Информация 2018

Усилитель мощности должен обеспечивать повышение мощности поступающего на его вход сигнала с фиксированным коэффициентом усиления и передачу его с требуемой полезной мощностью в нагрузку, например, в громкоговорители. При этом в широком диапазоне изменения нагрузки усилитель не должен вносить (сверх допустимого техническими требованиями и стандартами) помех и искажений, таких как фон, шумы, паразитные автоколебания (осцилляции), линейные и нелинейные искажения усиливаемого аудиосигнала. Дополнительно к этому усилитель мощности должен быть нечувствительным к таким нарушениям режима своей работы, как короткое замыкание или холостой ход (обрыв) нагрузки. Ниже будет показано, что выполнение этих требований является далеко непростой задачей и для ее достижения требуется как тщательность конструкторской проработки, так и точность ее воплощения на практике.

Определяющим звеном всего усилителя является его выходной (оконечный) каскад. Применяемые в нем решения зачастую задают топологию всех остальных цепей усилителя, поэтому анализ усилителя начнется с выходного каскада.

Промышленные приемо-усилительные электронные лампы, предназначенные для работы в диапазоне звуковых частот, являются приборами с высоким импедансом (высокими значениями входного и выходного сопротивления), при этом амплитуда выходного напряжения усилительных каскадов может составлять несколько сотен вольт, но значение тока не будет превышать несколько десятков миллиампер. Однако применяемый в качестве нагрузки громкоговоритель, имеющий, как правило, номинальное значение входного сопротивления порядка 4—8 Ом, требует напряжения питания в несколько десятков вольт, но значения токов при этом достигают нескольких ампер. Таким образом, необходимо согласование выходного каскада лампового усилителя с громкоговорителями, как по сопротивлению, так и по току и напряжению. В противном случае, возможен выход из строя как громкоговорителей, так и ламп. Очевидным решением данной проблемы является применение выходного трансформатора, согласующего нагрузку в виде громкоговорителя с выходными характеристиками электронной лампы или совокупности ламп выходного каскада (в случае, когда каскад образован не одной а несколькими лампами).

Необходимость применения выходного трансформатора является отправным моментом при решении проблемы разработки лампового выходного каскада. Ранее уже указывалось, что характеристики трансформаторов слишком далеки от идеальных и, в итоге, качество или эффективность работы лампового усилителя во многом определяется качеством его далеко не идеального выходного трансформатора. Все же, вопреки данному факту выходной каскад с трансформаторной связью оказался превосходным инженерным решением и используется в большинстве ламповых усилителей, за исключением ряда специфических (см. далее раздел: Разработка бестрансформаторных выходных каскадов).

Электронные лампы, разработанные специально для работы в каскадах усиления мощности звуковой частоты, обладают оптимизированными параметрами, которые приводятся в технических паспортах производителей. Разработка выходного лампового каскада, если исходить лишь из самых общих и основополагающих принципов подобна попыткам заново изобрести велосипед, поэтому обзор используемых на практике промышленных вариантов представляет несомненную пользу. В силу этого оказывается весьма полезным краткий анализ наиболее часто используемых в настоящее время топологических схем.

Типовой выходной каскад усиления мощности с трансформаторной связью с нагрузкой представляет собой хорошо известный триодный усилитель, в котором использована схема включения лампы с общим катодом, а смещение задается на катоде резистором автосмещения (рис. 7.1).

При анализе усилителя напряжения уже использовался метод нагрузочной (динамической) прямой для выбора значения анодной нагрузки, причем внимание обращалось на оптимизацию параметров с точки зрения получения линейной характеристики, а не по значению размаха амплитуды анодного напряжения. В рассматриваемом же случае необходимо оптимизировать значение выходной мощности (см. рис. 7.2). В приводимом ниже примере использован двойной триод Е182СС, который также может быть использован в усилителе для головных телефонов. Естественно было бы задать рабочую точку пересечением линий максимального значения неизменного анодного напряжения (Va= 300 В) и предельно допустимой мощности рассеяния на аноде а = 4,5 Вт). На практике лучше не допускать достижения предельных параметров, в том числе предельного значения рассеиваемой мощности, а обеспечивать некоторый запас по этим параметрам для обеспечения надежной работы ламп. Однако, оконечные каскады усиления, работающие с большими размахами выходного напряжения, зачастую допускают некоторое форсирование ламп по мощности (см. ниже). Вернемся к динамической характеристике. Поскольку пересечение последней с одной из приведенных статических характеристик достигается при значении Va = 295 В, то, из соображений удобства построений, рабочая точка была несколько смещена. Из условия максимальной выходной мощности оптимальное значение нагрузки триода RL равно удвоенному значению ra. В рассматриваемом примере ra составляет 3,57 кОм. Таким образом, сопротивление нагрузки RL = 2 × ra = 7,14 кОм.

