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
 
 

Типы конденсаторов. Металлические конденсаторы с воздушным диэлектриком

Огромное многообразие материалов и технологий, используемых при изготовлении обкладок конденсатора и диэлектрика, приводит к огромному количеству вариантов их применения и такому же многообразию конструктивного оформления (рис. 5.4).

Приведенная на рис. 5.4 древовидная схема иллюстрирует деление конденсаторов на основные типы. Две основные ветви образуют конденсаторы, в которых используются полярные и неполярные диэлектрики. Конденсаторы с полярными диэлектриками немедленно выходят из строя при включении в схему с обратной полярностью приложенного напряжения, а также, зачастую, и в цепи переменного тока. Конденсаторы с неполярным диэлектриком различаются, прежде всего, по конструктивному исполнению обкладок: независимые обкладки, фольговые, либо обкладки, в которых металлическая пленка напыляется непосредственно на диэлектрик. Затем более подробная классификация таких конденсаторов производится по типу используемого диэлектрика, хотя некоторые типы диэлектриков могут присутствовать в различных конструктивных вариантах исполнения, а в некоторых и нет (в частности, из-за возможных технологических ограничений).

Разновидности конденсаторов

Рис. 5.4 Разновидности конденсаторов

В самых общих чертах конденсаторы, максимально приближающиеся по своим характеристикам к идеальным для применения в высококачественных усилителях звуковой частоты, располагаются в нижней части схемы, тогда как конденсаторы с максимальной удельной емкостью располагаются в верхней части схемы. Иными словами, конденсаторы высокого качества оказываются по своим геометрическим размерам меньше, но их удельная емкость относительно занимаемого объема уменьшается в сравнении с более крупными конденсаторами.

Металлические конденсаторы с воздушным диэлектриком

Данные конденсаторы, без всяких сомнений, предназначены для использования в качестве подстрочных, либо переменных конденсаторов, что определяет их конструктивное исполнение. Они состоят из набора жестких пластин, имеющих форму сектора, и закрепленных на оси вращения. Прежде всего, они используются в высокочастотных цепях, хотя находят применение и в низкочастотных трактах. Из-за чисто конструктивных ограничений, связанных с креплением подвижных пластин, (которые хотя и должны находиться как можно ближе к неподвижным, но все же минимальное расстояние ограничивается условиями электрической прочности воздушного зазора) конденсаторы с воздушным зазором имеют низкие значения емкости, обычно не превышающие значения 500 пФ. Диапазон изменения емкости составляет у них, как правило, десятикратное значение между максимальным значением (подвижные пластины полностью введены в промежутки между неподвижными) и минимальным значением емкости (подвижные пластины полностью выведены из воздушного промежутка).

Возможные варианты использования конденсаторов в цепях низкочастотного тракта:

• переменный конденсатор с емкостью = 300 пФ включается параллельно входу картриджа с подвижной магнитной системой блока частотной коррекции RIAA, что позволяет оптимизировать нагрузку картриджа со стороны предусилительного каскада;

• конденсаторы с емкостью = 50 пФ используются для настройки конденсаторов схемы эквалайзера до точных значений.

В схемах ламповых коротковолновых радиоприемников часто использовалось множество подстрочных конденсаторов, и хотя они могут и не соответствовать точному значению емкости, необходимому для конкретного использования, их емкость можно уменьшить: так как медные посеребренные пластины просто припаяны к держателю, то они могут быть легко выпаяны, если необходимо уменьшить емкость такого конденсатора (рис. 5.5).

Некоторые типы переменных конденсаторов с воздушным зазором. У показанного справа подстроенного конденсатора ротор несколько выдвинут из корпуса, чтобы были видны пластины конденсатора

Рис. 5.5 Некоторые типы переменных конденсаторов с воздушным зазором. У показанного справа подстроенного конденсатора ротор несколько выдвинут из корпуса, чтобы были видны пластины конденсатора

Пленочные пластиковые фольговые конденсаторы

Этот класс конденсаторов является наиболее важным для применения в ламповых усилителях, так как они используются в качестве конденсаторов межкаскадной связи, а также для прецизионных фильтров. Характеристики этих конденсаторов достаточно близки к идеальным, поэтому для характеристики их неидеальности достаточно часто используется тангенс угла диэлектрических потерь, tgδ. На практике наблюдается сильная связь между чисто субъективным понятием доброкачественности конденсатора и значением его параметра tgδ: конденсаторы с низким значением параметра tgδ субъективно просто превосходны.

