltaje positivo en su ánodo en relación con el cátodo.

   El "nacimiento" real del tubo de electrones tuvo lugar mucho más tarde, varios años antes del estallido de la Primera Guerra Mundial, cuando se colocó un tercer electrodo adicional en una bombilla Edison modificada. Este electrodo se llama rejilla. La figura 4 ilustra el funcionamiento de la red: si le llevamos un voltaje negativo bastante grande (figura 4a), inhibe fuertemente (repulsivamente) los electrones emitidos por el cátodo, que constituyen una carga negativa elemental, y la corriente del ánodo que fluye a través del tubo de electrones es muy pequeño. Si el voltaje de rejilla negativo es pequeño, su efecto de frenado es mucho más débil, por lo tanto, como podemos ver en la Fig. 4b, la corriente del ánodo del tubo de electrones tiene un valor mucho mayor. La Fig. 4c nos muestra otro caso: se aplica una pequeña tensión positiva a la rejilla del tubo. Ahora la rejilla no solo no repele los electrones emitidos por el cátodo, sino que también los ayuda a viajar al ánodo positivo; por tanto, la corriente que fluye a través del tubo alcanza un valor elevado. Al mismo tiempo, sin embargo, una pequeña parte de los electrones emitidos por el cátodo, a saber, los electrones que golpean los cables escasamente espaciados de la rejilla de control, forman la denominada "corriente de rejilla". Esto es perfectamente comprensible, porque en este caso la rejilla, al tener un potencial pequeño pero positivo, se vuelve similar a un ánodo en su funcionamiento.


Fig. 4. Funcionamiento de la red de control

   La ilustración anterior de los fenómenos que tienen lugar en el tubo de vacío nos permite comprender en general su funcionamiento en el circuito amplificador (Fig. 5). Como descubrimos, los cambios en el voltaje en la rejilla de control provocan cambios en la intensidad de la corriente que fluye en el circuito del ánodo del tubo de electrones. En esta situación, una corriente bastante significativa fluye a través de los auriculares, dependiendo del voltaje en el electrodo de control, lo que da como resultado la reproducción exacta de la señal de control en los auriculares.


Fig. 5. Circuito amplificador con triodo

   Habiéndonos familiarizado con el diseño del tubo de electrones y el funcionamiento del circuito amplificador, ahora podemos volver a nuestro diagrama de la figura 1a y comenzar a construir el amplificador. Aquí hay una lista de los elementos necesarios para este propósito:

  • V - tubo de electrones alimentado por batería, tipo 1S5T - 1 ud
  • Tr - transformador de entrada (como se describe) - 1 ud
  • Ba - batería de ánodo 30 ÷ 70V - 1 ud
  • W - Interruptor de 2 polos - 1 ud
  • tomas de radio con tuercas - 8 piezas
  • chapa de aluminio o hierro
  • pequeños equipos de montaje, como tornillos, tuercas, cable de montaje, etc.

   Los lectores probablemente tendrán más problemas para conseguir el transformador de "entrada" correcto, ya que no es muy popular en la actualidad. Es un transformador con una relación elevadora de al menos 1: 4. Los transformadores retirados de los antiguos receptores de radio alemanes son perfectos aquí. Pero también puedes hacerlo tú mismo según los siguientes datos:

  • sección transversal de la columna del núcleo central: aproximadamente 1 ÷ 2 cm2,
  • devanado primario: 1000 vueltas de hilo en hilo esmaltado con un diámetro de 0,1 ÷ 0,15 mm,
  • devanado secundario: 4.000 vueltas de hilo esmaltado de 0,1 mm de diámetro.

   También puede utilizar cualquiera de los transformadores de altavoz en stock (por ejemplo, para receptores de radio Pionier, Szarotka. Stolica, etc.). Por supuesto, deben ajustarse en consecuencia. Dado que el devanado primario del transformador del altavoz es de aproximadamente 2000 ÷ 3000 vueltas, se puede utilizar como secundario para el nuevo circuito. Todo lo que queda es quitar el devanado innecesario de baja resistencia (aproximadamente 100 vueltas del cable con un diámetro de aproximadamente 0,5 ÷ 0,8 mm) y en su lugar enrollar el devanado primario en una cantidad de aproximadamente 800 ÷ 1000 vueltas. El diámetro del alambre aquí puede ser cualquiera según el espacio disponible.

