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

 

 
 

Модели трансформаторов

Так как реальные трансформаторы являются сложными для анализа работы устройствами, то принято рассматривать упрощенные модели, которые раздельно описывают его работу в области низких и высоких частот.

На низких частотах трансформатор может быть представлен в виде идеального преобразователя, параллельно которому включена индуктивность L первичной обмотки реального трансформатора, напряжение на который подается от источника питания, сопротивление которого rисточника отличается от нулевого значения (рис. 5.19).

Эквивалентная НЧ схема замещения трансформатора, учитывающая индуктивность первичной обмотки

Рис. 5.19 Эквивалентная НЧ схема замещения трансформатора, учитывающая индуктивность первичной обмотки

Сопротивление источника питания и индуктивность первичной обмотки, которая имеет конечное значение, образуют фильтр нижних частот, частота среза которого определяется формулой:

Для данной схемы трансформатора более эффективная работа на низкой частоте будет обеспечиваться при снижении сопротивления источника питания. Например, для пентода EL34 значение rа = 15 кОм, однако, при включении этого же самого пентода по схеме триода rа = 910 Ом, а при использовании в схеме катодного повторителя rk< 100 Ом.

К сожалению, данная модель применима только при условии малого сигнала. В усилителях мощности рабочие характеристики выходных ламп очень точно согласуются с импедансами нагрузок, а пониженное значение индуктивного сопротивления Lp на низких частотах приводит к тому, что часть тока полезного сигнала ответвляется в цепь, образованную Lp . При высоких уровнях сигнала более высокое значение ответвляющегося сигнала насыщает сердечник, что приводит к еще большему снижению индуктивности Lp, дальнейшее увеличение доли тока сигнала, протекающего по параллельной ветви, еще больше снижает величину тока, поступающего в нагрузку (громкоговоритель), то есть искажения в области низких частот возрастают в катастрофических масштабах. Таким образом, для усилителей мощности возникает требование, чтобы частота среза на уровне —3 дБ фильтра, включающего индуктивность Lp, определялась сопротивлением нагрузки RH, а не анодным сопротивлением rа, и преимущества использования лампы EL34 в схеме катодного повторителя совершенно не будут проявляться на полной выходной мощности усилителя.

После того, как установлена важность влияния сопротивления, необходимо получить и высокое значение индуктивности первичной обмотки. Оно может быть получено либо увеличением количества витков первичной обмотки, либо использованием материала сердечника, имеющего более высокое значение относительной магнитной проницаемости, μr. Хотя улучшение характеристик в области нижних частот может быть достигнуто за счет увеличения значения μr, этот фактор следует пока отложить до рассмотрения высокочастотных характеристик, а пока рассмотреть влияние обмотки. Индуктивность первичной обмотки может быть увеличена, если в обмотку добавить несколько витков, что приведет к снижению индуктивности рассеяния и паразитной емкости, приводя опять же к лучшим характеристикам трансформатора при работе в области высоких частот.

Использование материалов с более высокими магнитными характеристиками оказывается предпочтительнее, так как ширина полосы пропускания трансформатора (выраженная в октавах), BW(oктава), у которого согласованы сопротивления нагрузки и источника выражается:

Ширина полосы пропускания BW зависит от геометрии трансформатора и относительной магнитной проницаемости материала сердечника, но не от размеров и количества витков в обмотках. Если же все же остальные параметры остаются неизменными, то сердечник с более высоким значением μr, обеспечивает более широкую полосу пропускания трансформатора. Увеличение же значения m достигается либо выбором соответствующего материала, либо за счет использования сердечника, у которого сведен к минимуму воздушный зазор, например тороидального, либо же за счет использования вместе обоих факторов.

В области средних частот необходимо учитывать потери, вызванные омическим сопротивлением обмоток трансформатора, при этом обычно принято отражать элементы цепи вторичной обмотки трансформатора в составе схемы первичной обмотки (рис. 5.20).

Модель трансформатора для работы в области высоких частот выглядит гораздо сложнее (рис. 5.21).