С точки зрения инженерной науки важность параметра tgδ означает не только то, что конденсатор обладает токами утечки, но так же и то, что конденсатор может быть представлен в виде бесконечной эквивалентной схемы лестничного типа, звенья которой состоят из конденсаторов, разделенных резисторами (рис.5.6).

Эквивалентная схема замещения реального конденсатора, используемая для моделирования диэлектрических потерь

Рис. 5.6 Эквивалентная схема замещения реального конденсатора, используемая для моделирования диэлектрических потерь

Если зарядить конденсатор, одновременно измеряя напряжение на его выводах вольтметром, имеющим бесконечно большое внутреннее сопротивление, а затем разрядить его, закоротив на короткое время выводы перемычкой, то можно было бы ожидать, что напряжение на выводах окажется равным нулю. Однако в момент снятия закорачивающей перемычки можно будет видеть, что вольтметр зафиксирует напряжение, превышающее нулевое значение. Наглядно это можно себе представить таким образом, что разряженным в первый момент оказался только тот конденсатор, который расположен «рядом» с выводами конденсатора, а остальные конденсаторы оказались как бы «изолированными» сопротивлениями между звеньями схемы, и оказались не полностью разряженными. Снятие закорачивающей перемычки позволило не разряженным конденсатором передать часть заряда на конденсаторы, расположенные рядом с выводами, в силу чего напряжение на выводах конденсатора возросло. Это явление известно как остаточная поляризация диэлектрика и проявляется более явственно по мере увеличения тангенса угла диэлектрических потерь, tg6.

Подача на конденсатор переменного напряжения полностью эквивалентна чередующимся циклам его заряда и разряда. Поэтому, любое напряжение, остающееся на выводах конденсатора после прохождения импульса, вызывает искажения. Музыкальный сигнал состоит из последовательности коротких электрических импульсов, поэтому вполне вероятно, что остаточная поляризация диэлектрика является одной из причин, из-за которой, как образно выражаются, «конденсаторы звучат».

Некоторые диэлектрики являются полярными, это, правда, не означает, что конденсатор будет поврежден при изменении полярности приложенного постоянного напряжения, а этот термин означает, что на молекулярном уровне диэлектрик состоит из постоянно заряженных электрических диполей. Их с очень грубым приближением можно рассматривать аналогично магнитным диполям, существующим в магнитных материалах. Под действием внешнего электрического поля эти диполи стремятся выстроиться вдоль силовых линий поля. При приложении переменного напряжения, электрическое поле в диэлектрике будет менять свое направление, постоянно заставляя диполи следовать за изменением поля. Такие постоянные изменения ориентации диполя вызовут так называемые диэлектрические потери, которые должны возрастать с увеличением частоты переменного поля. Однако, при очень высоких значениях частоты диполи уже не будут успевать следовать за изменением электрического поля, поэтому потери сначала перестанут возрастать, а затем будут снижаться.

Очень упрощенно картину можно представить следующим образом. Диполи могут быть представлены в виде индивидуальных блоков, обладающих определенной массой и имеющих центр массы, которые покоятся на резиновом основании и вращаются при натягивании резиновых лент, закрепленных на концах блока. При натягивании одной резиновой ленты ничего не будет происходить до того момента, пока не будет преодолена сила трения (сила статического трения покоя), однако, после начала вращения блока он быстро переходит в новое положение, потому что трение движения всегда меньше трения покоя. В первый момент, если потянуть за все ленты всех блоков, начнут вращаться только некоторые блоки, так как силы трения покоя между отдельными блоками и поверхности резинового основания не будут одинаковыми для всех блоков. Если пытаться поворачивать блоки все быстрее и быстрее, то придется затрачивать все больше энергии для преодоления залипания (трения покоя), пока не наступит момент, при котором частота приложения усилия будет слишком высока, так как при этом будет изменяться только сила натяжения резиновой ленты, поэтому все меньшее количество блоков будет продолжать перемешаться. Так двигается меньше блоков, приходится преодолевать меньшее сопротивление трения покоя, меньше энергии поглощается, и поэтому потери начинают снижаться.

