Содержание

Общие сведения,
классификация
Устройство и работа диода
Устройство и работа триода
Электронная эмиссия
Термоэлектронные катоды
Особенности устройства
электронных ламп
Физические процессы
Закон степени трех вторых
Анодная характеристика
Параметры
Рабочий режим. Применение
диода для выпрямления
переменного тока
Основные типы
Физические процессы
Токораспределение
Действующее напряжение и
закон степени трех вторых
Характеристики
Параметры
Особенности
Усилительный каскад с
триодом
Параметры усилительного
каскада
Аналитический расчет и
эквивалентные схемы
усилительного каскада
Графоаналитический расчет
режима усиления
Генератор с триодом
Межэлектродные емкости
Каскады с общей сеткой и
общим анодом
Недостатки триодов
Основные типы приемно-
усилительных триодов
Устройство и работа тетрода
Устройство и работа пентода
Схемы включения тетродов
и пентодов
Характеристики тетродов
и пентодов
Параметры тетродов и
пентодов
Межэлектродные емкости
тетродов и пентодов
Устройство и работа
лучевого тетрода
Характеристики и параметры
лучевого тетрода
Рабочий режим тетродов
и пентодов
Пентоды переменной
крутизны
Краткие сведения о
различных типах
тетродов и пентодов
Специальные лампы
Общие сведения
Электростатические
электронно-лучевые трубки
Магнитные электронно-
лучевые трубки
Люминесцентный экран
Краткие сведения о
различных электронно-
лучевых трубках
Электрический разряд
в газах
Тлеющий разряд
Стабилитроны
Тиратроны тлеющего разряда
Индикаторные приборы
Дисплеи
Краткие сведения о
различных газоразрядных
приборах
Фотоэлектронная эмиссия
Электровакуумные
фотоэлементы
Фотоэлектронные умножители
Причины собственных шумов
Шумовые параметры
Межэлектродные емкости
и индуктивности выводов
Инерция электронов
Наведенные токи в
цепях электродов
Входное сопротивление
и потери энергии
Импульсный режим
Основные типы электронных
ламп для СВЧ
Общие сведения
Пролетный клистрон
Отражательный клистрон
Магнетрон
Лампы бегущей и
обратной волны
Амплитрон и карматрон
Надежность и испытание
электровакуумных приборов
Усилитель на триоде
с общим катодом
Ограничения по выбору
рабочей точки
Режим в рабочей точке
Катодное смещение
Выбор величины
сопротивления резистора
в цепи сетки
Выбор выходного
разделительного
конденсатора
Вредное влияние проходной
емкости лампы и пути
его уменьшения
Применение
экранированных ламп
Каскод (каскодная схема)
Катодный повторитель
Каскад с общим катодом
как приемник
неизменяющегося тока
Пентоды в качестве
приемников
неизменяющегося тока
Катодный повторитель
с активной нагрузкой
Катодный повторитель Уайта
μ-повторитель
Выбор верхней лампы для
μ -повторителя
Параллельно управляемый
двухламповый усилитель
(SRPP)
β-повторитель
Дифференциальная пара
(дифференциальный каскад)
Коэффициент реакции
питающего напряжения
(PSRR)
дифференциальной пары
Полупроводниковые
приемники неизменяющегося
тока для
дифференциальной пары
Использование транзисторов
в качестве активной нагрузки
для электронных ламп
Классификация искажений.
Принципы оценки линейных
искажений
Принципы измерения
нелинейных искажений
Измерение и интерпретация
искажений
Совершенствование
измерений нелинейных
гармонических искажений
Цифровая обработка сигналов
Особенности проектирования
усилителей с малыми
искажениями
Работа с сеточным током
и нелинейные искажения
Уменьшение искажений
подавлением (компенсацией)
Проблемы смещения
по постоянному току
Выбор электронной лампы по
критерию низких искажений
Проблема сопряжения одного
каскада со следующим
Усилитель класса А для
электромагнитных головных
телефонов с непосредств.
междукаскадной связью
Радиокомпоненты -
Общие сведения
Ряды стандартизованных
значений сопротивлений
Металлизированные
пленочные резисторы
Проволочные резисторы
Конденсаторы -
Общие сведения
Металлические конденсаторы
с воздушным диэлектриком
Пленочные конденсаторы,
изготовленные
металлизацией диэлектрика
Алюминиевые
электролитические
конденсаторы
Основные вопросы,
возникающие при
выборе конденсатора
Общие сведения о
катушках индуктивности
Трансформаторы -
Общие сведения
Трансформаторы.
Намагничивание и потери
Модели трансформаторов
Почему необходимо
использовать трансформаторы
Определение параметров
