Sumator napięć na triodach ECC82 (12AU7) – schemat, parametry, audio DIY

Pytanie

sumator napięć na triodach np. ECC82

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Tak, sumator napięć można zrealizować na triodach lampowych ‑ w tym na popularnej podwójnej triodzie ECC82 (12AU7).
• Sumowanie odbywa się najczęściej na siatce sterującej (lub rzadziej w obwodzie anodowym) poprzez rezystory wejściowe; druga połówka lampy bywa wykorzystywana jako wtórnik katodowy lub kolejny stopień wzmocnienia.
• Kluczowe parametry projektu: zasilanie ​≈ 200-300 V DC, prąd spoczynkowy 0,5-2 mA, rezystory sumujące 100-470 kΩ, Ra 22-100 kΩ, Rk 1-2,2 kΩ.

Szczegółowa analiza problemu

1. Topologia podstawowa – sumowanie na siatce (ang. passive‐grid mixing)

1.1 Węzeł sumujący: siatka triody.
1.2 N sygnałów \(U_{IN_i}\) doprowadzamy przez rezystory \(R_{IN_i}\) (często jednakowe dla sumy równoważnej).
1.3 Równanie węzła AC (prąd siatki pomijalny dla ECC82):
\[ \sum{i=1}^{N}\frac{U{IN_i}-US}{R{IN_i}}-\frac{U_S}{R_G}=0 \]
gdzie \(R_G\) – rezystor upływowy siatki.
1.4 Napięcie na siatce:
\[ U_S=\frac{RG}{\sum\limits{i}! RG/R{INi}+1}\;\sum{i}\frac{U_{INi}}{R{INi}} \]
Dla \(R_{IN}=R,\;R_G\gg R\Rightarrow U_S\approx\frac{1}{N}\sum U\{IN_i}\) (tłumienie zależne od stosunku rezystancji).

2. Wzmacniacz ze wspólną katodą (pierwsza połówka ECC82)

• Przykładowy punkt pracy (audio line level):
 B+ = 250 V, Ia ≈ 1 mA, Ugk ≈ -2 V
 Rk = 2 kΩ (→ 2 V), Ra = 100 kΩ (spadek 100 V)
• Małe-sygnałowe parametry w tym punkcie: μ ≈ 17, rp ≈ 15 kΩ, S ≈ 1,1 mA/V.
• Wzmocnienie stopnia:
\[ A_V\;\approx\;\frac{μR_a}{R_a+rp}\;\approx\; \frac{17\cdot100}{100+15}\; \approx\;15 \]
• Sygnał wyjściowy:
\[ \Delta U{OUT1}=-A_V\;\Delta U_S \]

3. Druga połówka lampy – warianty

a) Wtórnik katodowy (bufor, Z_OUT ≈ 0,7-1 kΩ) → niski poziom szumów i możliwość obciążenia niższą impedancją.
b) Drugi stopień WK → odwrócenie fazy i dodatkowe wzmocnienie (∼ 10-15×).

4. Liniowość i zakres dynamiki

• Aby uniknąć prądu siatki wymaga się \(U_{S(p-p)}≤|U_{gk}| ≈2 V\).
• Maksymalne użyteczne napięcie na wejściu:
\[ \sum U{IN(p-p)}≤\frac{|U{gk}|}{K{tłum}} \]
dla 3 równorzędnych wejść i \(R_G=1 MΩ,\;R_{IN}=220 kΩ\) → \(K_{tłum}\approx0,3\) ⇒ wejście ≤ 6-7 V\(\{p-p}\).

5. Sumator ważony

Zmieniając wartości \(R_{IN_i}\) (lub stosując potencjometry) otrzymujemy sumator wagowy. W audio typowe „gałki” miksera to 100-250 kΩ log.

6. Sumator w obwodzie anodowym (prądowy)

Gdy wymagane jest zachowanie fazy, można zsumować prądy anod kilku WK do wspólnego rezystora obciążenia; rzadziej stosowane z powodu wzajemnych oddziaływań DC i większego ryzyka wzbudzeń.