Этот механизм настолько похож на механизм магнитного гистерезиса, что иногда называется диэлектрическим гистерезисом, а данная модель с одинаковым успехом используется для объяснения магнитных потерь.

Из-за этой зависимости потерь от частоты, которые начинают проявляться примерно в середине звукового диапазона и достигают максимума на нижней границе высокочастотного диапазона, конденсаторы, в которых используются полярные диэлектрики, не представляются идеальными для использования в звуковоспроизводящей аппаратуре. Напротив, потери неполярных диэлектриков не зависят от частоты почти до СВЧ диапазона. Практически все диэлектрики, у которых εr > 2,5, являются полярными (табл. 5.1).

Таблица 5.1
Диэлектрик Имя εr d Полярность
Политетрафторэтилен PTFE, дефлон™ 2,1 0,0002 север
Полистирол   2,6 0,0002-0,0005 север
Полипропилен   2,2 0,0005 север
Поликарбонат   3,2-3,0 0,001-0,01 юг
Полиэтилентерефталат PET, полистер 3,2-3,9 0,002-0,015 юг

Пленочные фольговые конденсаторы изготавливаются последовательным чередованием четырех различных слоев из диэлектрика и фольги, которые затем сворачиваются в цилиндр. Плотное свертывание этих четырех слоев в процессе изготовления конденсатора представляет далеко не простую задачу, и эта операция часто является одной из основных причин повышенной стоимости этих конденсаторов. Ленты из фольги при сворачивании в цилиндр располагаются таким образом, что они оказываются слегка смещенными своими боковыми границами одна относительно другой, поэтому с одного торца цилиндра расположена спирально намотанная лента одной обкладки, тогда как противоположенную сторону торца цилиндра образуют спирально расположенные витки второй обкладки конденсатора. Затем на каждый торец распылением наносится цинк, который электрически соединяет все точки спирально намотанной фольги (эта операция позволяет значительно снизить индуктивность конденсатора), к которому затем привариваются или припаиваются контактные выводы.

Из-за низкой температуры плавления полистирола в конденсаторах с небольшой емкостью (менее 100 нФ), в которых в качестве диэлектрика используется полистирол, контактный слой может наноситься не на всю торцевую поверхность цилиндра, образованную спирально намотанной лентой, а только на центральную часть, радиус которой составляет примерно 2/3 всего радиуса, что приводит к значительному возрастанию паразитной индуктивности. Тем не менее, для современных полистироловых фольговых конденсаторов проблема создания сплошного контакта по всей торцевой поверхности была решена (рис. 5.7).

Внутреннее устройство полистиролового конденсатора

Рис. 5.7 Внутреннее устройство полистиролового конденсатора

Достаточно часто рядом с одним из внешних выводов полистиролового конденсатора наносится красная или желтая полоска. Она вовсе не означает, что полистироловые конденсаторы являются чувствительными к полярности включения в схеме, а просто обозначает, что данный вывод соединен со слоем фольги, который оказывается при намотке внешним относительно второй обкладки конденсатора. Этот фактор может иметь принципиальное значение, если один вывод конденсатора подключается к менее чувствительной части схемы по сравнению с другим своим выводом. Например, если полистироловый конденсатор с небольшой емкостью используется в схеме активного кроссовера и включается как последовательный конденсатор связи (фильтр высоких частот), то помеченный полоской вывод должен быть подключен со стороны источника для снижения наведенного фонового шума. С другой стороны, если один из выводов конденсатора должен быть подключен к земле, то это должен быть помеченный вывод, чтобы снизить паразитную емкость для сигнала (паразитные емкости относительно земли достаточно редко вызывают проблемы, а вот действие эффекта Миллера может действительно привести к большим значениям паразитных емкостей и вызванных этим проблемам).