неизвестного трансформатора
Основные виды
источников питания
Выпрямление переменного
тока
Одиночный накопительный
конденсатор в роли
сглаживающего элемента
Влияние напряжения
пульсаций на выходное
напряжение
Насыщение сердечника
трансформатора
Критерии выбора силового
трансформатора
Источник питания со
сглаживающим дросселем
Номинальное значение
тока дросселя
Выбросы тока и
демпфирующие элементы
Использование накопительного
конденсатора для снижения
высоковольтного напряжения
Частотные характеристики
используемых на практике
LC-фильтров
Широкополосная фильтрация
Выпрямители с умножением
(умножители) напряжения
Классическая схема
последовательного
стабилизатора
Двухтранзисторная схема
последовательного
стабилизатора
Стабилизатор цепи сеточного
смещения с регулируемым
выходным напряжением
Источники питания низкого
напряжения и синфазный шум
Ламповый стабилизатор
напряжения
Способы увеличения
выходного тока стабилизатора
Коэффициент режекции
источника питания
Включение сглаживающих
конденсаторов
Перенапряжения при
включении схемы
Составление предварительной
схемы блока питания
Высоковольтный выпрямитель
и стабилизатор
Особенности смещения
подогревателей ламп
Схема улучшенного
источника питания
Рабочий режим
Увеличение максимально
допустимого Vrrm
Выходной каскад класса А
с несимметричным выходом
Особенности акустических
систем
Неидеальности
трансформаторов
Режимы работы усилительных
приборов. Классы усилителей
Двухтактный выходной каскад
Выходной каскад по
ультралинейной схеме
Трансформаторный катодный
повторитель
Усилители без выходного
трансформатора
Составляющие блока
усилителя мощности
Предоконечный каскад блока
усилителя мощности
Фазоинверсный каскад
Дифференциальный усилитель
или пара с катодной связью
«Согласованный»
фазоинвертор
Общие проблемы
устойчивости усилителей
Подавление первой
доминанты ВЧ составляющей
Низкочастотное
самовозбуждение усилителя
Усилитель Williamson
Усилитель Milliard 5-20
Усилитель Quad II
Выбор выходной лампы
Выбор статической рабочей
точки с учетом Pвых и КНИ
Точное определение
выходного трансформатора
Особенность выпрямление
высоковольтного напряжения
Варианты применения
стабилизатора ВВ напряжения
Требования к каскаду
предоконечного усиления
Определение рабочей точки
предоконечного каскада
Проверка работоспособности
усилителя
Пример разработки
двухтактного УМ
Оптимизация входного и
фазоинверсного каскадов
Расчет R катодного смещения
лампы и R обратной связи
Выбор элементов
оконечного каскада
Разработка усилителей
мощностью более 10 Вт
Активные кроссоверы
и схема Зобеля
Выбор лампы для
оконечного каскада
Требования к предоконечному
каскаду усиления
Источники питания и
постоянная токовая нагрузка
Второй дифференциальный
усилитель и выходной каскад
Первый дифференциальный
усилитель и линейность х-ки
Каскодная схема постоянной
токовой нагрузки
Постоянная токовая нагрузка
первого диф. каскада
Элементы, повышающие ВЧ
устойчивость. Итоговая схема
Схема источника питания
«Потомок от усилителя Beast»
Расчет уровня фонового
шума от ИП
Особенности цифрового
сигнала от компакт-диска
Требования к предусилителю
Технические требования
к линейному каскаду
Традиционный линейный
каскад
Пути достижения заданных
требований и выбор лампы
Основные проблемы
регулирования громкости
Переключаемые аттенюаторы
Расчет переключаемого
аттенюатора
Табличные вычисления для
расчета регулятора громкости
Светочувствительные
резисторы и громкость
Входной переключатель
Частотный корректор RIAA
Влияние провода
звукоснимателя
Требования к блоку
частотной коррекции
Метод частотной коррекции
стандарта RIAA
Раздельное выравнивание
характеристики RIAA
Шумы и влияние входной
емкости входного каскада
Учет собственных
шумов лампы
Улучшение шумовых
характеристик с RIAA
Расчет элементов на 75 мкс
Параметры цепей на
3180 мкс и 318 мкс
Симметричный вход и
подключение звукоснимателя
Симметричный предусилитель
Возможности исключения
линейного каскада
Вариант RIAA с исполь-
зованием лампы типа ЕС8010
Оптимизация характеристик
входного трансформатора
Анализ работы блока RIAA
Практические методы
настройки блока RIAA
Линейный каскад
О межблочных и
акустических кабелях