Эквивалентная схема замещения трансформатора для средних частот, учитывающая сопротивления обмоток

Рис. 5.20 Эквивалентная схема замещения трансформатора для средних частот, учитывающая сопротивления обмоток

Эквивалентная схема замещения трансформатора для высоких частот

Рис. 5.21 Эквивалентная схема замещения трансформатора для высоких частот

В данной модели цепь первичной обмотки отображается в общей схеме со вторичной, а сопротивление источника, сопротивления первичной и вторичной обмоток рассматриваются в целом, не вдаваясь в детали.

Межвитковая емкость сначала была учтена как единая величина, а затем введена в эквивалентную схему в виде двух составляющих, также в схеме была учтена индуктивность рассеяния. Получившаяся в результате схема представляет классическую схему фильтра нижних частот, имеющего предельный спад частотной характеристики 18 дБ/октаву, а при соответствующем подборе значений компонентов схемы данная модель очень точно моделирует работу реального трансформатора на высоких частотах.

Так как модель представляет классический фильтр, то можно использовать основные положения, относящиеся к анализу работы данных фильтров. Одним из самых важных следствий, вытекающих из анализа, является то, что эффективность работы схемы в значительной степени зависит от величины сопротивлений элементов, подключенных к выходным клеммам схемы. Для обычного фильтра они образованы сопротивлениями источника и нагрузки, однако, в случае трансформатора необходимо дополнительно учитывать и паразитную емкость, вносимую нагрузкой.

Влияние нагрузки входного трансформатора звукоснимателя

При использовании повышающего трансформатора для головки звукоснимателя с подвижной катушкой приходится затратить много сил, чтобы определить оптимальное сопротивление нагрузки трансформатора перед тем, как подобрать точную нагрузку головки.

Если известно сопротивление источника в эквивалентной схеме трансформатора, можно определить оптимальную нагрузку для входного трансформатора. Следует очень осторожно относиться к мнению, что лучшие по качеству головки звукоснимателей характеризуются более высокими значениями сопротивления (из-за того, что более тонкий провод катушки снижает подвижную массу), так как замена головки почти наверняка может потребовать замены входного трансформатора. Будет при этом не только оказано влияние на частотную характеристику, но более высокое сопротивление головки может вызвать значительные потери в неизбежно существующем делителе напряжения, образованном сопротивление самой головки и приведенным сопротивлением нагрузки трансформатора.

Стоит рассмотреть следующий пример. Проигрыватель Sowter8055 первоначально был рассчитан на использование головки с сопротивлением 3 Ом, а чисто омическое сопротивление его оптимальной нагрузки составляло 2,7 кОм. Так как коэффициент повышения напряжения составлял 1:10, а импедансы преобразуются в отношении n2, для головки с сопротивлением 3 Ом приведенное сопротивление составляло 27 Ом, что определяет уровень потерь значением 0,9 дБ. Замена головки с сопротивлением 3 Ом на головку с сопротивлением 10 Ом увеличивает уровень потерь до 2,7 дБ, что означает, что 1,8 дБ чувствительности оказались просто утраченными.

Важность влияния этих дополнительных потерь, составляющих 1,8 дБ, заключается в том, что поскольку уровень шума на входе усилителя остается неизменным, поэтому изменение сопротивления источника вызвало дополнительное снижение отношения сигнал/шум на величину 1,8 дБ. Это может быть скомпенсировано заменой входной лампы, так как увеличение крутизны входной лампы на 50% приводит к улучшению соотношения сигнал/шум на 1,8 дБ, однако, замена лампы довольно дорогое мероприятие, поэтому гораздо проще предотвратить ненужные потери перед усилением. Если бы имелась возможность увеличить нагрузочное сопротивление трансформатора, приведенное сопротивление для головки возросло бы, и тогда соотношение сигнал/шум улучшилось бы.

К сожалению, на высоких частотах каждый трансформатор подвержен резонансу, характеристики которого определяются в основном значениями индуктивности рассеяния и межвитковой емкости трансформатора. Увеличение нагрузочного сопротивления уменьшает ослабление, приводя к образованию пика на частотной характеристике и «звону». Однако, тщательный подбор параметров так называемой цепи Зобеля (Zobel), включаемой параллельно вторичной обмотке трансформатора может значительно уменьшить явление «звона» в схеме. Значения величин элементов, входящих в схему определяются экспериментально (рис. 5.22).

