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
 
 

Работа с сеточным током и нелинейные искажения

Большинство усилителей класса А работают при полном отсутствии сеточного тока, потому что это дает малые искажения и высокое сопротивление сеточной цепи, которое легко управляемо. Когда напряжение между сеткой и катодом становится положительным, то, вместо того, чтобы отталкивать электроны, управляющая сетка начинает их притягивать. Большая часть электронов при этом захватывается анодом, который имеет намного более высокий потенциал, но часть электронов все же притягиваются сеткой, создавая сеточный ток. Наличие сеточного тока имеет важные последствия:

• поток электронов с катода разделяется между сеткой и анодом, вызывая шум токораспределения. Тем не менее, наиболее вероятно использование режима с сеточными токами (режима класса А2) в выходном каскаде усилителя мощности, где напряжение сигнала велико, и по этой причине маловероятно, что этот собственный шум лампы будет проблемой;

• поскольку имеется разность потенциалов между сеткой и катодом, и существует сеточный ток, по этой причине на сетке должна рассеиваться тепловая мощность так же, как и на аноде. Если сетка не рассчитана для рассеивания на ней мощности, она быстро перегреется, ее конструкция деформируется и воз можно разрушение электронной лампы;

• так как входное сопротивление сеточной цепи при наличии сеточного тока становится низким, приложение требуемого напряжения сигнала на сетку требует существенной мощности = VV#), которая должна развиваться предшествующим каскадом усилителя, что требует повышения его мощности по сравнению с работой последующего каскада без сеточного тока;

• за счет того, что при наличии сеточного тока, напряжение между сеткой и катодом по большей части периода положительное, то может быть слегка уменьшено напряжение на аноде, так как потребуется меньшее ускоряющее поле, нежели чем при отрицательном напряжении на сетке, тормозящем электронный поток. Коэффициент полезного действия каскада, таким образом, увеличивается, в силу снижения мощности, потребляемой анодной цепью от источника высоковольтного питания.

Предоконечные каскады усилителя мощности, работающие в режиме класса А1 являются усилителями напряжения, которым необходим только достаточный ток, чтобы заряжать и разряжать емкость Миллера выходного каскада, но предоконечный каскад усилителя мощности, работающий в режиме класса А2 должен обеспечивать значительную мощность возбуждения мощность. Существуют два способа обеспечения этой мощности.

Одним из возможных вариантов выбора ламп для такого каскада является сдвоенный триод типа 6N7 с общим катодом, который может работать как двухтактный или как несимметричный, — с двумя триодами в параллель, чтобы удвоить полезную мощность. Трансформатор пересчитывает полное сопротивление нагрузки, с коэффициентом п2 раз, поэтому понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации 2:1 будет увеличивать полное сопротивление нагрузки относительно предыдущего каскада в четыре раза. Так как трансформатор в цепи анода лампы теоретически позволяет достигать удвоенного значения высоковольтного питающего напряжения в цепи анода лампы, необходимо соответствующе выполнять элементы цепи и сам трансформатор. Кроме того, низкое сопротивление вторичной обмотки по постоянному току усугубляет проблему отвода тепла в сеточной цепи выходного каскада, вследствие возможных больших токов при определенных схемотехнических решениях. К сожалению, хорошие задающие (межкаскадные) трансформаторы зачастую более сложно разрабатывать, чем выходные трансформаторы, так как они работают при более высоких эквивалентных сопротивлениях.

В качестве альтернативы, каскад класса А2 может быть подключен к цепи сопряжения по постоянному току катодного повторителя. Мощная лампа при этом по-прежнему требуется, но она больше не должна обеспечивать столь высокое выходное напряжение, как в предыдущем примере. Мощные лампы с рамочной сеткой, которые имеют большую крутизну характеристик, но низкое предельно-допустимое напряжение на аноде, например, тип 6С45П и тип E55L, являются идеальными в качестве мощных катодных повторителей. К сожалению, электронные лампы с рамочной сеткой имеют современные, эффективные нити накала, падение напряжения на которых невелико, что может вызывать определенные трудности, если каскаду класса А2 требуется значительный размах сеточного напряжения. Чтобы корректно согласовать каскад класса А2, катод катодного повторителя должен находиться под небольшим положительным потенциалом, но необходимо довольно большое значение сопротивления нагрузки RH, чтобы гарантировать линейность катодного повторителя. В этом случае очень целесообразно отрицательное питающее напряжение (рис. 4.11).

