13

Elektronika Praktyczna 2/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

P R O J E K T Y

Z A G R A N I C Z N E

Lampy elektronowe,
część 1

Lampy elektronowe

narodzi³y siÍ dawno, ale s¹

uøywane do dziú, zw³aszcza

lampy obrazowe. Wielu

wspÛ³czesnych elektronikÛw

uwaøa, øe lampy s¹

absolutnym przeøytkiem,

jednak statystyki handlowe

wykazuj¹ ci¹g³y wzrost

obrotÛw na ìlampowymî

rynku. Dlaczego? Odpowiedü

znajdziecie w†artykule....

Lampy elektronowe s¹ do dzi-

siaj stosowane w†wielu dziedzi-
nach. W†porÛwnaniu do mikropro-
cesorÛw, zawieraj¹cych setki tysiÍ-
cy tranzystorÛw, lampy nie repre-
zentuj¹ najúwieøszych osi¹gniÍÊ
technologicznych,

ale

zajmuj¹

ci¹g-

le swoje miejsce we wspÛ³czesnej
technice. Wystarczy usi¹úÊ przed
telewizorem, aby skorzystaÊ z†jed-
nego z†przyrz¹dÛw termoelektrono-
wych. Kineskop (lampa elektrono-
promieniowa) dziÍki niskiemu
kosztowi

i†wysokiej

jakoúci

jest

do

dzisiaj najbardziej rozpowszech-
nionym ekranem telewizyjnym.
Lampy

uøywane

s¹

takøe

w†innych

dziedzinach, zw³aszcza w†zakresie
wielkich mocy. Na przyk³ad lampy
elektronowe stosuje siÍ we wzmac-
niaczach antenowych duøych mo-
cy w†nadajnikach radiowych.

Poza tym wielu entuzjastÛw

audio woli wzmacniacze lampowe
twierdz¹c, øe düwiÍk z†nich
uzyskiwany jest naturalniejszy od
ìdüwiÍku pÛ³przewodnikowegoî.
Zainteresowanie

sprzÍtem

lampowym

rzeczywiúcie wzrasta, i†w†ofercie
handlowej moøna znaleüÊ szereg
nowych produktÛw, zarÛwno go-
towych, jak i†do w³asnego monta-
øu.

Odkrycie Edisona

Fundamenty pod odkrycie lamp

elektronowych zosta³y po³oøone na
wiele lat przed opatentowaniem
pierwszych wynalazkÛw z†tej dzie-
dziny. Wszystko zaczͳo siÍ od
obserwacji, jakiej dokona³ s³awny
wynalazca amerykaÒski - Thomas
Edison.

Oko³o 1880 r. pracowa³ nad

sposobem przed³uøenia øywotnoúci
øarÛwek. Szybkie ich przepalanie
siÍ by³o g³Ûwnym ograniczeniem
ekspansji oúwietlenia elektryczne-
go. Jednym z†efektÛw, ktÛry temu
towarzyszy³, by³o ciemnienie szk³a
wewn¹trz balonika øarÛwki juø po
kilku godzinach jej úwiecenia. Ro-
zumuj¹c, øe ciemnienie to jest
wywo³ywane

przez

cz¹steczki

emi-

towane przez øarnik, Edison
umieúci³ w†baloniku øarÛwki dru-

g¹ elektrodÍ i†nada³ jej potencja³
odpychaj¹cy te cz¹steczki. Przy tej
okazji odkry³, øe pomiÍdzy t¹
elektrod¹ a†øarnikiem moøe prze-
p³ywaÊ pr¹d elektryczny, ale tylko
w†jednym kierunku. Ciekawe, øe
Edison nie prÛbowa³ wykorzystaÊ
tego efektu, nada³ mu tylko nazwÍ
efektu Edisona. Dopiero Anglik,
profesor John Ambrose Fleming
wynalaz³ zastosowanie tego odkry-
cia.

Fleming by³ doradc¹ Marconie-

go i†to on zaprojektowa³ nadajnik,
za pomoc¹ ktÛrego w†roku 1901
wys³ano pierwsz¹ depeszÍ przez
Atlantyk. Fleming zrozumia³ wte-
dy, øe najs³abszym ogniwem Ûw-
czesnych urz¹dzeÒ radiowych by³
sposÛb detekcji sygna³Ûw. Uøywa-
no wÛwczas urz¹dzeÒ o†bardzo
niskiej czu³oúci, zwanych kohere-
rami. Fleming zmaga³ siÍ z†tym
zagadnieniem przez szereg lat, aø
w†koÒcu - jak napisa³ - szczÍúliwy
pomys³ wpad³ mu do g³owy pew-
nego ranka, gdy szed³ przez Gower
Street w†centrum Londynu. Poleci³
swojemu asystentowi w†laborato-
rium przygotowanie øarÛwki
z†efektem Edisona i†sprawdzenie,
czy moøe ona pos³uøyÊ do detekcji
fal radiowych. Wynik okaza³ siÍ
pozytywny i†w†roku 1904 Fleming
opatentowa³ swÛj pomys³, nazywa-
j¹c go zaworem (ang. valve) os-
cylacji, z†powodu jednokierunko-
wego, jak gdyby zaworowego, od-
dzia³ywania na sygna³y radiowe.

Za Atlantykiem inny wynalaz-

ca, Lee de Forest, do ìzaworuî
Fleminga doda³ dalszy stopieÒ,
umieszczaj¹c

w†szklanym

baloniku

trzeci¹ elektrodÍ. Moøe siÍ dzisiaj
wydawaÊ zastanawiaj¹ce, dlaczego
de Forest uøywa³ tej lampy tylko
jako detektora, nie zdaj¹c sobie
sprawy z†tego, øe moøe ona po-
s³uøyÊ do wzmacniania sygna³Ûw.

Zjawisko wzmacniania odkryto

dopiero oko³o roku 1911. Dostrze-
øono wtedy kryj¹ce siÍ za tym
moøliwoúci i†szybko zabrano siÍ
do ich wykorzystywania. Sam Lee
de Forest zbudowa³ wzmacniak
telefoniczny i†chociaø jego osi¹gi

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Elektronika Praktyczna 2/97

14

by³y bardzo mizerne, to przedsiÍ-
biorstwo telefoniczne AT&T do-
strzeg³o jego potencjalne moøli-
woúci.

Udoskonalenia

JakoúÊ pierwszych lamp by³a

kiepska. Pocz¹tkowo uwaøano, øe
pewna iloúÊ gazu wewn¹trz baÒki
jest im potrzebna do dzia³ania. Ale
w†roku 1915 Amerykanin Irvin
Langmuir wykaza³, øe ca³kowita
prÛønia poprawia ich dzia³anie.
W†wyniku tego wprowadzono do
uøytku nowe, znacznie lepsze lam-
py prÛøniowe.

Pomimo tych usprawnieÒ, sto-

sowanie pierwszych lamp napoty-
ka³o na trudnoúci. NajwiÍkszym
problemem by³o ograniczenie ich
sk³onnoúci do oscylacji. Na rÛøny
sposÛb prÛbowano zmniejszyÊ po-
jemnoúÊ pomiÍdzy anod¹ i†siatk¹.
Jeden z†inøynierÛw, H. J. Round,
wprowadzi³ w†roku 1926 istotne
udoskonalenie: czwart¹ elektrodÍ
w†postaci siatki ekranuj¹cej,
umieszczonej

pomiÍdzy

siatk¹

ste-

ruj¹c¹ a†anod¹. Zredukowa³a ona
szkodliw¹ pojemnoúÊ niemal do
zera. Nie by³o to jednak jeszcze
rozwi¹zanie ostateczne. Konstruk-
cjÍ tÍ udoskonalono w†roku 1929
dodaj¹c jeszcze jedn¹ elektrodÍ,
siatkÍ hamuj¹c¹. Poprawi³a ona
kszta³t charakterystyki lampy, za-
wracaj¹c elektrony emitowane
z†anody

na

skutek

zjawiska

emisji

wtÛrnej.

Øarzenie poúrednie

NastÍpne waøne udoskonalenie

wi¹za³o siÍ z†dzia³aniem øarnikÛw.
Pocz¹tkowo øarnik by³ rÛwnoczeú-
nie katod¹. Odkryto jednak, øe
rozdzielenie funkcji øarzenia od
funkcji emisji elektronÛw jest ko-
rzystne i†wprowadzono katody øa-
rzone poúrednio. Umoøliwi³o to

takøe rozdzielenie dwÛch ürÛde³
zasilania: niskiego napiÍcia øarze-
nia i†wysokiego napiÍcia anodowe-
go. Dotychczas trzeba by³o øarzyÊ
kaød¹ lampÍ z†osobnej baterii, aby
zapewniÊ jej w³aúciwe warunki
dzia³ania.

By³o

to

rozwi¹zanie

bar-

dzo kosztowne.

Wzrost i†spadek

Po przezwyciÍøeniu podstawo-

wych trudnoúci, w†latach trzy-
dziestych

zastosowanie

lamp

elek-

tronowych zaczͳo szybko wzras-
taÊ. Radioodbiorniki znalaz³y siÍ
w†duøej czÍúci gospodarstw do-
mowych, a†produkcja lamp wzros-
³a do milionÛw sztuk rocznie.
Druga wojna úwiatowa jeszcze
bardziej przyczyni³a siÍ do ich
unowoczeúniania i†do wzrostu
produkcji. W†latach piÍÊdziesi¹-
tych wprowadzono tzw. lampy
miniaturowe.