 

 
 

Дифференциальный усилитель или пара с катодной связью в качестве фазоинвертора

Большая часть классических схем фазоинверторов основывается на использовании схем дифференциального усилителя и, для улучшения их параметров была проявлена недюжинная изобретательность разработчиков.

Идеальную дифференциальную пару усилителя образуют два усилительных прибора (каждый из них имеет свое нагрузочное сопротивление), включенных таким образом, чтобы позволять току сигнала перераспределяться между нагрузочными сопротивлениями без каких бы то ни было потерь. Работа дифференциального каскада была подробно рассмотрена. Утечка тока сигнала с катода на землю значительно снижает эффективность такого усилителя, поэтому величина сопротивления общего резистора в цепи питания дифференциального усилителя является критичной и, в идеале, должна приближаться к бесконечности.

Схемотехническое решение Rk >> RL

Работа дифференциального усилителя может быть оптимизирована применением либо пентода, либо каскодной схемы для стабилизации (поддержания неизменяемого значения) тока (рис. 7.16). Величина сопротивления общего резистора питания пентода EF184 может достигать значения, превышающего 10 МОм, и даже более мощные пентоды, например, EL83, могут обеспечивать без дополнительных усложнений сопротивление порядка 1 МОм. Эффективность работы на низких частотах может быть улучшена введением дополнительного транзистора с целью создания гибридного каскада, однако всегда будет существовать ограничение по высоким частотам со стороны конденсатора в Ckh в катодной цепи дифференциального усилителя (см. рис. 7.16), даже в том случае, если стабилизация является идеальной.

Итак, еще раз обратимся к подробному анализ работы дифференциального усилителя. При соблюдении приближения, что Rk ≈ ∞, баланс на выходе будет наблюдаться при условии, если равны нагрузочные сопротивления обоих плеч RL1 = RL2. Выходное сопротивление для обоих выходов также должно быть идентичным и как ранее, составлять величину, определяемую параллельным включением резисторов: rout = ra || RL.

Таким образом, нагрузкой дифференциального фазоинвертора во всех случаях будет каскад, который ни при каких условиях не выходит за рамки режима работы класса А1.

Однако если нагружен только один выход, то величина выходного сопротивления определяется выражением:

Дифференциальный усилитель, использующая триодный элемент стабилизации тока в качестве фазовращателя

Рис. 7.16 Дифференциальный усилитель, использующая триодный элемент стабилизации тока в качестве фазовращателя

Схемотехническое компенсированное решение Rk RL

Можно было бы принять как данное, что простым способом невозможно обеспечить высокое значения сопротивления общего резистора цепи питания, и не следовало даже пытаться сделать это. Вместо этого в качестве общего резистора цепи питания можно использовать резисторы со стандартными значениями от 22 до 82 кОм, рассчитать возникающую при этом ошибку и попытаться скомпенсировать ее. Такой подход известен как фазоинвертор с катодной связью или фазовращатель Шмитта (Schmitt) (рис. 7.17).

