Vitajte v druhom diele nášho seriálu o lampách (začína to naberať na vážnosti). Prvý diel skončil, keď sa Chuanita zaľúbila do Carlosa…ehm…pardón, nejako sa mi pletú tie seriály. Prvý diel som končil s tým, že v tomto diele si povieme niečo o jednotlivých typoch lámp. Takže poďme rovno na to.

Dióda

Najjednoduchší typ lámp, už z názvu DIóda je zrejmé, že sa bude skladať z dvoch stavebných prvkov – anódy a katódy. Prvú diódu zostrojil Alexander Fleming v roku 1904. Pôvodne boli diódy vyvinuté ako detektory rádiových vĺn. Dnes sa používajú hlavne ako usmerňovače elektrického napätia z napájacieho transformátora. V minulosti to bol jediný spôsob ako usmerňovanie dosiahnuť. Oproti kremíkovým diódam, ktoré lampové diódy nahradili, majú nižšiu účinnosť, preto sa viac zahrievajú a majú väčšie nároky na chladenie.

Dióda

Použitím lampového usmerňovača sa ale dá dosiahnuť mäkký prúdový zdroj (v zosilňovači klesne anódové napätie, pretože lampové diódy majú oproti polovodičovým veľký napäťový úbytok, a tým aj výkon) a teda aj mäkký zvuk, ak sa použije v zosilovači. A to je jedným z faktorov, prečo sa lampové usmerňovače tešia veľkej obľube napríklad v gitarových aparátoch (Marshall JTM45, Fender Champ, Vox AC30, Mesa/Boogie Dual Rectifier…). Tiež treba podotknúť, že usmerňovacie lampy sa rýchlo opotrebuvávajú a výrobcovia odporúčajú meniť usmerňovacie lampy spolu s výkonovými lampami.

Môžu byť v dvoch vyhotoveniach – priamo/nepriamožhavená. V priamožhavenom vyhotovení je žhaviace vlákno, pokryté emisnou vrstvou, priamo aj katódou. V nepriamožhavenom vyhotovení je žhaviace vlákno odizolované od katódy. Priamožhavené diódy potrebujú každá samostatné, odizolované žhaviace vinutie. Nepriamožhavené diódy, také rozmaznané nie sú a je ich možné žhaviť z jedného spoločného vinutia. Katódu obklopuje anóda, väčšinou je viditeľná na prvý pohľad, pretože je najväčšou časťou lampy (okrem vlastnej sklenenej banky). Podľa druhu lampy môže mať anóda rôznu veľkosť a tvar.

Ako funguje dióda?

Nažhavením katódy začne jej emisná vrstva emitovať elektróny a okolo nej vznikne akoby elektrónový mrak. Ak pripojíme ánodu na kladný potenciál (vzhľadom ku katóde), začnú sa diať zaujímavé veci. A to také, že anóda, ktorá sa javí ako kladne nabitá, začne priťahovať elektróny a tým začne lampou pretekať elektrický prúd. Je jasné, že čím väčsie kladné napätie bude mať anóda, tým viac bude priťahovať elektróny. Pripojením anódy k zápornému potenciálu by elektróny odpudzovala a tým pádom by ňou nepretekal žiaden prúd. Z tohto je zrejmé, prečo sa diódy používajú ako usmerňovacie lampy – prepúšťajú elektrický prúd len v jednom smere (katóda -> anóda). Je samozrejmé, že anóda nemôže priťahovať elektróny donekonečna a pri určitej hodnote kladného anódového napätia dosiahne stavu “nasýtenia”, kedy už nie je schopná prijímať ďalšie elektróny a elektrický prúd nestúpa. Ďalším zvyšovaním anódového napätia sa dosiahne len zvýšenie rýchlosti letiacich elektrónov, ktorých kinetická energia sa po dopade na anódu premení na teplo. Anóda je svojimi fyzikálnymi danosťami predurčená k… zániku, hehe…k tomu, že dokáže vyžiariť len určité množstvo stratového výkonu. To znamená, že anódové napätie nemôžeme zvyšovať ako sa nám zachce, ale mali by sme rešpektovať maximálne hodnoty udávané výrobcom, pretože ich prekročenie môže viesť k už spomínanému zániku.

