Prezentarea bigrilei. Aspectul exterior. Amplasarea elctrozilor. Proprietăţi şi scurte repere istorice. Funcţionarea bigrilei. Receptoare cu bigrile.

BIGRILA
Prezentarea bigrilei. Aspectul exterior. Amplasarea elctrozilor. Proprietăţi şi scurte repere istorice. Funcţionarea bigrilei. Receptoare cu bigrile.
Introducing the Space Charge-Grid Tube. Appearance. Pin-outs. Properties & Brief History. Functions. Receivers using those tubes.
Bigrila este o lampă cu patru electrozi care nu se mai produce de mult. A devenit rară. Pe deasupra mai are şi nişte proprietăţi „stranii”. Devenit (mai mult din întîmplare) posesorul cîtorva exemplare de bigrilă, am căutat amănunte despre obiectele ce mi-au „căzut în mînă”. Încerc aici să vă prezint un rezumat al acestor informaţii.
Aspectul exterior
Pe dinafară, bigrila arată la fel ca o triodă obişnuită (din anii ’20). Pentru ilustrare aveţi pozele bigrilelor Valvo U 409 D (1) şi U 409 D (2) din colecţia mea. Diferenţa cu trioda apare abia la culot, bigrila avînd cinci contacte în loc de patru. În Franţa o veţi găsi numai cu un culot de tip „D” (culot U409D(1)). În alte părţi are ori un culot „A” cu contact lateral, (culot U409D(2)) ori un culot „O”. (mai rar). În figura 1 aveti o ilustraţie (cu cote) a culoturilor europene curente.

Fig 1. Culoturi europene.

Amplasarea elctrozilor
Domnul inginer I. C. Florea, în cartea sa „Toate Tainele Radiofoniei” ilustrează schematic poziţia electrozilor în interiorul triodei, bigrilei şi lămpii cu grilă ecran.(Fig. 2 )

Fig. 2. Schiţa electrozilor.

Veţi observa desigur, că limbajul (radio)tehnic românesc a mai evoluat de cînd a fost scrisă cartea.. Nu mai spunem „grătar” spunem „grilă”, nu mai spunem „placă” spunem „anod” şi nu mai spunem „grătar de protecţie” ci „grilă ecran” sau chiar numai „ecran”.
Aşa cum reiese din desen, bigrila are un electrod numit „grilă auxiliară” plasat între filament şi grila de comandă.

 
Fig. 3. Electrozii din „trois –quarts”                           Fig. 4. Electrozii din profil.

În figurile 3 şi 4 se observă filamentul întins orizontal în centrul sistemului şi grila auxiliară sub forma unei spirale elicoidale (mai) mici ce îl înconjoară. Apoi grila de comandă (spirala mai mare) şi anodul, - cilindrul de tablă ce înconjoară totul. Prezenţa, poziţia, şi polarizarea grilei auxiliare, conferă bigrilei proprietăţile ce le vom prezenta în continuare.
Proprietăţi şi scurte repere istorice
Introducerea unei grile suplimentare plasată între filament şi grila de comandă a avut iniţial ca scop obţinerea unei lămpi care să funcţioneze mulţumitor la tensiuni anodice reduse. S-a obţinut (pînă la urmă) o lampă cu amplificare comparabilă cu cea a triodelor (din anii aceia) dar care funcţionează cu o tensiune anodică de patru ori mai mică.
Cu privire la paternitatea ideei, există o dispută încă în curs. Prin 1914 atît Telefunken (Arco şi Meißner) cît şi Siemens (Schottky) au depus în Germania cereri de patente pentru dispozitive cu mai multe grile. Mai nou, însă, a fost scos la iveală un patent [1] pe care Irving Langmuir de la General Electric (Shenectady, New York, S.U.A) l-a obţinut în 1913.
În orice caz, producţia industrială pare să fi început la Siemens prin 1917. Am găsit într-un site german [2] o poză (Fig. 5.) şi cîteva scurte informaţii cu privire la „prima” bigrilă fabricată îndustrial în 1917 de Siemens: SS 1 (Siemens Scottky 1)
A doua proprietate interesantă a bigrilei este capacitatea ei de a oscila mult mai uşor, folosind o schemă mult mai simplă, şi într-un spectru mult mai larg de frecvenţe decît trioda clasică. Nu prea există dovezi că proiectanţii iniţiali ar fi urmărit aceasta. Este mai degrabă un „efect secundar” descoperit mai tîrziu.