Использование связанного по постоянному току мощного катодного повторителя для возбуждения каскада, работающего в режиме класса А2

Рис. 4.11 Использование связанного по постоянному току мощного катодного повторителя для возбуждения каскада, работающего в режиме класса А2

Более подробно вопросы построения выходных и предоконечных каскадов усилителей мощности, будут рассмотрены далее.

Оба предыдущих решения предполагают низкое выходное сопротивление, но оно не является близким к нулю. Так как эквивалентное выходное сопротивление rвых ≈ 0, оно образует делитель напряжения с входным сопротивлением каскада класса А2, вызывая затухание входного сигнала. Вследствие низкого выходного сопротивления, надобность в применении приемника неизменяющегося тока (стабильной токовой нагрузки) в катодном повторителе отсутствует. Если в определенный момент времени напряжение между сеткой и катодом становится отрицательным, то сеточный ток прекращается и полное входное сопротивление каскада класса А2 становится бесконечно большим. При этом затухание входного сигнала прекращается. В этом случае будут иметь место существенные нелинейные искажения. Следует подвести некоторый итог: в то время, как при работе в режиме класса А1 сеточный ток должен отсутствовать при любой амплитуде входного сигнала, то при работе в режиме класса А2, сеточный ток должен существовать в при любой амплитуде входного сигнала. Не соблюдение этой рекомендации, чревато существенными нелинейными искажениями в усилителе.

Уменьшение искажений ограничением эквивалентной нагрузки

Не смотря на то, что триоды генерируют, главным образом, нелинейные искажения по 2-й гармонике, — любые искажения вредны по своей природе. Искажения усилителя на триоде определяются преимущественно несимметрией положительного и отрицательного периодов усиливаемого сигнала, вызываемого нелинейностью статических характеристик лампы. Так как внутренне сопротивление лампы rа меняется с изменением тока, протекающего через лампу, коэффициент ослабления делителя напряжения образованного rа и анодной нагрузкой RH изменяется, вызывая неодинаковое усиление положительного и отрицательного полупериодов сигнала. Тем не менее, имеются способы уменьшения таких искажений:

• увеличение значения резистора анодной нагрузки RH. Если RH >> ra, то изменение затухания, создаваемого образуемым этими сопротивлениями делителя напряжения становится несущественным, потому что само затухание становится небольшим;

• поддержание анодного тока Ia постоянным, таким образом, внутренне сопротивление лампы rа не сможет изменяться. Это означает, что очень полезным является применение активной нагрузки, например, источника неизменяющегося тока, что является основой μ-повторителя.

Эти два метода на самом деле очень похожи, так как оба стремятся обеспечить выполнение условия RH >> ra (для идеального источника неизменяющегося тока, rвнутреннее = ∞). В среднем, для заданного напряжения питания и среднего анодного тока Ia, применение активной нагрузки в виде источника неизменяющегося тока выполненного на одной электронной лампе, позволяет уменьшить искажения на коэффициент = 7.

Когда используется рассмотренные методы уменьшения искажений, нагрузочная линия по переменному току усилительной лампы становится близкой к горизонтальной прямой. Когда анодная нагрузка (резистор или активная нагрузка) велика rH > 50ra, то величина анодного напряжения Va, падающего на лампе, довольно велика, и внутренний статический коэффициент усиления лампы μ практически постоянен. Нелинейная зависимость μ и Va от анодного тока вызвана нелинейностью статических характеристик лампы и вызывает нелинейные искажения. Это влияние может быть уменьшено в каскадах с активной нагрузкой, предотвращением работы при низких анодных токах Ia, когда анодные статические характеристики лампы начинают «сходиться» и становятся существенно нелинейными. Также полезно выбирать такие лампы, у которых нелинейность этой области статических характеристик минимальна, см. рис. 4.12.

