Triode gebruikt als UHF voorversterker

1. Steilheid (transconductance)

Er worden verschillende afkortingen gebruikt voor de steilheid: S (steilheid) en G_m (transconductance of mutual conductance).

De waarde gaat bijvoorbeeld van 1.5mA/V voor een ECC83 tot 6mA/V voor een ECC81. Deze gepubliceerde waarden zijn in het algemeen veel te optimistisch, ze zijn gemeten bij de hoogste anodestroom die de buis kan leveren. Bij iedere verdubbeling van de anodestroom stijgt de steilheid immers met 26%. De buis wordt in praktische schakelingen nooit zo gebruikt.

De steilheid wordt gemeten bij een constant gehouden anodespanning, maar in de praktijk zakt de anodespanning als de anodestroom hoger wordt. En we zullen verder zien dat de stroom daalt als de anodespanning daalt.

Nut van een hoge steilheid
De steilheid van een buis is vooral belangrijk bij voorversterkers die met zeer zwakke signalen werken (antenneversterkers en microfoonversterkers) om de signaal-ruisverhouding te verbeteren. De ruis wordt veroorzaakt door de electronen die at random de anode bereiken. Hoe hoger men de stroom kan kiezen, hoe minder de ruisbijdrage van de versterkerbuis. Daarom dat de buizen die in tuners gebruikt werden ingesteld stonden op de maximaal toegestane stroom. Bij bepaalde buizen voor UHF repeaters bedroeg de anodedissipatie 5W (de anodetemperatuur liep op tot 500 à 600°).

Een hoge steilheid is ook belangrijk voor vermogensbuizen: de veranderlijke ingangspanning moet immers omgezet worden in vermogen om de luidspreker aan te sturen.

Hoe de hoge steilheid bereiken?
De hoge steilheid die met bepaalde voorversterkerbuizen bereikt kon worden kon enkel gerealiseerd worden door over te gaan van een normale rooster naar een spanrooster. Als alle parameters van de buis identiek zijn, dan wordt de steilheid bepaald door de afstand van het rooster tot de cathode. Bij de buizen met een klassiek rooster bedraagt deze afstand 89µm, bij de buizen met een spanrooster bedraagt de afstand 64µm, de meest optimale afstand. De draaddikte bedraagt slechts 7µm, een tiende van een mensenhaar. De mechanische spanning over de draden is zeer hoog om te vermijden dat de draden zouden trillen.

Grafiek rechts:
De steilheid kan berekend worden aan de hand van de grafieken die door de fabrikant geleverd worden. We beginnen met de Ia/Ug grafiek. De steilheid is eigenlijk de helling van de curve in een bepaald punt (eerste afgeleide). We kiezen hier een werkpunt van -2V, wat ons een stroom van 6mA in rust levert bij een anodespanning van 200V. De dissipatie bedraagt 1.2W, binnen de grenzen van de buis.

We laten de spanning nu variëren van -3 tot -1V, de stroom gaat dan van 2.5mA tot 11.5mA. Een verschil van 9mA. De steilheid bedraagt dus 4.5mA/V (dus duidelijk minder dan de geadverteerde steilheid van 6mA/V). We merken op dat de grafiek het steilst is bij weinig negatieve roosterspanningen en duidelijk krom wordt bij sterk negatieve roosterspanningen. Daarom is het aan te raden de stroom voldoende hoog te kiezen (zonder dat de maximale dissipatie overschreden wordt).

Tweede grafiek rechts:
Dezelfde berekening kan ook uitgevoerd worden met de Ia/Ua grafiek. We werken opnieuw met een anodespanning van 200V en laten de roosterspanning van -1 tot -3V gaan.

We merken terloops op dat de maximale dissipatie nooit overschreden wordt, zelfs met een roosterspanning van -1V en anodestroom van 11.5mA.

Vervolg: de dynamische weerstand.