                
Fig. 5. Siemens Schottky 1 (1917)                                   Fig. 6. Philips B VI. (1923)

            Dintr-un articol al domnului Wolfgang Holtmann [3] reiese că abia prin 1923 doi cercetători olandezi (Numans şi Roosenstein) publică primele scheme ilustrînd un nou tip de oscilator ce poate fi realizat numai cu lămpi bigrile. Probabil că nu este o coincidenţă faptul că tot în 1923 începe la Philips (Olanda) fabricarea în serie a primei bigrile Philips numită B 6 (sau B VI) [4]. (Fig. 6.)
Tot mai tîrziu a apărut şi a treia utilizare a bigrilei şi anume ca mixer - oscilator în etajul convertor al superheterodinei.
Există şi aici o dispută cu privire la paternitatea ideei,. Am ales o versiune ce mi s-a părut mie mai credibilă dar nu pretind că este adevărul istoric pur: Se pare că prin 1925 inginerul Henri Nozières de la „Radiotechnique“ (fabrică de lămpi în Franţa) „imaginează folosirea bigrilei ca mixer în superheterodine”. În orice caz, „Radiotechnique” începe din 1925 producţia de bigrile în Franţa. [5]. De altfel superheterodinele franceze sunt primele ce încep să folosească bigrila ca mixer-oscilator. „Restul lumii” rămîne pînă după 1930 la vechea schemă ce foloseşte cîte o triodă pentru fiecare din aceste funcţii.
Funcţionarea bigrilei ca mixer – oscilator
Este o aplicaţie foarte cunoscută (azi) a lămpilor multigrilă.(hexoda, heptoda şi octoda) E drept că bigrila a fost prima multigrilă, dar funcţionarea ei pentru această aplicaţie nu diferă de funcţionarea celorlalte. Există în literatura de specialitate suficiente descrieri şi explicaţii mult mai bune decît aş putea eu să vă furnizez aici. Eu prefer să mă rezum numai la explicarea acelor aplicaţii şi proprietăţi ale bigrilei care au dispărut odată cu ea.
Funcţionarea bigrilei cu tensiune anodică redusă
Grila auxiliară are forma unei reţele (sau spirale) mai rare decît grila de comandă. Ea este plasată în apropierea filamentului şi polarizată pozitiv. Poziţia şi polarizarea o fac să „smulgă” electronii din filament şi din sarcina spaţială ce înconjoară filamentul. Marea lor majoritate sînt acceleraţi, şi trimişi spre anod. O cantitate relativ mică sînt captaţi de grila auxiliară (căci e prea „rară”) şi formează un „curent de grilă auxiliară” Fluxul electronic ce ajunge la anod este comparabil cu cel al unei triode obişnuite folosind însă o tensiune anodică de patru ori mai mică.
Funcţionare bigrilei în oscilatorul Numans – Roosenstein

Fig. 7. Oscilatorul Numans – Roosenstein

Cînd emisia filamentului este limitată orice tensiune alternativă aplicată grilei de comandă se regăseşte sub forma unei tensuini în fază şi uşor amplificată pe grila auxiliară. Prin legarea grilei auxiliare direct la circuitul oscilant înaintea condensatorului de cuplaj, (Fig. 7.) această tensiune se injectează circuitului oscilant compensînd pierderile acestuia. (Reacţie pozitivă). Sistemul oscilează cu numai două puncte de contact între circuitul oscilant şi lampă. (spre deosebire de oscilatoarele „clasice” în trei puncte).
Vom încerca în cele ce urmează să explicăm cît se poate de simplu, de ce tensiunea grilei auxiliare este „în fază” cu tensiunea grilei de comandă:
Vă propun să ne „jucăm” ca în copilărie cu baterii şi beculeţe (Fig. 8.) Luăm o baterie, două beculeţe şi o rezistenţă variabilă. (un reostat). Legăm mai întîi, la bornele bateriei, reostatul în serie cu primul beculeţ.(cel din dreapta) Cînd rezistenţa reostatului e mare beculeţul luminează slab (sau deloc). Cînd reducem rezistenţa spre zero, beculeţul luminează puternic. Putem spune că lumina beculeţului variază „în antifază”cu valoarea rezistenţei. La rezistenţă mare lumină mică şi la rezistenţă mică lumină mare.
Lăsăm primul beculeţ pe lumină mică şi legăm, şi al doilea beculeţ (cel din mijlocul pozei) la bornele bateriei. Fără nimic în serie. El lumineză puternic. Pe măsură însă ce micşorăm rezistenţa, şi primul beculeţ începe din nou să lumineze, lumina celui de al doilea beculeţ scade (nu de tot dar scade). Ce se întîmplă? : Micşorînd rezistenţa, trimitem din nou o parte din curentul bateriei prin primul beculeţ. Cum bateria debitează un curent limitat, curentul ce-l trimitem prin primul beculeţ va lipsi din circuitul celui de al doilea. Felul cum este legat al doila beculeţ face însă ca lumina lui să varieze „în fază”cu valoarea rezistenţei - la rezistenţă mare lumină mare şi la rezistenţă mică lumină mică.