   El tubo de electrones 1S5T se utiliza en el conjunto de tubos de la popular radio polaca llamada "Szarotka". La figura 6 muestra su apariencia externa y las conexiones de los electrodos individuales del tubo de vacío con los cables hacia afuera.


Fig. 6. Tubo de electrones 1S5T
a - apariencia externa, b - disposición del terminal

Como podemos ver, este tubo de electrones es un multielectrodo, porque además del cátodo ya conocido (pines 1 y 7), la rejilla de control (pin 6) y el ánodo (pin 5), tiene otros electrodos adicionales. No nos ocuparemos de ellos en detalle por ahora, porque en nuestro circuito usaremos el tubo 1S5T como triodo. Será posible gracias a su correcta inclusión en el circuito amplificador. Por lo tanto, conectaremos los pines 4 y 5 juntos y usaremos ambos electrodos unidos a ellos como ánodo. Se muestra en la Fig. 7, donde el tubo 1S5T se muestra en una disposición de triodo. El electrodo adicional adjunto a la tercera pata del tubo de vacío no permanece conectado en ninguna parte, porque no lo necesitamos aquí.


Fig. 7. Tubo de electrones 1S5T convertido en triodo

   Lo mejor es comenzar a montar el amplificador desde su base metálica, el llamado "chasis". La figura 8 muestra un ejemplo de tal base; por supuesto, la ubicación de los tornillos que sujetan el transformador de entrada, o incluso posiblemente las dimensiones de toda la base, deben adaptarse a su transformador. Una fotografía de un modelo de amplificador también puede ser útil, aunque se debería intentar diseñar gradualmente la construcción de dispositivos simples sobre la base de un diagrama esquemático. La copia sin sentido de los modelos descritos no es la mejor práctica, porque debemos recordar que un verdadero radioaficionado puede construir correctamente sistemas electrónicos solo sobre la base de un diagrama esquemático y posiblemente pautas adicionales y generales.


Fig. 8. Un ejemplo de la base metálica del amplificador
Las dimensiones individuales deben adaptarse a las dimensiones del transformador utilizado.

   La base del amplificador se hace mejor con una lámina de aluminio de 0,5 mm de espesor, que es la más fácil de trabajar, o con una lámina de hierro o zinc.

   El siguiente paso es conectar el transformador, la toma del tubo de electrones y las tomas de radio. En el caso de un chasis de chapa (y posiblemente también de otros materiales), las tomas de radio deben asegurarse con arandelas aislantes adecuadas para que ninguna de ellas entre en contacto con el suelo. La preparación de las arandelas y su montaje se muestra en la Fig.9.


Fig. 9. Fabricación de una arandela aislante e instalación de una toma de radio

Cuando se utiliza un chasis de material no conductor, los enchufes se montarán directamente en los orificios debidamente ajustados (diámetro aprox. 6 mm). El montaje adicional del amplificador incluye realizar conexiones de elementos individuales de acuerdo con el diagrama esquemático (Fig. 1a) y el diagrama de montaje (Fig. 10).


Fig. 10. Diagrama de montaje del amplificador

Conecte los cables de conexión (con un diámetro de 0,5 ÷ 1 mm de aislamiento) con ojales para las tuercas de enchufe y suelde a las patas correspondientes del enchufe del tubo. El circuito aquí descrito es tan sencillo que no requiere explicaciones adicionales, ya que su montaje no causará ningún problema a nadie.

   Ahora conecte la fuente de alimentación al circuito amplificador terminado (y probado). Primero, encendemos la batería de filamento Bż, que es una celda de 1,5 voltios (la llamada "estadounidense"). Para este propósito, el enlace debe terminarse con cables con enchufes, preferiblemente de colores, para distinguir fácilmente entre los polos. La figura 11 muestra una batería de este tipo e indica sus polos positivo y negativo.


