| Rys.1a |  |
Ostatnia aktualizacja : 06-12-22
Z z trybem pracy stopnia końcowego zwanym klasą stopnia końcowego (A, AB, B) ściśle związane jest zagadnienie polaryzacji siatek sterujących lamp mocy. W praktyce należy przez to rozumieć przyłożenie do siatki sterującej odpowiedniego stałego napięcia - zwykle ujemnego względem potencjału katody. Właśnie to napięcie wyznacza punkt pracy lampy, przesuwa go na charakterystyce siatkowej w lewo, przez co jej praca odbywa się bez szkodliwego prądu siatki, powodującego zniekształcenia nieliniowe. Zmniejsza także składową stałą prądu anodowego, co jest konieczne dla ograniczenia poboru energii z zasilacza, zmniejsza nagrzewanie się anody oraz straty napięcia anodowego na oporności Ra. Decyduje w końcu o ostatecznym charakterze brzmienia wzmacniacza.
Klasa A to warunki pracy wzmacniacza na prostoliniowej części charakterystyki, w których prąd anodowy płynie przez lampę w czasie całego okresu i kształt składowej zmiennej prądu anodowego jest dokładnym odzwierciedleniem kształtu zmiennego napięcia przyłożonego do siatki sterującej. Klasa A charakteryzuje się: a) najmniejszą sprawnością ok. 15-20%, b) najmniejszymi zniekształceniami, c) możliwością pracy jako wzmacniacz - pojedynczej lampy, d) stosunkowo małą mocą wyjściową, gdyż wykorzystywany jest tylko prostoliniowy odcinek charakterystyki, stanowiący niewielką jej część, e) składową stałą prądu anodowego równą prądowi spoczynkowemu, która ma znaczną wartość, większą od składowej zmiennej, f) przy braku sygnału cała doprowadzona energia tracona jest na nagrzewanie anody, g) możliwością niekorzystnego magnesowania się rdzenia transformatora głośnikowego w przypadku pracy pojedynczej lampy. Upraszczając - jedna lampa wzmacnia obydwie - "górną" i "dolną" - połówki sinusoidy symetrycznie. Oczywiście możliwa jest praca dwóch lamp w klasie A w układzie przeciwsobnym push-pull.
| Rys.1a | |
Klasa B to warunki, w których punkt pracy znajduje się na początku dolnego zakrzywienia charakterystyki, a napięcie ujemne siatki sterującej jest równe wartości, przy której prąd anodowy płynący przez lampę jest bliski zeru. Klasycznym wzmacniaczem klasy B jest taki wzmacniacz, w którym kształt składowej zmiennej prądu anodowego jest dokładnym odzwierciedleniem półokresu napięcia przyłożonego do siatki sterującej. Prąd anodowy płynie tylko w czasie połowy okresu drgań. Sprawność osiąga 50%. Możliwe jest dzięki temu znaczne zwiększenie wartości napięcia wzbudzającego. Ze względu na ogromne zniekształcenia jakie wprowadza pojedyncza lampa, praktyczne znaczenie mają tylko układy przeciwsobne (push-pull) co najmniej dwóch lamp, które pracują na przemian. Dzięki temu, tętniące prądy płynące w odpowiednich połówkach pierwotnego uzwojenia transformatora wyjściowego w przeciwnych kierunkach, wywołują w rdzeniu sumujące się strumienie magnetyczne, dając w rezultacie na wyjściu uzwojenia wtórnego napięcie prawie nie zniekształcone. Upraszczając - jedna lampa wzmacnia tylko jedną - "górną" - połówkę sinusoidy. Oczywiście możliwa jest praca dwóch lamp w klasie B TYLKO w układzie przeciwsobnym push-pull.
| Rys.1b |  |
Klasa AB to warunki pośrednie między A i B. W klasie AB napięcie ujemne siatki sterującej ma wartość taką, przy której prąd anodowy płynie przez lampę w czasie mniejszym od czasu trwania jednego okresu lecz większym od półokresu. Przy braku zmiennego napięcia sterującego prąd płynący przez lampę ma małą wartość. Sprawność osiąga wartość do 50%. Klasa AB jest najczęściej stosowana we wzmacniaczach do 100W. Upraszczając - jedna lampa wzmacnia trochę "dolną" i znacznie mocniej "górną" połówkę sinusoidy. Oczywiście możliwa jest praca dwóch lamp w klasie AB TYLKO w układzie przeciwsobnym push-pull.
| Rys.1c |  |
Klasa C ma zastosowanie wyłącznie w technice nadawczej/generacyjnej w. cz.
| Rys.1d |  |
| Rys.1e |  |
Niekiedy można spotkać się z oznaczeniami B1, B2, AB1, AB2. Jedynka (indeks) oznacza pracę bez prądu siatek sterujących. Dwójka natomiast, zamierzoną pracę z prądem siatek. Wykorzystywany jest wtedy znacznie dłuższy, także leżący po prawo, odcinek charakterystyki lampy, a więc wzrasta sprawność i moc układu (do 65%). Jednak do sterowania lamp końcowych potrzebna jest pewna moc, którą zapewniają najczęściej wtórniki katodowe, sprzężone bezpośrednio z siatkami sterującymi, bez udziału kondensatorów separujących. Sterowanie wtórnikowe jest szczególnie chętnie stosowane w "mocnych" wzmacniaczach (300W) do gitar basowych, np. Ampeg SVT Classic, Fender Rumble Bass, Sunn Bass 300T. W tego typu wzmacniaczach lepiej sprawdzają się tetrody strumieniowe 6550 lub KT88.
