Lampy mieszające

Symbol graficzny heksody
Symbol graficzny heptody

Bardzo często w urządzeniach elektronicznych trzeba mieszać ze sobą dwa sygnały - tak, aby oba jednocześnie oddziaływały na wyjście układu. Potrzeba wtedy lamp o podwójnym sterowaniu, czyli takich do których można doprowadzić jednocześnie dwa różne sygnały. Każda z do tej pory omówionych lamp posiada tylko jedną siatkę sterującą - siatkę pierwszą - do której można doprowadzić sygnał, więc nie nadają się one do tej roli. Jednak jedną z nich - pentodę można zmusić do pracy w charakterze lampy mieszającej.

Charakterystyka wejściowa heksody od siatki trzeciej

Charakterystyka anodowa heksody od zależna siatki trzeciej

Jedną z siatek pentody jest siatka hamująca (siatka trzecia), która połączona jest z katodą (czyli ma potencjał zerowy) i wyhamowuje elektrony wybite z anody elektrony aby nie wracały do siatki drugiej. Siatka trzecia jest tak skonstruowana, żeby w normalnych warunkach pracy, tj. wysokie dodatnie napięcia na anodzie i siatce drugiej nie wpływała na prądy w lampie, ani na prąd anody ani siatki drugiej. Osiągnięte to jest dzięki jej konstrukcji - jest ona bardzo rzadka w porównaniu z pozostałymi siatkami i umieszczona w odpowiedniej odległości. Jeżeli jednak napięcie siatki trzeciej będziemy obniżać poniżej potencjału katody, to jej pole hamujące będzie się stawać coraz silniejsze, aż w pewnym momencie część wolniejszych elektronów nie będzie się w stanie przez nie przebić - prąd anody zacznie spadać. Osiągnięto więc zamierzony cel - jest możliwość sterowania wyjścia układu (w tym wypadku prądu anodowego lampy) drugim sygnałem. Taki stan lampy, kiedy napięcie siatki trzeciej jest na tyle wysokie, że jeszcze wszystkie elektrony dopływają do anody nazywamy zakresem dopływu bezpośredniego, a zakres w którym część elektronów jest już wyhamowana i powraca do siatki drugiej zakresem dopływu powrotnego.

Nachylenie przemiany w funkcji napięcia siatki trzeciej

Nachylenie przemiany w funkcji napięcia siatki trzeciej

Należy zauważyć jednak, że działanie sterujące siatki trzeciej jest inne niż siatki pierwszej. Siatka pierwsza oddziałuje na prąd katody, czyli wpływa na wartość prądu płynącego przez lampę. Natomiast siatka trzecia ma wpływ tylko na rozdział prądów pomiędzy siatkę drugą i anodę - ich suma pozostaje stała i jest zależna tylko od napięcia siatki pierwszej i drugiej (tak jak normalnie w tetrodzie lub pentodzie). Dzieje się tak, bo siatka trzecia staje na przeszkodzie elektronom które już opuściły katodę i przeleciały obok siatki drugiej, jeżeli są odpowiednio szybkie przelecą i obok siatki trzeciej i dolecą do anody, jeżeli nie to zawrócą do siatki drugiej. Wykorzystanie pentody jako lampy o podwójnym sterowaniu nie jest wygodne. Druga siatka sterująca (siatka trzecia) poprzez swoją luźną konstrukcję oddziałuje stosunkowo słabo na prąd anody (czyli nachylenie charakterystyki UA(US3) jest niewielkie), a ponadto wymaga podania dość dużego stałego napięcia ujemnego polaryzującego tę siatkę, tak aby to oddziaływanie w ogóle zaszło. Dlatego też skonstruowana została specjalna lampa przeznaczona do budowania mieszaczy. Siatka trzecia w niej ma inną konstrukcję - jest znacznie gęściejsza, tak że zakres dopływu powrotnego nie zaczyna się przy minus kilkudziesięciu woltach jak w pentodach, ale przy plus kilku lub kilkunastu. Wtedy przy napięciu siatki trzeciej równym zeru uzyskuje się mniej więcej połowę maksymalnego prądu anody, a lampa pracuje w połowie charakterystyki wejściowej dla siatki trzeciej. Dodatkowo pentoda jako mieszacz wykazuje wady triody - istnieje duża pojemność pomiędzy siatką trzecią a anodą, ponadto wahania napięcia anodowego wpływają na rozdział prądu pomiędzy anodą a siatką drugą, co skutkuje zmniejszeniem nachylenia charakterystyki wejściowej siatki trzeciej i spadkiem oporności wewnętrznej lampy (która może np. zbyt tłumić przyłączony do anody obwód LC) - a więc sytuacja analogiczna jak w triodzie dla siatki pierwszej.