Статические характеристики ламп с различной степенью нелинейности в области малых анодных токов

Рис. 4.12 Статические характеристики ламп с различной степенью нелинейности в области малых анодных токов

«Схождение» и существенная нелинейность анодных статических характеристик в области малых анодных токов вызвано неминуемой неоднородностью электрического поля между витками сетки и в области сетка-катод. Вид статических характеристик лампы существенно зависит от конструкции ее управляющей сетки. С точки зрения линейности, гораздо луче лампы, у которых сетка намотана большим количеством тонких витков (пунктирные кривые на рис. 4.12), нежели небольшим количеством толстых (сплошные кривые на рис. 4.12).

К сожалению, когда провод, образующий витки сетки становится более тонким, он становится более склонен к деформациям и вибрациям. В этом случае очень помогает специальный каркас для сетки, который позволяет использовать для намотки провод произвольной толщины, — вот почему электронные лампы, например, такие как Е88СС, и, в особенности, 6С45П, обладают достаточно линейными статическими характеристиками и малыми искажениями.

В качестве альтернативы поддержанию неизменным анодного тока, теоретически возможным поддерживать постоянным напряжение между анодом и катодом Va. Ясно, что это не может быть реализовано, если каскад обладает усилением по напряжению, но катодный повторитель (рис. 4.13) может одновременно обеспечивать неизменными как анодный ток Ia, так и анодное напряжение Va.

Катодный повторитель обеспечивает неизменяемые Iа и Va

Рис. 4.13 Катодный повторитель обеспечивает неизменяемые Iа и Va

На схеме, представленной на рис. 4.13, средняя электронная лампа является катодным повторителем. Нижняя электронная лампа является традиционным приемником неизменяющегося тока на пентоде, который обеспечивает постоянный Ia в катодном повторителе. Верхняя лампа также катодный повторитель, и должна иметь высокие значения статического внутреннего коэффициента усиления ц и крутизны gm. Таким образом, лампа типа 6С45П (μ= 52) является очень подходящей. Верхняя электронная лампа имеет высокое полное сопротивление нагрузки, поэтому ее коэффициент усиления равен:

Сетка верхнего катодного повторителя связана по переменному току с выходом среднего катодного повторителя, и так как его коэффициент усиления почти единица, на его катоде обеспечивается практически такой же потенциал по переменному току, как и на его сетке. Таким образом, даже когда на катоде среднего катодного повторителя изменяется напряжение, верхний катодный повторитель побуждает его анод поддерживать практически неизменное напряжение, причем, неизменяемое анодное напряжение Va будет поддерживаться одновременно с неизменяемым анодным током Ia

К сожалению, подобное усовершенствование сопровождается существенными издержками:

• возрастает требуемое напряжение высоковольтного питания верхнего катодного повторителя;

• необходим третий источник питания нити накала (для верхнего катодного повторителя), находящийся под высоким постоянным потенциалом;

• катодные повторители уже сами по себе склонны к неустойчивости, и компенсационная обратная связь одного анода с выходом другого вызывает дополнительные проблемы с устойчивой работой каскада и усилителя в целом.

Уважаемый читатель может иметь иное мнение, но автор уверен, что тщательно разработанный катодный повторитель, с пентодной схемой стабильного тока, безусловно сложен в отладке и тестировании.

 

 

 

Информация 2018

.