Значение напряжения между сеткой и катодом Vgk = — 1 В, является предельным максимальным значением относительно точки смещения Vgk = —13 В по критерию отсутствия тока управляющей сетки. Следовательно, предельное минимальное значение этого напряжения для симметричного значения входного напряжения Vgk составит —25 В. Эти значения позволяют графически оценить размах амплитудных значений выходного напряжения: (430—85) В = 345 В. Пересчет в среднеквадратическое или действующее (эффективное) значение дает величину напряжения 122 В, которое будет соответствовать значению мощности 2,1 Вт, рассеиваемой в нагрузке. При условии, что мощность, рассеиваемая в лампе, равна 4,5 Вт, энергетическая эффективность, или КПД каскада, по анодной цепи составит 32%.

Можно сделать несколько принципиальных замечаний относительно работы данного каскада:

• как видно из рис. 7.2, динамическая нагрузочная линия заходит в область, в которой Ра > 4,5 Вт, то есть несколько превышается предельно допустимое значение рассеиваемой на аноде тепловой мощности. Но, поскольку каскад работает с большим размахом выходного переменного напряжения, данное условие не является критичным. Это объясняется тем, что хотя за один полупериод усиливаемого колебания рассеиваемая мощность на аноде превышает допустимые 4,5 ватта, то во второй полупериод она будет значительно меньше, а тепловая инерционность анода приведет к усреднению выделяемой мощности около значения, меньшего 4,5 ватта. Таким образом, если средняя тепловая мощность за период реального сигнала не превышает предельного значения, кратковременные ее превышения не приведут к разрушению лампы. Таким образом, лампы (в отличие от транзисторов, не выдерживающих даже кратковременные перегрузки) допускают форсирование по мощности;

• рабочая точка электронной лампы задана (в рассматриваемом примере) при значении анодного напряжения 300 В. В случае идеального трансформатора в первичной обмотке трансформатора не должно быть падения напряжения на постоянном токе и, следовательно, высокое напряжение на аноде лампы должно составлять 300 В, отдаваемые источником питания. Однако оказывается возможным поднять значение анодного напряжения до примерно 430 В, что значительно превышает значение напряжения питания. Это становится возможным благодаря тому, что трансформатор запасает энергию магнитного потока в своем сердечнике, вызывая ЭДС самоиндукции. Теоретически для идеальной электронной лампы допустимый размах амплитуд Va может составлять от нуля вольт до удвоенного значения высокого напряжения, что является очень привлекательной чертой для их применения в усилителях мощности;

 

 
 
 

Начало

 

Сайт предназначен для углубленного изучения курса "Электровакуумные приборы" (ЭВП) в рамках специальностей бакалавриата "Радиотехника" , "Аудиовизуальная техника", "Бытовая радиоэлектронная аппаратура".

Также сайт будет полезен тем, кто пытается познать процесс усиления звука, начиная с физических основ работы электровакуумных приборов или интересуется вопросами работы, например,  газоразрядных приборов.

Разделы сайта от «Принцип устройства и работы электровакуумных приборов» до «Надежность и испытание электровакуумных приборов» посвящены физическим основам работы ЭВП (стекло). Все последующие разделы помогут разобраться в особенностях ламповой схемотехники.

С автором сайта можно связаться по e-mail: info@tubeamplifier-narod.ru

 

Принцип устройства и работы электровакуумных приборов
Общие сведения, классификация
Устройство и работа диода
Устройство и работа триода
Электронная эмиссия
Термоэлектронные катоды
Особенности устройства электронных ламп
Двухэлектродные лампы
Физические процессы
Закон степени трех вторых
Анодная характеристика
Параметры
Рабочий режим. Применение диода для выпрямления переменного тока
Основные типы
Трехэлектродные лампы
Физические процессы
Токораспределение
Действующее напряжение и закон степени трех вторых
Характеристики
Параметры
Рабочий режим триода
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
Многоэлектродные и специальные лампы
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
Электронно-лучевые трубки
Общие сведения
Электростатические электронно-лучевые трубки
Магнитные электронно-лучевые трубки
Люминесцентный экран
Краткие сведения о различных электронно-лучевых трубках
Газоразрядные и индикаторные приборы
Электрический разряд в газах
Тлеющий разряд
Стабилитроны
Тиратроны тлеющего разряда
Индикаторные приборы
Дисплеи
Краткие сведения о различных газоразрядных приборах
Фотоэлектронные приборы
Фотоэлектронная эмиссия
Электровакуумные фотоэлементы
Фотоэлектронные умножители
Собственные шумы электронных ламп
Причины собственных шумов
Шумовые параметры
Особенности работы электронных ламп на СВЧ
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
Специальные электронные приборы для СВЧ
Общие сведения
Пролетный клистрон
Отражательный клистрон
Магнетрон
Лампы бегущей и обратной волны
Амплитрон и карматрон
Надежность и испытание электровакуумных приборов
Надежность и испытание электровакуумных приборов
Основы схемотехники ламповых усилителей
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
Искажения в усилителях, их измерение, меры по снижению искажений
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 непосредственной
междукаскадной связью
Основные сведения о радиокомпонентах
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
Источники питания
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
Каскады усиления мощности
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 дифференциального 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
Каскады предварительного усиления
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 использованием лампы типа ЕС8010
Оптимизация характеристиквходного трансформатора
Анализ работы блока RIAA
Практические методы настройки блока RIAA
Линейный каскад
Практические советы
О межблочных и акустических кабелях
!...................
     >>>>>     0
!...................
120
!...................
20
!...................
40
!...................
60
!...................
80
!...................
100
!...................
120
!...................
 