Heksoda - charakterystyka anodowa

Heksoda - charakterystyka wejściowa

Heksoda i heptoda

Problem ten został rozwiązany również podobnie jak w triodzie - pomiędzy drugą siatkę sygnałową (czyli siatkę trzecią) a anodę wprowadzona jest siatka osłonna (siatka czwarta), która pełni podobną rolę jak siatka druga w tetrodzie - też jest połączona do wysokiego stałego potencjału dodatniego skutecznie ekranując od siebie siatkę trzecią i anodę. Bardzo często wewnętrznie jest ona połączona z siatką drugą i ma z nią wspólne wyprowadzenie. W tym układzie występują też analogiczne problemy jak w przypadku tetrody - elektrony wtórne wybite z anody zamiast do niej powrócić podążają do siatki czwartej, co powoduje niekorzystne efekty. Zaradza temu kolejna siatka - siatka piąta pomiędzy siatką czwartą a anodą i działa ona identycznie jak siatka trzecia w pentodzie. Musi być ona na potencjale zerowym dlatego bardzo często połączona jest wewnętrznie z katodą lampy. Lampy te nazywamy odpowiednio: heksodą (lampa z czterema siatkami a więc sześcioma elektrodami) i heptodą (lampa z pięcioma siatkami, czyli z siedmioma elektrodami) W sumie można powiedzieć, że heptoda jest jakby szeregowym połączeniem tetrody i pentody.

Zasada działania siatki pierwszej i trzeciej są odmienne tak samo jak w pentodzie - siatka pierwsza steruje całkowitym prądem lampy - emisją katody, a siatka trzecia rozdziałem tego prądu pomiędzy anodę (i siatkę czwartą, która część tego prądu zawsze przejmie) a siatkę drugą. Rozdział prądu pomiędzy siatkę czwartą i anodę jest zawsze stały, o ile napięcia anody jest dostatecznie wysokie, analogicznie jak w przypadku siatki drugiej w pentodzie.

W lampach mieszających sterowanie prądu katody jest proporcjonalne do obu napięć sterujących, niezależnie od metody ich działania, przy czym obie siatki sterujące nawzajem na siebie nie oddziałują, dzięki ekranującemu oddziaływaniu siatki drugiej. W takiej sytuacji można rozpatrywać odzielnie sterowanie prądu anody za pomocą siatki drugiej, i odzielnie za pomocą siatki trzeciej. W heksodach i heptodach zwykłej konstrukcji oddziaływanie to jest liniowe, zarówno dla siatki pierwszej i siatki trzeciej (oczywiście w liniowych obszarach charakterystyk), więc lampa ta posiada dwa nachylenia charakterystyki prądu anodowego: dla siatki pierwszej i dla siatki trzeciej. Nachylenie to jest mierzone dla jednej siatki, przy stałym potencjale na drugiej siatce sterującej, i jest od niego zależne. Nie kłóci się to z faktem, że obie siatki nie oddziałują na siebie, bo tak jest rzeczywiście, ale obie też oddziałują na prąd anodowy - jeżeli napięcie siatki pierwszej ustali prąd katody np. na 1mA, a napięcie na siatce trzeciej jest takie, że połowa tego prądu płynie do siatki drugiej, a połowa do anody, to zmiana napięcia siatki trzeciej zmieniającej rozpływ w ten sposób, że cały prąd popłynie do siatki drugiej da zmianę prądu anodowego o 0,5mA (z 0,5mA do 0). Jeżeli siatka pierwsza określa prąd katody na 2mA, to taka sama zmiana napięcia siatki trzeciej powodująca zmianę rozpływu tak jak poprzednio (z więc z pół na pół do całego prądu do siatki drugiej) jest też taka sama jak poprzednio (bo siatki a siebie nie oddziałują), ale zmiana prądu anodowego będzie dwa razy większa - z 1mA do 0, a więc nachylenie charakterystyki dla siatki trzeciej będzie dwa raz większe. Analogicznie napięcie siatki trzeciej wpływa na nachylenie mierzone dla siatki pierwszej.

