Lampa elektronowa to w większości działów elektroniki już przeżytek, jednak w dziedzinie odtwarzania muzyki to absolutny top i bardzo cenione rozwiązanie. Zastosowania lamp elektronowych w systemach audio ma bardzo długą historię. Pomimo późniejszego powstania takich wynalazków jak tranzystor czy układ scalony to wciąż najdroższe wzmacniacze dla audiofilów bazują na tradycyjnym i sprawdzonym urządzeniu, jakim jest lampa elektronowa.
Co to są lampy elektronowe i jak działają?
Każda lampa elektronowa to czynny element elektroniczny, który może mieć wiele różnych zastosowań. Podstawą działania każdej lampy jest zjawisko termoemisji. Po rozgrzaniu katody elektrony dzięki uzyskanej dodatkowej energii mogą opuścić swoją powłokę walencyjną i oderwać się od materiału. Poprzez próżnię lub gaz przechodzą one do zimnej anody. Dzięki temu zjawisku najprostsza lampa elektronowa, czyli dioda przewodzi prąd tylko w jedną stronę. Jeśli odwrócisz bieguny, to z zimnej anody nie oderwą się elektrony i prąd nie będzie płynął. W lampach używanych na przykład jako wzmacniacze sygnału, czyli triodach dodana jest jeszcze siatka sterująca, która w zależności od podanego na nią ujemnego napięcia przerwy lub zmniejsza liczbę elektronów przepływających głównym obwodem. Pozwala to na przykład na wzmacnianie sygnału audio albo też na zastosowanie lamp próżniowych jako bramek logicznych używanych do obliczeń.
Lampa elektronowa podwójna trioda małej mocy - Psvane 12AU7-S
Jakie są różne rodzaje lamp elektronowych i do czego są używane?
Funkcje lamp elektronowych są bardzo różne i zależą od ich budowy i przeznaczenia danego sprzętu. Najczęściej wykorzystywane były takie rodzaje lamp elektronowych jak:
- dioda – lampy prostownicze;
- trioda – wzmacniacze i generatory sygnałów elektrycznych;
- tetroda – podobne zastosowanie jak triody;
- pentoda – jak trioda i tetroda z szerszym zakresem regulacji wzmocnienia;
- heksoda, heptoda, oktoda, ennoda – głównie stosowane w odbiornikach radiowych jak heterodyna lub superheterodyna;
- magiczne oko, wskaźnikowa – stosowana jako wskaźnik napięcia, wysterowania, odbioru, digitrony (Nixie) wyświetlające cyfry;
- mikrofalowa – generowanie mikrofal;
- obrazowa – kineskop, lampa oscyloskopowa;
- kompaktron – dwie lub trzy lampy w jednej bańce;
- analizująca – zamieniała sygnał optyczny na elektryczny;
- nuwistor – miniaturowe lampy metalowo-ceramiczne;
- nadawcza – duże lampy o wielkich mocach;
- pamięciowa – jako komórka pamięci;
- fotoelektronowa – fotokomórki, fotopowielacze;
- zliczająca – zliczały impulsy w systemie dziesiętnym.
Historia i ewolucja lamp elektronowych
Lampa elektronowa została wynaleziona w 1904 roku przez Johna Fleminga, a bazował on na wcześniejszych odkryciach Josepha Thomsona dotyczących oddziaływania pola elektrycznego oraz magnetycznego na strumień elektronów. Stopniowo powstawały kolejne wersje lamp, po pierwszej diodzie w 1906 roku była to trioda, a później ulepszono również technologię tworzenia próżni, co zwiększyło efektywność lamp. W szczytowym momencie w latach czterdziestych produkowano ponad 100 milionów lamp elektronowych rocznie. Historia lamp elektronowych jest więc dość krótka, ale bardzo ważna dla rozwoju techniki.
Lampa elektronowa trioda mocy bezpośrednio żarzona - Psvane 2A3C
Lampy elektronowe w dzisiejszej technologii
Lampy elektronowe w technologii obecnie spotykanej to dość niszowe zastosowania, lecz wciąż są one produkowane i poszukiwane przez wiele osób. Kilka z tych zastosowań to obszary, gdzie lampy elektronowe są używane jako nadajniki wielkiej mocy – zarówno w systemach nadawczych obrazu, dźwięku również w komunikacji z sondami kosmicznymi w zakresie mikrofalowym. Są stosowane również do wzmacniania sygnałów odbieranych. Najszersze jednak współczesne zastosowanie lamp elektronowych to oczywiście wzmacniacze lampowe dla koneserów muzyki.
Pomimo konstruowania systemów wielokanałowego cyfrowego dźwięku i przeróżnych technologii wzbogacania brzmienia mnóstwo osób uważa, że tylko lampowy wzmacniacz gra muzykę taką, jakiej chcą słuchać. Ciepłe brzmienie i wzmocnione parzyste harmoniczne tworzą pewne unikalne brzmienie, które bywa naśladowane w rozwiązaniach cyfrowych, ale nie jest to jednak dla prawdziwych fanów to samo. Zatem tradycyjne, ale zupełnie nowe lampy elektronowe możesz spotkać we wzmacniaczach słuchawkowych, wzmacniaczach stereo, jak i konstrukcjach hybrydowych korzystających zarówno z lamp oraz tranzystorów. Wielu entuzjastów lamp próżniowych tworzy własne konstrukcje, dzięki czemu mogą przy niskich kosztach cieszyć się wyjątkowym dźwiękiem, stworzonego przez siebie wzmacniacza. Najczęściej sprzęt tego typu – zarówno profesjonalny, jak i własnoręcznie stworzony – posiada pięknie wyeksponowane lampy i współpracuje na przykład z drogimi gramofonami.
Lampa próżniowa elektronowa tetroda dużej mocy pośrednio żarzona - Psvane Hifi KT88-C
Jakie są zalety i wady lamp elektronowych?
Praktycznie wszystkie funkcje lamp elektronowych zostały już dzisiaj (oprócz tych opisanych powyżej wyjątkowych zastosowań) przejęte przez współczesną elektronikę od tranzystorów po układy scalone i mikroprocesory. Wpływ na to miały liczne wady, jakie posiada właściwie każda lampa elektronowa. Jest to w pierwszym rzędzie duże zapotrzebowanie na prąd – do rozgrzania katody zużywane jest dużo energii – oznacza to duży koszt działania takich urządzeń, jak i konieczność chłodzenia całego urządzenia, które mogło zawierać bardzo wiele lamp tego typu.
Mocno ograniczony czas pracy – standardowo od kilkuset do maksymalnie kilku tysięcy godzin, jak i duża awaryjność. Duże wymiary i mała odporność mechaniczna – oznacza to, że urządzenia lampowe są potężne i trzeba się z nimi delikatnie obchodzić. Lampa elektronowa przegrywa również z innymi rozwiązaniami ceną zarówno jej samej, jak i układu zasilającego, który musi wytworzyć wysokie napięcia do prawidłowego działania. Zalety, które powodują, że w niektórych branżach wciąż używa się lamp to ich bardzo duża moc, generowanie mikrofal i odbieranie mikrofal oraz specyficzny rodzaj zniekształceń przy wzmacnianiu sygnału audio, które większość ludzi odbiera jako miły i przyjemny, co uznają oni jako wyższość nad tranzystorami.