Определение значений сопротивления и емкости элементов, образующих схему Зобеля

Рис. 5.22 Определение значений сопротивления и емкости элементов, образующих схему Зобеля

Для подбора этой цепи используется генератор прямоугольных импульсов, что позволяет в какой-то мере учесть частотные свойства реального сигнала. Использование делителя напряжений на выходе генератора прямоугольных импульсов преследует две цели:

• трансформатор необходимо питать от источника с точно таким же сопротивлением, каким обладает головка вместе с проводами звукоснимателя. Стандартные генераторы не обеспечивают выходное сопротивление 10 Ом, поэтому вводится делитель напряжения, обеспечивающий величину необходимого сопротивления;

* выходное напряжение стандартного генератора имеет слишком большое значение для используемого трансформатора, поэтому его следует ослабить минимум в 100 раз.

Точный расчет компонентов делителя напряжения не требуется, так как чисто технологические причины приводят к тому, что сопротивления катушек головок оказываются не совсем одинаковыми (разброс значений в 5% является обычным явлением). Более того, так как делитель напряжения должен еще и ослаблять выходное напряжение генератора в 100 раз, должно выполняться соотношение rвыхRlower, то необходимо устанавливать значение резистора Rlower равным требуемому сопротивлению, и выбирать при этом ближайшее значение, обеспечивающее выполнение соотношения RupperRlower.

Известно, что трансформатор будет работать на нагрузку — лампу, обладающую входной емкостью, которая должна быть рассчитана, либо измерена. Хотя измерительные щупы осциллографа, имеющие пометку х 10, уменьшают емкость на наконечнике щупа, полностью они ее не исключают, поэтому при измерениях величина этой емкости также должна быть учтена. Можно вернуться к рассмотренному примеру. Трансформатор должен работать на триод ЕС8010, измеренная величина входной емкости которого составила 190 пФ. Щуп х 10 осциллографа Tektronix P6139A, используемого автором, имеет емкость наконечника 8 пФ. Поэтому в качестве нагрузочного использовался конденсатор, имеющий емкость 180 пФ (180 пФ + 8 пФ = 190пФ).

Маловероятно, что сопротивление резистора в цепи Зобеля будет превышать значение сопротивления основного нагрузочного резистора, поэтому использовался линейный потенциометр с сопротивлением 5 кОм.

Переменный конденсатор, который предназначался для использования в цепи Зобеля, был извлечен из безнадежно испорченного лампового радиоприемника УКВ-ЧМ диапазона. Как правило, воздушные переменные конденсаторы обеспечивают значение емкости от 300 до 500 пФ при полностью сомкнутых пластинах, однако в случае необходимости можно включать параллельно несколько подобных конденсаторов.

После того, как генератор был настроен на частоту следования прямоугольных импульсов 1 кГц, и обеспечивающего напряжение примерно 100 мВ размаха напряжения (пик-пик) на выходе трансформатора, резистор и конденсатор, образующие цепь Зобеля, могут подстраиваться одновременно таким образом, чтобы обеспечивать наименьшую из всех возможных вариантов длительность переднего фронта и плоской вершины импульса, наблюдаемого на экране осциллографа. Как правило, резистор влияет форму переднего фронта импульса, тогда как конденсатор влияет на амплитуду затухающего переходного процесса (или «звона»), накладывающегося на плоскую вершину наблюдаемого импульса. Определение оптимальных положений движков резистора и конденсатора оказывается на практике довольно простым делом.

После того, как были установлены оптимальные значения емкости и сопротивления, конденсатор и переменный резистор должны быть очень аккуратно выпаяны из схемы, а затем измерены из величины. Достаточно часто применяемый на практике цифровой комбинированный измерительный прибор (мультиметр), по утверждениям их изготовителей, в состоянии довольно точно выполнить подобную операцию, однако использование измерительного моста для измерения емкости конденсатора даст во всех случаях гораздо более лучший результат.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

После всего сказанного о неидельности характеристик тех компонентов схем, в которых применяются магнитные материалы, стоит задуматься и о том вкладе, который они обеспечивают в общей стоимости аппаратуры, так как они всегда оставались и остаются достаточно дорогостоящими компонентами.