Fig. 8.

            În triodă filamentul emite un flux de electroni pe care tensiunea de grilă îl face să varieze. Pe anod, care captează fluxul electronic variabil, regăsim imaginea amplificată şi în antifază a tensiunii de grilă. Putem face analogia cu bateria (filamentul) ce debitează prin reostat (negativarea grilei) pe primul beculeţ (anodul).
Introducerea unui al patrulea electrod în sistemul triodei, produce un efect similar cu adăugarea celui de al doilea beculeţ în circuitul cu care ne-am „jucat”. Fluxul electronic limitat se împarte între anod şi electrodul adăugat (polarizat pozitiv). Mărind (de pildă) prin scăderea negativării grilei fluxul spre anod, micşorăm fluxul spre electrodul adăugat şi invers.
Pe electrodul adăugat se poate culege o imagine mai slab amplificată dar în fază a tensiunii de grilă, în timp ce tensiunea anodică este (ca la trioda obişnuită) în antifază şi bineînţeles amplificată. Aceasta este explicaţia (foarte, foarte) simplificată a comportării bigrilei în oscilatorul Numans-Roosenstein.
Din orice oscilator se poate obţine un receptor cu reacţie, „reducînd” reacţia pozitivă pînă sub pragul de acroşaj. Radioamatorii n-au întîrziat, pe baza oscilatorului Numans - Roosenstein, să născocească schema de receptor ce a primit numele de „Negadyn”.(N-am reuşit să aflu încă cine şi cînd).
În ce fel de receptoare s-ar putea întîlni bigrile? (Şi ce fel de bigrile?)
Aparatele „obişnuite”
Am arătat mai sus că bigrila, în principiu, poate înlocui orice triodă „clasică” din anii ’20 cu toate că funcţionează cu o tensiune anodică redusă. România interbelică era conectată fără restricţii la Europa. La noi tuburile fabricate în Germania, Franţa, Olanda, Ungaria, şi chiar Italia concurau liber pe piaţă. În materie de bigrile amatorul putea să aleagă între: Philips A 441 N ; Radiotechnique R-43 M ; Telefunken RE 074 D ; Tungsram DG 407 ; Valvo U 409 D. Erau preferate bigrilele cu culoturi „A” cu contact lateral care permit (re)echiparea directă a aparatelor proiectate iniţial pentru triode. Teoretic puteţi întîlni oricare din aceste bigrile în toate receptoarele de radio „pe baterii” din acea epocă, pe care posesorii au dorit să le facă „mai portabile”. Modificarea nu impune schimbări în cablaj ci numai schimbarea lămpilor şi legarea unui fir „săritor” de la bornele laterale ale culoturilor bigrilelor pînă la borna plus a bateriei anodice.(redusă la 20 de volţi) Chiar şi un „nespecialist” ar fi putut s-o facă.

Fig. 9. Receptor „de epocă” ce foloseşte ori triode ori bigrile .

            Din cartea „Toate Tainele Radiofoniei” scrisă de domnul inginer I. C. Florea, pe la sfîrşitul anilor ’20 (după socotelile mele) şi publicată probabil prin 1932 – 33 am extras pentru dumneavoastră, pentru exemplificare, desenul unui aparat cu reacţie proiectat să funcţioneze cu ambele tipuri de lămpi. În figura 9 (mijloc spre dreapta sus) se observă „firul săritor” despre care am vorbit mai înainte. Pentru a fi şi mai explicit transcriu mai jos din textul cărţii, pasajul privitor la echiparea cu lămpi a a paratului
[Citez:]
În ce priveşte folosirea aparatului vom deosebi două cazuri:

1. Întrebuinţăm bigrile.

