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

 

 
 

Источники питания низкого напряжения и синфазный шум

Классическая схема предусилительного каскада предусматривает использование источников переменного тока для цепей подогревателей катодов, что вызывает связанную с этим проблему фона переменного тока. В схемах современных предусилительных каскадов используются цепи питания накала ламп на постоянном токе, однако, в силу высоких значений токов (достигающих значения 1 — 2 А), которые к тому же очень трудно сгладить до приемлемого уровня пассивными методами, во всех схемах практически безоговорочно используются стабилизаторы напряжения, позволяющие снизить уровень фонового напряжения до уровня нескольких милливольт. Использование стабилизированных источников для питания цепей подогревателей ламп в настоящее время дает заметное преимущество.

Практически любая попытка, предпринятая на этапе проектирования схем аудиоаппаратуры, призванная увеличить ее невосприимчивость к шумам, вызванным источниками высоковольтного напряжения, увеличивает чувствительность этих схем к шумам, обусловленным источниками низковольтного напряжения, так как она неизменно приводит к увеличению значения сопротивления rk. Однако источники для цепей питания подогревателей ламп отличаются по своим характеристикам от источников высоковольтного напряжения, а это приводит к значительной неразберихе. Пульсации напряжений низковольтного источника питания могут быть определены в виде разностного (дифференциального) шума, так как они представляют разность напряжений между одним выводом подогревателя катода и вторым выводом. При условии, что разностный шум является очень небольшим по величине, значительная тепловая инерционность катодов с косвенным подогревом полностью исключает такого рода шум, в силу чего разностный высокочастотный шум оказывается просто не относящимся к делу.

Однако все же предпринимались попытки использовать экзотические (и поэтому достаточно дорогие) схемы стабилизаторов для питания цепей подогревателей в надежде, что они позволят получить от оконечных каскадов значительное улучшение качества звучания. Если цепи подогревателей ламп были спроектированы для питания напряжением 6,3 В среднеквадратического значения пульсирующего переменного тока, то с трудом можно принять предположение, что на них могут оказать какое-нибудь заметное влияние минимальные колебания стабилизированного источника питания цепей подогревателей катодов, для которых напряжение пульсаций скорее всего не превысит значения 10 мВ удвоенного амплитудного (пик-пикового) значения, и которое можно рассматривать почти идеальным результатом. Естественно возникает вопрос, откуда берутся все обнадеживающие сообщения об улучшении качества звучания аппаратуры при замене стабилизаторов напряжения, используемых в цепях подогревателей катодов ламп?

Лампы могут не быть особенно чувствительными к разностному шуму, создаваемому низковольтными источниками питания, однако, они, без всяких сомнений, чувствительны к синфазному шуму. С точки зрения низковольтного источника питания, при синфазном шуме разность потенциалов между концами подогревателя остается неизменной, однако оба напряжения на концах подогревателя меняются вверх и вниз синхронно, и если рассматривать подогреватель, как единый проводник, то его напряжение относительно катода изменяется, представляя ему, таким образом, прекрасную возможность для наводки сигнала шума в катодную цепь лампы.

Синфазные шумы подогревателя катода представляют проблему в маломощных приемо-усилительных лампах, так как шумовой ток за счет емкостной связи подогревателя и катода попадает непосредственно на окружающий его катод. В случае отсутствия развязывающего конденсатора на катоде, шумовой ток приводит к возникновению на катоде шумового напряжения, определяемого, прежде всего, величиной rk, которое затем добавляется к полезному сигналу и усиливается лампой. В схеме катодного повторителя величина rk меньше, (однако, все-таки не равная нулю), тогда как в схеме дифференциального усилителя величина сопротивления rk достаточно велика, поэтому становится очевидным, что необходимо предпринять все необходимые меры для исключения попадания в усилитель сигнала синфазного шума с источника питания подогревателей катода.

В силу того, что стабилизаторы направленно проектируются против разностного шума, они, как правило, оказываются малоэффективными против синфазного шума, хотя их вспомогательные цепи могут совершенно непреднамеренно способствовать снижению уровня синфазного шума. Очень эффективная фильтрация синфазного шума только усиливается за счет использования ВЧ составляющих схемы, включая последовательный ВЧ дроссель и шунтирующие конденсаторы, соединенные с шасси (рис. 6.34).

