W żarzeniu lamp elektronowych można stosować zarówno napięcie przemienne (AC), jak i napięcie stałe (DC). Wybór rodzaju napięcia wpływa na działanie lampy oraz na jej parametry pracy.
Żarzenie lamp napięciem przemiennym
- Zastosowanie: Napięcie przemienne (AC) jest często stosowane w klasycznych lampach elektronowych, zwłaszcza w dawnych konstrukcjach. Jest ono łatwo dostępne, szczególnie w urządzeniach zasilanych z sieci elektrycznej.
- Zalety:
- Prostota w implementacji, ponieważ napięcie przemienne można bezpośrednio podłączyć do żarników lamp.
- Brak potrzeby konwersji napięcia sieciowego na stałe, co upraszcza konstrukcję układów zasilania.
- Wady:
- Efekt brumu: Napięcie przemienne może powodować zjawisko brumu (zakłóceń przy częstotliwości sieciowej, np. 50 Hz lub 60 Hz), który może być słyszalny jako szum, tętnienia lub zakłócenia w urządzeniach audio.
- Migotanie: W żarnikach zasilanych napięciem przemiennym mogą występować niewielkie zmiany jasności, które są efektem przemiany fazowej napięcia (0 do szczytowego).
- Asymetria pracy lampy: Przepływ zmienny prądu przez żarzenie może prowadzić do asymetrii pracy lampy, szczególnie jeśli prąd przepływa w jednym kierunku silniej niż w drugim.
Żarzenie lamp napięciem stałym
- Zastosowanie: Napięcie stałe (DC) jest często stosowane w nowocześniejszych konstrukcjach, zwłaszcza tam, gdzie wymagane jest bardzo niskie tło szumowe, jak w urządzeniach audio wysokiej jakości (Hi-Fi) czy w sprzęcie laboratoryjnym.
- Zalety:
- Brak brumu: Zasilanie napięciem stałym eliminuje problemy z brumem, co jest szczególnie ważne w urządzeniach audio, gdzie minimalizacja szumów jest kluczowa.
- Stabilne żarzenie: Napięcie stałe zapewnia równomierne i stabilne żarzenie katody, co może przedłużyć żywotność lampy.
- Lepsza kontrola nad emisją elektronów: Zasilanie żarzenia napięciem stałym pozwala na bardziej przewidywalne i stabilne warunki pracy lampy.
- Wady:
- Wymaga bardziej skomplikowanego zasilacza, który przekształca napięcie przemienne na stałe, co może podnieść koszt i skomplikować konstrukcję urządzenia.
- Może być trudniejsze w implementacji w niektórych starszych układach, które są zaprojektowane do pracy z napięciem przemiennym.
Rodzaje żarzenia lamp elektronowych
Żarzenie bezpośrednie
W tym przypadku prąd przepływa bezpośrednio przez katodę, która jest wykonana z cienkiego drutu lub taśmy, działając jak element grzewczy. W wyniku tego katoda nagrzewa się i emituje elektrony. W lampach o żarzeniu bezpośrednim katoda jest jednocześnie elementem żarzenia i emiterem elektronów.
Żarzenie pośrednie
W żarzeniu pośrednim katoda nie jest bezpośrednio żarzona prądem. Zamiast tego, wewnątrz lampy znajduje się dodatkowy element grzewczy, zazwyczaj zwany grzejnikiem lub filamentem, który podgrzewa katodę umieszczoną w jego pobliżu. Katoda jest pokryta specjalną warstwą materiału, który emituje elektrony po podgrzaniu. Ten rodzaj żarzenia jest bardziej powszechny w nowoczesnych lampach, ponieważ pozwala na lepszą kontrolę emisji elektronów i zmniejsza wpływ zakłóceń.
Proces żarzenia jest kluczowy dla prawidłowej emisji elektronów z katody lampy elektronowej. Oznaczenie lampy małymi literami bi oznacza bifilarne nawinięcie włókna żarzenia (system firmy Telefunken do 1934 r.).
Szeregowe lub równoległe żarzenie lamp elektronowych
Żarzenie szeregowe
W przypadku żarzenia szeregowego, włókna żarzenia kilku lamp są połączone szeregowo, co oznacza, że przez wszystkie włókna płynie ten sam prąd. Jednakże napięcie na każdym włóknie jest tylko częścią całkowitego napięcia zasilającego. Taka konfiguracja była popularna w starszych urządzeniach, takich jak odbiorniki radiowe, gdzie napięcie zasilania wynosiło np. 110V lub 220V.
