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

 

 
 

Ламповый стабилизатор напряжения

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 двухтранзисторного 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

Принципиальная схема лампового стабилизатора напряжения

Рис. 6.37 Принципиальная схема лампового стабилизатора напряжения 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 стабилизированного 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.

Так как каждая лампа имеет свой собственный плавающий относительно земли катод, необходимы три отдельных источника питания подогревателей катодов (газоразрядный стабилитрон 85А2 имеет холодный катод). Лампа EF86 может питаться от заземленного источника питания подогревателей, однако, в таком случае возникают дополнительные требования на изоляцию между катодом и подогревателем. В паспортных данных на лампу 6080 указывается что максимальное значение напряжения между катодом и подогревателем Vhk(max) составляет 300 В, поэтому в тех случаях, когда стабилизированное напряжение не превышает значения 300 В, подогреватели катода лампы 6080 также могут питаться от заземленного источника питания. Предельные напряженности поля, воздействующего на изоляцию катод-подогреватель, снижают ожидаемый срок службы лампы и увеличивают напряжения шумов, поэтому они не могут быть рекомендованы при ее эксплуатации.

Однажды автору довелось собрать гораздо более сложную схему лампового стабилизатора с рабочим напряжением 420 В, в которой использовались плавающие источники питания цепей подогревателей, а также усилитель рассогласования, построенный на двух каскадно включенных дифференциальных усилителях с использованием ламп типа ЕСС81. Схема обладала пропорционально низким выходным сопротивлением, а измеряемый уровень шумов и помех составлял 400 мкВ двойного амплитудного (пик-пикового) значения. Источник питания был огромен. Он был очень массивный и тяжелый. Он к тому же еще оказался нестабилен. Исследования на осциллографе, подключенном с использованием емкостной связи по переменной составляющей, показали, что выходное напряжение медленно дрейфовало взад и вперед относительно значения 420 В из-за изменений напряжения питания цепей подогревателей катодов (для накала использовался нестабилизированный низковольтный источник переменного тока — то есть накал осуществлялся непосредственно от обмотки силового трансформатора). Стабилизатор же на интегральной микросхеме 317 серии оказался непоколебимым, как скала.

Пути совершенствования схемы лампового стабилизатора напряжения

Нижеследующая идея улучшения стабилизатора была заимствована из осциллографа. В схемах осциллографов присутствует большое количество интересных находок. Это связано со многими причинами, например с тем, что так для них требуется ширина полосы пропускания, простирающаяся от постоянного тока до частот, по крайней мере, в 20 МГц. Для осциллографов требуются высокостабильные и малошумящие источники высоковольтного напряжения, в силу чего стабилизаторы напряжения потребовали особо тщательной разработки и оптимизации характеристик применяемых схем. Особое внимание было уделено стабилизации напряжений питания подогревателей катодов, особенно защите от нестабильности напряжения сетевого питания с использованием цепей управления, в которых применяются индуктивные катушки с насыщением, включенные последовательно с сетевой обмоткой накального трансформатора.

Характеристики любого стабилизатора напряжения могут быть улучшены за счет увеличения коэффициента усиления используемого в схеме усилителя рассогласования. Наименьшим коэффициентом усиления характеризуется схема на одиночном триоде, однако, схема на пентоде (или каскоде) имеет более высокое усиление. В случаях, когда требуется еще более высокое значение коэффициента усиления, может использоваться последовательное включение пары усилительных каскадов (использование более, чем двух каскадов усиления нецелесообразно с практической точки зрения, так как возникающие в каждом из них паразитные сдвиги фазы практически неминуемо перевели бы стабилизатор в режим автогенерации). Так как в усилителе рассогласования усиливается сигнал постоянного тока, дрейф усилителя должен быть сведен к минимуму, поэтому в качестве первого каскада стабилизатора напряжения с высоким коэффициентом усиления обязательно должен быть дифференциальный усилитель, для чего наиболее всего подходит двойной триод. Ко второму каскаду предъявляются менее жесткие требования, и в нем может использоваться другой триодный дифференциальный усилитель, либо каскад с несимметричным выходом, в котором могут применяться либо триод, либо пентод.

