Katodový kondenzátor

Elektronky často mají v katodovém obvodu zařazený odpor, na kterém vzniká průchodem anodového proudu a případně i proudu druhé mřížky úbytek napětí (Obr. 1). Tento úbytek tvoří mřížkové předpětí řídicí mřížky, neboť je zařazen mezi ní a katodou tak, že mřížka je o příslušnou hodnotu zápornější než katoda. Zapojení se hojně používá, protože je jednoduché a navíc stabilizuje anodový proud; výrobci pak povolují vyšší hodnoty svodových odporů než při předpětí pevném. 

Obr. 1: Elektronka s odporem v anodovém a katodovém obvodu

Nevýhodou zapojení je, že katodový odpor způsobí silnou zápornou zpětnou vazbu, takže zesílení stupně značně poklesne a zvýší se jeho vnitřní odpor. Dále může svodem a kapacitou mezi katodou a žhavicím vláknem dojít k přenesení rušivého napětí ze žhavení na katodu. Proto se paralelně ke katodovému odporu zapojuje kondenzátor C_k (viz Obr. 2), který v ideálním případě představuje pro všechna střídavá napětí zkrat. 

Obr. 2: Blokování katodového odporu kondenzátorem

Zesílení stupně můžeme zjistit dosazením do vzorce 

A=−μR_a/(R_i+R_a+(μ+1)Z_k)                                  (1)

Například u elektronky ECC83 máme v jednom z doporučených zapojení R_a=166kΩ (odpor v anodě 220kΩ paralelně s mřížkovým svodem následující elektronky 680kΩ), Z_k=R_k=2,7kΩ, R_i=80kΩ a μ=100. Pokud je katodový odpor dokonale blokován kondenzátorem, je Z_k=0 a zesílení A=−100.166/(80+166)=−67,5. Zesílení s neblokovaným katodovým odporem je  A=−100.166/(80+166+(100+1).2,7)=−32; zmenšení je tedy citelné. 

Nemá-li zesílení příliš klesnout, musí být výraz (μ+1)Z_k pro všechny kmitočty požadovaného rozsahu malý proti R_i+R_a, takže musí platit IZ_kI « (R_i+R_a)/(μ+1). S výjimkou případu, kdy je R_k « (R_i+R_a)/(μ+1) a katodový kondenzátor není potřebný, musí C_k splňovat podmínku 1/2πfC_k«(R_i+R_a)/(μ+1) nebo  2πfC_k» (μ+1)/(R_i+R_a). Toto musí platit i pro nejnižší frekvenci, při které je požadavek nejpřísnější, totiž  2πf_minC_k» (μ+1)/(R_i+R_a). Kolikrát musí být 2πf_minC_k větší než (μ+1)/(R_i+R_a) závisí na tom, jaké požadavky na zesílení A máme. Připustíme-li na kmitočtu f_min relativní pokles výstupního napětí na hodnotu k, můžeme z rovnice (1) a z výrazu pro impedanci členu v katodě odvodit vzorec pro kapacitu kondenzátoru C_k.  

Při kmitočtu f je impedance paralelního spojení R_kC_k:

Z_k=R_kII1/j2πfC_k=R_k/(1+j2πfC_k)                            (2)

Absolutní hodnota (modul) impedance Z_k  je:

 IZ_kI=R_k/√(1+4π²f²C_k²R_k²)                                  (3) 

Po dosazení rovnice (3) do (1) a nezbytných úpravách dostaneme vzorec pro kapacitu kondenzátoru

_{Ck=(1/2πfRk )√(Rk²k²(μ+1)²/(Ra+Ri)²(1−k)²−1)     (4)}

Pro triodu ECC83 z uvedeného příkladu můžeme určit kapacitu C_k například pro kmitočet 40Hz a relativní pokles k=0,8 (-2dB):

_{Ck=(1/2π.40.2700 )√(2700².0,8².(100+1)²/(166000+80000)².(1−0,8)²−1)=}

_{(1/80π.2700).√(2700².0,64.101²/246000².0,2²−1)=}

_{(1/80π.2700).√(19,66−1) = 6,4.10^-6F = 6,4μF}

Vzorec (4) není příliš vhodný pro použití u pentod, protože se v něm vyskytuje zesilovací činitel μ, jehož hodnotu u nich neznáme tak přesně jako u triod. Za předpokladu, že μ»1 a R_a«R_i, což u pentod bývá splněno, je možné (4) zjednodušit na 

C_k=(1/2πfR_k)√(R_k²k²S²/(1−k)²−1)                              (5)

Jak je vidět, vyskytuje se ve vzorci z parametrů elektronky pouze strmost.

Vliv katodového kondenzátoru na přenos nízkých kmitočtů je možné korigovat v obvodu anody, takové zapojení je na Obr. 3. 

Obr. 3: Korekce v anodovém obvodu 

Korekční obvod se skládá z kapacity C_f a odporu R_f. Korekce útlumové i fázové charakteristiky nastane při splnění podmínek

C_kR_k=C_fR_f 

R_f/R_a=SR_k

V praxi se někdy katodový kondenzátor skládá ze dvou kapacit, například z elektrolytického a svitkového kondenzátoru nebo ze svitkového a keramického kondenzátoru. Tím se zaručí správná funkce v širokém kmitočtovém rozsahu. U elektrolytických kondenzátorů je vhodné vzít do úvahy i relativně vysokou toleranci jejich kapacity a její změnu v důsledku stárnutí.