Pierwszą lampę elektronową wykorzystywaną praktycznie zbudował w 1904 roku John Fleming.
W istocie była to żarówka z dodatkową blaszką-elektrodą wewnątrz.
Miała ona szczególną właściwość – mimo panującej wewnątrz próżni, prąd „magicznie” przepływał od blaszki do włókna, ale w drugą stronę już nie.
Elektrody tej lampy nazwano stosownie do funkcji: dodatnią blaszkę – anodą a ujemne włókno – katodą.
Całe zaś urządzenie, jako że miało dwie elektrody, otrzymało nazwę dioda.
W 1907 roku Lee De Forest wstawił pomiędzy katodę i anodę trzecią elektrodę – metalową siatkę.
Taką trójelektrodową lampę nazwano triodą.
Przykładając do siatki ujemny potencjał względem katody, można sterować przepływem prądu pomiędzy anodą a katodą. Ale to nie magia.
Za przepływ prądu w lampie odpowiedzialny jest strumień elektronów emitowanych przez rozgrzaną katodę, które pędzą do przyciągającej je dodatniej anody.
Odpychający elektrony potencjał siatki skutecznie ten ruch hamuje.
Właśnie od tych elektronów powstała nazwa lampa elektronowa, a całą nową dziedzinę nazwano elektroniką.
Do czasu opracowania i spopularyzowania tranzystorów lampy elektronowe były stosowane we wszelkich urządzeniach elektronicznych:
odbiornikach radiowych i telewizyjnych, układach automatyki, a nawet w komputerach.
Po latach odstawienia lampy powróciły jednak do łask za sprawą grupy audiofilów,
którzy dźwiękowi lampowych wzmacniaczy przyznają nieomal magiczne właściwości, niedostępne dla wzmacniaczy tranzystorowych.
W czym tkwi ta wyjątkowość?
Każdy wzmacniacz można opisać szeregiem parametrów technicznych, takich jak pasmo przenoszenia, moc czy zawartość zniekształceń harmonicznych.
W latach 70., kiedy wzmacniacze lampowe ustąpiły pola urządzeniom tranzystorowym, konieczne stało się znormalizowanie tych parametrów.
Powstała wówczas norma HiFi (od ang. High Fidelity – wysoka wierność).
Ustalono, że sprzęt audio HiFi ma mieć pasmo przenoszenia od 20Hz–16kHz oraz zawartość zniekształceń harmonicznych nieprzekraczający 1%.
Obecnie produkowane urządzenia, nawet niskiej klasy, z łatwością osiągają te parametry.
Ich pasmo przenoszenia sięga od 15Hz do ponad 20kHz, a poziom zniekształceń mieści się poniżej 0,1%.
Spora część domowych wzmacniaczy (stereo czy kina domowego) ma moc powyżej 2x40W.
O ile pasmem przenoszenia wzmacniacze lampowe nie ustępują urządzeniom tranzystorowym,
o tyle ich moc rzadko jest większa niż 2x20W, a poziom zniekształceń harmonicznych sięga poziomu 1% i więcej.
Dlaczego więc, pomimo tych gorszych parametrów, uważane są za lepsze?
Otóż wyjątkowość wzmacniacza lampowego tkwi w charakterze tych zniekształceń.
Jak wiemy, każdy przebieg okresowy, również dźwięk,
rozpisać można jako złożenie wielu składowych przebiegów sinusoidalnych o różnych częstotliwościach i amplitudach.
Czysty ton podany na wejście po przejściu przez tor wzmacniacza jest zawsze „wzbogacony” o pewną dawkę zniekształceń,
których poziom można już zmierzyć za pomocą analizatora.
Wzmacniacze tranzystorowe mają przewagę składowych harmonicznych nieparzystych, a lampowce parzystych.
Ucho ludzkie dobrze toleruje harmoniczne parzyste, które odbierane są jako ocieplenie, złagodzenie dźwięku.
Harmoniczne nieparzyste zaś odczuwa się jako nienaturalne, metaliczne wyostrzenie dźwięku.
Drugą cechą wzmacniaczy lampowych jest odporność na przesterowanie.
We wzmacniaczach tranzystorowych przy zbyt wysokim poziomie głośności następuje gwałtowny wzrost zniekształceń,
będący skutkiem obcinania wierzchołków sygnału.
Sinusoida zmienia się w przebieg trapezowy, co objawia się jako nieprzyjemne charczenie.
Wzmacniacze lampowe poziom zniekształceń zwiększają stopniowo,
przy czym przebieg sinusoidalny nie zostaje obcięty, ale niejako poszerzony u podstawy – trapez z zaokrąglonymi krawędziami.
Taki rodzaj zniekształceń jest wyjątkowo dobrze tolerowany przez słuch, odbierany jako wspomniane ocieplenie.
Dodatkowo taki sygnał jest odczuwany jako głośniejszy niż czysta sinusoida o tej samej amplitudzie.
Dlatego wzmacniacze lampowe grają głośno pomimo niskiej mocy.
Poziom zniekształceń może przy tym sięgać nawet 10%, ale to nie przeszkadza, przeciwnie, wprowadza więcej "magicznego ocieplenia".
Są jeszcze dwie swoiste cechy wzmacniaczy lampowych.
Po pierwsze, urokliwa poświata od żarzących się lamp elektronowych.
Wpływa ona korzystnie na nastrój, a przez to pośrednio także na doznania słuchowe.
Po drugie, realne ocieplenie od nagrzewających się lamp.
Wiele spośród audiofilskich wzmacniaczy pracuje w „szlachetnej” klasie A,
w której większość dostarczanej energii zamieniana jest w ciepło.
Zatem rośnie temperatura i emocje – czyż to nie magia?
Powyższy artykuł ukazał się w czasopiśmie "Elektronika dla Wszystkich" w numerze 5/2019