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

 

 
 

Применение экранированных ламп

Разумеется, крутизна лампы gm и статический внутренний коэффициент усиления μ являются наиважнейшими параметрами, определяющими усиление лампы. Однако, для увеличения μ, расстояние между анодом и сеткой должно быть уменьшено, вызывая возрастание проходной емкости Сас, а следовательно и эффект Миллера, в результате которого усилительный каскад имеет большую входную емкость. Разумеется, высокая крутизна gm достигается путем приближения сетки к катоду, что само собой приводит к значительному росту входной емкости. Некоторого снижения проходной емкости Сас удается добиться в так называемых лучевых триодах.

Принцип работы такой лампы был рассмотрен. Такие электронные лампы РС97, РС900 и 6GK5 имеют внутренние экраны сеточных держателей и U-образные аноды, что приводит к уменьшению Сас до < 0,5 пФ, что дает очень существенное уменьшение эффекта Миллера. К сожалению, большинство из этих электронных ламп были разработаны для усиления радиочастотных колебаний и являются лампами с переменным коэффициентом усиления μ, что облегчает построение автоматической регулировку усиления (АРУ) радиоприемной аппаратуры. Позже будет показано, что применение ламп с переменным μ вызывает увеличение искажений усилителя.

Теперь обратимся к применению ламп с экранирующей сеткой — тетродов и пентодов. Были подробно рассмотрены особенности ламп с экранирующей сеткой — тетродов, лучевых тетродов, пентодов. Напомним, что если обеспечить надежное заземление экранирующей сетки по переменному току, что достигается установкой блокировочного конденсатора, проходная емкость уменьшается в 10 и более раз. Из всех экранированных ламп в усилительной технике наибольшее применение находят пентоды и лучевые тетроды, поскольку эти лампы практически лишены динатронного эффекта и вызываемых им искривлений статических характеристик. Обычные же тетроды наибольшее распространение получили при построении мощных радиопередатчиков.

Усилительные каскады на экранированных лампах обладают рядом достоинств и недостатков, по сравнению с каскадами, построенными на триодах. Остановимся на них более подробно.

Для начала, обратимся к выходным (анодным) характеристики маломощного (малосигнального) пентода. В качестве примера, на рис. 3.12 приведено семейство анодных характеристик лампы EF86, снятых при напряжении на экранирующей сетке относительно катода VC2 = 100 В. Из рисунка видно, что анодные характеристики близки к горизонтальным линиям (кроме области малых анодных напряжений). Из этого факта был сделан ряд важных выводов. Кратко рассмотрим их еще раз.

Выходные характеристики пентода

Рис. 3.12 Выходные характеристики пентода

Во-первых, характеристики пентода очень похожи на характеристики транзисторов, что говорит о том, что внутреннее сопротивление лампы достаточно высоко — для большинство практических применений его можно считать бесконечным. Следовательно, выходное сопротивление усилительного каскада, построенного на пентоде примерно равно Rн.

Во-вторых, анодный ток в области малых анодных напряжений резко уменьшается при гораздо меньшей величине анодного напряжения, чем у триода, а следовательно можно получить больший размах выходного напряжения. Это позволяет существенно увеличить коэффициент полезного действия каскада, что делает применение пентодов (и лучевых тетродов) особенно целесообразным при построении каскадов мощного усиления.

В-третьих, вид кривых статических характеристик пентода (как и транзистора) близок к экспоненциальному:

Из теории известно, что нелинейность вольтамперных характеристик усилительного прибора приводит к наличию в спектре выходного сигнала не только усиливаемого колебания, но и его гармоник (составляющих на частотах кратных основной). Напомним, что искажения усиливаемого сигнала, приводящие к обогащению его спектра, называют нелинейными искажениями. Математическое разложение экспоненциальной зависимости в степенной ряд показывает, что интенсивность гармоник с ростом их номера убывает довольно медленно, что позволяет сделать вывод о том, что лампы-пентоды и транзисторы обладают существенными нелинейными искажениями. В качестве примера можно привести каскад на пентоде E55L с током покоя Iа = 50 мА, с анодной нагрузкой 4,7 кОм (4к7) и источником анодного питания 410В. Максимальное неискаженное переменное напряжение на аноде в этих условиях составляет ≈ 73 В в действующем значении, по этой причине нелинейные искажения этого каскада измерялись при выходном напряжении ~ 50 В в действующем значении. Результат измерений показал 1,3% суммарного значения коэффициента нелинейных искажений (Total Harmonic Distortion — THD), причем, что в спектре этих искажений содержатся многочисленные гармоники — до двенадцатой (рис. 3.13).