Ale wkrÛtce lampy

elektronowe napotka³y konku-
rencjÍ pÛ³przewodnikÛw. Tran-
zystor zosta³ wynaleziony w†ro-
ku 1948, ale trzeba by³o dwu-
dziestu lat, aby w†pe³ni dojrza³.
Lampy zosta³y przeúcigniÍte przez
wydajniejsze i†bardziej niezawod-
ne tranzystory.

Okres lamp przemin¹³ bardzo

szybko, a†przyrz¹dy termoelektro-
nowe zosta³y odsuniÍte do kilku
wyspecjalizowanych dziedzin, cho-
ciaø produkcja lamp elektronopro-
mieniowych nadal roúnie. Wydaje
siÍ jednak, øe wraz z†rozwojem
nowych rodzajÛw wyúwietlaczy,
prawdopodobnie i†z†tego obszaru
zastosowania lampy elektronowe
zostan¹ wkrÛtce wyrugowane.

Zasada dzia³ania

Dzia³anie wszystkich lamp elek-

tronowych opiera siÍ na zjawisku
zwanym termiczn¹ emisj¹ elektro-
nÛw. Pr¹d elektryczny jest to
przep³yw elektronÛw w†przewod-
niku. Do jego przep³ywu w†struk-
turze metalu s¹ konieczne wolne
elektrony. Prawie zawsze pozostaj¹
one wewn¹trz przewodnika. Jeøeli
jednak przewodnik zostanie roz-
grzany, to energia elektronÛw
wzrasta i†niektÛre z†nich nabieraj¹
energii wystarczaj¹cej do pokona-
nia zatrzymuj¹cych je si³ i†uciekaj¹
na zewn¹trz.

Z†chwil¹ ucieczki elektronu ³a-

dunek przewodnika staje siÍ do-
datni. Ale ³adunek elektronu jest
ujemny, a wiÍc powstaje si³a

przyci¹gaj¹ca elektrony z†powro-
tem.

Gdy

zachodzi

emisja

termicz-

na, wokÛ³ emituj¹cej je powierz-
chni formuje siÍ chmura elektro-
nÛw, jak to pokazuje rys. 1, ktÛra
hamuje emisjÍ dalszych elektro-
nÛw. Podobnie dzieje siÍ w†øarÛw-
ce, gdy jej rozøarzone w³Ûkno
promieniuje úwiat³o.

Pod wielu wzglÍdami emisja

termoelektronowa bardzo przypo-
mina parowanie z†powierzchni cie-
czy. Cz¹steczki normalnie pozosta-
j¹ w†cieczy, ale gdy nabÍd¹ do-
statecznej energii, to przezwyciÍ-
øaj¹ powúci¹gaj¹ce je si³y i†opusz-
czaj¹ ciecz.

Wysokie temperatury

Aby emisja termiczna mog³a

zajúÊ katoda musi osi¹gn¹Ê tem-
peraturÍ powyøej 900

o

C. Tempera-

tury topnienia metali zwykle uøy-
wanych jako przewodniki jest niø-
sza, albo niewiele przewyøsza
900

o

C,

nie

nadaj¹

siÍ

wiÍc

one

na

katody. Do tego celu jest potrzeb-
ny metal o†znacznie wyøszej tem-
peraturze topnienia i†moøliwie wy-
sokiej temperaturze parowania Ta-
kim metalem jest wolfram. Toro-
wanie wolframu (wi¹zanie toru
w†jego warstwach powierzchnio-
wych)

u³atwia

emisjÍ

z†niego

elek-

tronÛw

i†umoøliwia

obniøenie

tem-

peratury katody. Pokrywanie kato-
dy warstw¹ tlenkÛw niektÛrych
metali

(tzw.

katoda

tlenkowa)

jesz-

cze bardziej u³atwia emisjÍ elek-
tronÛw i†pozwala obniøyÊ tempe-
raturÍ. Wolfram jest jednakøe bar-
dziej wytrzyma³y i†odporniejszy na
silne pola elektryczne, ktÛre wy-
stÍpuj¹ w†lampach wysokonapiÍ-
ciowych. W³aúciwoúci poszczegÛl-
nych rodzajÛw katod s¹ zilustro-
wane na rys. 2.

Rys. 2.

Rys. 1.

15

Elektronika Praktyczna 2/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Powszechnie uøywane s¹ kato-

dy tlenkowe, wykonywane przez
pokrycie podk³adu niklowego mie-
szanin¹ wÍglanÛw baru i†strontu.
W†trakcie procesu produkcyjnego
wÍglany zostaj¹ przetworzone
w†tlenki, a†dwutlenek wÍgla jest
odprowadzony. WydajnoúÊ katod
tlenkowych jest bardzo wysoka, s¹
one jednak bardziej wraøliwe na
rÛøne czynniki. £atwiej na przyk³ad
ulegaj¹ ìzatruciuî úladowymi iloúcia-
mi gazÛw (ktÛre mog¹ byÊ uwol-
nione ze struktur lampy przy
ich nadmiernym rozgrzaniu) lub
uszkodzeniu bombardowaniem jo-
nowym tego samego pochodzenia.

Najprostsza lampa

Najprostsz¹ lamp¹ elektronow¹

jest dioda. Sk³ada siÍ ona z†dwÛch
elektrod (i st¹d jej nazwa): katody
i†anody. Jej struktura (elementy
znajduj¹ siÍ w†oprÛønionej szkla-
nej baÒce), jest pokazana na rys.
3. W†czasie dzia³ania katoda jest
podgrzewana pr¹dem, ktÛry przez
ni¹ przep³ywa, a†z†jej powierzchni
s¹ emitowane w†prÛøniÍ elektrony.
Anoda bÍd¹ca pod dodatnim po-
tencja³em wzglÍdem katody przy-
ci¹ga elektrony. Na drodze do

anody elektrony powinny
napotykaÊ na moøliwie naj-
mniejsz¹ liczbÍ jonÛw ga-
zu. Kolizje z†jonami elimi-
n u j ¹ j e i † r o z p r a s z a j ¹ ,
zmniejszaj¹c pr¹d w†lam-
pie. Anoda nie jest pod-
grzewana, jej potencja³ jest
dodatni, a wiÍc elektrony
nie mog¹ jej opuszczaÊ.
Przep³yw elektronÛw moøe
odbywaÊ siÍ zatem tylko
od katody do anody. Ina-
czej mÛwi¹c, dioda termoelektro-
nowa dzia³a jak mechanizm prze-
puszczaj¹cy pr¹d elektryczny
w†jednym tylko kierunku. Moøe
byÊ uøywana do wielu zadaÒ, od
prostowania pr¹du zasilaj¹cego do
detekcji i†demodulacji sygna³Ûw
radiowych.

Charakterystyki diody

Gdy elektrony opuszcz¹ katodÍ,

tworz¹ tzw. chmurÍ elektronow¹,
czyli ³adunek przestrzenny, ktÛry
nie dopuszcza do emisji dalszych
elektronÛw. Pod wp³ywem dodat-
niego potencja³u anody docieraj¹
do niej elektrony z†³adunku prze-
strzennego, ktÛry uzupe³nia ubytek
dopuszczaj¹c dop³yw elektronÛw
z†katody. Gdy wzrasta napiÍcie
anody, roúnie takøe strumieÒ do-
p³ywaj¹cych do niej elektronÛw.
Pole elektryczne pomiÍdzy katod¹
a†³adunkiem przestrzennym auto-
matycznie reguluje strumieÒ uzu-
pe³niaj¹cych go elektronÛw.

Wzrost pr¹du anodowego pod

wp³ywem coraz wiÍkszego napiÍ-
cia anodowego moøe w†koÒcu do-
prowadziÊ do zaniku ³adunku
przestrzennego, gdy zdolnoúÊ emi-
syjna katody zostanie w†ca³oúci
wykorzystana. Dalszy wzrost pr¹-
du anodowego jest wtedy moøliwy
tylko przez podwyøszenie tempe-
ratury katody. Ilustruj¹ to krzywe
na rys. 4.

W†pierwszych lampach katoda

by³a rÛwnoczeúnie øarnikiem. Roz-
wi¹zanie takie narzuca³o rÛøne
ograniczenia

uk³adowe

i†zazwyczaj

wymaga³o stosowania duøych ba-
terii do øarzenia katod.

Wprowadzono wiÍc katody pod-

grzewane poúrednio, w†formie ru-
rek zamkniÍtych czasem od gÛry.
Wewn¹trz rurki jest umieszczony
øarnik, podgrzewaj¹cy katodÍ przez
promieniowanie. KonstrukcjÍ tÍ
przedstawia

rys.

5.

Øarnik

znajdu-

je siÍ w†bezpoúredniej bliskoúci

katody i†sprawnie przekazuje jej
dostateczn¹ iloúÊ ciep³a, rÛwno-
czeúnie bÍd¹c od niej izolowany
elektrycznie. DziÍki temu katody
rÛønych lamp mog¹ byÊ pod rÛø-
nymi napiÍciami, a†szereg lamp
moøe byÊ zasilany ze wspÛlnego
ürÛd³a, nie wywo³uj¹c øadnych
konfliktÛw.