 

Продолжение

Как известно, каскад усиления, построенный по схеме с общим катодом, инвертирует усиливаемый сигнал. В предыдущем параграфе уже обращалось внимание, что в усилителях на лампах-триодах, определяющим фактором в искажениях является асимметричное усиление положительных и отрицательных полуволн аудиосигнала, в следствие нелинейности характеристик ламп. Теоретически, если два усилителя с общим катодом на одинаковых триодах работают в каскаде, и каждый каскад инвертирует сигнал, искажения второго триода являются инвертированными по отношению к искажениям, первого триода, и должно происходить их подавление за счет компенсации. Тем не менее, маловероятно, что это происходит в значительном диапазоне. Искажения пропорциональны уровню сигнала, и, потому что обе лампы обладают усилением, второй каскад работает с существенно более высоким уровнем сигнала, и, следовательно, генерирует большие искажения, чем первый каскад. Таким образом, хоть и происходит небольшое подавление искажений в следствие компенсации, но выигрыш всего лишь пропорционален ~ 1/А2, где А2 коэффициент усиления по напряжению второго каскада. Например, если второй каскад построен на триоде типа 76 (μ = 13), и коэффициент его усиления Аv = 10, то можно уменьшить искажения от 1 % до 0,9%, что вероятнее всего меньше, чем разброс уровня искажений в разных экземплярах любых электронных ламп.

Исходя из вышеизложенного, возникает вопрос возможно ли, выбрав лампу второго каскада намного более линейную, чем лампа первого каскада, добиться того чтобы их искажения полностью компенсировали друг друга, будучи равными и противофазными? Лампы с низким значением внутреннего статического коэффициента усиления μ являются наиболее линейными. В этом смысле, в качестве лампы второго каскада неплохо подошел бы тип 845 (μ = 5,3), который может обеспечить коэффициент усиления Av = 4. Для компенсации искажений, первый каскад должен генерировать нелинейный продукт в четыре раза интенсивнее, чем второй. Этого удобнее всего достичь регулировкой напряжения смещения первой лампы, то есть подбором ее рабочей точки. Тем не менее, компенсация искажений таким способом критически зависима от коэффициентов усиления ламп, и во многом определяется значением сопротивления нагрузки RH. Также важный вклад вносит и громкоговоритель, являющийся нагрузкой усилителя, поскольку его полное сопротивление меняется с частотой. На практике рассмотренным способом можно достичь снижения уровня нелинейных искажений по 2-й гармонике на 6 дБ.

Подавление искажений методом компенсации надежно достигается только в том случае, если электронные лампы двух каскадов являются идентичными и имеют одинаковые режимы и нагрузки.

Подавление искажений в двухтактном каскаде

Двухтактные каскады очень широко применяется в качестве оконечных ступеней усилителей мощности и будут подробно рассмотрены. Особенностью работы двухтактного каскада является то, что при условии симметрии схемы, на вторичной обмотке выходного трансформатора наводится напряжение только на нечетных гармониках, а все четные гармоники подавляются. Если лампы, образующие двухтактный каскад, будут генерировать нелинейный продукт преимущественно на второй гармонике, что свойственно триодам, уровень нелинейных искажений двухтактного каскада теоретически окажется очень низким.

Таким образом, двухтактный выходной каскад усилителя, построенный на триодах, работающих в режиме класса А с трансформаторным выходом удовлетворяет практически всем условиям для подавления нелинейных искажений. При работе в режимах класса АВ или В неизбежно будут возникать специфические искажения, вследствие нелинейности статических характеристик ламп в области отсечки анодного тока, а потому, если требуется низкий уровень нелинейных искажений, всегда нужно отдавать предпочтение режиму класса А.

Говоря о хорошем подавлении нелинейного продукта на четных гармониках в двухтактном усилителе, нельзя не забывать о том, что пока две электронные лампы двухтактного каскада не будут точно согласованы друге другом по коэффициенту усиления и не будет обеспечен баланс по постоянному току, то подавление четных гармоник не будет полным в следствие асимметрии схемы. На практике в двухтактном каскаде обычно, удается достичь подавления четных гармоник примерно на 14 дБ, потому что сильная связь между двумя первичными полуобмотками выходного трансформатора облегчает задачу установить баланс по переменному току.

Подавление искажений в дифференциальной паре

 
 
Сайт создан в системе