Trióda

Trióda

Áno, uhádli ste správne, trióda má tri stavebné prvky – katódu, mriežku a anódu. Trióda je prvou a najstaršou lampou, ktorá umožňuje zosilňovanie. Nie, nepomýlil som sa, umožňuje je správny výraz, pretože krutou pravdou je a zostáva, že lampy nezosilňujú signál (aj keď si to mnoho ľudí myslí), ale o tom potom. Mriežok v lampách existuje viac a preto upresním, že trióda obsahuje tzv. riadiacu mriežku, označovanú ako G1 (grid). V schematických značkách sa kreslí medzi katódou a anódou, ale v skutočnosti má tvar špirály, ktorá je otočená okolo katódy a je vyrobená z veľmi tenkého niklového alebo molibdénového drôtu. Môže byť samonosná alebo uchytená na nejakej kostre, ktorá ju udržuje v presnej vzdialenosti od katódy. Tento celok je obklopený plechovou anódou, znova v presne danej vzdialenosti. Ak sa v jednej sklenenej banke nachádzajú dva takéto triódové systémy, tak sa jedná o dvojitú triódu, ktorá sa v súčasnosti používa asi najviac (z triód).

Ako funguje trióda?

Ako sme si už povedali pri dióde, ak pripojíme anódu na kladný potenciál, bude priťahovať elektróny emitované žhavenou katódou a lampou bude pretekať prúd. Každým prijatým elektrónom ale poklesne kladný potenciál anódy, práve o veľkosť náboja prijatého elektrónu. Na anódovom odpore, cez ktorý je anóda pripojená k vysokému kladnému napätiu, sa objaví napäťový schod. To je síce pekné, ale čo ďalej? Túto otázku si zrejme položil aj Lee de Forest a preto zostrojil triódu a to tak, že medzi katódu a anódu vložil riadiacu mriežku. Riadiacu mriežku si možno predstaviť ako taký ventil, ktorý reguluje množstvo elektrónov letiacich k anóde a na túto mriežku sa privádza nejaké riadiace napätie (môže to byť napríklad signál z elektrickej gitary, resp. jej snímača). Ak bude potenciál na mriežke dostatočne záporný, tak sa môže stať, že neprepustí žiadne elektróny k anóde a tým pádom bude anódový prúd nulový. Je dobré mať na pamäti, že malá zmena potenciálu na mriežke vyvolá veľkú zmenu anódového prúdu, pretože cca o tomto je zosilňovanie v zosilňovačoch. Na anódovom odpore bude možné namerať zväčšenú a fázovo otočenú kópiu riadiaceho signálu na mriežke, pretože trióda aj otáča polaritu. Triódy majú menší vnútorný odpor ako napríklad pentódy, majú vysokú vstupnú kapacitu (rádovo niekoľko pF) a dá sa nimi dosiahnuť zosilnenie približne -70 (znamienko mínus preto, lebo trióda otáča polaritu). Funkcia triód v zosilňovačoch je trojaká: odporové zosilňovače, impedančné prevodníky a fázové invertory. V súčasnosti sa výkonové triódy takmer nepoužívajú a používajú sa hlavne v predzosilovačoch.

Tetróda

Tetróda

Trióda ako taká mala niekoľko nevýhod (Millerov jav, spätné pôsobenie anódy, malý vnútorný odpor), nároky poslucháčov rástli a keďže rádiové prijímače s 10 až 12 triódami boli veľké, ťažké a mali veľkú spotrebu (okolo 150W) všetky tieto okolnosti viedli k tomu, že sa vedci snažili zdokonaliť triódu. V roku 1926 prišli vývojári z firmy Philips s tým, že medzi riadiacu mriežku a anódu vložili ďalšiu mriežku, ktorá bola pripojená na vyššie kladné napätie. Tento objav znamenal pre rozhlasovú techniku rovnaký prevrat ako objavenie triódy. Táto druhá mriežka dostala podľa svojej funkcie názov tieniaca mriežka. V schematickom značení sa kreslí rovnako ako riadiaca mriežka a má značenie G2. Fyzicky je realizovaná rovnako ako G1, teda ako špirála, ale z hrubšieho drôtu.

Ako funguje tetróda?