Фильтрация синфазного шума в накальной цепи

Рис. 6.34 Фильтрация синфазного шума в накальной цепи

Так как между катодом и подогревателем существует емкостная связь, а величина емкостного сопротивления Ch-k на высокой частоте мала, то катод может оказаться особенно чувствителен к воздействию ВЧ сигнала по двум причинам:

• в каскаде с несимметричным выходом катод будет (точнее, должен) иметь развязку на землю с использованием конденсатора большой емкости. Однако конденсатор не подключен непосредственно к эмитирующему покрытию катода, поэтому индуктивность подводящих проводов снижает его эффективность на высоких частотах. Дополнительно к этому, конденсатор (причем, неминуемо электролитический) сам по себе обладает некоторой собственной индуктивностью и последовательным эквивалентным резистивным сопротивлением;

• в схеме дифференциального усилителя катод неотвратимо имеет очень высокое сопротивление относительно земли (за счет сопротивления анодной нагрузки, а не за счет катодного сопротивления), поэтому он не может образовывать совместно с емкостью Chk соответствующий CR фильтр. В силу этого, для подавления высокочастотной составляющей при работе схемы приходится полагаться только на, обычно не очень хороший, баланс дифференциального усилителя по высокой частоте, в силу чего схема, в которой используется дифференциальный усилитель, оказывается более подверженной вызванным подогревателем ВЧ шумам по сравнению с каскадом с несимметричным выходом.

Источники синфазного шума в низковольтном источнике питания

Токи синфазного шума могут иметь емкостную связь с низковольтными обмотками силового трансформатора за счет любых соседних обмоток, причем в самом худшем случае это может происходить за счет высоковольтных обмоток. Несмотря на то, что в большинстве случаев используется электростатический экран между первичной сетевой обмоткой трансформатора и ближайшей вторичной обмоткой, практически невозможно найти подобные экраны, отделяющий друг от друга вторичные обмотки. А этот фактор приобретает очень большое значение, так как высоковольтные выпрямительные диоды генерируют весьма интенсивные по уровню ВЧ шумы при своем переключении, которые в свою очередь легко наводятся в другие обмотки за счет межвитковой и межобмоточной емкостей. В качестве примера можно рассмотреть одну из версий усилителя Bevois Valley, в котором в качестве дополнительного использовалось шасси от усилителя Leak Stereo 20 (включающее, в основном, выпрямительный элемент типа GZ34 и трансформаторы). При первом же использовании этого гибридного выпрямителя в низковольтном источнике питания переменного тока с напряжением 6,3 В были немедленно отмечены высокочастотные выбросы за счет переключений выпрямителя.

Типичный силовой трансформатор характеризуется величиной паразитной емкости между соседними обмотками порядка 1 нФ, поэтому для высоковольтного источника питания идеально подошел бы отдельный трансформатор. Однако проблему можно несколько смягчить, если такой вариант невозможно осуществить по каким-то причинам. В качестве первого шага для решения проблемы следует подключить, используя очень короткие провода, небольшой конденсатор (емкость порядка 10 нФ обычно оказывается достаточной) между каждым выводом источника питания подогревателей и шасси. Два конденсатора окажутся включенными параллельно, поэтому, как только возникает сигнал синфазного шума, их суммарная емкость 20 нФ образует делитель напряжения совместно с межвитковой емкостью 1 нФ (рис. 6.35).

Следует отметить, что делитель напряжения, образованный однотипными элементами (резисторами, конденсаторами или катушками индуктивности) имеет одинаковый для всего частотного диапазона коэффициент ослабления. Поэтому ВЧ шум на всех частотах ослабляется на 26 дБ, однако, можно все-таки добиться лучшего результата. Если бы оказалось возможным добавить в каждое плечо источника питания подогревателей по одинаковой индуктивности, то получившийся в итоге LC-фильтр еще сильнее увеличил бы ослабление. Так как стоит задача отфильтровать синфазные, а не разностные шумы, то можно намотать на небольшом ферритовом сердечнике дроссель, имеющий бифилярную обмотку, при этом не стоит беспокоиться относительно возможного насыщения сердечника, так как токи в бифилярно намотанных обмотках образуют равные и противоположено направленные поля, взаимно уничтожающие друг друга, в силу чего результирующая намагниченность будет равна нулю.

Так как величина емкостного реактивного сопротивления конденсатора обратно пропорциональна его емкости, то в формулу для потерь (ослабления), используемую для данного делителя напряжений, в числителе записывается второе значение величины емкости:

Делитель напряжения, образованный межвитковой емкостью и конденсаторами, шунтирующие источник питания подогревателей

Рис. 6.35 Делитель напряжения, образованный межвитковой емкостью и конденсаторами, шунтирующие источник питания подогревателей

Использование интегральной микросхемы 317 серии в качестве стабилизатора высоковольтного источника питания

Использование интегральной микросхемы 317 серии в качестве стабилизатора высоковольтного источника питания

Так как интегральная микросхема 317 серии представляет «плавающий» (относительно общего провода) стабилизатор, то отсутствуют причины, по которым его нельзя было бы использовать в качестве стабилизатора в высоковольтном источнике с напряжением 400 В. Однако, так как перепад между входным и выходным напряжениями для интегральной микросхемы 317 серии может составлять не более 37 В, то необходимо использовать вспомогательную схему защиты (рис. 6.36).