Лампу V2 (правую) в этой схеме можно рассматривать как усилитель с заземленной сеткой, питающийся от катодной цепи лампы V1 (левой). Это является случаем использования первой электронной лампы в качестве катодного повторителя для питания второй электронной лампы, что приводит к очевидному падению коэффициента усиления второй лампы, так как для катодного повторителя усиление по напряжению Аv < 1. При анализе работы видно, что для возбуждения каскада требуется значение напряжения, равное удвоенному напряжению сетка-катод 2υgk , следовательно, усиление составного каскада на каждом из выходов будет составлять половину того значения, которое можно было бы ожидать от каждой отдельной лампы.

Если выходы сбалансированы, то напряжения в анодных цепях обеих ламп равны (V1 = V2) и тогда:

Фазовращатель с катодной связью

Рис. 7.17 Фазовращатель с катодной связью

Если А2 является усилением лампы V2, то катодное напряжение

Ток сигнала, протекающий в катодном резисторе, является несбалансированным выходным током сигнала:

Напряжение выходного сигнала на лампе V2 должно определяться выражением:

После раскрытия скобок и группирования подобных членов выражение примет вид:

После выполнения замены i1R1 = i2R2 и приведения подобных членов выражение примет вид:

Данное выражение показывает, что даже если ни усиление, ни величина сопротивления общего резистора цепи питания не являются бесконечного большими величинами, подбором соотношения анодных нагрузок можно добиться выполнения условия баланса. Следует отметить, что величина А2 является индивидуальным, без нагрузки, значением усиления по напряжению лампы V2, а не коэффициентом усилением всего каскада.

В качестве примера исследовались характеристики фазоинвертора и входного каскада усилителя Leak TL12+. В нем используется лампа ЕСС81. Для лампы V2 зафиксировано усиление, равное 42 (коэффициент усиления μ = 53, анодное сопротивление rа = 26,5 кОм). Значение сопротивления резистора R1 для полученных параметров должно составить 91 кОм, что полностью совпало со значением резистора, использованного в усилителе Leak TL12+ (рис. 7.18).

Фазоинвертор с катодной связью, используемый в усилителе Leak TLI2+

Рис. 7.18 Фазоинвертор с катодной связью, используемый в усилителе Leak TLI2+

Выходное сопротивление у каждой половины каскада будет несколько отличаться по своему значению, так как они включены параллельно с несколько отличающимися по величинам анодными нагрузками, но исправление этого недостатка с целью сохранить ВЧ баланс сместит баланс на низких частотах. Единственным способом решения проблемы является включение резистора сеточного смещения в качестве анодной нагрузки при расчете необходимых изменений в схеме.

Сопротивления соответствующих сеточных резисторов смещения равны 470 кОм. В соответствии с этим значение резистора RL2 при параллельном включении резисторов 100 и 470 кОм определяется, как RL2 = 100 || 470 (кОм) = 82,46 кОм. При этом значение усиления лампы V2 снижается до 40. Необходимое значение сопротивления общей нагрузки для лампы V1, (учитывая резистор сеточного смещения с номиналом 470 кОм) составит 75,7 кОм, а значение RL2 будет равно 90,2 кОм.

Баланс на низких частотах определяется постоянной времени цепи, образованной развязывающим конденсатором сетки и последовательно включенным с ним резистором, так как отдельно он не в состоянии поддерживать на очень низких частотах потенциал сетки лампы V2 относительно земли по переменному току.

В противовес попыткам хоть как-то решить проблему с использованием резистора, расчет значения которого во многом определяется параметрами самой лампы, автор является сторонником введения в схему каскада элементов стабилизации тока катода, чтобы установить требуемый баланс для каскада.

Схемотехническое решение Rk << RL, глубокая обратная связь

Кроме рассмотренных выше способов достижения баланса в фазоинверсном каскаде на основе дифференциальной пары, существует еще возможность введения сильной глубокой обратной связи, влияющей на эквивалентные сопротивления каскада. Схема дифференциального фазоинверсного каскада с глубокой отрицательной обратной связью получила название плавающий парафазный фазорасщепитель или инвертирующий фазовращатель. Как правило, в таких схемах используются лампы, обладающие высоким значением усиления μ, например, ЕСС83. Пример принципиальной схемы такого фазоинвертора приведен на рис. 7.19.

