Tìm hiều về nguyên lý hoạt động của ampli đèn

Thông tin cơ bản của ampli đèn

• Sáng chế năm 196 bởi Lee De Forest
• Là bậc đàn anh của loại ampli bán dẫn thông dụng ngày nay
• Được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: truyền tín hiệu điện thoại, nghe nhạc, vô tuyến

Ampli đèn là thiết bị cao cấp

 Đến những năm 70 của thế kỷ trước, cùng với sự phát triển nhanh chóng của bán dẫn silicon là những bước tụt dốc của ngành công nghiệp chế tạo bóng đèn nói chung và ampli đèn nói riêng. Ampli bán dẫn vượt trội hơn về công suất, thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm điện. Tưởng chừng đã rơi vào quên lãng, tuy nhiên, trong những năm trở lại đây, ampli đèn đang trở lại thị trường nghe nhạc hi-fi bởi một số nhà sản xuất thiết bị âm thanh và cộng đồng người chơi thích tìm tòi, đam mê vẻ đẹp âm thanh đặc trưng từ ampli đèn.

Ampli đèn được coi là loại ampli cao cấp phụ vụ thú chơi nhạc đỉnh cao chứ không đại trà như loại ampli bán dẫn. Nguyên lý hoạt động của ampli đèn Ampli đèn vận hành dựa vào sự khuếch đại dòng tín hiệu. Bóng đèn cho dòng electron đi qua theo chiều nhất định với một năng lượng lớn hơn nên gây tốn điện hơn loại ampli dùng bóng bán dẫn.

Hướng dẫn bạn cách tự thiết kế amply đèn

Bóng đèn sử dụng gồm 3 thành phần chính:

• Catot
• Anot
• Cực G

Cấu tạo bóng đèn sử dụng trong ampli đèn

3 thành phần này được đặt trong một lớp vỏ thủy tinh đã bơm không khí ra ngoài để đạt được trạng thái gần chân không. Việc này giúp các bộ phận bên trong không bị oxi-hóa và tránh hiện tượng cản trở dòng electron dịch chuyển từ catốt đến anốt, gây nhiễu, thất thoát tín hiệu âm thanh. Catot: nơi electron được bắn ra năng lực phát xạ điện tử của bộ phận này được cường hóa bằng lớp phủ bề mặt bằng nhiều loại hợp chất khác nhau.

Anot:

có nhiệm vụ thu nhận các electron tự do nên có điện thế dương. Độ lớn của dòng điện được truyền qua bóng đèn phụ thuộc vào độ chênh lệch điện áp catot-anot, lớp phủ bề mặt catot, diện tích bề mặt catot-anot. Khi hai yếu tố sau đã cố định bởi thiết kế bóng đèn, độ lớn dòng chỉ còn phụ thuộc vào độ lệch áp giữa 2 thành phần này. Cực G (cực điều khiển) có dạng lưới hoặc lò xo nằm giữa hai cực catốt và anốt. Cực này có điện áp âm so với catốt nên các điện tử không bị hút vào đây.

Catot nóng sáng khi ampli đèn hoạt động

Khi ampli đèn hoạt động, catốt được đốt nóng đến một nhiệt độ nhất định, khiến cho động năng của electron thắng lực liên kết kim loại, phát xạ ra khỏi bề mặt của catốt. Nhiệt độ này vừa đủ để cung cấp độn năng cho electron.

Điện năng ampli đèn sử dụng chủ yếu phục vụ cho quá trình cấp nhiệt cho catốt. Hiệu suất chuyển đổi điện năng sang nhiệt năng không lớn, bởi vậy có khá nhiều năng lượng lãng phí, thất thoát. Cơ chế dịch chuyển electron kể trên khiến cho dòng điện qua bóng đèn khá nhỏ, đòi hỏi loa cần có độ nhạy cao, những sự thay đổi rất nhỏ cũng có thể cảm nhận được.

Thực tế vẫn có thể kết hợp hệ thống nhiều bóng đèn để tạo ra dòng lớn hơn nhưng điều khiển sao cho đồng pha giữa các bóng và yếu tố chi phí là những rào cản đáng kể. Cực G được đặt vào một điện áp âm, không kín mà có dạng lò xo hoặc dạng lưới nên ít cản trở dòng electron dịch chuyển. Sở dĩ gọi là cực điều khiển bởi áp đặt trên cực G ảnh hưởng đến sự chênh lệch điện áp giữa catốt và anốt, vì vậy độ lớn dòng điện chạy từ catốt đến anốt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào điện áp của cực G âm ít hay âm nhiều so với catốt.

Có 2 loại bóng đèn dùng cho ampli:

• Tiền khuếch đại âm
• Khuếch đại âm tần

Ampli sử dụng hai loại bóng đèn với chức năng khác nhau

Bóng tiền khuếch (bóng tín hiệu)

thuộc giai đoạn tiền khuếch đại âm tần. Do tín hiệu đến ampli đèn thường rất nhỏ, vì vậy giai đoạn này có tác dụng tăng dòng đủ lớn để tiếp tục vào giai đoạn sau. Yêu cầu của tiền khuếch đại là phải xử lý thật chính xác, tạp âm rất nhỏ bởi tạp âm này sẽ được gia tăng lên rất lớn cùng tín hiệu âm thanh. Do vậy, các bóng tín hiệu thường được bọc thêm bởi một lớp vật liệu chống nhiễu bên ngoài lớp vỏ thủy tinh.

Bóng công suất (khuếch đại âm tần)

Bóng công suất là một trong những bộ phận có vai trò quyết định đến chất lượng tín hiệu âm thanh qua ampli. Bộ phận này được sử dụng để biến dòng tín hiệu âm thanh từ tiền khuếch đại đủ mạnh để cho ra tải. Vì vậy, chất lượng bóng đèn công suất rất được các nhà sản xuất và người chơi ampli đèn quan tâm. Đây cũng là linh kiện nhanh phải thay thế trong quá trình sử dụng.

Một loại biến áp thông dụng

Bóng công suất dù đã được chế tạo đặc biệt để tạo ra dòng lớn nhưng rất ít trong số đó có khả năng cung cấp dòng đủ mạnh cỡ ampe. Vì vậy, trong giai đoạn khuếch đại âm tần, tín hiệu sau đó được đưa vào biến áp xuất âm để lấy áp và dòng phù hợp cho ra loa. Một ví dụ cụ thể, loa cần cho ra 4W, có trở kháng 8 ohm (mức trở kháng thích hợp với loa dùng ampli đèn),dòng qua loa phải đạt 0,5A và điện áp trên loa phải là 4V.

Trong trường hợp này, biến áp xuất âm phải có áp cuộn thứ cấp đặt vào loa đạt 4V, giả sử cuộn sơ cấp biến đổi điện áp 40V nên hệ số giảm áp là 10. Vì vậy, hệ số tăng dòng là 10, dòng thứ cấp là 0,5A nên dòng sơ cấp là 0,05A hay 50mA, ở mức mà đèn công suất có thể cho ra được. Việc này gọi là phối hợp trở kháng để lấy dòng và áp phù hợp cho ra loa.