Hladový zesilovač
V článku o tetrodách a pentodách jsme se zmínili o tom, že jejich zesílení není tak velké, jak by se dalo z hodnoty zesilovacího činitele očekávat. U triody se dosáhne zesílení, které činí nejméně 70% zesilovacího činitele, u pentody je to ale jen 5÷10%. Při anodových proudech vyšších než několik desetin mA přibližně platí, že zesílení pentody je téhož řádu jako úbytek napětí na anodovém odporu. Pokud ale zmenšíme anodový proud na desítky mikroampér, dostaneme se do oblasti, kde strmost klesá pomaleji než anodový proud (poměr S/IA a tedy i zesílení roste) a s běžnou napěťovou pentodou typu 6SJ7 (6Ж8, 6J7, 6Ж7, EF12, EF40, EF86) získáme zesílení přes 1000 v jediném stupni. V angličtině se takový zesilovač nazývá starvation amplifier, do češtiny se název překládá jako hladový, ochuzený nebo přiškrcený zesilovač.
Obr. 1: Zapojení hladového zesilovače
Základní zapojení takového zesilovače je na Obr. 1. Protože anodový odpor má vysokou hodnotu, nelze následující stupeň připojit přes obvyklý vazební RC člen. Proto je mřížka E2 připojena přímo na anodu E1 a její katodový odpor je zvětšen tak, aby vyrovnal kladné napětí mřížky. Napětí mezi katodou a žhavením (které je uzemněno) je přibližně rovno napětí na mřížce E2 (cca 35V). Jeho velikost tedy nepředstavuje pro izolaci žhavicího vlákna problém a i napájecí napětí může být obvyklé velikosti. Napětí druhé mřížky, asi 15÷20V, se odebírá z děliče R1-R2. Tím vzniká velmi silná zpětná vazba. která stabilizuje pracovní body obou elektronek nezávisle na anodovém napětí a změnách charakteristik (stárnutí, výměna elektronek). Stoupne-li z jakéhokoliv důvodu napětí na anodě E1, zvětší se také mřížkové předpětí E2 a její anodový proud. Na katodových odporech R1-R2 vznikne vyšší úbytek napětí a E1 dostane vyšší napětí na stínicí mřížku. Tím se zvýší anodový proud E1 a také úbytek napětí na anodovém odporu 15MΩ. Napětí na anodě E1 i na mřížce E2 proto poklesne, což zase zmenší proud E2, takže se poměry vrátí skoro do původního stavu. Mechanismus pracuje i v opačném směru a je tak účinný, že pro zesilovač není nutné vybírat zvláštní elektronky a jejich výměna je možná bez nového nastavení pracovních podmínek. Záporné předpětí první mřížky se získává průtokem mřížkového proudu odporem R4=10MΩ, ale je možné použít odporu v katodě.
V porovnání s běžným dvoustupňovým zesilovačem potřebuje uvedené zapojení méně pasivních součástek. Protože je anodový proud nepatrný, je také oteplení elektronky menší. Malé proudy lze pohodlně filtrovat RC členy s malou kapacitou. Také katodový odpor E2 má poměrně vysokou hodnotu a k jeho blokování stačí relativně malá kapacita. Zpětná vazba může být velmi silná, takže zisk zesilovače v širokých mezích nezávisí na kolísání napájecího napětí, stárnutí elektronek a podobně.
Zapojení na Obr. 1 se nehodí pro zesilování stejnosměrného napětí (katoda blokovaná kondenzátorem, zpětná vazba pro stabilizaci pracovního bodu). Jeho charakteristika směrem v vyšším kmitočtům je také omezena; s anodovým odporem 15÷20MΩ je mezní kmitočet asi 2kHz. Anodové napětí je nízké a tedy i možný rozkmit výstupního napětí je malý; zapojení je vhodné jen pro první stupně zesilovače.
Příklady zapojení
Obr. 2: Jednoduchý nízkofrekvenční zesilovač
V jednoduchém zesilovači pro gramofon pracuje pentoda EF86 v hladovém zapojení, její pracovní bod je stabilizován podobným způsobem jako na Obr. 1.
Obr. 3: Budič a invertor zesilovače 30W
V časopise Amatérské radio 1961/3 publikoval Jiří Janda zajímavé schema elektronkového zesilovače bez výstupního transformátoru. Jako vstupní elektronka je v něm použita pentodová část PCF82 v hladovém zapojení. Napětí pro stínicí mřížku a mřížkové předpětí se získává běžným způsobem. Triodová část elektronky pracuje jako invertor s rozdělenou zátěží.
Obr. 4: Stejnosměrný zdroj
Ve stabilizovaných zdrojích se často používá pentod v hladovém zapojení. Jako příklad poslouží zapojení elektronky 6Ž3P-E (6Ж3П-Е) ve zdroji pro napájení druhé mřížky v měřiči elektronek L3-3.
Obr. 5: Stejnosměrný zesilovač analogového počítače
Posledním příkladem je zapojení stejnosměrného zesilovače, vhodného například pro analogový počítač. Potenciometry P1 a P2 slouží k hrubému a jemnému nastavení nuly. Zesílení je asi 650 a je možné ho zvýšit kladnou zpětnou vazbou mezi výstupem a katodou pentody.
Použité prameny:
Volkers, Walter K.: Direct-Coupled Amplifier Starvation Circuits, Electronics (1951), čís. 3, str.126÷129
Horna, Otakar A.: Nové zapojení zesilovače, Elektronik (1951), čís. 8, str.184÷185