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

 

 
 

Использование транзисторов в качестве активной нагрузки для электронных ламп

Во всех рассмотренных выше схемах приемников неизменяющегося тока можно изменить полярность напряжения на противоположную с одновременной заменой p-n-р транзисторов на n-p-n. Если эти каскады-приемники подключить в цепь напряжения питания в качестве активной нагрузки лампы, они становиться источниками неизменяющегося тока, позволяя усилительному каскаду на триоде достичь коэффициента усиления Av = μ. Очень важным свойством усилительного каскада с полупроводниковой активной нагрузкой является то, что возможно достичь низкого уровня искажений при низком напряжении питания.

Например, для каскада на триоде типа ЕСС83 требуется достаточно высокое питающее напряжение VA, для обеспечения режима с нулевым сеточным током. Для маломощных электронных ламп с большим μ, напряжение между анодом и катодом в номинальном режиме часто выбирают равным 150 В. Для выбора Rh также существует общее практическое правило — Rh > 2rа, и так как для ЕСС83 rа = 75 кОм, можно использовать RH = 150 кОм. Если Iа = 0,7 мА, получим падение напряжения 105 В на RH, поэтому потребуется напряжение питания 255 В. Но маломощные каскады зачастую предназначены для усиления малых сигналов, например, для обеспечения на выходе амплитуды напряжения 5 В, поэтому коэффициент использования по питающему напряжению и КПД такого каскада оказываются очень низкими. Если заменить резистор 150 кОм источником неизменяющегося тока, то электронная лампа обеспечивает намного более высокое значение RH, и можно установить напряжение питания независимо, чтобы обеспечивать максимальное значение требуемого размаха выходного напряжения.

На рис. 3.44 представлен очень наглядный пример использования электронной лампы с большим μ с низким напряжением питания. В этом примере требовался большой коэффициент усиления дифференциальной пары на лампе ЕСС83 с μ = 100, при пониженном напряжении анодного питания 150 В. Заметим, что для схем активной нагрузки ламп необходимы высоковольтные транзисторы, способные выдержать необходимый размах анодного напряжения.

Присутствующие в схеме стабилитроны обычно шунтируют, чтобы уменьшить шум. Однако шум, создаваемый двумя стабилитронами, является синфазным, и, следовательно, может быть подавлен следующим дифференциальным каскадом.

Дифференциальная пара с полупроводниковой анодной нагрузкой

Рис. 3.44 Дифференциальная пара с полупроводниковой анодной нагрузкой

При тестировании в этой схеме был достигнут требуемый дифференциальный размах 7 В амплитуды выходного напряжения на частоте 1 кГц, с нелинейными искажениями всего 0,04%.

Выше уже обсуждалось, что каскодная схема значительно увеличивает rвых, сглаживает нагрузочную линию, и уменьшает искажения, возникающие в электронной лампе. Если требуется максимизировать выходное напряжение и минимизировать искажения, можно использовать, например, лампово-полупроводниковый каскад на триоде 7N7 (аналог 6SN7)c каскодной нагрузкой, принципиальная схема которого приведена на рис. 2.51. Каскад желательно рассчитать на анодный ток Iа = 8 мА, поскольку внутренний коэффициент усиления μ для этих ламп более стабилен при Iа > 6 мА. Предполагая, что каскодная схема будет обеспечивать горизонтальную нагрузочную линию, начертим ее на уровне анодного тока 8 мА (рис. 3.45).

Нагрузочная линия лампы 7N7 при работе с неизменяющимся током 8 мА

Рис. 3.45 Нагрузочная линия лампы 7N7 при работе с неизменяющимся током 8 мА

Обычно при возрастании Va мы должны учитывать ограничение статических характеристик в области отсечки анодного тока. Поскольку ток Iа в рассматриваемом каскаде неизменный, единственное, что влияет на размах выходного напряжения — это то, что каскодная схема требует достаточного напряжения питания для правильной работы. В каскодной схеме вполне реально добиться падения напряжения 15, поэтому напряжение питания 400 В позволит обеспечить размах выходного напряжения вплоть до 385 В. Двигаясь в противоположном направлении вдоль нагрузочной линии 8 мА, отметим точку ее пересечения с характеристикой, соответствующей нулевому сеточному напряжению. Левее этой точки при ≈ 100 В появится сеточный ток и будут возрастать искажения. С учетом этого, максимальное значение возможного размаха выходного напряжения равно 385 В — 100 В = 285 В в амплитудных значениях, что эквивалентно =100 В действующего значения напряжения.

Хотя ток анода каскодной схемы выставлен на Iа = 8 мА, требуется обязательно отрегулировать смещение лампы, чтобы добиться требуемого Va. Чтобы обеспечить максимальный неискаженный размах выходного напряжения, нужно ни при положительном, ни при отрицательном полупериоде усиливаемого колебания не попадать в область искажений. Таким образом, рабочую точку нужно установить посередине между минимальным и максимальным анодными напряжениями, за пределами которых будут появляться значительные искажения:

Зная величину анодного напряжения в точке покоя, по статическим характеристикам легко определить требуемое напряжения смещения Vck = 8 В, которое легко может быть обеспечено, например установкой в катодную цепь стабилитрона на 8,2 В (рис. 3.46). Поскольку каскад, рассматриваемый в данном примере, предназначен для работы с большим размахом выходного напряжения, шумы стабилитрона не является значительной проблемой, поэтому в этой схеме не обязательно шунтировать стабилитрон конденсатором.

