Lampowe dywagacje

charakterystyki

Charakterystyki? Po co?
Charakterystyki anodowe są podstawowym źródłem informacji o lampie i podstawą do projektowania układów. W przypadku budowania układu typowego możemy często dobrać punkt pracy zgodny z przykładowymi propozycjami, często umieszczanymi w danych katalogowych lamp. Jeżeli jednak zamierzamy optymalizować naszą konstrukcję lub posiadamy transformator (lub zasilacz), którego parametry nie są zgodne z tymi propozycjami, to analiza charakterystyk staje się niezastąpionym narzędziem.

Oporność wewnętrzna
Oporność wewnętrzna lampy jest równa z definicji Rw=dU/dI, gdzie dI jest zmianą prądu anodowego odpowiadającej zmianie napięcia na anodzie dU. Najprościej znaleźć ją rysując w naszym punkcie pracy prostą styczną do charakterystyki, a następnie policzyć jej nachylenie.

Przykład obok pokazuje charakterystykę lampy GU50 i prostą styczną w punkcie 300V/120mA (ciemnozielona linia ciągła). Zmianie napięcia o 800V odpowiada zmiana prądu o około 37mA, skąd opór wewnętrzny lampy wynosi trochę ponad 21kOhm.

Widać, że oporność wewnętrzna lampy zależy od punktu pracy i przy wzroście prądu maleje. Zwykle wielkość podawana w katalogach dotyczy jednego punktu pracy. Jeżeli różni się on bardzo od wybranego przez nas, to musimy opór wewnętrzny znaleźć z charakterystyki.
Nachylenie charakterystyki
Nachylenie charakterystyki lampy jest to gm=dI/dUs, gdzie dI jest zmianą prądu anodowego odpowiadającej zmianie napięcia na siatce dUs przy stałym napięciu na anodzie. Na charakterystykach anodowych można znaleźć ją rysując w naszym punkcie pracy krótki odcinek pionowy pomiędzy krzywymi odpowiadającymi najbliższym napięciom na siatce.

Przykład obok pokazuje taki odcinek na tej samej charaktertstyce lampy GU50, w punkcie 300V/120mA (ciemnozielona linia przerywana). Zmianie napięcia siatki o 10V odpowiada zmiana prądu o około 70mA, skąd nachylenie charakterystyki wynosi około 7mA/V.

Nachylenie charakterystyki lampy również zależy od punktu pracy i przy wzroście prądu rośnie.
Prosta obciążenia (klasa A)
Zasadniczym zastosowaniem charakterystyki jest analiza pracy wzmacniacza w oparciu o analizę zachowania się lampy przy przesuwaniu się jej punktu pracy. Jest to kluczowy punkt projektowania wzmacniacza i wyboru punktu pracy lampy. Przy pracy lampy napięcie na anodzie zależy od prądu anodowego, ponieważ na oporności obciążającej lampę (Ra) następuje spadek obciążenia. Przeanalizować zmiany napięcia można wrysowując na charakterystykę odcinek o nachyleniu odpowiadającemu oporności obciążenia (a w zasadzie -Ra), przechodzący przez spoczynkowy punkt pracy lampy.

Przykład obok pokazuje taki odcinek odpoiadający Ra=2kOhm w spoczynkowym punkcie pracy 300V/120mA. Przy zmianach napięcia siatkowego aktualny punkt pracy będzie się przesuwał po tej prostej. Spoczynkowemu punktowi pracy odpowiada napięcie na siatce Us=-20V. Amplituda wysterowanie siatki wynosi również 20V, (od 0 do -40V), bo zakładamy pracę bez prądu siatki.

Możemy policzyć szczytową moc oddawaną przez lampę przy maksymalnym dodatniej połówce sygnału na siatce Ps=(U0-U1)*(I1-I0)=28W. Moc sinusoidalna będzie dwa razy mniejsza i wyniesie 14W. Przy wysterowaniu w stronę "ujemną" moc szczytowa Ps=(U2-U1)*(I0-I2)=22W, a sinusoidalna 11W. Widać, że mamy do czynienia z dosyć dramatyczną niesymetrią: przy sterowaniu sinusoidą o amplitudzie 20V jedna połówka napięcia wyjściowego będzie miała amplitudę 200V, a druga 240V. Wynika to z dużej nieliniowości charakterystyk lampy GU50.
Właściwy wybór punktu pracy wzmacniacza polega na takim doborze napięcia anodowego, prądu spoczynkowego i oporu obciążenia, by oddawana moc była jak największa, a asymetria jak najmniejsza. Nie należy przy tym przekraczać maksymalnej mocy strat w anodzie (często charakterystyki zawierają wrysowane krzywe maksymalnej mocy).
Dokładniejsza analiza pracy lampy na prostej obciążenia umożliwia nawet oszacowanie zawartości poszczególnych harmonicznych. Wskazówki (także w odniesieniu do wzmacniaczy przeciwsobnych) można "wyGooglać" w cyklu artykułów o nazwie "loadlines" Steve Bencha.

Ostatnia modyfikacja: 14.12.2003
Powrót do lampowych różności