Tieniaca mriežka G2 je umiestnená tesne za G1, teda je bližšie ku katóde ako k anóde a je pripojená na vyššie kladné napätie a preto ma na tok elektrónov ďaleko väčší vplyv ako anóda. G2 teda nemení tok elektrónov ako G1, ale funguje ako taký urýchľovač toku elektrónov (toto urýchlenie ale nemusí byť vždy výhodou). Vďaka G2 pôsobí na elektróny ďaleko väčšie pole ako to bolo pri trióde. Hlavnou úlohou tieniacej mriežky je oddelenie spätného pôsobenia anódy na riadiacu mriežku – anódové napätie pri činnosti kolíše, ale napätie na G2 je konštantné. V dôsledku tohto javu je zosilnenie oproti trióde 10 násobné. Pridaním G2 sa tiež dosiahlo značného zvýšenia vnútorného odporu oproti trióde (tiež cca 10 násobne). Tretí neduh triódy, Millerov jav, odstránila G2 tak, že svojím tieniacim účinkom rušila nepriaznivú kapacitnú väzbu medzi G1 a anódou.

Tetródy však mali jednu veľkú nevýhodu, pri ich činnosti vznikal jav, ktorému sa hovorilo sekundárna emisia. K tomuto javu dochádzalo v dôsledku príliš veľkej rýchlosti letu elektrónov, ktoré pri dopade na anódu vyrazili elektróny z anódy. Ak z nejakého dôvodu došlo k tomu, že okamžité napätie na mriežke bolo nižšie ako na G2, tak tieto elektróny boli pritiahnuté tieniacou mriežkou. Alebo ak bolo napätie na anóde vyššie, tak boli elektróny vyrazené mimo anódový systém. Tento jav spôsoboval veľké nepravidelnosti na anódovej charakteristike, preťažovanie tieniacej mriežky a pri určitých úrovniach signálov sa chovala nepredvídateľne.

Tetródy sa vyrábajú dodnes, ale iba vo výkonovej verzii a v úprave, ktorej sa hovorí zväzková tetróda. Nevýhody tetródy su eliminované vytvorením akéhosi potenciálového minima, ktoré je tvorené priestorovým nábojom a funguje ako spomaľovač elektrónov a zachytáva elektróny vyrazené mimo anódový systém. Niekedy ešte býva konštrukcia doplnená o plechový rámček medzi G2 a anódou. Aby všetko fungovalo tak, ako má, preto je aj uspôsobená dráha elektrónov aby na anódu dopadali v tzv. zväzkoch. Toho sa dosiahlo tak, že závity G1 a G2 sú presne v zákryte, z toho ale plynú vyššie výrobné náklady. Typickým príkladom výkonovej zväzkovej tetródy, ktorá sa používa v zosilňovačoch je 6L6, alebo jej verzia so sklenenou bankou 6L6GC.

Pentóda

Pentóda

Pozorný čitateľ si isto všimol, že akousi podivnou zhodou náhod je vždy ďalší typ lampy doplnený o ďalšiu mriežku. Nie je tomu inak ani v prípade pentódy. Pentóda má mriežky tri a vznikla približne súbežne s vývojom zväzkovej tetródy bola vyvinutá aj pentóda, písal sa rok 1928. Treťou mriežkou, ktorá je fyzicky umiestnená medzi G2 a anódu a označuje sa G3 sa nazýva brzdiaca mriežka. Konštrukčne je riešená veľmi podobne až totožne ako tieniaca mriežka.

Ako funguje pentóda?

Úlohou brzdiacej mriežky je vrátiť elektróny, vyrazené z anódy, späť. Preto je pripojená na zápornejší potenciál ako je anóda alebo tieniaca mriežka. Zvyčajne býva G3 pripojená na katódu alebo iný záporný potenciál. U veľkých výkonových pentód býva G3 spojená s katódou už vo vnútri lampy. Toto spojenie sa nezvykne zakresľovať do schematického značenia a preto sa môže stať, že zväzková tetróda, ktorá sa kreslí, rovnako ako pravé pentódy, s troma mriežkami, je považovaná za pentódu. Takto zostrojená lampa má v podstate odstránené všetky neduhy predchádzajucich typov lámp. Má vysoký vnútorný odpor, nízku vstupnú kapacitu, taktiež je odstránený vplyv anódy na G1 a G2 a o Millerovom jave alebo sekundárnej emisii ani nechyruje. Pentódy sa používajú hlavne vo výkonových stupňoch. Pripojením tieniacej mriežky k anóde sa takáto pentóda chová podobne ako trióda, čo sa využíva hlavne pri znižovaní výkonu koncového stupňa.

Existujú aj ďalšie typy lámp ako hexódy, heptódy, októdy, ale nás nebudú zaujímať. Samozrejme tiež vznikli pridávaním ďalších mriežok.

V ďalšom diele nášho seriálu sa pozrieme na to, ako sú koncipované zosilňovače a začneme sa trošku rýpať v tom, ako to vlastne všetko funguje.

See ya!