Jest

to

szczegÛlnie

waø-

ne w†uk³adach, w†ktÛrych na ka-
todach poszczegÛlnych lamp wy-
stÍpuj¹ rÛøne dodatnie wzglÍdem
masy napiÍcia, o†czym bÍdzie pÛü-
niej mowa.

Drug¹ zalet¹ poúrednio øarzo-

nych katod jest moøliwoúÊ stoso-
wania napiÍcia zmiennego do ich
podgrzewania. Nie by³o to moøli-
we w†przypadku katod øarzonych
bezpoúrednio.

Trioda

Zastosowania diod termoelek-

tronowych by³y wielorakie. Jednak
dopiero pojawienie siÍ triody nie-
rozerwalnie zwi¹za³o lampy termo-
elektronowe z†technologi¹ radiow¹
i†zapocz¹tkowa³o now¹ erÍ elekt-
roniki.

Trioda powsta³a z†diody przez

dodanie trzeciej elektrody. Zosta³a
ona umieszczona pomiÍdzy katod¹
a†anod¹ i†nazwana siatk¹. Jej za-
daniem jest sterowanie liczb¹ elek-
tronÛw p³yn¹cych od katody do
anody i†dlatego zosta³a nazwana
siatk¹ steruj¹c¹. Siatka musi od-
powiednio kszta³towaÊ pole elek-
tryczne pomiÍdzy katod¹ a†anod¹,
nie moøe jednak dzia³aÊ jak ekran
i†elektrony musz¹ przez ni¹ prze-
p³ywaÊ. Moøe ona przybraÊ formÍ
cienkiej siatki drucianej, ale za-
zwyczaj jest zwojem cienkiego mo-
libdenowego lub niklowego drutu
w†kszta³cie sprÍøyny, przyspawa-
nej do dwÛch lub kilku wsporni-
kÛw. W†rÛønych lampach siatka
moøe rÛøniÊ siÍ kszta³tem, zawsze
jednak otacza katodÍ, jak to ilu-
struje rys. 6.

Rys. 3.

Rys. 4.

Rys. 5.

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Elektronika Praktyczna 2/97

16

Potencja³ siatki w†podobny spo-

sÛb wp³ywa na ³adunek prze-
strzenny wokÛ³ katody jak poten-
cja³ anody w†diodzie. Prawie za-
wsze siatka otrzymuje napiÍcie
ujemne

wzglÍdem

katody,

nie

przy-

ci¹ga

wiÍc

elektronÛw.

Im

bardziej

siatka

staje

siÍ

ujemna,

tym

wiÍcej

elektronÛw odpycha w†stronÍ ka-
tody i†tym mniejszy jest pr¹d
anodowy.

Jeøeli

natomiast

napiÍcie

siatki wzglÍdem katody wzroúnie
do zera, to pr¹d w†obwodzie ano-
dowym lampy takøe wzroúnie.

Charakterystyki

triody moøna wy-
kreúliÊ podobnie
jak diody. Ale
w†przypadku trio-
dy przybywa jesz-
cze jedna zmien-
na, napiÍcie siat-
ki. Rodzina krzy-
w y c h n a r y s .
7 † p o k a z u j e j a k

zmienia siÍ pr¹d anodowy
w†zaleønoúci

od

napiÍcia

siatki.

Parametrem tej rodziny jest
napiÍcie anody. WidaÊ jak
w†miarÍ wzrostu napiÍcia siat-
ki (obniøania siÍ wartoúci

bezwzglÍdnej ujemnego napiÍcia)
wzrasta pr¹d anodowy. Jeøeli ma³e
napiÍcie zmienne zostanie na³oøo-
ne na sta³e napiÍcie siatki, wywo³a
stosunkowo duøe zmiany pr¹du
anodowego.

Moøna takøe wykreúliÊ rodzinÍ

charakterystyk pr¹du anodowego
w†zaleønoúci od napiÍcia anodo-
wego, z†napiÍciem siatki w†roli
parametru.

Taka

rodzina

jest

przed-

stawiona na rys. 8. Na tych
krzywych takøe widaÊ, øe im
bardziej ujemne jest napiÍcie siat-
ki, tym mniejszy pr¹d p³ynie
w†obwodzie anodowym.

Zwykle siatka otrzymuje sta³e

napiÍcie ujemne, na ktÛre nak³ada
siÍ zmienne napiÍcie sygna³u. Je-
øeli jednak z†jakiegokolwiek powo-
du napiÍcie siatki stanie siÍ do-
datnie wzglÍdem katody, to prze-
stanie odpychaÊ elektrony, zacznie
natomiast je przyci¹gaÊ i†w†obwo-
dzie siatkowym zacznie p³yn¹Ê
pr¹d.

Zazwyczaj

jest

to

niekorzyst-

ne i†tak projektuje siÍ uk³ady
lampowe, aby do powstawania
pr¹du siatkowego nie dochodzi³o.

Tetroda

Okaza³o siÍ, øe wprowadzanie

dalszych siatek do lamp jest dla
ich dzia³ania korzystne. Jednym
z†g³Ûwnych problemÛw, na jakie
napotkano w†uk³adach lampowych,
by³a ich sk³onnoúÊ do samowzbud-
nych oscylacji. Przyczyn¹ tego zja-
wiska by³a stosunkowo duøa po-
jemnoúÊ pomiÍdzy siatk¹ i†anod¹,
u³atwiaj¹ca przedostawanie siÍ syg-
na³u z†obwodu anodowego do siat-
kowego. Wprowadzenie drugiej
siatki pomiÍdzy siatkÍ steruj¹c¹
a†anodÍ radykalnie zmniejszy³o tÍ
pojemnoúÊ, a†zatem i†sk³onnoúÊ do
oscylacji. Z†racji jej roli siatkÍ tÍ

nazwano siatk¹ ekranuj¹c¹.

NapiÍcie tej siatki, w†odrÛønie-

niu od siatki steruj¹cej, jest do-
datnie, ale zazwyczaj niøsze od
napiÍcia anodowego. Wobec tego
w†jej obwodzie p³ynie pr¹d. Kon-
strukcja siatki jest tak dobrana,
aby udzia³ pr¹du ekranu w†pr¹dzie
katodowym by³ jak najmniejszy,
a†rÛwnoczeúnie, aby w†maksymal-
nie moøliwym stopniu redukowa³a
ona pojemnoúÊ pomiÍdzy siatk¹
steruj¹ca a†anod¹. WspÛ³czynnik
redukcji tej pojemnoúci daje siÍ
doprowadziÊ do 500, a†nawet wiÍ-
cej. W†wiÍkszoúci wypadkÛw to
wystarcza³o.

WiÍkszoúÊ elektronÛw przep³y-

wa pomiÍdzy elementami siatki
ekranuj¹cej do anody, czÍúÊ ich
jednak zostaje przez siatkÍ prze-
chwycona i†sk³adaj¹ siÍ one na
pr¹d ekranu. Trzeba dbaÊ, aby
pr¹d ten zbytnio nie wzrÛs³, moøe
to bowiem doprowadziÊ do znisz-
czenia siatki ekranowej. Celem
obniøenia

jej

napiÍcia

zasila

siÍ

j¹

czÍsto przez odpowiedni rezystor
redukcyjny i†odblokowuje do ma-
sy kondensatorem, ktÛry elimi-
nuje sk³adow¹ zmienn¹ napiÍcia
ekranu. Jego dzia³anie ekranuj¹ce
dziÍki temu nie doznaje uszczerb-
ku.

Tetroda umoøliwia uzyskanie

znacznie wiÍkszego wzmocnienia
niø trioda. Moøna to przeúledziÊ
na charakterystykach tych lamp.
Na rys. 7†widaÊ, øe pr¹d anodowy
zaleøy w†znacznym stopniu od
napiÍcia anodowego. To znaczy,
øe jeøeli zmiana napiÍcia siatki
wywo³a wzrost pr¹du anodowego,
to opornoúci w†obwodzie anodo-
wym wywo³aj¹ obniøenie siÍ na-
piÍcia anodowego, przeciwdzia³a-
j¹ce wzrostowi pr¹du. Natomiast
w†lampie z†siatk¹ ekranuj¹c¹ - jak

Rys. 6.

Rys. 8.

Rys. 7.

Rys. 9.

17

Elektronika Praktyczna 2/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

wej. W†tych momentach elektrony
ìwybijaneî z†anody na skutek efek-
tu emisji wtÛrnej pod¹øaj¹ do
siatki ekranowej. Na skutek tego
zjawiska znacznie wzrasta pr¹d
ekranu, a†maleje pr¹d anodowy,
i†rosn¹ zniekszta³cenia. Efekt ten
jest powodem wystÍpowania wi-

docznych na rys. 9†wyraünych za-
³amaÒ charakterystyk tetrody.
Ian Poole, EwPE

Artyku³ publikujemy na podsta-

wie umowy z†redakcj¹ miesiÍcz-
nika ìEveryday with Practical Elec-
tronicsî.

pokazuje rys. 9†- zaleønoúÊ pr¹du
anodowego od napiÍcia anodowe-
go jest minimalna.

Ale oprÛcz wyraünych zalet

tetroda

wykazuje

takøe

wadÍ.