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Из-за технологических трудностей, связанных с одновременным сворачиванием в цилиндр нескольких слоев, образованных металлической фольгой и диэлектрической пленкой, большая часть конденсаторов изготавливается методом напыления алюминиевого слоя толщиной до 12 мкм на одну из сторон диэлектрической пленки для образования обкладки конденсатора. Следует отметить, что этот прием не только облегчает технологию производства конденсаторов, по также позволяет получить более высокие значения удельной, относительно занимаемого объема, емкости, так как пленка со слоем металлизации значительно тоньше фольги, однако, такие конденсаторы характеризуются более высоким значением последовательного эквивалентного сопротивления, ESR. Так как последовательное эквивалентное сопротивление для пленочных металлизированных конденсаторов становится значительным только на высоких частотах, когда оно становится сравнимым с емкостным (реактивным) сопротивлением конденсатора, этот фактор не вызывает серьезных осложнений. Однако фольговые конденсаторы часто рекомендуются их производителями, как более подходящие для использования в высокочастотных импульсных цепях, именно по этой причине.

Уже упоминалось, что из-за гранулированной структуры напыляемой металлической пленки, которая применяется при изготовлении пленочных резисторов и вызвана наличием небольшого количества посторонних примесей, в них возникают избыточные шумы, в силу чего пленочные резисторы характеризуются всегда несколько более высоким уровнем шумов по сравнению с проволочными. Так как обкладки в металлизированных пленочных конденсаторах также получают методами вакуумного напыления, то не будет очень самонадеянным предположить, что конденсаторы будут страдать от точно такой же проблемы, связанной с качеством металлической пленки, с тем лишь только отличием, что конденсаторы не подвергались планомерной проверке относительно уровня генерируемых шумов. Хотя чисто субъективные ощущения позволяют сделать вывод, что при использовании фольговых конденсаторов качество звучания радиоаппаратуры было лучше и, возможно, что причина этого явления заключается в технологических проблемах изготовления конденсаторов.

Металлизированные бумажные конденсаторы

Металлизированная бумага являлась традиционным диэлектриком в конденсаторах, которые использовались в классических ламповых усилителях, и в зависимости от бумаги и ее способности к пропитке качество изделий менялось от весьма посредственных до хороших. К сожалению, если герметизация металлизированных бумажных конденсаторов оказывается несколько худшей, чем идеальная, атмосферная влага проникает внутрь конденсатора, приводя к высоким токам утечки. Автору как-то довелось приобрести стереофонический усилитель мощности Leak Stereo 20, в котором использовались бумажные конденсаторы связи, и все они, как было потом установлено, оказались с большими токами утечки.

Использование для пропитки бумаги (минерального) масла или эпоксидных смол значительно улучшает положение, до такой степени, что изготовленный конденсатор имеет почти такие же хорошие характеристики, что и полипропиленовый конденсатор. Так как бумажные конденсаторы обладают свойством «самозалечивания», они широко используются в энергетике. При возникновении пиков перенапряжения бумажная изоляция пробивается в самом слабом месте, а напыленная металлическая пленка при этом испаряется, предотвращая, таким образом, возникновение короткого замыкания и вызванных им серьезных последствий.

Слюдяные посеребренные конденсаторы

Слюдяные посеребренные конденсаторы, имеющие небольшие значения емкости, традиционно использовались в ВЧ цепях, а также фильтрах звукового частотного диапазона, где необходима особенно высокая стабильность характеристик. Слюда представляет кристаллический материал, который легко расщепляется на отдельные чрезвычайно тонкие слои, на которые потом наносятся пленка из серебра. Сборка таких листов в пакеты обеспечивает очень низкое значение индуктивности конденсатора.

 
 
Сайт создан в системе