Применение схемы с входной экранирующей сеткой для нейтрализации фонового шума переменного тока

В тех случаях, когда во втором каскаде используется пентод, его экранирующая сетка g2 может рассматриваться в качестве инвертирующего входа. Если в эту точку схемы подать определенную часть несглаженного (необработанного) высоковольтного пульсирующего сигнала, то он будет нейтрализован в анодной цепи, в результате чего будет реализована схема стабилизатора напряжения, на выходе которой полностью отсутствует фоновый шум. Однако на практике реализация такого подхода имеет свои собственные подводные камни:

• для нормального режима работы пентода на его экранирующей сетке должно быть задано соответствующее постоянное смещение. Оно обычно берется с делителя напряжения, подключенного параллельно выходу источника питания (обязательное требование, чтобы источник питания был без шума). Затем, при помощи резистора с высоким значением сопротивления, на нее нужно подавать необработанный сигнала высоковольтного источника, причем подбор значения сопротивления ведется до тех пор, пока не будет нейтрализован фон переменного тока;

• основная проблема заключается в том, что значение сопротивления этого резистора рассчитать практически невозможно, так как совершенно неизвестна величина статического усиления по сетке второй μ(g2-a) поэтому величину сопротивления приходится подбирать экспериментально. Значение сопротивления может варьироваться от 150 кОм до 1,5 МОм;

• несмотря на то, что производители ламп указывают их параметры достаточно точно, в настоящий момент приходится иметь дело с параметром, не входящим в спецификацию лампы. Поэтому нет никакой уверенности, что для ламп, изготовленных различными производителями и для которых точно совпадают все параметры, указанные в паспортных данных, точно также будут совпадать и параметры, которые не входят в ее спецификацию. В качестве примера возникающей проблемы можно привести ламповый фотоприемник цветного изображения EMI2001, в котором ток электронного луча управлялся экранирующей сеткой g2. Когда была заказана новая лампа (всего-навсего каких-то 1500 фунтов стерлингов, по курсу 1986 г.), оказалось необходимым провести дополнительные исследования с целью точно восстановить необходимый режим работы указанной лампы в данном фотоприемнике. Аналогично этому компания Tektronix продает ограниченную номенклатуру специальных электронных ламп не потому, что их характеристики лучше по сравнению с лампами других производителей, а только затем, чтобы гарантировать их безупречную работу в составе своих собственных схем;

• различия в характеристиках ламп означают, что нейтрализация фона переменного тока не окажется идеальной, однако, от всех остающихся пульсаций можно достаточно просто избавиться за счет коэффициента усиления замкнутой петли усилителя рассогласования.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Большая часть усилительных схем, которые применяются в осциллографах и аудиоаппаратуре, относится к классу А, поэтому они характеризуются почти неизменной величиной потребляемого тока. Одной из функций стабилизатора напряжения является поддержание постоянного значения выходного напряжения при изменениях тока нагрузки, однако, если ток нагрузки меняется очень незначительно, то тогда большая часть затрачиваемой стабилизатором энергии тратится непроизводительно. Например, стабилизатор предназначен для нагрузки с током в рабочей точке, составляющим 100 мА, однако, при определенных обстоятельствах ток может возрасти до 150 мА, либо упасть до 50 мА. Можно рассчитать схему стабилизатора, предназначенного для тока в 150 мА, однако, это, скорее всего, потребовало бы использовать более мощную проходную лампу. Вместо этого можно зашунтировать последовательно включенную проходную лампу стабилизатора резистором, который позволит протекать лишним 50 мА тока непосредственно в нагрузку. В этом случае при полной нагрузке проходная лампа должна будет пропускать ток величиной всего 100 мА. Однако, когда ток нагрузки будет составлять 50 мА, то требуемое значение тока будет обеспечиваться только за счет шунтирующего резистора, но при этом может возникнуть опасность для стабилизатора выпасть из режима стабилизации. Поэтому, последнее условие накладывает ограничение на максимальное значение тока, который может быть пропущен через шунтирующий резистор.

Введение в схему шунтирующего резистора несколько увеличивает уровень пульсаций, так за его счет происходит ввод части несглаженного высоковольтного напряжения в схему, однако, в силу того, что выходное сопротивление стабилизатора напряжения не превышает, как правило, величины 1 Ом, действие делителя напряжения значительно ослабляет добавляемую часть пульсаций.

В качестве примера на рис. 6.38 приводится схема, в которой использованы два способа модификации схемы стабилизатора.

Однако для стабилизатора напряжения характерны и некоторые другие особенности, позволяющие улучшить его рабочие характеристики.

Как указывалось ранее, применение неоновой газоразрядной лампы в качестве источника опорного напряжения характеризуется очень высоким уровнем шумов, однако, так как выбор был остановлен на использовании дифференциального усилителя, неоновая лампа будет работать на входе высоким значением сопротивления, поэтому для снижения шума можно ввести в схему фильтр. Конденсатор, который прежде включался параллельно источнику опорного напряжения, был удален из схемы из-за опасности, что он вызовет генерацию при возбуждении выбросами (скачками) напряжения (ранее они подавлялись за счет резистора rk самой лампы). Более того, ток, протекающий по неоновой лампе-стабилитрону, служащей источником опорного напряжения, был уже стабилизирован до предпочтительного значения рабочего тока, в силу чего скачки окажутся минимальными.

 
 
Сайт создан в системе