Przy

duøych

sygna³ach

chwilowe

napiÍ-

cie

anody

moøe

obniøyÊ

siÍ

znacz-

nie

poniøej

napiÍcia

siatki

ekrano-

13

Elektronika Praktyczna 3/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

P R O J E K T Y

Z A G R A N I C Z N E

Lampy elektronowe,
część 2

Tetroda strumieniowa

Wysi³ki czynione w†celu wy-

eliminowania za³amaÒ charakte-
rystyki tetrody doprowadzi³y do
skonstruowania tetrody strumie-
niowej. Skoki zwojÛw siatek zo-
sta³y zrÛwnane, a†ich rozmiesz-
czenie tak zmodyfikowane, øe
siatka

ekranuj¹ca

znalaz³a

siÍ

ca³-

kowicie ìw cieniuî siatki steru-
j¹cej. DziÍki temu elektrony po-
d¹øaj¹ od katody do anody od-
dzielnymi strumieniami. Ponadto,
po obu stronach wewnÍtrznej
struktury lampy, tam gdzie znaj-
duj¹ siÍ wsporniki montaøowe
siatek, pomiÍdzy siatk¹ ekranow¹
a†anod¹, umieszczono odpowied-
nio uformowane elektrody skupia-
j¹ce. S¹ one po³¹czone z†katod¹
i†ograniczaj¹ strumienie elektro-
nÛw do dwÛch wi¹zek po dwÛch
stronach anody. Pole elektryczne
wewn¹trz lampy, ukszta³towane
za

pomoc¹

takiej

konstrukcji,

nie-

mal ca³kowicie eliminuje nieko-
rzystny wp³yw zjawiska emisji
wtÛrnej z†anody. PrzekrÛj tetrody
strumieniowej jest pokazany sche-
matycznie na rys. 10. Pierwsze
tetrody strumieniowe by³y prze-
znaczone g³Ûwnie dla uk³adÛw
audio, ale gdy ich konstrukcja
zosta³a udoskonalona, rozpo-
wszechni³y siÍ takøe w†wersji do
wielkich czÍstotliwoúci.

Pentoda

Innym sposobem eliminacji

skutkÛw

emisji

wtÛrnej

jest

wpro-

wadzenie

do

lampy

trzeciej

siatki,

zwanej siatk¹ hamuj¹c¹, umiesz-
czonej pomiÍdzy siatk¹ ekranuj¹-
c¹ a†anod¹. Niemal zawsze jest
ona po³¹czona z†katod¹. W†daw-
nych, lampowych czasach pento-
dy by³y najbardziej chyba rozpo-
wszechnionym rodzajem lamp.
Charakteryzowa³y siÍ duøym
wzmocnieniem, liniowoúci¹ i†sta-
bilnoúci¹. Tetrody strumieniowe
uøywano g³Ûwnie we wzmacnia-
czach mocy, a†triody do rÛønych
specjalnych uk³adÛw.

Parametry techniczne

lamp

Do scharakteryzowania lampy

potrzeba wielu danych technicz-
nych. NiektÛre z†nich s¹ tak oczy-
wiste jak na przyk³ad napiÍcie
øarzenia.

Istnieje wiele standardowych

rodzajÛw øarzenia, ale najpo-
wszechniejszym jest napiÍcie
6,3V. NapiÍcie to jest dostosowa-
ne do napiÍcia trÛjogniwowego
akumulatora o³owiowego. Jedna-
kowe napiÍcie umoøliwia øarzenie
wszystkich lamp urz¹dzenia, po-
³¹czonych rÛwnolegle, z†jednego
ürÛd³a. Wyj¹tkiem jest rozpo-
wszechnione na rynku amerykaÒ-
skim napiÍcie øarzenia lamp pros-
towniczych 5V. Dlatego typowe
transformatory zasilaj¹ce mia³y po
dwa uzwojenia øarzenia o†rÛønym
napiÍciu, dla lampy prostowniczej
i†dla pozosta³ych lamp. Trzeba
pamiÍtaÊ, øe katoda lampy pros-
towniczej - w†odrÛønieniu od ka-
tod innych lamp - pozostaje pod
wysokim napiÍciem wzglÍdem ma-
sy. By³o oprÛcz tego jeszcze wiele
innych standardÛw øarzenia.

Waøne jest takøe maksymalne

napiÍcie anodowe. Typowe urz¹-
dzenia domowe przewaønie by³y
zasilane napiÍciem (tzw. anodo-
wym) oko³o 250V. Ale maksymal-
ne napiÍcie anodowe popularnej
lampy 6L6 do koÒcowych stopni
mocy, chÍtnie uøywanej we
wzmacniaczach gitarowych, wy-
nosi 360V. Do waøniejszych da-
nych zalicza siÍ takøe maksymal-
ne napiÍcie siatki ekranowej oraz

Druga czÍúÊ artyku³u

prezentuj¹cego konstrukcje

lamp elektronowych jest

poúwiÍcona dwÛm

najdoskonalszym lampom:

tetrodzie strumieniowej

i†pentodzie. OmÛwiono

parametry charakteryzuj¹ce

lampy, ich podstawowe

uk³ady pracy, sposoby

oznaczeÒ i†rodzaje obudÛw.

W†ten sposÛb stworzyliúmy

kompendium zawieraj¹ce

najwaøniejsze informacje

o†lampach i†uk³adach

lampowych.

Rys. 10. Konstrukcja tetrody strumieniowej.

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Elektronika Praktyczna 3/97

14

maksymaln¹ moc tracona w†ano-
dzie i†w†ekranie, przekroczenie
ktÛrych grozi uszkodzeniem lub
zniszczeniem lampy.

Jednym z†najwaøniejszych pa-

rametrÛw lampy jest jej dyna-
miczna opornoúÊ wewnÍtrzna (dla
ma³ych sygna³Ûw zmiennych),
oznaczana symbolem r

a

. Parametr

ten stosuje siÍ do wszystkich
lamp ³¹cznie z†diod¹. Na statycz-
nej charakterystyce lampy na
rys.11 przedstawiono graficznie,
jak niewielka zmiana napiÍcia
anodowego

wywo³uje

zmianÍ

pr¹-

du anodowego (przy sta³ym na-
piÍciu siatki). Dziel¹c przyrost
napiÍcia przez przyrost pr¹du
otrzymuje siÍ opornoúÊ wewnÍt-
rzn¹ lampy.

RÛwnie waøne jest tzw. nachy-

lenie charakterystyki anodowej,
oznaczane

S

a

(w

literaturze

angiel-

skojÍzycznej mutual conductance,
g

m

), bÍd¹ce stosunkiem zmiany

pr¹du anodowego do wywo³uj¹cej
go zmiany napiÍcia siatki steru-
j¹cej, przy sta³ym napiÍciu ano-
dowym. WielkoúÊ tÍ wyraøa siÍ
w†mA/V (µ

Ω

, 1000µ

Ω

= 1mA/V).

Trzeba jeszcze na koniec wspo-

mnieÊ o†wspÛ³czynniku wzmoc-
nienia K (lub µ), definiowanym
stosunkiem zmiany napiÍcia ano-
dowego do zmiany napiÍcia siat-
ki, przy sta³ym pr¹dzie anodo-

wym. Jest to teo-
retyczna granica
w s p Û ³ c z y n n i k a
w z m o c n i e n i a ,
osi¹galnego przez
stopieÒ wzmac-
niaj¹cy z†dan¹
lamp¹. Praktycz-
ne wzmocnienie
jest zawsze niø-
sze.

Powyøsze trzy parametry ³¹czy

oczywista zaleønoúÊ:

K†= S

a

r

a

. (lub µ = g

m

r

a

).

Uk³ady lampowe

Tak jak istnieje wielka rÛøno-

rodnoúÊ tranzystorÛw, tak i†rodza-
jÛw lamp jest bardzo duøo. Uk³a-
dy lampowe projektuje siÍ wiÍc
sk³adaj¹c logicznie ze sob¹ po-
szczegÛlne stopnie jak z†klockÛw.

Najprostszym uk³adem lampo-

wym jest prostownik diodowy.
Dioda

by³a

przede

wszystkim

uøy-

wana jako prostownik w†zasila-
czach. Najprostsza dioda moøe
dzia³aÊ

tylko

jako

prostownik

jed-

nopo³Ûwkowy, pokazany na rys.
12. Do filtracji tÍtnieÒ wymaga on
kondensatora o†duøej pojemnoúci.
W†dwupo³Ûwkowym moøna uøyÊ
dwÛch pojedynczych diod, ale
przewaønie

uøywano

tzw.

podwÛj-

nych lamp prostowniczych, tj.
dwÛch diod o†wspÛlnej katodzie.
Schemat takiego prostownika jest
pokazany na rys.13. Wykorzystuje
siÍ w†nim obie po³Ûwki sinusoidy
i†filtracja jest ³atwiejsza.

Schemat prostownika diodowe-

go jest bardzo prosty. Trioda
posiada wiÍcej elektrod, wiÍc
uk³ady triodowe s¹ bardziej z³o-
øone. Jak juø wspomniano, siatka
musi byÊ utrzymywana pod na-
piÍciem ujemnym wzglÍdem kato-
dy. W†przeciwnym wypadku po-
p³ynie pr¹d siatkowy i†znacznie
wzroúnie pr¹d anodowy. Mog¹
one osi¹gn¹Ê tak duøe natÍøenia,
øe lampa i†inne elementy uk³adu
ulegn¹ uszkodzeniu. SposÛb otrzy-

mywania ujemnego napiÍcia siat-
kowego pokazuje rys. 14.