 

 

Информация 2018

Характеристики триода при работе его на постоянном токе и без нагрузки называются статическими (обычно говорят просто «характеристики»). Действительные характеристики снимаются экспериментально. Они учитывают неодинаковость температуры в разных точках катода, неэкви-потенциальность поверхности катода прямого накала, эффект Шоттки, дополнительный подогрев катода анодным током, начальную скорость электронов, контактную разность потенциалов, термо-ЭДС, возникающую при нагреве контакта различных металлов, и другие явления. Закон степени трех вторых все эти явления не учитывает.

Характеристики в справочниках являются средними, полученными на основе нескольких характеристик, снятых для различных экземпляров ламп данного типа. Поэтому пользование такими характеристиками дает погрешности.

Широко применяются характеристики, показывающие зависимость тока от сеточного напряжения при постоянном анодном напряжении:

iа = f(ug), ig = f(ug) и iк = f(ug)

при ua = const. (17.7)

Наиболее важны две первые зависимости. Характеристики, выражающие зависимость iа = f(ug) называются анодно-сеточными. А характеристики, соответствующие зависимости ig = f(ug), принято называть сеточными. Каждому значению анодного напряжения соответствует определенная характеристика. Следовательно, для каждого тока имеется семейство характеристик. Значения анодного напряжения для них берутся через определенные промежутки.

Другая группа характеристик показывает зависимость токов от анодного напряжения при постоянном сеточном напряжении:

iа = f(ua), ig = f(ua) и iк = f(ua)

при ug = const. (17.8)

Здесь наиболее важны анодные характеристики, выражающие зависимость iа = f(ua), а также сеточно-анодные характеристики, дающие зависимость ig = f(ua)

В справочниках, как правило, приводятся семейства характеристик только для анодного и сеточного тока. Простым сложением их ординат можно построить характеристики для катодного тока. Для практических расчетов анодного тока достаточно иметь семейство либо анодно-сеточных, либо анодных характеристик. Анодно-сеточные характеристики нагляднее показывают управляющее действие сетки, и их иногда называют управляющими. Зато с анодными характеристиками расчеты проще и точнее.

На рис. 17.1 изображены характеристики для токов анода, сетки и катода в зависимости от напряжения сетки при постоянном анодном напряжении, соответствующие явно выраженному режиму насыщения лампы. При иg < 0 характеристики для анодного и катодного тока совпадают. Начальная точка характеристики (А) обычно соответствует напряжению запирания несколько более низкому, нежели вычисленное по формуле (17.6).

Если уменьшать по абсолютному значению отрицательное напряжение сетки, то лампа отпирается, потенциальный барьер у катода понижается и анодный ток возрастает. Число электронов, преодолевающих барьер, растет по нелинейному закону, и поэтому характеристика имеет нижний нелинейный участок АБ, который постепенно переходит в средний, приблизительно линейный участок БВ. При положительном сеточном напряжении характеристика для катодного тока расположена выше характеристики для анодного вследствие появления сеточного тока. Характеристика для сеточного тока идет из начала координат подобно характеристике диода.

Увеличение положительного напряжения сетки вызывает сначала рост всех токов. Постепенному переходу в режим насыщения соответствует верхний участок характеристики для анодного тока (ВГ). В режиме насыщения при увеличении сеточного напряжения катодный ток растет незначительно, но сеточный ток возрастает и за счет этого уменьшается анодный ток. При большом положительном сеточном напряжении анодный ток становится меньше сеточного.

Для ламп с активированным, например оксидным, катодом катодный ток в режиме насыщения возрастает почти так же, как в режиме объемного заряда. Если при этом ток сетки растет медленнее, чем катодный ток, то характеристика для анодного тока имеет подъем. Если же сеточный ток растет быстрее, чем катодный, то анодный ток уменьшается. Чем гуще сетка и чем меньше анодное напряжение, тем сильнее нарастает сеточный ток.

С большим положительным напряжением сетки работают только генераторные и импульсные лампы. У приемно-усилительных ламп сеточное напряжение обычно все время отрицательно, поэтому в справочниках характеристики таких ламп даются часто лишь для отрицательных сеточных напряжений.

В зависимости от значения μ, т. е. от густоты сетки, анодно-сеточная характеристика располагается различно. При густой сетке (высокий коэффициент μ) запирающее напряжение сетки невелико и основная часть характеристики находится в области положительных сеточных напряжений. Такая характеристика (и сама лампа) называется правой. А для редкой сетки (коэффициент μ невелик) запирающее напряжение получается большим, характеристика расположена в области отрицательных напряжений и называется левой. Лампы с левой характеристикой могут работать без сеточного тока.

Семейства анодно-сеточных и сеточных характеристик триода изображены на рис, 17.2. При повышении анодного напряжения характеристика для анодного тока сдвигается влево, а характеристика для сеточного тока проходит ниже.

 

Информация 2018