В то же время, напомним, функциональный вид кривой анодной характеристики триода близок к степенной зависимости:

Аналогичное математическое представление это уравнения в виде степенного ряда хоть и содержит как нечетные (хЗ, х5,...) так и четные (х2, х4,...) члены, указывающие на четные и нечетные гармоники, их интенсивность уменьшаются очень быстро (на практике чаще всего не имеет необходимости рассматривать их за пределами шестой гармоники при тестировании триодов). Можно считать, что триоды преимущественно производят нелинейные искажения по второй гармонике.

Тип создаваемых искажений является важным, так как ухо более терпимо к четным гармоническим искажениям, чем к нечетным, частично потому что само ухо порождает именно четные гармонические искажения, а также, потому что более высокие нечетные гармоники не являются мелодично связанными с основным музыкальным тоном и звучат как диссонирующие.

Пентод E55L, спектр искажений

Рис. 3.13 Пентод E55L, спектр искажений

Исходя из того, что нелинейные искажения усилителя на пентоде (или транзисторы) содержат неприятные уху нечетные гармоники, для достижения одинакового субъективного качества измеренные искажения усилителя на пентоде должны быть намного ниже, чем измеренные искажения усилителя на триоде. Для снижения нелинейных искажений в таких усилителях обычно используется глубокая отрицательная обратная связь.

Теперь можно рассмотреть пример построения резисторного усилителя на пентоде и выбор режима его работы. Сделаем это на примере лампы типа EF86. В этом примере RH = 47 кОм (выбрано обычным вышеописанным способом, используя нагрузочные линии) и точка покоя 108 В, при напряжении источника ВН 210В (рис. 3.14).

Аналогично, как для случая с триодом, определим коэффициент усиления такого каскада, воспользовавшись методом нагрузочной линии (рис. 3.15). Из рисунка видно, что анодные характеристик лампы изгибаются при пересечении с нагрузочной линией. Необходимая точность инженерных расчетов вполне позволяет пренебречь кривизной характеристик, заменив их идеализированными отрезками прямых линий. Спроецировав такую идеализированную характеристику на нагрузочную линию, легко вычислить коэффициент усиления каскада описанным выше методом. В рассматриваемом примере он равен 90.

Малосигнальный усилитель на пентоде

Рис. 3.14 Малосигнальный усилитель на пентоде

Обратимся теперь к выбору элементов рассматриваемого усилительного каскада на пентоде в соответствии со схемой на рис. 3.15. Резистор в цепи управляющей сетки и выходной разделительный выбираются из тех же соображений, что и в усилителях на триодах (см. предыдущие разделы). Остановимся подробно к элементам цепи экранирующей сетки. Когда рассматривалась работа экранированных ламп, было отмечено, что на экранирующую сетку должно быть подано положительное напряжение, величина которого соизмерима с анодным ВН, а по переменному току экранирующая сетка должна быть заземлена при помощи разделительного конденсатора. У маломощных пентодов величина положительного напряжения на экранирующей сетке как правил близка, либо совпадает с величиной анодного ВН, а у мощных тетродов и пентодов может быть и значительно меньше ВН. Тем не менее, положительно заряженная экранирующая сетка притягивает значительное количество электронов, вызывающих ток в ее цепи. Величина тока экранирующей сетки оказывает существенное влияние на величину анодного тока (поскольку между анодом и этой сеткой осуществляется перераспределение электронного потока, испускаемого катодом), что сказывается на режим работы каскада. В большинстве ламповых каскадов (за исключением особых режимов работы мощных ламп радиопередатчиков) в нормальном режиме работы величина тока экранирующей сетки должна составлять около четверти от величины анодного тока. Резистор RC2, включается для того, чтобы воспрепятствовать увеличению тока экранирующей сетки, при нарастании которого, будет расти и падение напряжения на этом резисторе, что приведет к снижению потенциала экранирующей сетки. Исходя из соотношения токов 1:4, для случая если анодное напряжение и напряжение с2 равны, то сопротивление резистора RC2 должно быть равно 4RH (для рассматриваемого конкретного примера вполне подойдет стандартное 180 кОм). Однако, при разработке каскадов на мощных лампах следует подходить к этому вопросу более осторожно и обязательно обращаться к справочным параметрам лампы, поскольку там в ряде случаев приводятся ограничения на выбор величины этого резистора.