Siatka ³¹czy siÍ z†mas¹ za

poúrednictwem rezystora o†duøej
opornoúci, 100k

Ω

lub wiÍkszej,

poniewaø impedancja wejúciowa
lampy jest duøa. KatodÍ ³¹czy siÍ
z†mas¹ rezystorem katodowym
o†tak

dobranej

opornoúci,

aby

pr¹d

anodowy wytwarza³ na nim spa-
dek napiÍcia rÛwny poø¹danemu
napiÍciu siatki. W†takim uk³adzie
dodatnie napiÍcie katody wzglÍ-
dem masy oznacza bowiem ujem-
ne napiÍcie siatki wzglÍdem ka-
tody. Jest to napiÍcie sta³e, na
ktÛre nak³ada siÍ napiÍcie zmien-
ne wzmacnianego sygna³u.

NapiÍcia elektrod lampy rÛøni¹

siÍ czasem znacznie, pomiÍdzy
poszczegÛlnymi stopniami uk³adu
musz¹ wiÍc byÊ stosowane kon-
densatory sprzÍgaj¹ce.

Zmieniaj¹ce siÍ napiÍcie siatki

steruj¹cej wywo³uje zmiany pr¹du
anodowego, jak to ilustruje rys.15.
Ten zmienny pr¹d p³ynie przez
opornoúci obwodu anodowego, na
ktÛrych wywo³uje zmienne napiÍ-
cie anodowe. Na rys.14 widaÊ
rezystor w†obwodzie anodowym
lampy. Ca³kowita opornoúÊ obwodu
sk³ada siÍ z†opornoúci wewnÍtrznej
lampy r

a

, i†opornoúci obci¹øenia

w†postaci rezystora R

L

. W†obwo-

dzie istnieje wiÍc dzielnik napiÍ-
cia i†wzmocnienie wzmacniacza
nie moøe osi¹gn¹Ê teoretycznego
wzmocnienia lampy K. Wzmoc-
nienie stopnia oblicza siÍ ze
wzoru:

A

V

= KR/(r

a

+ R)

OpornoúÊ R†przedstawia w†tym

wzorze ca³kowit¹ opornoúÊ obci¹-
øenia. Oznacza to, øe jeøeli
wzmacniacz jest obci¹øony nisk¹
impedancj¹, musi ona zostaÊ
uwzglÍdniona

jako

rÛwnolegle

po-

³¹czona z†rezystorem R

L

. CzÍsto

zdarza siÍ, øe impedancja nastÍp-
nego stopnia jest duøo wiÍksza od
opornoúci R

L

i†wtedy moøe zostaÊ

pominiÍta. Czasem jednak musi
byÊ uwzglÍdniana w†rachunku.

Rys. 11. Wyznaczenie oporności
wewnętrznej lampy.

Rys. 12. Dioda jako prostownik jednopołówkowy.

Rys. 13. Dioda jako prostownik dwupołówkowy.

15

Elektronika Praktyczna 3/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Tabela 1. Europejski system nazewniczy
lamp elektronowych.

pierwsza litera żarzenie

A

4V

C

200mA /= (szeregowo)

D

1,2V − 1,4V =, bateryjne

E

6,3V /=

G

5V

K

2V =, bateryjne

P

300mA /= (szeregowo)

U

200mA /= (szeregowo)

V

50mA /= (szeregowo)

druga litera rodzaj lampy

A

pojedyncza dioda

B

podwójna dioda

C

trioda

D

trioda mocy

E

tetroda

F

pentoda

H

heksoda lub heptoda

K

oktoda

L

pentoda mocy

M

wskaźnik dostrojenia
(magiczne oko)

N

tyratron

Q

nonoda

X

gazowana prostownicza
dwupołówkowa

Y

prostownicza jednopołówkowa

Z

prostownicza dwupołówkowa

liczba

rodzaj cokołu

1 − 9

bocznokontaktowy

11 − 15

do niemieckich lamp metalowych

21 − 29

loctal B8G

30 − 39

octal

40 − 49

całoszklane B8A

50 − 59

różne

60 − 79

subminiaturowe

80 − 89

całoszklane B9A

90 − 99

całoszklane B7G

liczby trójcyfrowe − różne odmienne wersje

Uk³ady z†tetrod¹
i†pentod¹

Zwyk³y wzmacniacz triodowy

rÛøni siÍ oczywiúcie od wzmac-
niacza tetrodowego lub pentodo-
wego, ale podstawowe obliczenia
s¹ takie same. Schemat wzmacnia-
cza wymaga kilku uzupe³nieÒ.
NapiÍcie siatki ekranuj¹cej musi
byÊ niøsze od anodowego. Zazwy-
czaj uøywa siÍ w†tym celu rezys-
tora redukuj¹cego napiÍcie, poka-
zuje to rys. 16. Pr¹d pobierany
przez ekran wytwarza na tym
rezystorze

odpowiedni

spadek

na-

piÍcia. ZnajomoúÊ tego pr¹du
umoøliwia obliczenie opornoúci
rezystora.

Typow¹

opornoúci¹

jest

100k

Ω

. Rezystor ten musi zostaÊ

zablokowany kondensatorem do
masy,

aby

wyeliminowaÊ

wszelkie

napiÍcia zmienne, jakie mog³yby
pojawiÊ siÍ na ekranie. W†razie
braku tego kondensatora ekranu-
j¹ce dzia³anie siatki nie by³oby
w†pe³ni skuteczne. Jego pojemnoúÊ
musi byÊ na tyle duøa, aby mÛg³
eliminowaÊ najniøsz¹ z†wchodz¹-
cych w†grÍ czÍstotliwoúci.

We wzmacniaczach wielkiej

czÍstotliwoúci, o†mocy kilkuset

lub wiÍcej watÛw, siatka ekranu-
j¹ca bywa zasilana z†osobnego
zasilacza stabilizowanego w†celu
uniemoøliwienia wzrostu jej na-
piÍcia powyøej dopuszczalnego.
W†przeciwnym wypadku lampa
mog³aby zostaÊ zniszczona.

Uk³ad wzmacniacza pentodo-

wego niewiele rÛøni siÍ od tet-
rodowego. SiatkÍ hamuj¹c¹ ³¹czy
siÍ z†katod¹, a†czasem z†mas¹,
jeøeli nie jest zwarta z†katod¹
wewn¹trz baÒki.

Coko³y lamp

W†ci¹gu wielu lat rozwoju

technologii lamp elektronowych
zosta³y kolejno opracowane rÛøne
standardy coko³Ûw i†podstawek
lampowych, s³uø¹cych do ³¹cze-
nia lamp z†uk³adem. Pocz¹tkowo
by³y to coko³y ìwtyczkoweî
o†trzech,

czterech

lub

piÍciu

ìnÛø-

kachî. PÛüniej w†Europie powsta-
³a seria bocznokontaktowa i†nie-
miecka seria ìstalowaî do lamp
z†metalow¹ baÒk¹, a†w†USA coko-
³y systemÛw octal, loctal i†tzw.
miniaturowych heptal i†noval, ktÛ-
re sta³y siÍ nastÍpnie standardami
miÍdzynarodowymi.

Znane lampy 6L6 i†6V6 by³y

serii octal, a†s³ynna EF50 serii
octal B9G o†bardzo duøym na owe
czasy nachyleniu charakterystyki,
by³a stosowana w†urz¹dzeniach
radarowych w†czasie drugiej woj-
ny úwiatowej. Z†tzw. ca³oszklany-
mi lampami pocz¹tkowo serii B8G,
a†pÛüniej B8A, heptal (B7G) i†no-
val (B9A) wprowadzono now¹
technologiÍ produkcji. Szpilkowe
ìnÛøkiî tych lamp przechodz¹
bezpoúrednio przez szk³o baÒki,
dziÍki

czemu

dodatkowe

zewnÍtrz-

ne coko³y lamp nie s¹ potrzebne,
a†liczba operacji w†procesie pro-
dukcyjnym zosta³a zredukowana.

Systemy symboli
nazewniczych

Podobnie jak wszelkie podze-

spo³y rÛwnieø i†lampy elektrono-
we by³y oznaczane symbolami
liczbowo

literowymi.

W†ci¹gu

wie-

lu lat producenci w†rÛønych kra-
jach stosowali rozmaite sposoby
oznaczania swoich produktÛw,
w†wyniku czego identyczne nie-
raz lampy wystÍpowa³y pod rÛø-
nymi nazwami. Dlatego starano
siÍ uzgodniÊ wspÛlne systemy
nazewnicze. Powsta³y dwa takie
systemy, europejski i†amerykaÒs-

ki. NiektÛre lampy produkowane
w†obu tych obszarach ekonomicz-
nych maj¹ wobec tego po dwa
oznaczenia. Europejski system naze-
wniczy jest zestawiony w†tabeli 1.
Pierwsz¹ liter¹ jest oznaczony
sposÛb øarzenia lampy. Druga li-
tera oznacza rodzaj lampy. Ponie-
waø niektÛre lampy zawieraj¹
w†baÒce wiÍcej niø jedn¹ struk-
turÍ lampow¹, liter tych moøe byÊ

Rys. 15. Zmiany prądu anodowego
wywołane zmianami napięcia
siatkowego.

Rys. 16. Schemat wzmacniacza
tetrodowego.

Rys. 14. Schemat wzmacniacza
triodowego.

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Elektronika Praktyczna 3/97

16

takøe wiÍcej niø jedna. Na trzecim
miejscu jest liczba oznaczaj¹ca
seriÍ, a†zatem cokÛ³ lampy.