Charakterystyka anodowa heksody

Charakterystyka anodowa heksody

Przy takim sterowaniu lampy prąd anodowy jest proporcjonalny do iloczynu napięć wejściowych. Jeżeli napięcia te są sinusoidalne o różnych częstotliwościach, to w prądzie wyjściuowym da się wyróżnić następujące składniki: składnik o częstotliwości jednego sygnału wyjściowego, o częstotliwości drugiego sygnału wyjściowego, oraz o częstotliwościach będących sumą i różnicą częstotliwości obu sygnałów wejściowych. Te dwie ostatnie pełnią bardzo ważną rolę w technice radiowej, umożliwiają bowiem przemianę częstotliwości, która jest podstawą działania większości odbiorników radiowych (i nie tylko). Amplituda poszczególnych składników jest zależna od parametrów lampy, oraz amplitud sygnałów wejściowych. Jeżeli mierzy się wzmocnienie poszczególnych składowych do jest ono proporcjonalne do nachylenia tej elektrody do której sygnał jest doprowadzony, tak jak w klasycznym wzmacniaczu. Dla składników będących sumą lub różnicą sygnałów wejściowych to jest on zależny od konstrukcji lampy (nachylenia dla obu siatek sterujących), oraz amplitudy napięć sterujących. Z reguły sygnał o małej amplitudzie (sygnał wejściowy) doprowadza się do siatki pierwszej, a sygnał o dużej amplitudzie (sygnał heterodyny) do siatki trzeciej. Wtedy wzmocnienie liczone jako stosunek amplitudy sygnału sumacyjnego (lub różnicowego) do amplitudy sygnału wejściowego (na siatce pierwszej) jest zależne od konstrukcji lampy (parametr niezmienny dla danego typu) i amplitudy heterodyny (na siatce trzeciej) i osiąga maksimum dla tej amplitudy wynoszącej kilkanaście woltów (w zależności od typu lampy wartość ta jest różna). Posługując się analogią do wzmacniaczy można wyznaczyć nachylenie charakterystyki składowej sumacyjnej (różnicowej) prądu anodowego w funkcji napięcia wejściowego. Nachylenie to nazywa się nachyleniem przemiany i jest ono mniejsze od nachylenia charakterystyki stałoprądowej tej samej lampy (nachylania dla siatki pierwszej) o 50 do 70 procent, podawane jest w katalogu jako parametr danej lampy.

Podobnie jak w pentodach heksody i heptody mogą być robione w dwóch wersjach - o stałym nachyleniu charakterystyki anodowej do siatki pierwszej, lub o nachyleniu logarytmicznym. Wygląd charakterystyk wejściowych dla siatki pierwszej takich lamp wygląda analogicznie jak charakterystyka wejściowa selektod - jest proporcjonalne do logarytmu napięcia siatki pierwszej.