Анодные характеристики и определение коэффициента усиления пентода

Рис. 3.15 Анодные характеристики и определение коэффициента усиления пентода

Поскольку экранирующая сетка притягивает к себе электроны, то есть ведет себя как анод, то и внутренне сопротивление вакуумного участка экранирующая сетка — катод достаточно велико и близко к величине внутреннего сопротивления лампы ra. При вычислении емкости блокировочного конденсатора, создающего нулевой потенциал экранирующей сетки по отношению к катоду по переменному току, необходимо учитывать это сопротивление. К сожалению, в справочных параметров пентодов почти никогда не приводятся данные о крутизне, внутреннем коэффициенте усиления и внутреннем сопротивлении лампы по цепи экранирующей сетки (мс1— с2, gmc2 и гс2), но они могут быть получены из параметров этого же пентода в триодном включении (когда экранирующая сетка соединена с анодом). В этом случае внутренний коэффициент усиления по экранирующей сетке:

Напомним, что крутизна лампы gm является мерой оценки управляющего влияние входного напряжения VCK на анодный ток (а крутизна gmc2 соответственно на ток экранирующей сетки). Поскольку максимальное число электронов, покидающих участок область управляющей сетки — катода, фиксировано, а проницаемость экранирующей сетки и величины положительных потенциалов на ней и на аноде всего лишь определяет, в какой пропорции ток катода разделяется между анодом и экранирующей сеткой, величины gmc2 и rc2 можно оценить следующим образом:

Для рассматриваемого примера, используя анодные характеристики пентода EF86 в триодном включении (!!!), при Va= 108 В, Vc — 1,5 В, га = 14 кОм, находя анодный ток и ток экранирующей сетки, можно рассчитать величину rc2 ≈ 70 кОм. Это сопротивление 70 кОм, включаемое по переменному току параллельно резистору Rc2 (180 кОм), дает итоговое сопротивление между экранирующей сеткой и общим поводом ≈ 50 кОм. Аналогично тому, как мы выбирали конденсатор катодной развязки для триодного усилительного каскада, частоту среза RC — цепочки, образованной рассчитанным сопротивлением и искомым блокировочным конденсатором в цепи экранирующей сетки для усилителей повышенного качества целесообразно принять 1 Гц, что обеспечит нулевой потенциал экранирующей сетки во всем диапазоне звуковых частот. В этом случае, расчет величины блокировочного конденсатора (неоднократно описанным ране способом) даст Сс2 = 3,3 мкФ.

Также отметим особенности расчета цепи катодного автосмещения усилительного каскада на пентоде. Главное отличие от триодного усилителя состоит в том, что катодный ток не равен анодному. Это очевидно, поскольку в пентоде происходит распределение электронного потока, создаваемого катодом, между двумя положительно заряженными электродами — анодом и экранирующей сеткой. При расчете тока катода необходимо суммировать токи Iа (2,17 мА), и Ic2 (0,54 мА), в результате чего, в данном примере Iк = 2,71 мА. При напряжении смещения VcK = 1,5 В, величина резистора катодного смещения должна быть равна 560 Ом.

Для пентода катодное сопротивление гк = 1/gm. Находя gm графическим путем по анодным характеристикам пентода, получим величину около 1,95 мА/ В. Принимая Rk = 560 Ом, потребуется развязывающий конденсатор 680 мкФ, исходя из ранее оговоренной частоты среза RC — цепи катодного автосмещения 1 Гц.

Можно также использовать найденное значение крутизны gm для альтернативного метода вычисления коэффициента усиления, который может быть найден из следующего уравнения:

Ранее рассчитанный по нагрузочной линии коэффициент усиления был равен 90, что хорошо согласуется с расчетом по этому уравнению. Заметим, что оно не подходит для триодов, потому что предполагает бесконечно большое внутренне сопротивление rа.

Итак, применение пентодов действительно радикальным образом решает проблему вредного влияния проходной емкости Сас. Так, например, для рассматриваемого пентода типа EF86, в справочных данных приводится значение Сас < 50 mpF (мпФ), что является довольно необычным способом написания 50фФ (фемтофарада — 10-15 фарады). В компании Миллард измерили величину емкости этого прибора в 1955 году. Кстати, напомним, что проходная емкость тетродов и пентодов измеряется при заземленной экранирующей сетке. Вычисляя теперь ранее описанным способом емкость Миллера, получим:

Это значительно меньшая величина по сравнению с триодом, но так как она небольшая, теперь необходимо учитывать также и все паразитные емкости, которые прежде были незначительными.