AmerykaÒski system nazewni-

czy jest opisany w†tabeli 2. Nie
dostarcza on tak szczegÛ³owych
informacji jak system europejski.
Pierwsza cyfra oznacza napiÍcie
øarzenia, jedna lub dwie litery to
nazwa lampy, po czym nastÍpuje
cyfra oznaczaj¹ca liczbÍ elektrod
w†lampie z†uwzglÍdnieniem øar-
nika, a†na koÒcu litery, okreúla-
j¹ce rodzaj baÒki.
Ian Poole, EwPE

Artyku³ publikujemy na pod-

stawie umowy z†redakcj¹ mie-
siÍcznika ìEveryday with Practi-
cal Electronicsî.

Tabela 2. Amerykański system
nazewniczy lamp elektronowych.

pierwsza liczba

napięcie żarzenia

0

z zimną katodą

1

0,6V − 1,6V

5

4,6V − 5,6V

6

5,6V − 6,6V

7

6,3V loctal

12

12,6V

35

około 35V

jedna lub dwie litery na kolejnej pozycji oznaczają
nazwę lampy

trzecią pozycją jest liczba elektrod
(wliczając żarnik)

litery końcowe

typ bańki

G

duża szklana

GT

mała szklana

M

metalowa

X

niskostratny cokół

W

wykonanie wojskowe

Rys. 17. Schemat wzmacniacza
pentodowego.

19

Elektronika Praktyczna 4/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

P R O J E K T Y

Z A G R A N I C Z N E

Lampy elektronowe,
część 3

W†ostatnim odcinku cyklu

artyku³Ûw przybliøaj¹cych

konstrukcje lamp

elektronowych skupiliúmy siÍ

na omÛwieniu zasady

dzia³ania i†przybliøeniu

obszarÛw zastosowaÒ lamp

obrazowych.

Lampy tego rodzaju okaza³y siÍ

najszerzej stosowanym wynalazkiem
do wyúwietlania obrazÛw. S¹ one
powszechnie uøywane od ponad 50
lat. Ich produkcja stale roúnie
pomimo tego, øe inne lampy ter-
moelektronowe s¹ stosowane coraz
rzadziej.

Wiele przedsiÍbiorstw poúwiÍca

znaczne úrodki na opracowanie
innych rodzajÛw wyúwietlaczy, ale
lampy obrazowe ci¹gle nie daj¹ siÍ
pobiÊ. Charakteryzuj¹ siÍ one wy-
sok¹ rozdzielczoúci¹, oddawaniem
w†pe³ni kolorÛw, znaczn¹ jaskra-
woúci¹, szerokim k¹tem widzenia
oraz stosunkowo niskim kosztem
produkcji.

Lampy obrazowe majÍ jednak

szereg wad. S¹ duøe i†ciÍøkie,
zuøywaj¹ duøo energii i†wymagaj¹
wysokich napiÍÊ steruj¹cych i†za-
silaj¹cych. Wady te uniemoøliwiaj¹
stosowanie ich w†urz¹dzeniach
przenoúnych, jak komputery prze-
noúne (laptop), w†ktÛrych niski
pobÛr mocy, ma³e rozmiary i†waga
s¹ podstawowymi wymaganiami.
Jednak w†domowych telewizorach
i†biurkowych komputerach s¹ nie-
zast¹pione.

Pocz¹tki

Pierwsze prace, ktÛre prowadzi-

³y bezpoúrednio do opracowania
lamp obrazowych datuj¹ siÍ na
úrodek dziewiÍtnastego stulecia.
WÛwczas szereg naukowcÛw doko-
nywa³o doúwiadczeÒ z†promienia-
mi, ktÛre dziú s¹ znane jako
elektrony.

Niemiecki eksperymentator Hit-

torf stwierdzi³, øe cz¹steczki emi-
towane przez katodÍ poruszaj¹ siÍ
po liniach prostych. Nazwane one
zosta³y promieniami katodowymi.
W†latach 70. ubieg³ego wieku Wi-
liam Crooke odkry³, øe promienie
te w†oprÛønionej lampie mog¹ wy-
wo³ywaÊ fluorescencjÍ.

Pod koniec stulecia znane juø

by³y w³asnoúci promieni katodo-
wych oraz moøliwoúÊ ich odchy-
lania przez pole magnetyczne. Ale
dopiero w†1897 J.J. Thomson, wy-
bitny naukowiec z†Cavendish Labo-

ratory w†Cambridge, wykaza³, øe
mog¹ byÊ rÛwnieø odchylane przez
pole elektryczne.

PÛüniej Borys Rosing w†Rosji

zastosowa³ lampÍ obrazow¹ do wy-
úwietlania na ekranie prostych ob-
razÛw. Elektronika by³a wÛwczas
w†powijakach i†obrazy te by³y two-
rzone mechanicznie przy pomocy
poruszania magnesami.

Narodziny telewizji

Dalszy rozwÛj lamp obrazowych

nast¹pi³ wraz z†wprowadzeniem te-
lewizji. Badania nad telewizj¹ pod-
jÍto po obu stronach Atlantyku, ale
z†zadziwiaj¹cym brakiem koordyna-
cji. W†USA swÛj system rozwija³a
firma RCA i†zademonstrowa³a od-
biornik z†lamp¹ obrazow¹ w†1932.

RÛwnoczeúnie w†Anglii BBC wy-

bra³a system EMI-Marconi, ostro
wspÛ³zawodnicz¹cy z†mechanicz-
nym

systemem

Johna

Logie

Bairda.

Pierwsze

publiczne

transmisje

tele-

wizyjne rozpoczͳy siÍ w†Anglii
w†1936.

Wojna wstrzyma³a rozwÛj tele-

wizji, ale technologia lamp obra-
zowych dla wojskowych systemÛw
radarowych zosta³a w†tym czasie
znacznie udoskonalona. Po wojnie
wznowiono transmisje telewizyjne
i†dziedzina ta ponownie zaczͳa siÍ
szybko rozwijaÊ. W†1953 by³a trans-
mitowana koronacja krÛlowej an-
gielskiej, co przyczyni³o siÍ ogrom-
nie do wejúcia telewizji do øycia
codziennego.

NastÍpnym wielkim udoskona-

leniem telewizji by³o wprowadze-
nie transmisji kolorowych. Rozwi-
nͳo siÍ wiele systemÛw. DziÍki
swemu zmys³owi wynalazczemu
John Logie Baird doprowadzi³ do
optycznego zespolenia dwÛch ob-
razÛw na jednym ekranie w†jeden
obraz dwukolorowy. SposÛb ten
jednak

nie

nadawa³

siÍ

do

masowej

produkcji.

Stosowany do dzisiaj system

maski

w†kineskopach,

zosta³

po

raz

pierwszy zademonstrowany w†RCA
przez zespÛ³ Goldsmitha i†Schroe-
dera. Wymaga³ on bardzo wielkiego
wysi³ku, trzeba by³o bowiem umieú-

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Elektronika Praktyczna 4/97

20

ciÊ ogromn¹ liczbÍ plamek koloro-
wego luminoforu, dok³adnie na
linii otworÛw w†masce.

System ten przyjmowa³ siÍ bar-

dzo wolno z†powodu ogromnego
kosztu kineskopÛw. Gdy jednak
zosta³ juø zaakceptowany, zacz¹³
rozpowszechniaÊ siÍ i†w†innych
krajach. BBC w†Wielkiej Brytanii
rozpoczͳa nadawanie kolorowego
obrazu w†1967.

Telewizja kolorowa tchnͳa no-

we øycie w†produkcjÍ lamp obra-
zowych na úwiecie. Pomimo tego,
by³ to jedynie wstÍp przed impe-
tem nadanym mu przez pojawienie
siÍ komputera osobistego. Obecnie
sprzedaø monitorÛw komputero-
wych

znacznie

przekracza

sprzedaø

odbiornikÛw telewizyjnych.

Informacje podstawowe

Zasada dzia³ania lamp obrazo-

wych opiera siÍ na omÛwionej juø
wczeúniej technologii lamp termo-
elektronowych. Sk³ada siÍ on
z†dzia³a elektronowego, uk³adu od-
chylaj¹cego i†ekranu. Dzia³o elek-
tronowe emituje wi¹zkÍ elektro-
nÛw, ktÛra pod¹øa do ekranu ule-
gaj¹c odchyleniu w†gÛrÍ i†w†dÛ³
oraz

z†boku

na

bok,

za

pomoc¹

pÛl

magnetycznych lub elektrycznych.
Energia kinetyczna docieraj¹cych
do

ekranu

elektronÛw

zamienia

siÍ

w†energiÍ úwietln¹ luminoforÛw,
pokrywaj¹cych ekran od úrodka
lampy.

Dzia³o elektronowe sk³ada siÍ

z†katody, siatki i†jednej lub kilku
anod. Katoda jest poúrednio øa-
rzona w†taki sam sposÛb jak
w†zwyk³ej lampie. Gdy katoda
osi¹ga temperaturÍ pracy, zaczyna
wyrzucaÊ elektrony, ktÛre s¹ przy-
ci¹gane poprzez siatkÍ przez pozo-
staj¹ce pod dodatnim napiÍciem
anody (rys.18).