Aktualne informacje i trendy

• Renesans DIY audio lampowego i studiów nagrań: ECC82 stosowana w przedwzmacniaczach mikrofonowych, summing-boxach i saturatorach.
• Popularne modele SPICE (Koren, Duncan, TDSL) umożliwiają dokładną symulację, co zmniejsza liczbę prototypów.
• Hybrydowe miksery: lampowy stopień sumujący + półprzewodnikowy bufor mocy ► kompromis koszt/parametry.
• Rynek dostarcza współczesne zamienniki ECC82 (JJ, Tung-Sol, EH) oraz NOS (Mullard, Siemens) – różnice w transkonduktancji warto uwzględniać w symulacji.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Analogią w domenie półprzewodnikowej jest sumator operacyjny z rezystorową matrycą wejściową; trioda pełni tu funkcję wzmacniacza o skończonej impedancji wejściowej i odwróceniu fazy.
• Obciążenie Ra definiuje nachylenie linii obciążenia na charakterystykach Ia-Ua → łatwe wyznaczenie punktu pracy graficznie.
• Kondensatory sprzęgające muszą mieć rezystancyjny „odbiornik” dla DC; w stopniu wtórnika katodowego katoda ≈ +150 V, więc kondensator wyjściowy powinien być na ≥250 V.

Aspekty etyczne i prawne

• Wysokie napięcia > 200 V stanowią zagrożenie porażeniem; obowiązuje Dyrektywa Niskonapięciowa (LVD) oraz normy PN-EN 60065/62368 dla sprzętu audio.
• Lampy zawierają związki BaO i Ni – utylizować zgodnie z lokalnymi przepisami (RoHS dla nowych wyrobów dopuszcza wyjątki dla lamp elektronowych).

Praktyczne wskazówki

1. Symulacja: LTspice z modelem ECC82 (Koren) – sprawdzić pasmo, THD, margines fazy.
2. Makieta: żarzenie DC 6,3 V z LDO → mniejszy brum.
3. Zasilacz B+: CRC 47 µF/220 Ω/47 µF lub stabilizator MOSFET (Maida) dla braku przydźwięku.
4. Montaż punkt-to-point na turret board; pętle mas minimalizować (gwiazda).
5. Test: pomiar Bode, THD+N (Audio Precision / ARTA), obserwacja przebiegów przy 0 dBu i +20 dBu.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Impedancja wyjściowa WK rzędu kilkunastu kΩ utrudnia napędzanie długich kabli; wtórnik katodowy lub transformator wyjściowy rozwiązuje problem.
• Rozrzut parametrów lamp (±30 %) → dobór pary lub automatyczna polaryzacja katodowa.
• ECC82 ma umiarkowane μ; dla większego wzmocnienia rozważyć ECC83 (12AX7), lecz kosztem mniejszego prądu katodowego i większej impedancji wyjściowej.

Sugestie dalszych badań

• Porównać topologię z sumatorem tranzystorowym J-FET (klasa A) pod kątem szumów i THD.
• Eksperyment z aktywną siatką (teb-grid) – wprowadzenie ujemnego sprzężenia zwrotnego w siatce dla poprawy liniowości.
• Opracować PCB z zasilaczem HV opartym o przetwornicę fly-back 230 V►250 V do kompaktowych aplikacji mobilnych.

Krótkie podsumowanie

Sumator napięć na ECC82 realizuje się przez doprowadzenie sygnałów do wspólnej siatki poprzez rezystory wejściowe; lampa wzmacnia zsumowany sygnał, a opcjonalna druga trioda buforuje wyjście. Przy B+≈250 V, Ra = 100 kΩ, Rk ≈ 2 kΩ i rezystorach wejściowych 100-470 kΩ otrzymujemy wzmocnienie rzędu 10-15 × i impedancję wejściową setek kiloomów. Sumator taki jest ceniony w torach audio za lampową charakterystykę brzmieniową, lecz wymaga dbałości o bezpieczeństwo i precyzyjne ustalenie punktu pracy.