Ujemna polaryzacja, zwana także przedpięciem lub z angielska BIAS (czyt. bajas), uzyskiwana jest najczęściej dwoma sposobami. Pierwszy, zwany automatycznym, wykorzystuje nieznaczną część napięcia anodowego i możliwy jest dzięki zastosowaniu rezystora katodowego, często pojedynczego - wspólnego dla obydwu lamp końcowych (CATHODE BIAS) - Rys. 2a. Przepływający przez lampę i opór katodowy Rk prąd, wywołuje na jego górnym końcu pojawienie się pewnego napięcia, dodatniego względem uziemionego dolnego końca. Z kolei siatka sterująca dzięki rezystorowi upływowemu Rs otrzymuje potencjał masy. Dzięki takiej konfiguracji jest ona stale polaryzowana napięciem ujemnym względem katody. Zaletą tej metody jest korzystanie z jednego źródła i prostota obwodu. Wadą jest tzw. efekt prostowania, którego składowa stała wraz ze zwiększaniem się amplitudy sygnału sterującego, dodaje się do spadku napięcia na Rk. W rezultacie ujemne napięcie siatki zwiększa się powodując zmniejszenie mocy wyjściowej. Ponadto występują duże straty mocy na rezystorze katodowym. Automatyczna polaryzacja umożliwia pracę lamp tylko w klasie A i AB. Jest ona natomiast używana do polaryzowania lamp wejściowych, gdzie oprócz rezystora katodowego stosuje się bocznikujący go kondensator, wpływający istotnie na charakterystykę częstotliwościową wzmacniacza (niweluje szeregowe prądowe ujemne sprzężenie zwrotne powstające na rezystorze katodowym Rk).
| Rys.2a |  |
Drugi sposób, zwany stałą polaryzacją (FIXED BIAS), wykorzystuje zewnętrzne źródło napięcia - ujemnego względem masy, do którego przyłączone są rezystory upływowe Rs - Rys. 2b. Katody lamp końcowych są wtedy zwykle przyłączone bezpośrednio do masy. Jeżeli we wzmacniaczu zastosowano regulowane w odpowiednio szerokich granicach źródło napięcia ujemnego, to możliwe jest nie tylko swobodne wpływanie na punkt pracy lamp końcowych, ale także wymiana ich całego zestawu na inny typ. Czyni tak wiele renomowanych firm, montując na tylnym panelu odpowiednio zabezpieczone potencjometry lub 2-3 położeniowe przełączniki z gotowymi formułami napięcia odpowiedniego dla danego typu lamp. Dzięki temu zamiana kompletu EL 34 na 6L6 staje się dziecinnie prosta. Regulowane źródło napięcia umożliwia "przestrojenie" lamp pomiędzy klasami A, AB, B. Klasa A najczęściej stosowana jest we wzmacniaczach wyposażonych w lampy EL 84 lub 6V6, a więc o mocach do 30W - Vox AC15, AC30, Fender PRINCETON, Mesa SUBWAY BLUES.
| Rys.2b |  |
Trzeci, rzadko spotykany we wzmacniaczach gitarowych sposób polaryzowania siatki sterującej (dotyczy lamp przedwzmacniacza!!!) polega na zastosowaniu w obwodzie siatki sterującej rezystora upływowego o bardzo dużej wartości (np.10 megaomów). W takiej sytuacji katoda przyłączona jest do masy bezpośrednio - bez rezystora katodowego. Powstający w tych warunkach niewielki prąd siatki polaryzuje ją ujemnie względem katody. Konieczne jest zastosowanie kondensatora separującego C.
| Rys.2c |  |
Klasa A jako dodatkowa opcja - przełącznik SW2 - Rys. 3 - występuje we wzmacniaczach 100 watowych (Bogner ECSTASY, Groove Tubes SOUL-O 150). Klasa AB stosowana jest w większości wzmacniaczy o mocach powyżej 50W. Niekiedy instalowany jest dodatkowy przełącznik rodzaju polaryzacji Rys. 3 -SW1 - Cathode Bias/Fixed Bias (K. Lewellen, Kendrick TEXAS CRUDE).
| Rys.3 |  |
Ogólnie można stwierdzić, że wzmacniacze z polaryzacją katodową lamp końcowych dają miękkie, "ciepłe'' brzmienie. Również na Rys. 3 przedstawione są dodatkowe "mody" - przełącznik SW3 - 'tryb triodowy/pentodowy' (Triode/Pentode Mode) oraz przełącznik SW5 - 'prostownik lampowy/półprzewodnikowy' (Vacuum/Solid State Rectifier). Konsekwencją pracy w trybie triodowym jest redukcja mocy do ok. 35-45% trybu pentodowego i łagodniejsze brzmienie. Natomiast zastosowanie lampy jako prostownika, w rezultacie da charakterystyczną lampową kompresję wynikającą ze znacznie większego oporu samej lampy prostowniczej oraz łagodnego "siadania" napięcia zasilacza (sag). Zastosowanie diod półprzewodnikowych skutkuje agresywniejszym, bardziej dynamicznym brzmieniem.
