Elektronkový zesilovač Soustředění mladých fyziků a matematiků Plasnice, 19.7 2.8 2014 Vedoucí projektu: Martin Hájek Konstruktér: Jan Šetina 0.1 Úvod Cílem projektu bylo sestrojit funkční elektronkový zesilovač, který by byl použit k zesílení hudby do reproduktorů; ale také porozumění fungování těchto, nyní již zastaralých součástek, zvaných elektronky. Projekt byl plánován již delší dobu; a tak vedoucí projektu- Martin Hájek již připravil všechny potřebné součástky, tudíž nebyly žádné velké problémy. 0.2 Teorie Elektronky jsou součástky, jejichž činnost je založena na přenosu elektronů prostorem (vakuem) mezi katodou, ze které jsou vyvrhovány (emitovány), a anodou, která ji obklopuje a na jejíž povrch elektrony dopadají. Elektrod zde může být i více; takové elektronky jsou poté rozdělovány na triody, tetrody, pentody,... Vývody elektronek slouží pro zasunutí do objímky (patice) na přístroji ke které se dají připájet ostatní komponenty. Použití patice je nutné z důvodu omezené životnosti elektronek- usnadňuje jejich výměnu. Obrázek 1: síťový transformátor s elektronkou a s připojeným kondenzátorem 1
0.2.1 Termoemise Ve vyčerpaném prostoru (vakuu) prochází elektrický proud na základě fyzikálního jevu - termoemise elektronů. Katoda se ohřívá na vysokou teplotu díky průchodu proudu žhavícím vláknem (např. z thoriovaného wolframu). Katoda se musí rozehřát, protože jinak by elektrony ve studeném vodiči nemohly opustit kov- nepřekonají vazební síly. Avšak v rozžhaveném kovu mají elektrony velkou kinetickou energii, díky které tyto vazební síly překonají. Tento únik elektronů se nazývá termoemise. 0.2.2 Žhavení Podle způsobu žhavení katody se elektronky dělí: 1. přímo žhavené Přímo žhavená katoda je vlákno (drátek) které je rozžhaveno průchodem elektrického proudu a které samo emituje elektrony. 2. nepřímo žhavené Nepřímo žhavené katody mají žhavicí vlákno oddělené od vlastní katody. Katoda je v tomto případě dutá kovová trubička, na které je nanesen emisní povlak. Obrázek 2: elektronka ECC82 2
0.2.3 Elektrody Elektrody v elektronkách se využívají k regulaci proudu. Podle počtu elektrod rozdělujeme elektronky na: 1. diody Tato součástka má v sobě pouze katodu a anodu; mřížku neobsahuje. Dioda vede proud pouze v jednom směru, ve druhém je "zavřená". 2. triody Elektronka obsahuje katodu, anodu a jednu mřížku, která slouží k regulaci procházejícího proudu. Mřížka je namotána v těsné blízkosti katody, kde dochází k elektrostatické regulaci průtoku elektronů. Připojením střídavého napětí na mřížku dochází k zesílení signálu a elektronka funguje jako zesilovač. Nevýhodou je omezená možnost zesilování velkých proudů, protože elektrony nemají dostatečnou kinetickou energii. Tuto situaci částečně řeší tetroda. 3. tetrody V této elektronce jsou elektrony urychlovány přidáním další mřížky. Ta je připojena ke kladnému pólu zdroje a zvětšuje proud tekoucí elektronkou, protože elektrony nabudou velké rychlosti. Touto elektronkou lze zesilovat i větší výkony než triodou při zachování relativně malých velikostí baňky, ve kterých je systém elektronky zabudován. Elektrony však při dopadu na anodu mají až moc velkou rychlost, a dochází tak k prudkému zahřátí anody a nakonec k nemožnosti přijímat elektrony, které tudy mají protékat. Musí proto být částečně zpomaleny; a tento jev je umožněn přidáním třetí mřížky. Obrázek 3: a- anoda ; k- katoda ; f- žhavení ; g1, g2, g3- mřížky 4. pentody Součástka s katodou, anodou a třemi mřížkami. Připojením třetí mřížky k zápornému napětí dochází k dokonalému poměru urychlení elektronů a současně upravení jejich rychlosti, aby se anoda příliš nepřehřívala a nedocházelo k sekundární emisi- nemožnosti přijímat elektrony letící od katody. 3
0.3 Konstrukce Zapojení, které bylo vybráno, se nazývá nízkofrekvenční zesilovač třídy A. Ten se vyznačuje tím, že celý zvukový signál je zesilován jednou koncovou elektronkou. Nedochází proto k rozdělení vstupního signálu a konstrukce nevyžaduje složité komponenty. Zdrojová část přístroje se skládá z transformátoru se dvěma vinutími 2x 270 V. Usměrnění zajišťuje dvojitá dioda AZ11. Jako filtrační člen je mezi kondenzátory zařazena tlumivka. Zvukový signál je předzesilován dvojitou triodou ECC82; přičemž koncový stupeň zesilovače je tvořen pentodou EL84. Obrázek 4: usměrňovací elektronka AZ11 0.3.1 Naměřené hodnoty anodové napětí elektronky EL84: 200 V anodový proud elektronky EL84: 35 ma příkon zesilovače: 45 W žhavící napětí elektronek EL84 a ECC82: 6.3 V žhavící napětí elektronky AZ11: 4 V 0.3.2 Zapojení Prvním krokem bylo zapojení síťového transformátoru do patice usměrňovací elektronky. 4
Obrázek 5: Zapojení síťového transformátoru do patice usměrňovací elektronky Z této elektronky jsou dráty vedeny přes tlumivku, která "vychytává"nepatřičný šum, pocházející ze sítě, do tří kondenzátorů, které jsou vzájemně propojeny a kde se také nachází záporný pól obvodu. Z těchto kondenzátorů jsou vedeny dráty do čtyř dalších elektronek; do dvou předzesilovacích a dvou zesilovacích. Zvukový signál je přijímán pomocí konektoru Jack 3,5 mm. Dále je veden do potenciometru, kde je pomocí jeho proměnlivého odporu měněna hlasitost na výstupu. Poté proud teče do dvou předzesilovacích a dále do zesilovacích elektronek. Odtud se zesílený proud dostává přes dva výstupní transformátory do reproduktorů. Obrázek 6: zesilovač ve skříni 5
0.4 Závěr Cílem tohoto projektu bylo sestavit funkční elektronkový zesilovač. Součástky, které jsou použité na tento přístroj jsou v dnešní době již velmi těžko dostupné a nákladné. Z tohoto důvodu jsme použili součástky ze skladových zásob. Jsou několik desítek let staré a podařilo se postavit přístroj konkurující některým současným zesilovačům. Obrázek 7: schéma zapojení Obrázek 8: zesilovač ve skříni 6