Aby lampa z dwoma siatkami pracowała jako mieszacz należy do jej siatki trzeciej doprowadzić napięcie heterodyny uzyskane z lokalnego generatora. Ani heksoda ani heptoda nie ma możliwości wygenerowania sobie tego sygnału wewnętrznie, musi być doprowadzony z zewnątrz, z generatora zbudowanego na innej lampie. Dlatego też bardzo często w jednej bańce z heptodą montowana jest trioda, na której buduje się generator lokalny (heterodynę). Można też próbować wykorzystać siatkę drugą nie jako siatkę ekranującą, lecz jako pomocniczą anodę (bo prąd siatki drugiej jest w końcu funkcją napięcia siatki pierwszej). Wtedy siatkę tę dołącza się nie bezpośrednio do stałego napięcia dodatniego, ale poprzez obwody generatora (pełni rolę anody triody, której pozostałymi elektrodami jest siatka pierwsza i katoda). Siatką do której doprowadza się sygnał oczywiście jest wtedy siatka trzecia. Metoda ta jednak nie jest dobra, gdyż pomiędzy siatką drugą (na której występuje napięcie zmienne generatora lokalnego) a siatką trzecią do której jest doprowadzony sygnał występuje dość duża pojemność przez którą sygnał heterodyny przenika na siatkę trzecią i dodaje się do sygnału wejściowego, i razem z nim oddziałuje na prąd anodowy, tymczasem oddziaływanie heterodyny powinno się odbywać tylko poprzez strumień elektronów (którego natężenie jest zmienne z częstotliwością heterodyny, bo siatka pierwsza lampy jest siatką triody generatora).

Symbol graficzny oktody

Oktoda

Aby tego uniknąć lampy mieszające zostały zmodyfikowane poprzez dołożenie dodatkowej siatki pomiędzy siatkę pierwszą a drugą, która pełni rolę anody pomocniczej triody (triodę tę tworzą katoda lampy, siatka pierwsza i nowo dołożona siatka druga). Tak powstałą lampę nazywa się oktodą, bo posiada osiem elektrod. Na tej triodzie buduje się lokalny generator (heterodynę). Dotychczasowa siatka druga, która staje się siatką trzecią pełni rolę ekranują anodę generatora (siatkę drugą lampy) od drugiej siatki sterującej (siatki czwartej) do której doprowadza się sygnał wejściowy. Dokładne wyjaśnienie zasad pracy mieszaczy znajduje się w dziale Teoria/mieszacze.

Jeżeli ta dodatkowa siatka zostanie dodana do heksody dostaniemy lampę siedmioelektrodową (heptodę), jeżeli do heptody to lampę ośmioelektrodową (oktodę). Jak widać heptoda może występować w dwóch wersjach - z wbudowanym generatorem lokalnym, w którym rolę jego anody pełni siatka druga, a sygnał wejściowy doprowadza się do siatki czwartej, ale bez siatki hamującej lub "normalną" heptodę, w której siatka druga jest normalną siatką ekranującą, i sygnał wejściowy doprowadza się się do siatki trzeciej, i występuje siatka hamująca. Oktody oczywiście są tylko jednego rodzaju - z dodatkową siatką generatora i siatką hamującą. Te dwa rodzaje heptod są uwzględnione w europejskim systemie nazewnictwa lamp - mamy oznaczenie typu lampy literą 'H' oznaczającą heksodę lub heptodę heksodową, a więc taką, w której nie ma generatora, a sygnał doprowadza się do siatki trzeciej, i literą 'K' oznaczającą oktodę lub heptodę oktodową, a więc taką w której jest pomocniczy generator a sygnał doprowadza się do siatki czwartej.

Ze względu na dużą ilość siatek liczba charakterystyk jakie można wyznaczyć dla lamp mieszających jest znacznie większa. Oczywiście nadal są to dwa główne rodzaje charakterystyk: wejściowe i wyjściowe, ale każde występują przynajmniej w dwóch wersjach - dla każdej siatki sterującej. Oczywiście napięcia pozostałych elektrod (w tym drugiej siatki sterującej) jest podane jako parametr konkretnej rodziny charakterystyk. Bardzo często oprócz parametrów statycznych (prądy poszczególnych elektrod) podawane są też parametry dynamiczne, w szczególności nachylenie przemiany i rezystancja wewnętrzna. Również często podawane są charakterystyki wyjściowe dla siatek drugiej i czwartej (razem, przy ich zwarciu) dla heptod i heksod, lub siatek trzeciej i piątej dla oktod, są one bardzo przydatne przy wyznaczaniu punktu pracy lampy.


Przyklady lamp:
E448 - heksoda
AH1 - heksoda heptodowa
EK3 - oktoda

Strona główna