Если на электронной лампе падает 242,5 В, то на нижнем транзисторе упадет 147,5 В, таким образом он должен рассеивать 1,18 Вт в режиме покоя при заданном токе. Когда размах анодного напряжения Va достигает 100 В, транзистор должен выдержать напряжения 285 В при токе 8 мА, рассеивая в этот момент времени 2,28 Вт мощности. На практике, транзисторы следуют выбирать с небольшим запасом по мощности, чтобы избежать их пробоя в следствие кратковременных перегрузок. При этом, на втором транзисторе падает существенно меньшее напряжение, и он может быть выбран менее мощный, нежели первый.

Полупроводниковая каскодная анодная нагрузка

Рис. 3.46 Полупроводниковая каскодная анодная нагрузка

Обратимся теперь к критериям выбора транзисторов с точки зрения возможной оптимизации rвых В таблице 3.3 сравниваются транзисторы, которые могут быть полезны во вспомогательных схемах усилительных каскадов на электронных лампах. Выходное сопротивление на низких частотах частично определяется параметром 1/hое, но определяющий вклад вносит параметр hfe, поскольку любое сопротивление в цепи эмиттера умножается на hfe. Выходное сопротивление на высоких частотах шунтируется паразитной емкостью между коллектором и эмиттером транзистора, которая частично определяется паразитными емкостями монтажа, а также емкостями самого транзистора. Обычно все мощные высоковольтные транзисторы имеют достаточно большую площадь кремниевого кристалла, и относительно большие паразитные емкости, что отражается на их граничной частоте fT Кроме того, fT существенно изменяется с изменением коллекторного тока Iк, и использование транзистора с Iк ниже рекомендуемого номинального значения может уменьшить fT вплоть до нескольких раз.

Как следствие из этих соображений, в каскодном приемнике неизменяющегося тока маломощного каскада целесообразным было бы использование двух транзисторов типа ВС549 или, если требуется низкая выходная емкость (≈ 0,5 пФ, исключая паразитные емкости) и достаточно высокое напряжение, то, например, трех транзисторов типа BFR90.

 

  Таблица 3.3
      Vкэ(макс)     Iк(макс)   Pмакс   fT   hFE(мин)     1/hoe(тип)  
  BFR90   n-p-n     15B   25 мА   300 мВт     5 ГГц   40   5кОм
  ВС549
  ВС558В  
  n-p-n
  p-n-p
  30 В   100 мА   500 мВт   300 МГц  
  200 МГц
  200
  220
  12кОм
  6кОм
  2N3904
  2N3906
  n-p-n
  p-n-p
  40В   200 мА   500 мВт
  625 мВт
  250 МГц   100   15кОм
  5кОм
  MPSA42
  MPSA92
  n-p-n
  p-n-p
  300 В   500 мА   625 мВт   50 МГц   40   50кОм
  35кОм
  MJE340
  MJE350
  n-p-n
  p-n-p
  300 В   500 мА   20 Вт   10 МГц
  4 МГц
  30   150 кОм
  50 кОм

 

Для получения полного перечня технических характеристик транзисторов очень удобно воспользоваться Интернетом — практически все изготовители полупроводников имеют превосходные Web-сайты.

Ниже приведен перечень наиболее важных параметров транзистора, которые необходимо учитывать при его выборе.

Vкэ(макс): максимальное допустимое напряжение между коллектором и эмиттером. (Имеются разнообразные способы определения этого предела, но пока вы не знаете точных режимов схемы, разумно не превышать 2/3 рекомендуемого Vкэ.)

Iк(макс): максимально допустимый ток коллектора.

P(макс): максимальное значение допустимой мощности рассеяния прибора (P = Iк * Vкэ).

fT граничная частота, при которой коэффициент усиления по переменному току равен единице. На этой и более высоких частотах, транзистор теряет свои усилительные свойства.

hfe(мин) минимальный коэффициент усиления по постоянному току в схеме включения транзистора с общим эмиттером. Опытным путем установлено, что необходимый hfe транзистора обычно требуется равным удвоенному минимальному току лампы, в цепи которой будет установлен транзистор.

l/hoe(тип): это типовое значения выходного сопротивление транзистора по переменному току (эквивалент Ra в схеме с общим эмиттером (то есть выходное коллекторное сопротивление). Оно редко указывается изготовителями, потому на практике его часто приходится измерять характериографом. Как правило p-n-р транзисторы имеют напряжение Эрла ниже, чем n-p-n транзисторы, по этой причине их l/hoe ниже и быстрее понижается при увеличении тока.

