3. Versterkingsfactor µ

De versterkingsfactor is een belangrijke waarde, want daarmee kan men de spanningsversterking van de buis inschatten. De effectieve spanningsversterking is altijd lager dan de versterkingsfactor.

K is de perveance van de buis (zie lager) en n is een constante, ongeveer 3/2.

Theoretisch kan men de versterkingsfactor bepalen als een verhouding van de capaciteit van de anode naar de cathode ten opzichte van de capaciteit van het rooster naar de cathode. Dit is een theoretische berekening, want er zijn verschillende lekcapaciteiten (buisvoet, bedrading, stoorcapaciteiten in de buis,...). De electrostatische versterkingsfactor wordt µ_e geschreven.

De versterkingsfactor is de spanningsversterking van een buis als de belastingsweerstand (de weerstand die de anode met de positieve voeding verbindt) een oneindige waarde zou hebben. Dit kan men benaderen door een bootstrapschakeling te gebruiken, maar voor praktische toepassingen is een richtwaarde dat de spanningsversterking ongeveer gelijk is aan de helft van de versterkingsfactor µ.

Nut van een hoge versterkingsfactor
De versterkingsfactor is belangrijk voor voorversterkerbuizen waarbij de veranderlijke ingangsspanning omgezet moet worden in een zo groot mogelijke spanningszwaai op de uitgang.

Dat is de reden waarom men bijvoorbeeld een ECC83 (µ = 100) zal gebruiken in een voortrap (spanningsversterking) en een ECC82 (Gm = 2.5mA/V) als drivertrap voor eindbuizen (om de inwendige capaciteiten van de eindtrap te kunnen overmeesteren). De ECC81 (een buis die oorspronkelijk ontworpen werd als hoogfrekwente voorversterker) heeft een nog hogere Gm van 6mA/V, maar de totale sweep is beperkt (de anode staat dicht bij de cathode om een lage dynamische weerstand te hebben).

Hoe een hoge versterkingsfactor bereiken?
Men kan een hoge versterkingsfactor bereiken door een hoge dynamische weerstand (wikkelingen van het stuurrooster dicht bij elkaar en/of een extra schermrooster) en door de steilheid te vergroten (stuurrooster dicht bij de cathode).

Vaak wordt gekozen om een extra rooster te plaatsen (tetrode of pentode) want dit heeft extra voordelen, waaronder een betere electrostatiosche isolatie van de anode ten opzichte van het stuurrooster). Als men bij een triode de wikkelingen dichter bij elkaar plaatst dan verslechtert de perveance (de buis kan geen hoge stroom leveren en werkt niet lineair).

Bepaling van de versterkingsfactor Bepaling van de spanningsversterking De basisparameters van de ECC81

Maar daardoor weten we niet de effectieve versterking van de buis, daarvoor moeten we een belastingslijn tekenen. Een belastingslijn verbindt de twee uiterste punten van de werking van een buis:

• de buis is volledig uit geleiding, de anodespanning komt overeen met de voedingsspanning (300V in ons voorbeeld)
• de buis is volledig in geleiding, de anodespanning bedraagt 0V en de stroom hangt af van de anodeweerstand.

In ons voorbeeld kiezen we een anodeweerstand van 10kΩ zodat we een maximale stroom hebben van 30mA. We zien dan we altijd onder de maximale belastingscurve zitten. Bij een verandering van de roosterspapping van -1 tot -3V gaat de anodestroom van 11 naar 5mA en de spanning van 195 naar 250V. De echte spanningsversterking van deze buis is dus 27.5. In het algemeen stijgt de spanningsversterking als de anodeweerstand hoger wordt (de belastingslijn wordt meer horizontaal), maar de effectieve spanningsversterking bereikt nooit de versterkingsfactor.

Als de buis een hoge spanningszwaai moet leveren en/of een zo lineair mogelijke versterking moet leveren kiezen we het werkpunt van de buis (anodespanning) op "een beetje meer" dan de helft van de voedingsspanning.

Rechts de typische parameters van de buis waarvan we de curves besproken hebben, de ECC81. De parameters steilheid, versterkingsfactor en inwendige weerstand worden gegeven bij een bepaalde instelling van de buis (anodespanning en roosterspanning, waarbij een bepaalde anodestroom hoort).

De effectieve versterking van een triode kan benaderd worden door volgende formule

µv : effectieve spanningsversterking,
Rl : anodeweerstand
Ra : dynamische weerstand

We vullen de getallen in: µv = (60 X 11) / (10 + 11) (weerstanden in kΩ), dan bekomen we een effectieve spanningsversterking van 31.4, een beetje optimistisch, maar de parameters die in de datasheets gegeven worden zijn in het algemeen te optimistisch.

De perveance hoort niet bij de drie basisparameters van een buis, en toch is het een belangrijke waarde om te bepalen of een bepaalde buis goede resultaten zal geven in een bepaalde schakeling.