Перед интегральной микросхемой 317 серии в схеме стоит высоковольтный составной транзистор (высоковольтная пара Дарлингтона), основная и единственная задача которого заключается в поддержании неизменного напряжения 6,2 В между входными и выходными выводами интегральной микросхемы 317 серии, гарантируя, таким образом, ее длительный срок службы. Составной транзистор может легко справляться с изменениями напряжения в цепи питания, однако, не стоит думать, что эта схема обеспечит защиту от короткого замыкания, если ее использовать при типичных значениях рабочих напряжений электронных ламп.

Принципиальная схема высоковольтного стабилизатора (приводится с любезного разрешения компании National Semiconductors)

Рис. 6.36 Принципиальная схема высоковольтного стабилизатора (приводится с любезного разрешения компании National Semiconductors)

Случайное закорачивание стабилизатора напряжения подобного типа измерительным щупом осциллографа привело к жуткому хлопку и выходу из строя полупроводникового прибора. Автор испытал это на собственном опыте.

Нижнее плечо делителя напряжения зашунтировано, однако, последовательно с шунтирующим конденсатором включен резистор для улучшения переходных характеристик в области нижних частот за счет подъема нижней частоты f-3дБ ступенчатого эквалайзера. Также в схему был добавлен диод, якобы предназначенный разряжать конденсатор при случайном закорачивании выхода (хотя собственный опыт автора показал, что на самом деле это не спасает положение).

Данная исходная схема будет в дальнейшем проанализирована более подробно, когда будет рассматриваться расчет высоковольтного и низковольтного источников питания.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Ламповые стабилизаторы напряжения всегда довольно редко использовались для практического применения, причина этого станет ясной из нижеследующего изложения.

Приведенная на рис. 6.37 схема очень напоминает схему двухтранзис-торного стабилизатора напряжения и отличается только применением электронных ламп и более высоких напряжений. Полупроводниковый стабилитрон заменен в схеме неоновым газоразрядным стабилитроном, который загорается при напряжении 85 В, что поддерживает напряжение на катоде лампы EF86 постоянным. Напряжение на сетке лампы задается с использованием делителя напряжения. Последовательно включенным проходным элементом является двойной триод типа 6080 (максимальная рассеиваемая мощность на аноде Pa(max)= 13 Вт), который специально разрабатывался для

применения в последовательных стабилизаторах и способен пропускать значительные токи при низких значениях анодных напряжений.

В схеме используется ламповый выпрямитель, и в противовес его очень слабой способности ограничивать токи пульсаций в качестве накопительного конденсатора используется бумажно-фольговый конденсатор с емкостью 8 мкФ, хотя использование полипропиленового конденсатора (с емкостью порядка 60 мкФ для данного конкретного типа выпрямителя) было бы гораздо целесообразнее с точки зрения происходящих физических процессов. В результате, использование упомянутого бумажного конденсатора приводит к значительным напряжениям пульсирующих токов, которые должны отфильтровываться с использованием следующего за выпрямителем LC-фильтра.

Если только величина резисторов цепи питания цепи экранирующей сетки не подобрана самым тщательным образом, работа стабилизатора может оказываться в некоторой степени зависящей от напряжения на этой сетке лампы EF86 (в случае ее питания от несовершенного источника), однако, в случае ее питания от стабилизиро-ванного источника питания (то есть с выхода стабилизатора) будет существовать опасность, что схема стабилизации просто не будет включаться. Коэффициент усиления лампы EF86 равен примерно 100, а для области частот, превышающей 100 Гц, этого усиления оказывается достаточным для снижения выходного сопротивления лампы типа 6080, для которой значение крутизны gm ≈ 7 мА/В. В силу этого величина сопротивления rk оказывается равной примерно 200 Ом, с учетом эффекта, который вносит внешнее сопротивление Ra, равное 100 Ом. Выходное сопротивление стабилизатора напряжения составит при этом величину порядка 2 Ом. Лампа EF86 является достаточно малошумящей (напряжение шума порядка 2 мкВ), однако, это значение перекрывается шумом лампы-стабилитрона 85А2, которое составляет 60 мкВ.

Газоразрядные лампы-стабилитроны, такие, например, как 85А2, пользуются дурной славой за присущие им скачки напряжения, эффекта, когда эталонное постоянное напряжение изменяется скачком в пределах характерного значения 5 мВ при изменении величины рабочего тока. Максимальная устойчивость лампы достигается путем ее стабилизации при том значении рабочего тока, которое указано ее производителем, однако в случае, если величина тока изменяется, даже при возвращении к ее исходному значению, для лампы понадобится некоторое время для восстановления исходного стабильного состояния. Более того, эти лампы со временем «привыкают» к величине протекающего через них тока, а потому нежелательно переставлять бывшие в употреблении газоразрядные лампы-стабилитроны из одной аппаратуры в другую. За это свойство иногда такие лампы называют приборами «однократного использования». К счастью в магазинах существует огромный запас ламп 85А2 серии NOS, поэтому не возникает никаких проблем для использования каждый раз новой лампы для каждой новой схемы.

 
 
Сайт создан в системе