Плавающий парафазный фазорасщепитель или инвертирующий фазовращатель (воспроизводится благодаря любезному разрешению фирмы Philips Components Ltd)

Рис. 7.19 Плавающий парафазный фазорасщепитель или инвертирующий фазовращатель (воспроизводится благодаря любезному разрешению фирмы Philips Components Ltd)

Если несколько перечертить эту схему в другой вид, то становится видно, что лампа V2 представляет просто инвертор, коэффициент усиления которого равен единице, и усиление которого определяется резисторами R1 и R 2(рис. 7.20).

Плавающий парафазный фазовращатель (схема видоизменена с целью выделить инвертор)

Рис. 7.20 Плавающий парафазный фазовращатель (схема видоизменена с целью выделить инвертор)

Так как усиление с разомкнутой петлей обратной связи лампы V2 не равно бесконечно большой величине, эти элементы требую подстройки, чтобы обеспечить усиление, равное —1. К сожалению, проведение необходимых расчетов весьма усложняются тем, что величина резистора R2 влияет на величину нагрузки каскада, а также на значение усиления с разомкнутой петлей обратной связи каскада. Для лампы V2 также требуется использовать понижающий (балластный) резистор для того, чтобы уравновесить ее выходное сопротивление, которое было значительно уменьшено действием отрицательной обратной связи. После введения указанной коррекции, баланс такого фазоинвертора оказываются очень хорошим, так как режим работы лампы V2 стабилизируется отрицательной обратной связью.

На первом этапе анализа работы такой схемы проводится линия статической нагрузки, которая соответствует анодной нагрузке 220 кОм. Рабочая точка Мэллорда (Milliard) соответствует анодному напряжению Va = 163 В. Резистор обратной связи с сопротивлением 1 МОм включен параллельно, поэтому можно провести статическую линию нагрузки через рабочую точку, соответствующую сопротивлению 180 кОм. Отсюда следует, что усиление лампы равно 67.

Далее необходимо определить значение параметра β, которое обеспечит требуемое значение усиления, равное единице. Из выражения:

 

следует, что искомое значение β составляет 0,985. Самый простой способ достичь необходимого результата — это увеличить величину резистора обратной связи:

Расчет дает значение сопротивления, равное 1015 кОм, следовательно, можно добавить резистор 15 кОм, включенный последовательно с имеющимся 1 МОм. До этого момента была выявлена погрешность, составляющая 1,5%, и считающаяся вполне допустимой, однако при рассмотрении влияния выходных сопротивлений величина погрешности значительно возрастает. Выходное сопротивление лампы V1 складывается из параллельно включенных сопротивлений, составляющих сопротивление rа и сопротивление нагрузки RL, которые в сумме дают значение, примерно равное 53 кОм. Однако выходное сопротивление лампы V2 было уменьшено в (1 + βA0) раз, то есть от значения 53 кОм, до значения примерно 790 Ом. Следовательно, значение сопротивления понижающего резистора должно составлять 52,3 кОм, но вполне успешно может быть применен стандартный и ближайший по номинальному значению резистор 51 кОм. Сопротивление нагрузки для каждого выхода, таким образом, составит по 680 кОм. В случае, если не проводить коррекцию, выходное сопротивление лапы V2 будет при этом примерно на 6% выше требуемого.

На практике подобные коррекции никогда не используются, что возможно и является причиной сообщений о недостаточной эффективности работы каскада. Можно было бы подумать, что подключение катодов к общей точке исправило бы баланс, но лампа V2 охвачена такой глубокой обратной связью, что может легко преодолеть любую попытку восстановления баланса на катоде.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Действие всех рассмотренных схем фазоинверторов, основанных на использовании дифференциального усилителя, приводило к увеличению общего усиления, но это воздействие производилось за счет выходного баланса, который в свою очередь определялся согласованием коэффициентов усиления m используемых ламп.

Хотя «согласованный» фазоинвертор не приводит к усиления сигнала, его выходной баланс почти полностью определяется только пассивными элементами, а характеристики электронной лампы практически не влияют на общую картину. Принцип его работы очень прост. Модуляция сеточного напряжения вызывает прохождение переменного тока через лампу. Если значения анодной и катодной нагрузок равны, то значения токов, протекающих по ним, будут также равны и падения напряжения при прохождении тока сигнала, будут также равны, обеспечивая, тем самым превосходный баланс (рис. 7.21).

