Zesílení elektronky

Mějme jednoduchý zesilovač podle Obr. 1. Je-li kondenzátor C_k správně zvolen (o tom viz článek Katodový kondenzátor), dalo by se očekávat, že zesílení nad kmitočtem ω_min bude konstantní. Ve skutečnosti zjistíme průběh, který je znázorněn v pravé části obrázku: 

Obr. 1: Zesilovač a jeho kmitočtová charakteristika

od jistého kmitočtu ω_max  zesílení klesá. Anodový odpor je totiž ve skutečnosti  překlenut kapacitou, kterou má anoda a k ní připojené součástky proti ostatním elektrodám elektronky a vůči okolí (šasi, jiné vodiče). Vliv těchto kapacit je možné v náhradním schématu zohlednit parazitní kapacitou C_a, která leží paralelně k R_a, viz Obr. 2.

Obr. 2: Zesilovač s kapacitou paralelně k anodovému odporu

Impedance zapojená v anodovém obvodu je potom

 

a zesílení 

   

Pokles zesílení tedy bude patrný od kmitočtu, při kterém se  ωC_aR_iR_a/(R_i+R_a) bude blížit jedné. Při podobných výpočtech často vystupuje součin odporu a kapacity, který má rozměr času a určuje časový průběh procesů. Nazývá se časová konstanta a značí se řeckým písmenem τ (tau). V našem případě je časová konstanta C_aR_iR_a/(R_i+R_a), je tedy dána součinem C_a a paralelního spojení R_i a R_a.

Celková parazitní kapacita je řádu 10÷30pF a závisí na typu elektronky a na provedení spojů. Dlouhými přívody se C_a značně zvětší, zvláště vedou-li se v blízkosti kostry. I když se vhodnou montáží a vedením spojů podaří udržet montážní kapacity nízké, stále ještě zbývá kapacita anody vůči ostatním elektrodám a proti okolí. Zvýšení kmitočtu ω_max pak nemůže být dosaženo dalším zmenšením C_a, nýbrž pouze zmenšením R_a. To má ale za následek pokles zesílení i v rozsahu ω_min-ω_max, v němž se vliv kapacity C_a ještě neprojeví. Označíme-li toto zesílení A_a0, plyne  z předchozí rovnice A_a0= −μR_a/(R_i+R_a). Protože je ω_max  úměrný (R_i+R_a)/R_iR_aC_a, vyplývá z toho, že  součin A_a0ω_max nezávisí na R_a a R_i, ale pouze na

To ale také znamená, že součin zesílení a nejvyšší dosažitelné šířky pásma má u každé elektronky pevnou hodnotu, která je úměrná S/C_a. Proto se pro zesílení širokého kmitočtového pásma musí zvolit elektronky, které mají vysokou strmost a malou anodovou kapacitu.

V praxi se u elektronek určených pro širokopásmové zesilovače uvádí činitel S/2πC_a, do něhož je zahrnuta vstupní a výstupní kapacita elektronky a jistá minimální kapacita spojů, obvykle 5÷8pF. U elektronek klasické konstrukce se samonosnou mřížkou dosahuje uvedený činitel hodnoty desítek MHz (EF80 ... 68MHz, 6AK5 ... 65MHz),  u velmi strmých elektronek s rámečkovou mřížkou jsou to až stovky MHz (E180F ... 135MHz, E810F a 7721 ... 230MHz). Máme tak dobré vodítko pro odhad zesílení, například s elektronkou E180F je při šířce pásma 15MHz dosažitelné zesílení asi A=9. Pokud potřebujeme vyšší zesílení v jednom stupni nebo větší šířku pásma, musíme použít kmitočtovou kompenzaci, pomocí níž je možné přenášené pásmo rozšířit.