Na kolejnych rysunkach przedstawione są ulepszone wersje obwodów polaryzujących. Rys. 4 pokazuje rzadko spotykany obwód regulowanej, automatycznej polaryzacji siatek. Umożliwia on precyzyjne dobranie prądu po np. wymianie lamp, a także ustawienie klasy A lub AB bez ingerencji w wartość rezystora katodowego Rk.
| Rys.4 |  |
Na Rys.5 pokazano odmienny sposób włączenia jednego potencjometru regulacyjnego - P2 - w obwodzie stałej, zewnętrznej polaryzacji. Dzięki takiej konfiguracji, oraz dokładnym rezystorom katodowym o wartości np. 10R/1%, możliwy jest odczyt natężenia prądu katody przez pomiar napięcia na tym rezystorze, na zakresie 2V multimetru cyfrowego. P1 służy do wstępnego ustawienia przedpięcia, a P2 do dokładnego zrównoważenia obydwu lamp. Sposób "opomiarowania" podany jest w dziale Miscellanea.
| Rys.5 |  |
Bardzo dokładnie można zrównoważyć stopień mocy dla składowej stałej przy pomocy oscyloskopu. Do wyjścia wzmacniacza ze zwartym wejściem końcówki mocy i rozwartą pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego, podłączamy oscyloskop ustawiony na dużą czułość np. 0,01V/cm. Następnie, obracając potencjometrem balansu P2(jak na Rys. 5) ustawiamy widoczny na ekranie nieregularny przebieg 100Hz na minimum amplitudy. Oczywiście przy innej konfiguracji potencjometrów "dostrojczych" postępujemy identycznie. W ten prosty sposób udaje się zredukować przydźwięk 100Hz, słyszalny w przypadku asymetrii prądów obydwu lamp, prawie "do zera". W celu całkowitego wyeliminowania sygnału pochodzącego z inwertera, a mogącego utrudniać regulację, można tę lampę dodatkowo wyjąć - obserwowany na oscyloskopie sygnał będzie wówczas pochodził wyłącznie z lamp mocy.
Najczęściej dla jednej lampy EL 34 w klasie AB, ustawia się prąd biegu jałowego 30-65mA dla napięcia anody poniżej 425V i 25-35mA dla napięcia 425-550V. Dla 6L6/5881 właściwy jest prąd 30mA, przy napięciach nie przekraczających 450V (550V dla 6L6-GC). Spotyka się - ku zdumieniu użytkowników - profesjonalne wzmacniacze (Peavey EVH5150), z prądem spoczynkowym ok. 15 mA (Underbiasing). Często w ocenie gitarzystów, jest to przyczyną "zimnego", "sztywnego" brzmienia. Prawdopodobnym powodem ustawiania tak niskiego prądu spoczynkowego jest "niewytrzymywanie" przez lampy pochodzące od dalekowschodnich producentów dość "wyżyłowanych" warunków pracy. Jakakolwiek samodzielna ingerencja, polegająca na zwiększeniu prądu spoczynkowego, kończy się najczęściej utratą gwarancji. Podobna sytuacja dotyczy niezwykle popularnych Dual Rectifier-ów. Tu mamy do czynienia - mówiąc wprost - z "pogarszaczami" biasu, którymi są przełączniki Spongy/Bold i Silicon/Vacuum Rectifier. Po załączeniu jednego lub obydwu modów (tj. Spongy&Vacuum), następuje istotne, znaczące przesuniecie punktów pracy lamp mocy w kierunku klasy B, co z punktu widzenia teorii/logiki/praktyki/brzmienia jest szczerze mówiąc - bez sensu. W przypadku oceny innego, niemarkowego wzmacniacza, który by miał tak ustawiony bias, jak DR z załączonym Spongy&Vacuum, ocena była by druzgocąca - piec robił laik. Te mody są cool, jednak nie wysilono się na bardziej zaawansowane rozwiązania techniczne, w których zmianom jednych napięć regulacyjnych, towarzyszyły by Wracając do rzeczy - bywają dostępne są w sprzedaży specjalne przyrządy, np. Bias King firmy Audio Glassic, które mierzą automatycznie spadek napięcia na wewnętrznym, dokładnym rezystorze 1R znajdującym się w adaptorze typu cokół/podstawka i podają wynik w mA. Warto odwiedzić także Output Tube Bias FAQ i Illustrated SwAMP Probe Page (na razie obydwie strony dostępne tymczasowo).
