K.W. "O lampie elektronowej" - Kącik dla początkujących
Radioamator i Krótkofalowiec  9/1964

     Każdy, kto kiedykolwiek miał radioodbiornik detektorowy, zetknął się z jego dwiema podstawowymi cechami: prostotą układu i… niewielką siłą odtwarzania audycji. Przyczyną jest to, że w tym najprostszym układzie odbiorczym nie występuje wzmacnianie audycji. Pewna ilość energii wielkiej częstotliwości, jaka jest "schwytana" za pomocą anteny odbiorczej zostaje poddawana procesowi detekcji (jest "prostowana"), a uzyskana w ten sposób niewielka ilość energii małej (akustycznej) częstotliwości bezpośrednio uruchamia słuchawki.
     Dlatego też, niemal od pierwszych dni radiotechniki występował zasadniczy problem: jak wzmocnić słabe sygnały odbierane przez aparat detektorowy. Rozwiązanie problemu przyniósł dopiero wynalazek lampy elektronowej, która umożliwiła zestawienie układu wzmacniającego. Metoda wzmacniania jest prosta. Nie wnikając w tej chwili dokładnie w szczegóły techniczne można ogólnie stwierdzić, że metoda ta polega na zasilaniu słuchawek (lub głośnika) energią elektryczną uzyskiwaną z lokalnego źródła odpowiednio dużej mocy (np. z baterii), natomiast słaby sygnał doprowadzany z anteny odbiorczej służy w tym przypadku jedynie do sterowania przepływem tej energii. Sterowanie to powinno zachodzić w taki sposób, aby przebiegi prądowe w obwodzie słuchawek czy głośnika jak najdokładniej odpowiadały przebiegom radiowego sygnału sterującego.
     Na rys.1 poglądowo przedstawiono odpowiedni blokowy układ odbiornika detektorowego ze wzmacniaczem, który został zastosowany do wzmacniania słabego sygnału małej częstotliwości z odbiornika detektorowego.


Rys.1. Tor przebiegu elektrycznego w układzie odbiorczym
a – odbiornik detektorowy ("bierny"), b – odbiornik detektorowy ze wzmacniaczem

     Działanie elementu regulującego przepływ prądu we wspomnianym obwodzie jest w pewnym stopniu analogiczne do działania, np. zaworu w hydrancie, któremu podporządkowany jest potężny strumień wody (duża moc), sam zaś zawór ustawiany jest przy zużyciu bardzo niewielkich ilości energii (np. ręcznie). Oczywiście w układach wzmacniaczy elektronicznych rolę "zaworu" spełnia lampa elektronowa (lub tranzystor). Działanie takiego zaworu-wzmacniacza można w uproszczeniu przedstawić tak, jak na rys.2.


Rys. 2. Uproszczony układ wzmacniacza

     Lampę o najprostszej konstrukcji – diodę, poznaliśmy już w numerze 6/1964. Wiemy, że gdy między rozżarzoną katodę i anodę lampy załączymy (plusem do anody) źródło napięcia, to poprzez próżnię lampy popłynie prąd. Jest to właśnie wspomniany wyżej prąd z lokalnego źródła energii (rys.3a). Obecnie naszym zadaniem jest odpowiednie sterowanie tym prądem tak, jak to w uproszczeniu przedstawiono na rys.3b. Oczywiście do tego celu lampa musi być nieco inaczej skonstruowana – należy wprowadzić do jej wnętrza, między katodę i anodę – element sterujący.


Rys. 3. Uproszczone działanie lampy
a – obwód energii lokalnej, b – słaby sygnał steruje przebiegami w obwodzie energii lokalnej

     Spójrzmy na rys.4, na którym przedstawiona jest konstrukcja takiej lampy.


Rys.4. Konstrukcja najprostszej lampy trójelektrodowej (dawny typ)

Pomiędzy katodą i anodą została umieszczona dość rzadka spirala z drutu. Znajduje się ona na drodze biegnących z katody do anody elektronów i może na nie oddziaływać. Działanie siatki sterującej (tak nazwano tę dodatkową elektrodę) przedstawione jest na rys.5.


Rys. 5. Działanie sterujące siatki
a – siatka posiada potencjał ujemny 6V – niewielki prąd anodowy, b – siatka posiada potencjał ujemny 1,5V – większy prąd anodowy, c – siatka posiada potencjał dodatni 3V – duży prąd anodowy

Jak widzimy, oddziaływanie siatki wywiera duży wpływ na wartość prądu płynącego przez lampę. Gdy potencjał jej jest np. ujemny (rys.5a), to odpycha ona elektrony wyrzucane z gorącej katody i dlatego prąd anodowy jest niewielki. Przy potencjale siatki bliskim zerowemu (rys.5b) prąd anodowy ma znacznie większą wartość. Prąd ten wzrasta jeszcze bardziej, gdy siatka ma potencjał dodatni w stosunku do katody. Jednocześnie jednak niewielka część elektronów, a mianowicie te elektrony, które trafiły wprost na rzadko rozmieszczone druciki siatki (rys.4), tworzy tzw. "prąd siatki" zamykający się w obwodzie baterii siatkowej. Jest to całkowicie zrozumiałe, ponieważ w tym przypadku siatka, mając co prawda niewielki, lecz jednak dodatni potencjał, upodabnia się w swym działaniu do anody, mającej również dodatni potencjał.
     Obecnie już łatwo będzie zrozumieć działanie najprostszej lampy, tzw. "triody" w uproszczonym układzie wzmacniacza, przedstawionym na rys.6.