Усиление «согласованного» фазоинвертора

Усиление «согласованного» фазовращателя может быть определено на основе обычных формул расчета усиления для триода при условии, что значения всех сопротивлений резисторов, не участвующих в организации развязки на землю через анодное сопротивление, должны быть увеличены на коэффициент, равный (μ + 1). Таким образом,

Но для случая «согласованного» фазоинвертора RL = Rk, поэтому

В силу того, что значение усиления сигнала почти не отличается от единицы, величина емкости Миллера также будет очень маленькой, а каскад будет иметь широкую полосу пропускания.

Выходное сопротивление «согласованного» фазоинвертора при равных (сбалансированных) нагрузках

Случай «согласованного» фазоинвертора является особым случаем (в силу того, что RL = Rk) нешунтированного усилителя с общим катодом, в котором выходами являются как анодная, так и катодная цепи. Основное уравнение для обратной связи имеет вид:

Коэффициент передачи обратной связи К после упрощения будет иметь вид

Знаменатель в уравнении обратной связи представляет множитель, на величину которого изменяются значения сопротивлений. Зная усиление «согласованного» фазоинвертора и усиление обычного триодного усилителя, можно подставить эти значения в уравнение для петли обратной связи выразить через это уравнение коэффициент передачи обратной связи К, который будет иметь вид:

Выходное сопротивление цепи анода при отсутствии обратной связи выражается следующим образом:

После сокращения членов (RL + ra) выражение примет вид:

Действие обратной связи проявляется в снижении сопротивления анодной цепи, следовательно, полученное значение должно быть поделено на величину коэффициента передачи обратной связи:

Прежде всего, наиболее удивительным результатом представляется то, что последовательная обратная связь (поскольку Rk = Ra), будет уменьшать выходное сопротивление анодной цепи таким образом, что оно будет выражаться приблизительным соотношением roul ≈ 1/gm. Данный факт легче понять при рассмотрении внешней емкостной нагрузки на каждом выходе. Точно так же, как равенство активных сопротивлений Rk = Ra определяет усиление сигнала значением, равным на низких частотах единице, равенство емкостных сопротивлений ХС(k)С(a) определяет величину усиления таким же, единичным, значением на высоких частотах. Изменение соотношений емкостных сопротивлений неотвратимо вызвало бы изменение усиления, либо частотной характеристики на высоких частотах, просто в силу того, что оно вызвало бы изменение значения параметра β для обратной связи.

Так как комплексные сопротивления равны, Zk = Za частотная зависимость каждого выхода вынуждена оставаться неизменной, в силу чего выходные сопротивления должны также оставаться равными, то есть rout(k) = rout(a)

Выходное сопротивление «согласованного» фазоинвертора при несимметричной нагрузке

При работе выходных каскадов усилителя в режиме класса АВ или В с сеточными токами, нагрузка в катодной и анодной цепях будет резистивной в разные моменты времени и только часть периода.

Внимательно рассмотрев отдельно схему цепи катода, можно увидеть, что включение резистора Rk на землю образует параллельное с выходной цепью лампы (включая ее внутренне сопротивление rа) соединение на землю:

После упрощения и с учетом выполнения соотношений Rk = Ra = RL равенство преобразуется к виду:

После сокращения подобных членов выражение примет вид:

После выполнения подстановки:

При практическом использовании формулы следует учесть, что член (μ + 2) значительно больше по величине, чем отношение ra/RL, следовательно, можно использовать приближенное выражение:

Хотя для сопротивления выходной катодной цепи может быть рассчитано и точное значение, использование приближенного соотношение является вполне приемлемым и дает значение сопротивления порядка одной тысячи Ом.

После проведения подстановки выражение примет вид:

После раскрытия скобок и приведения подобных членов:

Аналогично, рассмотрев отдельно анодную цепь, можно увидеть, что по цепи питания высоким напряжением, включение резистора Ra образует по переменной составляющей подключение на землю и так же образует параллельное соединение на землю с цепью катода:

 
 
Сайт создан в системе