Zalety:
- Możliwość zasilania wielu lamp z jednego źródła napięcia bez potrzeby stosowania transformatora o wysokim napięciu.
- Prostsza konstrukcja zasilania.
Wady:
- Jeżeli jedno włókno ulegnie uszkodzeniu (np. przepaleniu), cały obwód przestaje działać, co powoduje, że wszystkie lampy przestają pracować.
- Wymaga dokładnie dopasowanych lamp pod kątem prądu żarzenia.
Żarzenie równoległe
W konfiguracji równoległej, włókna żarzenia poszczególnych lamp są połączone równolegle. Każde włókno jest zasilane z tego samego napięcia, ale prąd przez nie płynący jest sumą prądów przez poszczególne włókna.
Zalety:
- Jeżeli jedno włókno się przepali, pozostałe lampy nadal działają.
- Umożliwia niezależne zasilanie lamp o różnych wymaganiach prądowych.
- Stabilniejsze działanie, ponieważ napięcie na każdym włóknie jest stałe, niezależnie od liczby lamp.
Wady:
- Wymaga wyższego prądu zasilającego, co może wymagać większego transformatora.
- Bardziej skomplikowane zasilanie, zwłaszcza gdy mamy wiele lamp o różnych napięciach i prądach żarzenia.
Wybór między żarzeniem szeregowym a równoległym zależy od konkretnych wymagań aplikacji oraz liczby lamp, które mają być zasilane. Współcześnie częściej stosuje się żarzenie równoległe ze względu na jego stabilność i niezawodność, chociaż w starszych urządzeniach można nadal spotkać żarzenie szeregowe.
Symetryzacja żarzenia lamp elektronowych
Symetryzacja żarzenia lamp elektronowych ma na celu zmniejszenie zakłóceń i szumów (szczególnie przydźwięku sieciowego) generowanych przez żarzenie lampy, co jest szczególnie ważne w wysokiej klasy układach audio. Symetryzacja żarzenia skutkuje mniejszym poziomem zakłóceń w urządzeniach audio, w których nawet niewielki przydźwięk może być słyszalny i irytujący w odbiorze. Dzięki temu jakość dźwięku jest wyższa.
Przydźwięk sieciowy
Przydźwięk sieciowy to niepożądany dźwięk o częstotliwości 60 Hz (dawniej najczęściej 50 Hz) wynikający z zasilania żarzenia lamp napięciem przemiennym. Wprowadza on zakłócenia w sygnale audio objawiające się charakterystycznym brumem w głośnikach.
Metody symetryzacji żarzenia
Aby zminimalizować te zakłócenia stosuje się różne techniki symetryzacji żarzenia.
Sztuczny punkt zerowy (wirtualna masa)
Dwa rezystory o takiej samej wartości (np. 100Ω) są podłączone do obu końców uzwojenia żarzenia, a ich środkowy punkt jest połączony z masą układu. Tworzy to sztuczny punkt zerowy, który zmniejsza różnice potencjałów i minimalizuje zakłócenia.
Symetryzacja uzwojenia transformatora sieciowego
W celu eliminacji przydźwięku sieciowego w niektórych transformatorach zasilających żarzenie, uzwojenie wtórne jest nawinięte w taki sposób, aby samo w sobie było symetryczne względem masy. Środkowy odczep uzwojenia transformatora może być połączony z masą, co skutkuje równomiernym rozłożeniem napięcia żarzenia względem masy. Taki sposób wyprowadzenia uzwojeń umożliwia uzyskanie symetryzacji napięcia żarzenia poprzez połączenie środka uzwojenia z masą. Przykładem jest żarzenie 2 x 3.15 V.
Żarzenie prądem stałym
Zamiast zasilania żarzenia napięciem przemiennym, można zastosować dobrze odfiltrowane napięcie stałe, co całkowicie eliminuje problem przydźwięku sieciowego. Jest to jednak rozwiązanie bardziej skomplikowane dlatego stosuje się je głównie w bardzo wysokiej jakości sprzęcie audio.
Symetryzacja aktywna
W niektórych układach stosuje się specjalne regulatory napięcia, które wprowadzają aktywną symetryzację żarzenia. Takie rozwiązania są bardziej zaawansowane i mogą obejmować użycie układów elektronicznych w celu zbalansowania napięcia żarzenia.