Rys.6. Uproszczony układ wzmacniacza lampowego

Jak powiedzieliśmy, małe nawet zmiany napięcia na siatce sterującej powodują duże zmiany natężenia prądu płynącego w obwodzie anodowym lampy, oznaczonym na rysunku (dla przejrzystości) grubymi liniami. Wówczas przez słuchawki płynie prąd o dość znacznej wartości, uzależnionej od przebiegów napięciowych na siatce sterującej. Daje to oczywiście ścisłe odtworzenie wzmocnionego sygnału sterującego w słuchawkach.
     Omówiona pobieżnie zasada działania lampy elektronowej jest słuszna dla wszystkich typów lamp, a typów tych jest na świecie bardzo wiele, bowiem lampa ulegała, w ciągu swego pięćdziesięcioletniego okresu istnienia, stałej ewolucji. Nie będziemy tu jednak powracać do typów obecnie już przestarzałych (aczkolwiek wiele takich egzemplarzy można jeszcze spotkać u radioamatorów), lecz przedstawimy Czytelnikom lampy nowoczesne, aktualnie masowo będące w użyciu i produkcji. Przede wszystkim jednak wyjaśnimy sprawę katody.
     W pierwszych lampach katodę stanowiło włókno, rozgrzewane do wysokiej temperatury płynącym przez nie prądem. Dalsze badania wykazały jednak, że dużo lepsze wyniki można osiągnąć poprzez stosowanie tzw. "katody pośrednio żarzonej". Katoda taka, to po prostu rurka ceramiczna pokryta od zewnątrz warstwą specjalnie spreparowanej substancji, która po odpowiednim nagrzaniu emituje elektrony. Wewnątrz rurki umieszcza się mały grzejnik elektryczny (najczęściej w postaci spirali z drutu oporowego), który służy do nadania rurce odpowiednio wysokiej temperatury. Katoda taka, bardziej wydajna od katod dawnego typu, ma ponadto jedną zasadniczą cechę: jej grzejnik stanowi całkowicie izolowany element i nie posiada galwanicznego (bezpośredniego) połączenia z resztą układu (rys.7). Jest to cecha w wielu przypadkach bardzo korzystna, między innymi dlatego, że katodę taką można żarzyć (podgrzewać) prądem zmiennym.


Rys. 7. Katoda pośrednio żarzona
a – konstrukcja, b – symbol katody w lampie pośrednio żarzonej

     Obecnie wszystkie lampy elektronowe pracujące w urządzeniach zasilanych prądem zmiennym z sieci (tzw. popularnie "lampy sieciowe") posiadają właśnie takie pośrednio żarzone katody. Lampy te dzielą się na trzy zasadnicze grupy, które w europejskim oznaczeniu mają na pierwszym miejscu litery:

  1. lampy serii "E" – o napięciu żarzenia 6,3V
  2. lampy serii "P" – o prądzie żarzenia 300mA
  3. lampy serii "U" – o prądzie żarzenia 100mA.

     Każde urządzenie elektroniczne jest najczęściej obsadzone lampami jednej serii (wyjątek stanowią konstrukcje amatorskie, w których często można spotkać najbardziej dziwne zestawy lamp, bo akurat właśnie takie były "pod ręką"). Większość urządzeń to aparatura zasilana z sieci oświetleniowej, z lampami serii "E". W tej serii lamp istnieje największa różnorodność typów. Oczywiście włókna żarzenia wszystkich lamp są połączone równolegle i żarzone napięciem o wartości 6,3V uzyskiwanym z odpowiedniego uzwojenia transformatora sieciowego. Dawniej spotykało się podobnie zasilane lampy napięciem 4V; oznaczone one były literą "A".
     Lampy serii "P" są stosowane wyłącznie w odbiornikach telewizyjnych, z bardzo nielicznymi – i przez to dziwnymi – wyjątkami, jak np. lampy PL81 w odbiorniku radiofonicznym typu "Eroica". Włókna żarzenia lamp serii "P" są połączone w szereg i żarzone napięciem wprost z sieci oświetleniowej. Przeciętny komplet lamp odbiornika telewizyjnego (14÷18 lamp) wraz z niewielkim opornikiem redukcyjnym i odpowiednim "termistorem" utrzymującym natężenie prądu żarzenia na stałym poziomie – wymaga napięcia żarzenia o wartości 220V. Oczywiście nie jest to bynajmniej przypadek: prąd żarzenia lamp równy 300mA został specjalnie właśnie tak ustalony, aby taki komplet lamp odbiornika z opornikiem i termistorem można było żarzyć wprost z sieci. Z lampami serii "P" współpracują również niektóre typy lamp serii "E", posiadające (przy napięciu żarzenia 6,3V) prąd żarzenia równy 300mA (Na przykład lampy typu: EF80, ECC82, ECH81 itd.). Te lampy nie posiadają swych odpowiedników w serii "P".
     Seria lamp "U" jest stosunkowo najuboższa. W skład jej wchodzi niewiele typów lamp, z których można zestawiać odbiorniki radiofoniczne niższej i co najwyżej średniej klasy (tzw. odbiorniki uniwersalne – stąd oznaczenie serii "U").
     Litera podająca serię lampy, a więc "dane techniczne" jej żarzenia, jest zawsze pierwszą w jej oznaczeniu (A, E, P, U). Następne litery podają typ lampy. Mamy tu najczęściej spotykane oznaczenia:

  • A – dioda detekcyjna
  • B – podwójna dioda detekcyjna
  • C – trioda małej mocy
  • D – trioda głośnikowa
  • E – tetroda
  • F – pentoda małej mocy
  • H – heksoda
  • L – pentoda głośnikowa
  • M – "oko magiczne"
  • Y – dioda prostownicza
  • X – podwójna dioda prostownicza.

     Obecnie możemy powiedzieć, że oznaczenie lampy (typ) świadczy o tym, co kryje się w jej wnętrzu. Znamy "z grubsza", jej podstawowe dane techniczne. I tak, np. bez trudu stwierdzimy, że lampy ECL82, PCL82 i UCL82 są do siebie bardzo podobne i różnią się między sobą w zasadzie tylko sposobem zasilania ich obwodu żarzenia. Przy okazji wyjaśnimy, że cyfra występująca w oznaczeniu lampy nie jest związana z jej parametrami elektrycznymi. Podaje ona natomiast informacje o tzw. "cokole" lampy. Obecnie popularne lampy serii „80” (numery od 80 do 89) posiadają znany wszystkim cokół 9-szpilkowy (tzw. typ "Noval"). Lampy oznaczone innymi numerami są mechanicznie wykonane inaczej (np. spotykane jeszcze dziś lampy serii "21" posiadały cokół 8-szpilkowy).
     Wiadomości te pozwolą nam samodzielnie rozwiązać wiele problemów związanych z tak zwaną "zamianą lamp". Najlepiej wyjaśni to następujący przykład.
     W starym, ale jeszcze dobrze działającym odbiorniku radiowym została uszkodzona lampa typu ECH4. Lampa taka jest dziś nieosiągalna. Jaką lampą obecnej produkcji można by ją zastąpić? Najprościej będzie zastosować lampę również serii "E", gdyż odpadają wszelkie kłopoty z żarzeniem (obie lampy są żarzone napięciem 6,3V). Musi to być oczywiście lampa zawierająca w swym wnętrzu te same systemy, a więc system triody (litera C) i system heksody (litera H). Wybór nasz pada więc na popularną lampę typu ECH81, stosowaną obecnie prawie w każdym radioodbiorniku. Widniejące w oznaczeniach lamp cyfry wskazują, że konieczna będzie wymiana podstawki lampowej w odbiorniku, ponieważ lampy, choć bardzo podobne elektrycznie, mają zupełnie różne wykonanie mechaniczne (kształt bańki, cokół, wyprowadzenie elektrod).
     Oczywiście dla dokonania odpowiedniej przeróbki w aparacie należy znać szczegółowo rozmieszczenie w cokołach elektrod obu lamp, aby właściwie przemontować przewody i elementy ze starej podstawki lampowej na nową. Te szczegóły (tzw. "cokoły lamp" podają katalogi lampowe, w których przy każdym typie lampy widnieje odpowiedni rysunek.
     Oprócz omawianych lamp sieciowych serii "E", "P" i "U" istnieją ponadto lampy tzw. "bateryjne". Są one przeznaczone do pracy w układach zasilanych z baterii. Klasycznymi przedstawicielami lamp tego typu są lampy stosowane w popularnym do dziś radioodbiorniku turystycznym "Szarotka". Lampy te są oznaczone wg nomenklatury amerykańskiej, zupełnie odmiennej od europejskiej, a więc niezrozumiałej dla naszych Czytelników. Dlatego też poniżej podajemy odpowiedniki kilku z tych lamp, produkowane w innych krajach Europy:

  • 1R5T=DK91 (DK96)
  • 1T4T=DF96
  • 1S5T=DAF96
  • 3S4T=DL96
  • DM70="oko magiczne".

     Pierwsza litera oznaczenia ("D") podaje – analogicznie jak dla lamp sieciowych – informacje o obwodzie żarzenia lamp. Lampy serii "D" są przystosowane do żarzenia z jednego ogniwa suchej baterii, a więc napięciem w granicach 1,2÷1,4V. Zapamiętajmy jednocześnie, że wszystkie lampy bateryjne mają z reguły katody żarzone bezpośrednio.
     Podane tu w dużym skrócie wiadomości o lampach elektronowych będą z pewnością bardzo przydatne w praktyce każdego początkującego radioamatora.

K.W.

[artykuły]

© 2004 FonAr Sp. z o.o. e-mail: waw@fonar.com.pl