Fig. 11. Polaridad de la batería de filamento de 1,5 V

La polaridad correcta de la batería de filamento es muy importante en nuestro sistema, y ​​también conviene dar algunas palabras de explicación al respecto. En circuitos amplificadores normales, se aplica un cierto voltaje negativo a las rejillas de control de los tubos individuales. El valor de esta tensión depende de los parámetros del sistema. Esto es para asegurar el funcionamiento del tubo de vacío con la menor distorsión posible. La mayoría de los lectores seguramente recordarán que en los circuitos amplificadores con transistores previamente conocidos (Radio Amator No. 3 y 4/61) usábamos análogamente ciertos "pre-voltajes" para las bases de los transistores. El circuito de nuestro amplificador de válvulas ha sido deliberadamente simplificado, por lo que no contiene ningún elemento adicional para obtener esta llamada "polaridad de la rejilla de control". Sin embargo, esta rejilla también tiene algún potencial negativo con respecto al filamento simplemente porque está conectado (a través del devanado secundario del transformador) al polo negativo de la batería del filamento; la tensión previa media negativa de la rejilla al filamento es en este caso de aproximadamente 0 , 7 V). Sin embargo, debe enfatizarse claramente que esta es una práctica bastante única, aceptable en este caso particular debido al bajo voltaje de ánodo utilizado y al uso previsto del amplificador. Como sabemos, el receptor detector suele proporcionar voltajes acústicos muy bajos, por lo que no puede preocuparse por el llamado "clipping". Tal distorsión, como la mayoría de los lectores ya deben adivinar, resulta de aplicar voltajes demasiado altos de frecuencias acústicas a la rejilla del tubo amplificador, mayor que su voltaje previo negativo. Después de esto el mayor tiempo posible, pero explicación realmente necesaria, recordaremos que la batería de filamento debe estar absolutamente conectada al sistema de acuerdo con la polaridad dada en los esquemas y dibujos. Es aconsejable marcar los enchufes y enchufes correspondientes con colores o símbolos.

   Después de conectar la batería de filamento al enchufe del tubo, inserte el tubo de electrones 1S5T (con cuidado para no doblar los delicados cables). El amplificador se conecta a la red mediante el interruptor W y se comprueba el correcto montaje observando el filamento del tubo. A plena luz es difícil ver nada, pero en una habitación oscura se puede ver fácilmente el cátodo brillando de color naranja brillante. Es visible en forma de un hilo delgado estirado a lo largo del eje vertical del tubo.

   La forma más sencilla de configurar una batería de ánodo Ba es utilizar 8 ÷ 12 baterías de 4,5 V (de una linterna de bolsillo). Comprar baterías de ánodo grandes no tiene sentido no solo por el alto costo, sino sobre todo por el muy bajo consumo de energía de nuestro sistema. Las baterías individuales están conectadas en serie entre sí, es decir, el más de una batería y el menos de la siguiente, como se muestra en la Fig.12.


Fig. 12. Conexión en serie de baterías descargadas de 4,5 V

Debe recordarse que el extremo largo de la batería es el polo negativo y el extremo corto es el polo positivo. También terminaremos esta batería con cables de longitud adecuada con conectores tipo banana. La batería del ánodo se conecta al sistema como se indica en los diagramas (Fig. 1a y 10), es decir, el polo negativo al cátodo y el polo positivo al ánodo del tubo de electrones (a través de auriculares). La conexión inversa de la batería no dañará el amplificador, pero no funcionará en ese momento.

   Queda por conectar los auriculares a las tomas correspondientes y el receptor detector a la entrada del amplificador.

   El sistema ensamblado de la forma anterior se muestra en la Fig.13.


Fig. 13. Sistema: receptor detector - amplificador
La conexión debe realizarse con cables terminados con clavijas tipo banana

Todo es tan simple que nuestro equipo receptor debería dar inmediatamente los resultados más satisfactorios. Por supuesto, la condición para el correcto funcionamiento del sistema es el correcto funcionamiento del propio receptor detector, que se debe comprobar previamente con auriculares. Al mismo tiempo, al comparar la intensidad de la transmisión recibida directamente del detector y de la salida del amplificador, podemos estimar aproximadamente la calidad de trabajo de nuestro primer diseño con un tubo de electrones.

   Como ya se mencionó en la introducción, se pueden conectar más pares de auriculares de radio al sistema. La forma más sencilla de hacerlo es la que se muestra en la Fig.14.


Fig. 14. Realización de un "divisor" para una pequeña cantidad de auriculares:
a - apariencia externa, b - diagrama de conexión

Como puede ver, se utilizó una pequeña caja de jabón de plástico con un número adecuado de enchufes de radio para construir el "divisor". El diseño del amplificador con control de ganancia (Fig. 1b) se discutirá en el próximo número de la revista.

El contenido del artículo para entusiastas del tubo de electrones fue proporcionado por Grzegorz 'gsmok' Makarewicz

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