Напомним, что поскольку управляющая сетка cl находится близко к катоду, величина входной емкости (то есть емкости между управляющей сеткой и катодом, который имеет потенциал земли, поскольку он зашунтирован конденсатором) достаточно велика. В справочных параметрах ламп приводится величина входной емкости Свх, в качестве которой для большинства маломощных ламп приводится общая емкость между управляющей сеткой и всеми другими электродами, за исключением анода (то есть общая величина входной паразитной емкости электронной лампы). Для пентода EF86 справочная величина Свх равна 3,8 пФ, что дает общую входную емкость (совместно с емкостью Миллера) 8,4 пФ. Теперь несколько пФ, учитывая паразитную емкость монтажных проводов, и, таким образом, совокупная величина входной емкости будет в рассматриваемом примере порядка 11,5 пФ.

Для сравнения: применение триода ЕСС83 дает совокупную величину входной емкости 115 пФ — в этом отношении применение пентода дает в десять раз лучший результат. Подведем итог — по сравнению с триодом пентод имеет больший коэффициент усиления, больший размах выходного напряжения, значительно меньшую совокупную входную емкость.

Итак, почему же в ламповых усилителя звуковой частоты повышенного качества предпочтительнее использовать триоды, нежели пентоды, не смотря на вышеперечисленные преимущества последних? Выше мы уже обращали внимание читателя на неблагоприятное распределение гармоник (приводящих к нелинейным искажениям) в выходном спектре усилителя на пентоде. Кроме этого, существует еще реальное ограничение для использования малосигнальных пентодов из-за относительно большого уровня шумов в них.

Повышенный уровень шумов экранированных ламп, по сравнению с триодами, вызван токораспределением между анодом и экранирующей сеткой. Его величина зависит от соотношения между токов этих электродов, а также от крутизны лампы по току экранирующей сетки. Еще одной неприятной особенностью этого шума является то, что его интенсивность растет с уменьшением частоты усиливаемого сигнала. Субъективно установлено, что этот шум воспринимается человеческим ухом довольно негативно.

Существуют и специально разработанные малошумящие пентоды, например, EF86, обладающие значительно меньшими шумами по сравнению с другими пентодами. Однако, даже у таких пентодов, уровень шумов достаточно велик по сравнению с триодами.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Итак, применение экранированных ламп (пентодов) позволяет свести на нет проблему вредного влияния проходной емкости, однако ухудшает показатели качества усилителя по нелинейным искажениям и шумам. Это противоречие успешно разрешается применением составной, так называемой каскодной, схемы, обладающей преимуществом пентодов, но лишенной его недостатков (рис. 3.16).

Каскодная схема имеет значительное сходство с рассмотренным выше усилителем на пентоде в расположении компонентов (R1, R2, С1,), что по конфигурации даже несколько напоминает цепь питания экранирующей сетки. В действительности, каскадная схема, как и лампа пентод обладает очень большим внутренним сопротивлением га, примерно равным га нижней электронной лампы, умноженное на (μ+ 1) верхней электронной лампы.

Рассмотрим работу каскодной схемы. Верхняя электронная лампа работает на обычную резистивную анодную нагрузку Rh, однако управление (модулирование) входного напряжения сетка-катод VCK осуществляется не изменением напряжения управляющей сетки при фиксированном потенциале катода, а наоборот: потенциал управляющей сетки остается неизменным (она по переменному току соединена с землей конденсатором), а изменяется напряжение на катоде. Поскольку, управляющая сетка верхней лампы заземлена по переменному току, она выполняет роль электро-статического экрана между катодом и анодом верхней лампы, аналогично тому, как экранирующая сетка в пентоде является экраном между управляющей сеткой и анодом. Таким образом, проходная емкость каскодной схемы, то есть емкость между управляющей сеткой нижней лампы и анодом верхней лампы оказывается очень малой, что сводит на нет и эффект Миллера, а внутренне сопротивление rа оказывается большим. В конечном итоге, электро-статическое экранирование входной цепи от выходной, как в пентоде (путем заземления по переменному току экранирующей сетки), так и в каскодной схеме (путем заземления по переменному току управляющей сетки верхней лампы), значительно уменьшает степень влияния управляющей цепи на напряжение, падающего на анодной нагрузке RH.