Любой биполярный транзистор должен иметь минимальное напряжение между коллектором и эмиттером VKЭ, чтобы работать в линейной области. Для транзисторов низкого напряжения при токах < 30 мА, напряжение ≈ 1 В является достаточным, но при более высоких токах может потребоваться и около 2 В (рис. 3.47).

Iк в зависимости от Vкэ для транзистора 2N3904, показывает минимальное требуемое напряжение Vкэ

Рис. 3.47 Iк в зависимости от Vкэ для транзистора 2N3904, показывает минимальное требуемое напряжение Vкэ

Высоковольтным транзисторам, таким как МРSА42 или MJE340 может потребоваться VKЭ > 2 В. Приемник неизменяющегося тока в дифференциальной паре, работающей в качестве фазорасщепителя, просаживает на себе половину входного сигнала, поэтому этот пункт может оказаться существенным. В каскодной схеме приемника неизменяющегося тока на нижний транзистор не поступают сигналы переменного тока, поэтому он может быть выбран исходя из падения напряжения около 2 В постоянного тока. На верхнем транзисторе при этом будет падать более высокое напряжение.

Приемник неизменяющегося тока на интегральной схеме.

Кроме приемников неизменяющегося тока на лампах или транзисторах, есть и другая возможность — применение для приемника неизменяющегося тока специально разработанной интегральной схемы: программируемого приемника неизменяющегося тока, например, LM334Z. Этому прибору не требуются дополнительные источники питания. Такая микросхема неплохо работает только при падении на ней 1,2 В и при токе I(макс) = 10 мА. Типовое применение этого прибора — катодная цепь дифференциальной пары. В то же время в области высоких частот могут возникать проблемы с устойчивостью из-за самовозбуждения внутреннего операционного усилителя интегральной схемы.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Выходной сигнал любого реального усилителя всегда несколько отличается от усиливаемого оригинала. Связано это с неидеальностью усилителя, и конкретно — с наличием в нем искажений. Все существующие в усилителях искажения усиливаемого сигнала можно разделить на две большие группы — линейные и нелинейные искажения.

Линейные искажения не нарушают амплитудных соотношений в усиливаемом сигнале. На рис. 4.1а. показаны амплитудные характеристики (то есть зависимости выходного напряжения от входного) идеальных усилителей с различными коэффициентами усиления. При наличии в усилителе линейных искажений сигнала, амплитудная характеристика не претерпевает никаких искажений. Тем не менее, линейные искажения, разумеется, искажают усиливаемый сигнал. Эти искажения связаны с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики усилителя и нелинейности его фазо-частотной характеристики. В связи с этим, линейные искажения часто называют частотными. Главным признаком линейных искажений является то, что они не вызывают появления в спектре выходного сигнала новых составляющих. В результате влияния линейных искажений, могут лишь изменяться уровни его отдельных спектральных (частотных) составляющих.

Поскольку линейные искажения обычно вызывают нарушения амплитудно-частотной характеристики — как правило, их величина определяется именно способом исследования этой характеристики усилителя. Тем не менее, как уже было сказано выше, линейные искажения могут вызываться и нарушением линейности фазо-частотной характеристики усилителя, что проявляется в неодинаковости времени распространения различных частотных составляющих усиливаемого сигнала. Громкоговоритель с системой разделения спектра звукового сигнала и аналоговые магнитофоны хорошо демонстрируют это явление.

Неплохим способом выявления заметных линейных искажений в усилителе, является подача на его вход импульсов прямоугольной формы и наблюдение формы выходного сигнала при помощи осциллографа. Передний фронт сигнала прямоугольной формы очень чувствителен как к нарушениям равномерности амплитудно-частотной характеристики, так и к нарушениям линейности фазо-частотной характеристики. В случае заметных линейных искажений, форма прямоугольных импульсов на выходе усилителя будет существенно нарушена, что легко видно на экране осциллографа. Такой простой тест в какой-то степени является альтернативой необходимости исследования амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик усилителя.

В отличие от линейных, нелинейные искажения вызывают нарушение линейности амплитудной характеристики усилителя. Примеры нелинейных амплитудных характеристик усилителей показаны на рис. 4.1 б, в, г. Искажения амплитудной характеристики усилителя приводят к существенным искажениям амплитудных соотношений в усиливаемом сигнале и могут вызывать значительные изменения его формы. В отличие от линейных искажений, нелинейные искажения всегда приводят к появлению в выходном сигнале дополнительных спектральных (частотных) составляющих, отсутствующих во входном сигнале. Если линейные искажения изменяют основном окраску звука, то проявление нелинейных искажений еще более пагубно, поскольку они приводят к существенным изменениям усиливаемого сигнала.

Поскольку, нелинейные искажения проявляются в появлении в выходном сигнале новых спектральных составляющих, многие методики оценки этих искажений заключаются в оценки уровней этих составляющих. Также существуют методики измерений, основанные на оценке кривизны амплитудной характеристики усилителя.

 
 
Сайт создан в системе