Gitterstrøm, årsaker og hvordan oppstår den?
Gitterstrøm er i de fleste tilfelle uønsket, men kan i visse tilfeller være helt nødvendig for at kretsen skal fungere, det skal jeg ta opp i en egen artikkel. Nå skal vi se på årsaker til uønsket gitterstrøm, og hva som kan skje dersom det skulle oppstå.
I de fleste småsignalforsterkere (spenningsforsterkere) ønsker vi ikke noen nevneverdig gitterstrøm, den vil i de fleste tilfelle ha uønskede effekter og kan føre til en kortere levetid for røret. Det finnes dog et unntak, nemlig såkalt «grid leak bias», dette skal jeg komme tilbake til i en egen artikkel.
Som tidligere nevnt er gitterstrøm i de fleste tilfelle uønsket, og vi definerer den derfor som negativ, i motsetning til ønsket gitterstrøm som vi definerer som positiv. Positiv gitterstrøm vil kun være i de tilfellene der vi bruker den til å produsere en negativ forspenning av gitteret (bias).
Negativ gitterstrøm inkluderer strøm pga rester av gass i røret (gass strøm), gitter emisjon og lekkasjestrøm. Vakuum i et rør er aldri helt perfekt, det vil alltid finnes rester av gass i det, og det kan også oppstå gass dersom røret bli overopphetet.
Gitterstrøm pga gass.
Gass strøm oppstår fordi positive gass atomer tiltrekkes av det negativt forspente gitteret, disse atomene blir positivt ladet ved at elektroner fra katoden kolliderer med et eller flere gass atomer, ved denne kollisjonen vil det bli slått løs et elektron fra atomets ytre skall slik at det får en positiv ladning, denne prosessen kalles ionisering. Atomet blir nå positivt ladet (vi kaller det et positivt ion) og dermed blir tiltrukket av det negativt forspente gitteret. På gitteret vil de deioniseres ved at gitteret avgir et elektron. Denne prosessen gjør at det settes opp et spenningsfall over gittermotstanden, med pluss til gitteret og minus til jord (katoden). Hvis det nå er en relativt stor ekstern motstand i gitterkretsen vil det utvikle seg en positiv spenning over denne, noe som vil forårsake at gitterspenningen blir mer positiv i forhold til katoden. Dette kan ha en kumulativ effekt, dvs reduksjonen av gitterspenningen forårsaker en økning av strømmen i røret, noe som gjør at røret blir mer oppvarmet, som igjen gjør at det frigis flere gass atomer, noe som vil gjøre at flere elektroner vil kollidere med gass atomer, noe som igjen øker strømmen osv. Resultatet av dette kan bli at vi får termisk «runaway» og røret blir ødelagt. Problemene med ionisering av gass atomer forekommer sjeldnere i direkteglødede rør hvor filamentet (katoden, glødetråden) er av ren wolfram (tungsten). Det oppstår oftere i rør med oksydbelagte filament, eller katode fordi disse rørene som regel ikke har et like «hardt» vakuum som rør med filament av ren wolfram.
Dette er hovedårsaken til at fabrikantene stort sett alltid oppgir en maksimalverdi for gittermotstanden (dvs motstanden mellom gitteret og jord), f.eks 500 k ohm for 6N1P,6N2P og 1-2 Mohm for ECC83. Man bør ikke bruke større motstander enn anbefalt i gitterkretsen for å unngå potensielle problemer, selv om man av og til kan se det i enkelte forsterkerkonstruksjoner. Det kan forårsake vesentlig redusert levetid for røret.
Gitter emisjon.
Emisjonsstrøm fra gitteret i et rør skyldes i hovedsak at katodematerialet har smittet over til gitteret på grunn av for høy temperatur på katoden. Grunnet svært kort avstand fra katoden til gitteret ligger forholdene til rette for at gitteret kan bli nok oppvarmet til å avgi elektroner. Resultatet av gitteremisjon kan i mange tilfeller bli de samme som beskrevet ovenfor, den negative forspenningen på gitteret minker, og det går stadig mer strøm i røret. Emisjon kan også oppstå fra skjermgitteret dersom dette blir overopphetet, hvis skjermgitteret forsynes via en motstand fra høyspenningen kan det bli mer positivt pga skjermgitter emisjon. Emisjon fra skjerm eller styregitter gir en økning av strømmen i røret noe som kan forårsake ukontrollert overopphetning (thermal runaway) og tilslutt destruksjon av røret.
Gitter lekkasjestrøm
Lekkasje strøm kan flyte i støttestrukturene (supporting structures) i røret. Mica og keramikk brukes ofte, og begge disse er gode isolatorer, men det kan i visse tilfeller, spesielt dersom det er meget høy temperatur i røret, danne seg metalliske elementer på mica skivene som kan forårsake lekkasjestrøm. Denne strømmen kan gå mellom hvilke som helst av de metalliske delene av røret som er i kontakt med isolatorene. Som man ser på bildet, gjelder dette alle elementene i røret.
Lekkasjestrøm mellom gitter og katode vil redusere rørets inngangs motstand til verdier langt under det normale, dette kan ha en ødeleggende effekt på den øvrige kretsens virkemåte og vil føre til at apparatet ikke fungerer slik det skal. Det vil også kunne forårsake redusert levetid for rørene. Det verste vil i mange tilfelle være lekkasjestrøm mellom anode, eller skjermgitter og styregitter. En slik strøm vil gjøre gitteret betydelig mer positivt og vil gi samme effekt som beskrevet før.
Lekkasjestrøm vil også være medvirkende til en økning av støy i kretsen, og vil være spesielt sjenerende der vi har småsignaler, f. eks RIAA forsterkere.
Nå er det på tide å se på de tilfellene hvor vi faktisk ønsker gitterstrøm og kan bruke den til noe nyttig, Grid leak Bias. Dette er et såpass omfattende tema at det krever en egen artikkel, den finnes her.
Kommentarer
Gitterstrøm, årsaker og hvordan oppstår den? — Ingen kommentarer
HTML tags allowed in your comment: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>