Siatka jest utrzymywana wzglÍ-

dem katodypod napiÍciem ujem-
nym, przez regulacjÍ ktÛrego moø-
na zmieniaÊ iloúÊ elektronÛw do-
cieraj¹cych do ekranu. Ujemne na-
piÍcie siatki odpycha elektrony
emitowane przez katodÍ, bowiem
rÛwnoimienne ³adunki odpychaj¹
siÍ. Wskutek tego natÍøenie wi¹zki
maleje.

Jeøeli napiÍcie siatki staje siÍ

mniej ujemne, natÍøenie wi¹zki
wzrasta. DziÍki temu natÍøenie
wi¹zki

elektronÛw

docieraj¹cych

do

ekranu, a†wiÍc i†natÍøenie jego
úwiecenia, moøe byÊ sterowane
napiÍciem siatki.

Elektrony po przejúciu przez

siatkÍ s¹ przyci¹gane przez anody
o†dodatnim napiÍciu, ich szybkoúÊ
wiÍc roúnie. W†kaødej anodzie jest
ma³y otwÛr, przez ktÛry przelatuje
wiÍkszoúÊ elektronÛw w†kierunku
ekranu. Tylko niewielka czÍúÊ elek-
tronÛw trafia w†anody.

Siatka jest specjalnie tak ufor-

mowana, aby zapewniÊ skupienie
wiÍkszoúci elektronÛw na otworach
anod. W†przeciwieÒstwie do spiral-
nej konstrukcji siatek w†zwyk³ych
lampach elektronowych, siatka lam-
py obrazowej jest cylindrem z†ma-
³ym otworkiem na koÒcu. DziÍki
temu w†kierunku anod kieruje siÍ
stosunkowo w¹ski strumieÒ elekt-
ronÛw, a†ca³kowita emisja elektro-
nÛw z†katody jest lepiej wykorzys-
tana.

Lampa elektronopromieniowa

z†pojedyncz¹ anod¹ nie wytwarza
obrazu wysokiej jakoúci. Obraz taki
moøna otrzymaÊ przy zastosowaniu
dalszych anod, ktÛre jeszcze przy-
spieszaj¹ i†skupiaj¹ wi¹zkÍ. DziÍki
takiej konstrukcji otrzymuje siÍ
duø¹ jasnoúÊ úwiecenia oraz ma³e
rozmiary plamki, a†wiÍc dobr¹ roz-
dzielczoúÊ obrazu. Ilustruje to rys.
19.

Na rys. 18 pokazano, øe napiÍ-

cia kolejnych anod s¹ coraz wy-
øsze. Zazwyczaj napiÍcie pierwszej
anody wynosi oko³o 250V, a†kolej-
nych s¹ o†50V do 100V wyøsze.

Ekran

Ekran zostaje rozúwietlony przez

elektrony dziÍki pokrywaj¹cej go
warstwie luminoforu, ktÛry prze-
twarza energiÍ szybko poruszaj¹-
cych siÍ elektronÛw na úwiat³o.
Luminofor jest mieszanin¹ fosfora-
nÛw, krzemianÛw i†siarczanÛw. Od
sk³adu luminoforu zaleø¹ jego
w³asnoúci, w†tym i†kolor úwiece-
nia.

Pomimo tego øe dzia³o elektro-

nowe zawiera kilka anod, ostatni¹
anodÍ tworzy siÍ, jak widaÊ na
rys. 18, na rozszerzaj¹cej siÍ czÍúci
lampy, ktÛra jest pokryta warstw¹
grafitu. NapiÍcie tej anody wynosi
zwykle 15kV lub wiÍcej. Wypro-
wadzenie tej anody jest zwykle
dobrze widoczne, zag³Íbione
w†stoøkowej czÍúci lampy. NapiÍ-
cie doprowadza siÍ do niej dobrze
izolowanym kablem. Musi on byÊ
poprowadzony z†dala od wszel-
kich innych podzespo³Ûw, aby nie
dopuúciÊ do iskrzenia wysokiego
napiÍcia.

DziÍki temu, øe luminofor jest

przewodz¹cy, wewnÍtrzna powierz-
chnia ekranu jest pod tym samym
potencja³em co warstwa grafitu
ostatniej anody, a†elektrony s¹
przyci¹gane przez ekran i†odpro-
wadzane do zasilacza anody.

Odchylanie wi¹zki

Wi¹zka elektronÛw moøe byÊ

poruszana po powierzchni ekranu
dwoma sposobami. Pierwszym
z†nich jest uøycie pola magnetycz-
nego.

Na umieszczony w†polu magne-

tycznym przewodnik, w†ktÛrym
p³ynie

pr¹d

elektryczny,

oddzia³uje

si³a. Zjawisko to jest wykorzysty-
wane w†wielu urz¹dzeniach, na
przyk³ad

w†silnikach

elektrycznych.

Podlega mu takøe wi¹zka elektro-
nÛw w†lampie elektronopromienio-
wej, chociaø nie ma w†niej prze-
wodnika.

WokÛ³ szyjki lampy umieszcza

siÍ pokazane na rys. 20 odpowied-
nio ukszta³towane cewki, przez

Rys. 18. Uproszczony przekrój lampy
elektronopromieniowej.

Rys. 19. Anody działa elektronowego.

21

Elektronika Praktyczna 4/97

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

ktÛre przep³ywa pr¹d steruj¹cy od-
chyleniem wi¹zki za poúrednict-
wem zmiennego pola magnetyczne-
go. S¹ to dwa komplety cewek,
wytwarzaj¹ce pola skierowane wza-
jemnie do siebie pod k¹tem pros-
tym. Steruj¹ one odchylaniem po-
ziomym i†pionowym wi¹zki elekt-
ronÛw, dziÍki czemu úwiec¹ca
plamka

moøe

siÍ

znaleüÊ

w†dowol-

nym punkcie ekranu. Zalet¹ stero-
wania magnetycznego jest duøy k¹t
odchylania, idealny dla wymagaj¹-
cego duøego obrazu odbiornika te-
lewizyjnego. Jego wad¹ jest trud-
noúÊ uzyskania bardzo dobrej linio-
woúci.

W†przypadku oscyloskopÛw, sto-

sowanych do pomiarÛw o†duøej
dok³adnoúci,

uøywa

siÍ

lamp

o†od-

chylaniu elektrostatycznym, poka-
zanym na rys. 21. Opiera siÍ ono
na fakcie, øe ³adunki jednoimienne
odpychaj¹ siÍ, a†rÛønoimienne przy-

ci¹gaj¹.

Wewn¹trz lampy za anod¹ sku-

piaj¹c¹ znajduj¹ siÍ p³ytki odchy-
laj¹ce. Jedna ich para s³uøy do
odchylania poziomego, a†druga do
pionowego. Odchylenie wi¹zki jest
proporcjonalne do przy³oøonego do
p³ytek napiÍcia.

Wad¹ lamp elektronopromienio-

wych z†odchylaniem elektrostatycz-
nym s¹ znacznie mniejsze k¹ty
odchylania, wskutek czego lampy

te musz¹ byÊ duøo d³uøsze.

Wi¹zka elektronÛw musi

zostaÊ odchylona o†duøy
k¹t,

aby

mog³a

obj¹Ê

niemal

ca³y

ekran,

jak

to

widaÊ

na

rys. 22. Dla danego ekranu
tym lampa moøe byÊ krÛt-
sza, im jest wiÍkszy mak-
symalny k¹t odchylania.
Jednak przy duøym k¹cie
odchylania trudno utrzymaÊ
dok³adnoúÊ i†rozdzielczoúÊ.

Maksymalny k¹t odchylania wiÍk-
szoúci wspÛ³czesnych kineskopÛw
wynosi 110

o

.

Rozmiary lamp

Rozmiary prostok¹tnych kine-

skopÛw podaje siÍ w†centymetrach
przek¹tnej aktywnej czÍúci ekranu,
jak przedstawiono na rys. 23.
Oczywiúcie

rozmiar

ten

jest

znacz¹-

cy, gdy jest znany wspÛ³czynnik
kszta³tu ekranu. Dla wspÛ³czesnych
625-liniowych naziemnych trans-
misji telewizyjnych wspÛ³czynnik
ten wynosi 4:3. Oznacza to, øe 51-
centymetrowy (20") kineskop ma
szerokoúÊ 40,5cm (16") i†wysokoúÊ
30,5cm (12"). Obecnie uwaøa siÍ,
øe obraz jest bardziej realistyczny,
gdy jest szerszy, na przyk³ad
o†wspÛ³czynniku 2:1. Oddzia³ywa-
nie düwiÍku stereofonicznego jest
lepsze w†przypadku tak szerokiego

obrazu niø w†przypadku obecnego
4:3. Wydaje siÍ, øe w†nadchodz¹-
cych latach telewizja szerokoekra-
nowa bÍdzie siÍ rozpowszechniaÊ.