Постоянное напряжение на управляющей сетке верхней лампы при помощи резистивного делителя напряжения устанавливается таким, чтобы ее рабочая точка находилось на середине линейного участка статических характеристик. Это напряжение положительное относительно земли, однако, отрицательное относительно катода верхней лампы, потенциал которого выше, нежели потенциал сетки. Это означает, что ток управляющей сетки верхней лампы отсутствует, в отличие оттока экранирующей сетки пентода, что сводит на нет и проблему шумов, возникающих за счет токораспределения в пентоде. Наконец, отметим, что верхняя лампа, в отличие от нижней, не является фазоинвертирующей, поскольку по переменному току заземлен не катод, а управляющая сетка. Такую схему включения называют «общая сетка», в отличие от ранее рассмотренных нами схем, называемых «общий катод».

Что же касается нижней электронной лампы, то она работает как обычный каскад на триоде с общим катодом, однако, в отличие от ранее рассмотренных схем, роль ее анодной нагрузки выполняет цепь катода верхней лампы. Так как динамическое сопротивление со стороны катода верхней лампы, как правило, небольшое, коэффициент усиления нижней электронной лампы небольшой, по этой причине его емкость Миллера также будет незначительной.

Так как верхняя лампа представляет собой для нижней лампы анодную нагрузку с невысокой величиной сопротивления, то нижняя лампа не может работать с большим размахом выходного напряжения. В противном случае это приведет к значительным нелинейным искажениям. К счастью, основной вклад в коэффициент усиления каскодной схемы обеспечивается верхней лампой, что в значительной степени решает эту проблему.

Важно отметить, что в каскодной схеме очень желательно применять специально разработанные именно для таких схем электронные лампы, а не случайные. Это даст гарантию высоких показателей качества спроектированного усилителя. Примерами ламп для каскодной схемы могут служить сочетания следующих типов: ЕСС88 и 6DJ8 или ЕСС88 и 6922 (серия ламп повышенного качества).

Обратимся теперь к примеру разработки каскодной схемы. Обычно, величина постоянного напряжения на аноде нижней лампы выбирается не более одной трети и не менее одной четверти от общей величины ВН, приложенного между анодом верхней лампы и землей. Пусть напряжение анодного питания каскада ВН равно 285 В, а величина постоянного напряжения на аноде нижней лампы составляет 75 В. Тогда падение постоянного напряжения между катодом и анодом верхней лампы составит 210В (рис. 3.16).

Величины анодной нагрузки и напряжения смещения между управляющей сеткой и катодом верхней лампы выбираются обычным вышеописанным способом — при помощи нагрузочной линии (рис. 3.17). В рассматриваемом примере RH = 100 кОм, VCK = —2.5 В. Размах переменного напряжения на аноде при этом составляет Va = 76,5 В, что дает особенно линейную рабочую точку. В этом случае анодный ток покоя будет равен 1,34 мА.

Поскольку анод нижней электронной лампы, а, следовательно, и катод верхней лампы, находятся под положительным потенциалом в 75 В, а на управляющей сетке верхней электронной лампы требуется обеспечить напряжение смещения VCK —2,5 В относительно катода, это означает, что на управляющую сетку верхней электронной лампы требуется подать постоянное напряжение 72,5 В относительно общего провода (земли). Поскольку через сетку верхней электронной лампы ток не течет (в силу того, что ее потенциал относительно катода отрицательный), необходимое постоянное напряжение на ней относительно земли устанавливается делителем напряжения, и полностью определяет режим верхнего каскада, включенного по схеме с общей сеткой. При расчете сопротивлений резисторов этого делителя нужно быть очень внимательным, чтобы не превысить максимально допустимое сопротивление утечки сетки верхней электронной лампы, которое для Е88СС/6922 равно 1 МОм. В рассматриваемом примере общее сопротивление схемы делителя напряжения равно 560 кОм, что укладывается в допустимые пределы. При расчете делителя, разумеется, предполагалось, что внутренне сопротивление источника питания постоянного тока ВН равно нулю. Величина блокировочного конденсатора, обеспечивающего заземление управляющей сетки верхней лампы по переменному току, рассчитывается также, как и для рассмотренного выше примера с пентодом (с учетом общего сопротивления делителя напряжения) и по тому же критерию: частота среза RC цепи должна составлять 1 Гц. По результатам расчета нам нужен конденсатор 0,33 мкФ, что значительно меньше по сравнению с конденсатором 3,3 мкФ для блокировки экранирующей сетки пентода EF86 в предыдущем примере.

 
 
Сайт создан в системе