Выходной трансформатор используется для согласования низкоомного громкоговорителя с высоким сопротивлением ламп выходного каскада усилителя, обеспечивая, таким образом, передачу максимальной мощности от усилителя в громкоговорители. Если в трансформаторе изготавливается многосекционные вторичные обмотки, то это представляет пользователю дополнительные возможности производить согласование с различными по величинам нагрузками (сопротивлениями громкоговорителей), не производя полного перерасчета (и связанных с этим переделками) схемы.

Входной трансформатор, например, повышающий трансформатор для головки звукоснимателя с подвижной катушкой, может значительно увеличивать по напряжению слабый сигнал, который далее может быть усилен усилителем с минимальными шумами, обязанными своим происхождением самому усилителю. В качестве дополнительного преимущества, первичная обмотка может быть подключена как «плавающая»
(относительно земли), поэтому все шумы, генерируемые в подводящих проводах от головки к трансформатору, будут трансформатором исключаться.

Возможность выполнения нескольких различных типов обмоток трансформатора позволяет использовать новые методы организации обратной связи в схеме, что позволяет еще больше улучшить характеристики схемы. Такой прием особенно часто используется в усилителях мощности.

Приводить аргументы в пользу использования межкаскадных трансформаторов значительно сложнее. Они предназначаются, без всяких сомнений, для согласования высокоомного источника (выходного сопротивления предшествующего каскада) и импеданса нагрузки (входного сопротивления последующего каскада усиления). При этом зачастую требуются большие значения индуктивности, приводящие также и к высоким значениям паразитных емкостей трансформатора, которые приводят к сужению полосы пропускания. Тем ни менее, в случаях, когда вопросы стоимости отходят на второй план, некоторые выходные лампы, такие, например, как лампа 845, могут обеспечить существенные преимущества, если сигнал на них подавать от мощной задающей (предусилительной) ламы, связь с которой осуществляется посредством использования очень точно рассчитанного и тщательно подобранного межкаскадного трансформатора.

Трансформатор электрически изолирует постоянную составляющую первичной обмотки от постоянной составляющей, протекающей во вторичной обмотке. Этот фактор довольно часто также становится решающим!

Основные критерии выбора трансформаторов

Ниже перечисленные критерии применимы только для трансформаторов, используемых в низкочастотных звуковых трактах; требования, предъявляемые к силовым трансформаторам, будут рассмотрены далее.

Несмотря на то, что в большинстве случаев любителями собираются стандартные схемы, для которых практически всегда трансформаторы уже рассчитаны, почти наверняка когда-нибудь возникнет необходимость использовать трансформатор промышленного изготовления. Поэтому становится очень важным при заказе подобного трансформатора представить конструкторам возможное большее количество информации, чтобы они смогли произвести правильный выбор конструктивных параметров, наиболее полно удовлетворяющий требованиям схемы.

Приведем некоторые вопросы, ответы на которые, позволят облегчить процесс расчета и изготовления трансформатора звуковых частот.

• Является ли трансформатор мощным выходным трансформатором, либо это слаботочный входной или межкаскадный трансформатор?

• Какое максимальное напряжение сигнала (мВ), которое будет подаваться на первичную обмотку при наименьшем значении частоты сигнала? Будет ли уровень сигнала меняться в зависимости от частоты? Каков максимальный уровень искажений, который допускается при этих уровнях сигнала и частоты?

• Какова величина сопротивления источника сигнала?

• Какое будет необходимо значение отношения количества витков первичной обмотки ко вторичной?

• Каковы значения шунтирующего вторичную обмотку сопротивления и емкости, которые будут выполнять роль нагрузки? Может ли меняться значение какого-нибудь из этих двух параметров в случае необходимости?

 
 
Сайт создан в системе