Odchylanie

MoøliwoúÊ ogl¹dania obrazu te-

lewizyjnego opiera siÍ na wyko-
rzystaniu bezw³adnoúci ludzkiego
oka. W³aúciwoúÊ ta polega na tym,
øe obraz rzucony na siatkÛwkÍ oka
pozostaje na niej (jest widziany)
jeszcze przez krÛtk¹ chwilÍ po jego
zanikniÍciu. Wykorzystanie tej
w³asnoúci

do

tworzenia

obrazu

jest

nastÍpuj¹ce: úwiec¹cy punkt moøe
przebiegaÊ po ekranie w†prawo
i†w†lewo. Gdy przebiega powoli,
ruch punktu bÍdzie wyraünie wi-
dzialny. W†miarÍ zwiÍkszania czÍs-
totliwoúci jego oscylacji zacznie siÍ
on zamazywaÊ, aø w†koÒcu bÍdzie
widzialny w†postaci nieruchomej
linii. Jeøeli natÍøenie úwiecenia
punktu bÍdzie w†trakcie przebiegu
w†prawo w†sposÛb powtarzalny
zmieniane, to odpowiednie frag-
menty

linii

stan¹

siÍ

widzialne

jako

ciemne lub jasne. Gdy po szybkim
powrocie w†lewo kolejne linie bÍd¹
odrobinÍ przesuwane w†dÛ³, to
wkrÛtce ca³y ekran pokryje siÍ
liniami, o†modulowanej jasnoúci,
przedstawiaj¹c na ekranie ca³y ob-
raz.

NastÍpnie ca³y proces zacznie

siÍ od pocz¹tku. Jeøeli kolejne
obrazy s¹ kolejno wyúwietlane do-
statecznie szybko, migotanie prze-
staje byÊ dla oka dostrzegalne.

Uwaøa siÍ, øe przy czÍstotliwoú-

ci 30Hz (po³owa czÍstotliwoúci sie-
ci energetycznej w†USA) migotanie
obrazu telewizyjnego jest niedo-
strzegalne.

W†Europie

czÍstotliwoúÊ

ta wynosi 25Hz, ale migotanie nie
jest dla oka mÍcz¹ce.

Efekt migotania obrazu jest do-

datkowo zmniejszany za pomoc¹
jego wyúwietlania z†podwÛjn¹ czÍs-
totliwoúci¹ (w Europie 50Hz) przy
pomocy tzw. techniki przeplotu.
Polega ona na tym, øe zamiast
kolejnego wyúwietlania dwÛch jed-

Rys. 20. Odchylanie magnetyczne.

Rys. 21. Odchylanie elektrostatycz−
ne.

Rys. 22. Kąt odchylania.

Rys. 23. Odchylanie międzyliniowe.

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Elektronika Praktyczna 4/97

22

nakowych obrazÛw, wyúwietla siÍ
najpierw pÛ³obraz z³oøony z†linii
nieparzystych, a†potem drugi, z³o-
øony z†linii parzystych. Technika
ta, zwana teø odchylaniem miÍdzy-
liniowym, jest przedstawiona na
rys. 23.

Z†odleg³oúci, z†ktÛrej obraz tele-

wizyjny jest zwykle obserwowany,
migotanie obrazu z³oøonego
z†dwÛch czÍúci, z†ktÛrych jedna
mieúci siÍ miÍdzy liniami drugiej,
nie jest juø zauwaøalne. W†przy-
padku filmÛw, fotografowanych
z†czÍstotliwoúci¹ 25 klatek na se-
kundÍ, migotanie jest jednak nu-
ø¹ce.

Wynalazek wyúwietlania obrazu

monochromatycznego (czarno-bia³e-
go) by³ duøym osi¹gniÍciem, ale
wkrÛrce powsta³o zapotrzebowanie
na wyúwietlanie obrazÛw koloro-
wych. Uøyto do tego celu tych
samych podstawowych zasad, jed-
nak potrzebne by³y znaczne mody-
fikacje.

Do wyúwietlania kolorÛw w†lam-

pie obrazowej oparto siÍ na moøli-
woúci syntezy rÛønych kolorÛw
z†trzech kolorÛw podstawowych.
Rezultatem zmieszania w†odpo-
wiednich proporcjach úwiat³a ko-
loru czerwonego, zielonego i†nie-
bieskiego otrzymuje siÍ úwiat³o
bia³e. Przez zmianÍ proporcji tych
sk³adnikÛw moøna otrzymaÊ do-
wolny kolor z†widma widzialne-
go. Niebieski z†czerwonym tworz¹
fioletowy, zielony z†czerwonym
tworz¹ øÛ³ty itd. Ten sposÛb
tworzenia kolorÛw przez miesza-
nie úwiat³a nazywa siÍ addytyw-
nym, w†odrÛønieniu od mieszania
pigmentÛw, jak farb czy atramen-
tÛw, nazywanego subtraktywnym.

W†kolorowych lampach obra-

zowych do uzyskania wszystkich
wymaganych kolorÛw uøywa siÍ

zasady sumowania kolorÛw. Ekran
zawiera trzy rodzaje luminoforu
i†moøe emitowaÊ úwiat³o w†trzech
podstawowych kolorach. Steruj¹c
proporcjami i†intensywnoúciami
tych trzech sk³adnikÛw otrzymuje
siÍ wymagany kolor o†wymaganej
jaskrawoúci (chociaø przygl¹daj¹c
siÍ ekranowi z†bliska moøna spo-
strzec oddzielne punkty o†sk³ado-
wych kolorach).

Na pierwszy rzut oka kolorowy

kineskop wygl¹da bardzo podobnie
do czarno-bia³ego. Zawiera on jed-
nak wewn¹trz trzy dzia³a elektro-
nowe, po jednym na kaødy kolor
podstawowy, jak to pokazuje rys.
24. Mieszcz¹ siÍ one w†szyjce
lampy. Na ekranie s¹ rozmieszczo-
ne barwne luminofory w†postaci
punktÛw lub kresek. Konstrukcja
lampy musi zapewniÊ dostÍp elek-
tronÛw z†kaødego dzia³a tylko do
w³aúciwego luminoforu. Osi¹ga siÍ
to mechanicznie przez umieszcze-
nie przed ekranem maski z†otwo-
rami.

Kaøde z†trzech dzia³ elektrono-

wych znajduje siÍ w†nieco innej
pozycji, zatem trzy wi¹zki elek-
tronowe docieraj¹ do ekranu pod
nieco innymi k¹tami. Maska
umoøliwia doprowadzenie kaødej
wi¹zki do odpowiedniego lumino-
foru i†zapobiega dotarciu jej do
innych, co przedstawia rys. 25.

Wykonanie takiej maski, ktÛra

do kaødego luminoforu dopuszcza
tylko w³aúciw¹ wi¹zkÍ, moøe wy-
dawaÊ siÍ ³atwe, ale w†rzeczywis-
toúci jest trudne ze wzglÍdu na
wymagane bardzo úcis³e toleran-
cje.

Pierwsze kineskopy kolorowe

by³y wykonywane z†trÛjk¹tnie roz-
mieszczonymi dzia³ami elektrono-
wymi i†punktami luminoforÛw
w†postaci triad. By³y one bardzo
trudne do wyregulowania i†czÍsto
kolor w†czÍúci obrazu nie by³
w³aúciwy z†powodu wp³ywu ze-
wnÍtrznego pola magnetycznego
na wi¹zkÍ elektronÛw. Innym
problemem by³o przejmowanie
przez maskÍ sporej czÍúci wi¹zek
elektronÛw, co znacznie zmniej-
sza³o jaskrawoúÊ ekranu.

Obecnie kineskopy kolorowe

s¹ produkowane wraz z†cewkami
odchylaj¹cymi, co pozwala na
bardzo dok³adn¹ regulacjÍ ca³ego
podzespo³u w†czasie procesu pro-
dukcyjnego. Takøe maska zosta³a
zmodyfikowana przez wyd³uøenie

otworkÛw do kszta³tu szparek,
dziÍki czemu wzros³a jaskrawoúÊ
obrazu.

W†s³ynnych kineskopach Sony

Trinitron idea ta zosta³a poprowa-
dzona jeszcze dalej. Zamiast sto-
sowania ma³ych paskÛw lumino-
foru uøyto ci¹g³ych paskÛw od
gÛry do do³u, podobnie jak otwo-
rÛw w†masce. Technika ta zapew-
nia maksymaln¹ moøliw¹ jaskra-
woúÊ ekranu.

Jednak pomimo tych powaø-

nych usprawnieÒ technologii pro-
dukcji, duøe natÍøenia pola mag-
netycznego nadal mog¹ wprowa-
dziÊ zak³Ûcenia. Dlatego duøe g³oú-
niki, ktÛre zawieraj¹ spore mag-
nesy, powinny byÊ trzymane z†da-
la od telewizora czy monitora.

ZakoÒczenie

Lampa elektronopromieniowa

jest wynalazkiem, ktÛry odniÛs³
wielki sukces. W†kaødym domu
jest co najmniej jedna, a†czÍsto
wiÍcej. Biura s¹ nimi wype³nione,
poniewaø znajduj¹ siÍ w†monito-
rach komputerowych. Znajduj¹ siÍ
takøe w†radarach wszelkich stat-
kÛw, podobnie jak samolotÛw,
w†oscyloskopach w†laboratoriach
i†w†maszynach kasowych w†ban-
kach.

Wyúwietlacze wykonane w†in-

nych technologiach wspÛ³zawod-
nicz¹ z†lampami elektronopromie-
niowymi, ale øadna jeszcze nie
odnios³a sukcesu. Lampa nadal
dominuje na tym polu i†pod tym
wzglÍdem lampy elektronowe s¹
ci¹gle w†rozkwicie.
Ian Poole, EwPE

Artyku³ publikujemy na pod-

stawie umowy z†redakcj¹ mie-
siÍcznika ìEveryday with Practical
Electronicsî.

Rys. 24. Konstrukcja kineskopu
kolorowego.

Rys. 25. Działanie maski.