Începem prin montarea bigrilelor; legăm apoi butonii laterali la borna B. Montăm antena în A2, pământul în P2 şi haut-parleur-ul la bornele H.P. Cele cinci borne pentru alimentare se folosesc astfel:

1. Borna 1, se leagă la minusul acumulatorului de încălzire(- 4)
2. Borna 2, se leagă la minusul acumulatorului de încălzire (- 4) şi la minusul bateriei anodice (- 20).
3. Borna 3, se leagă la plusul acumulatorului de încălzire (+ 4).
4. Bornele 4 şi 5 se leagă la plusul bateriei anodice (+ 20 volţi).

După prinderea unui post putem branşa antena în A1 şi pământul în P1, mărind astfel selectivitatea.

1. Întrebuinţăm triode.

Antena, pământul şi haut-parleur-ul sunt în poziţia de mai sus.
Bornele de alimentare vor fi legate în modul următor:

1. Borna 1, la minusul bateriei de negativare.
2. Borna 2, se leagă la minusul acumulatorului de încălzire (- 4), la minusul anodic (- 80) şi la plusul bateriei de negativare (+ N).
3. Borna 3, la plusul acumulatorului de încălzire (+ 4).
4. Borna 4, se leagă la + 40 volţi.
5. Borna 5, se leagă la + 80 volţi.

În acest caz, borna B rămâne neîntrebuinţată.
[Am încheiat citatul.]
Aparatele „Negadyn”

Fig. 10. Schema unui „Negadyn”
După 1923 încep să apară în literatura pentru amatori scheme de „Negadyn”. Dată fiind simplitatea schemei şi lucrul la tensiuni anodice mici, acesta devine aparatul de predilecţie al radioamatorilor începători ce doreau să treacă de la „galenă” la „lampă”.
Vă prezint în figura 10, (tot) din cartea „Toate Tainele Radiofoniei”, una din schemele de „Negadyn” pe care autorul le propune constructorilor amatori. Este exact oscilatorul Numans – Roosenstein cu o antenă conectată la o priză a bobinei şi o cască în locul rezistenţei de sarcină anodică.
Veţi remarca desigur, că faţă de un „detector pe grilă” cu triodă nu se cere nici un fel de piesă în plus. Doar prin schimbărea lămpii, alimentării şi a cîtorva conexiuni se obţine un detector cu reacţie! (Ideal pentru un începător!)
Singurul receptor de fabricaţie industrială pe care l-am găsit (pînă acum) prin cataloagele epocii, şi care fără să fie superheterodină foloseşte o bigrilă, este produs de firma milaneză „SITI“ şi apare în catalogul tipărit în 1927: (Fig. 11.)

Fig. 11.   S.I.T.I.    R. 9 Milano (Italia) 1927.

Din descriere nu rezultă neapărat că ar fi un Negadyn dar e foarte probabil. Chiar presupunînd că n-ar fi, trecerea spre „Negadyn” se poate face prin schimbarea (doar) a două conexiuni. (Eu aş fi făcut-o imediat!)
Superheterodine
Bineînţeles, din 1925 cîind începe în Franţa producţia industrială de bigrile, toate superheterodinele franceze, atît kit-urile pentru radioamatori cît şi aparatele „de marcă“ folosesc (numai) bigrile ca mixer-oscilator. Mai jos, ca exemplu, schema unei „Supradyne” în kit produsă de firma „Gamma” (Fig. 12.).

Fig. 12. Superheterodină cu bigrilă în etajul mixer-oscilator.

În chip de încheiere
Interesul pentru lămpi cu tensiuni anodice reduse în receptoarele domestice s-a stins odată cu generalizarea alimentării la reţea. „Negadynul” ca toate schemele cu reacţie a cedat locul superheterodinei chiar şi în construcţiile de amatori. Bigrila a mai supravieţuit o vreme ca lampă „pentru copii” căci la 20 de volţi nu există pericol de electrocutare. Cum însă producţia curentă de bigrile a încetat, numai firmele de jucării „foarte solide” (Kosmos-Radiomann) şi-au permis să finanţeze o producţie proprie de serie mică. Pentru superheterodină au apărut convertoare multigrilă (din ce în ce)mai performante. De altfel încă de la apariţia lămpii cu grilă ecran (1927 – 28) a fost clar că bigrila va fi curînd „detronată” şi din această ultimă funcţie şi ne mai avînd nici o utilitate, va înceta să mai existe.
Pentru colecţionari însă, bigrilele există în continuare şi vor continua să existe. (Cît timp vor mai exista colectionari.)

Pitagora Schorsch

Leverkusen 19.02.2011