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

 

 
 

Коэффициент режекции источника питания применительно к отдельным каскадам и устойчивость схемы

Хотя для создания звуковоспроизводящей системы можно пойти по пути проектирования отдельных каскадов и последующего их объединения в единое целое, однако для каждого каскада будет необходимо высоковольтное напряжение, которое было бы разумным брать от единого для всех каскадов источника питания. Ни один источник питания не обладает на практике нулевым выходным сопротивлением, хотя сети питания переменного тока можно рассматривать таковыми в качестве достаточно хорошего приближения.

Создание общего источника питания с ненулевым значением выходного сопротивления имеет критически важное значение, так как это подразумевает, что если конкретный каскад звуковоспроизводящей системы потребляет не постоянный по величине ток (в соответствие с изменением звукового сигнала), на внутреннем сопротивлении источника питания будет возникать падение переменного напряжения. Хотя это напряжение и будет уменьшено за счет коэффициента режекции источника питания индивидуального каскада, это напряжение всегда будет присутствовать на входе каждого из всех остальных каскадов, а в случае, если коэффициент усиления между каскадами имеет значительную величину (как это, например, наблюдается для каскада частотной коррекции RIAA) пока коэффициент режекции источника питания мал, то затем коэффициент усиления петли, замкнутой через источник питания, может возрасти до значения, превышающего единицу, что приведет к режиму самовозбуждения (автогенерации).

Для обеспечения устойчивой работы усилителя, необходимо исключить попадания выходного сигнал любого каскада усиления в цепи питания других усилительных каскадов. Для этой цели в схемы каскадов вводятся дополнительные блокировочные элементы и развязывающие (демпфирующие) цепи. Это позволяет улучшить коэффициент реакции источника питания.

В традиционной схеме межкаскадного фильтра используется шунтирующий конденсатор для того, чтобы согласовать сопротивление источника (точнее говоря, его комплексное сопротивление — импеданс), что приводит к увеличению импеданса источника на нижних частотах в соответствие с выражением:

Если постоянная времени RC-цепи достаточно велика, то она совместно с RC-цепью катодного смещения может перевести усилитель в режим работы блокинг-генератора. Это низкочастотное (примерно 1 Гц) явление, было давно известно в классической научной литературе как рокот (или низкочастотное самовозбуждение радиоприемника или усилителя), однако запас устойчивости большую часть времени оставался не определенным, скорее всего, по той причине, что громкоговорители того времени обладали очень жесткой (неэластичной) подвеской конуса, из-за чего могли отфильтровывать эти нежелательные частоты.

В современных схемах используются стабилизаторы напряжения, для которых комплексное сопротивление источника питания Zsource имеет оптимальное значение на низких частотах вплоть до постоянного тока, однако, так как усилитель рассогласования должен иметь характеристику, имеющую спад 6 дБ/октаву для того, чтобы обеспечить свою собственную устойчивость, величина Zsource имеет индуктивный характер и возрастает с увеличением частоты, что не исключает возможность возникновения нестабильности на высокой частоте.

Если суммировать все сказанное, то любая практическая схема общего источника питания имеет отличное от нуля значение выходного комплексного сопротивления, и общая устойчивость системы может быть обеспечена лишь только в том случае, когда каждый индивидуальный каскад обладает достаточным значением коэффициента реакции источника питания относительно этого общего источника питания. Иными словами, каскад усиления должен быть развязан по питанию с другими каскадами.

Для того, чтобы внести дополнительную ясность, необходимо дать определение двум новым терминам:

• собственный коэффициент реакции источника питания — это коэффициент реакции источника питания, который определяется собственной топологией индивидуального каскада;

• коэффициент реакции с общим источником питания — это сумма собственного коэффициента реакции источника питания и коэффициентов реакции источника питания других устройств (вне зависимости от происхождения), подключенного к общей точке питания.

Каскад усиления с общим катодом обладает собственным коэффициентом реакции источника питания на основании действия делителя напряжения, образованного резисторами rk и RL. Однако режим работы лампы Е88СС задан так, что rа = 6 кОм, a RL = 100 кОм, что в итоге приводит к величине собственного коэффициента реакции источника питания, равного 24 дБ (относительно выхода). Использование этой же самой лампы в схеме μ-повторителя смогло бы улучшить этот результат до 50 дБ, а в схеме дифференциального усилителя дало бы 70 дБ, однако, использование в схеме каскада заставило бы значение 24 дБ уменьшиться практически до нулевого значения (так как rа ≈ ∞).

Для любого каскада усиления коэффициент реакции с общим источником питания может быть увеличен на некоторую величину при использовании индивидуальной фильтрации, или регулирования (стабилизации), и, если совершенно исключить из рассмотрения ценовой фактор, не будет иметь значения, будет ли в коэффициент реакции с общим источником питания основной вклад давать собственный коэффициент реакции источника питания, либо же это будет добавленная другими каскадами часть коэффициента реакции с общим источником питания за счет фильтрации или автоматического регулирования. В особо изощренных методах могут быть даже использованы индивидуальные силовые трансформаторы и источники питания для каждого каскада, с целью увеличить коэффициент реакции с общим источником питания до значения, характерного для сетей питания (точка с общим питанием), тогда как использование выделенной ответвленной линии от магистрального кабеля электроснабжающей компании также может послужить методом снижения импеданса Zsource. С другой стороны, потрясающим по простоте решением могло бы оказаться использование индивидуальной аккумуляторной батареи для каждого каскада.

Другим методом увеличения коэффициента реакции источника питания каждого каскада могло бы оказаться применение индивидуального стабилизатора напряжения для каждого каскада, однако, в силу достаточно высокой стоимости полупроводникового стабилизатора напряжения (например, 317 серии), следовало бы ограничиться только крайне необходимым их количеством. Менее дорогостоящим способом оказалось бы проектирование такого максимально возможного количества каскадов, которые питались бы одним и тем же по величине высоковольтным напряжением. Затем следовало бы развязать каскады по питанию путем добавления к собственному коэффициенту реакции каскада высокого значения собственного коэффициента ослабления демпфирующего операционного усилителя при питании каждого каскада через операционный усилитель, работающий по схеме повторителя напряжения (рис. 6.39).

Использование демпфирующих операционных усилителей в высоковольтном источнике питания для изолирования каскадов

Рис. 6.39 Использование демпфирующих операционных усилителей в высоковольтном источнике питания для изолирования каскадов

Данная идея заключается в том, что для каждого демпфера его собственный вход представлен в виде источника питания с RC-фильтром, а высокое значение усиления демпфера по току позволяет работать на нагрузку с небольшим значением выходного сопротивления, тогда как высокое значение входного сопротивления обеспечивает незначительную нагрузку на RC фильтр. МОП полевой транзистор с р-n переходом оказался бы идеальным элементом для использования в качестве входного демпфера из-за своего чрезвычайно высокого входного сопротивления. К сожалению, МОП полевые транзисторы с р-n переходом обладают также и высоким выходным сопротивлением, зависящим от конкретно используемого типа прибора, поэтому в схему должен быть добавлен эмитерный повторитель на биполярных транзисторах, схема, которая достаточно часто известна, как комбинированная схема на МОП структуре и комбинированном транзисторе, или комбинированная схема МОП структура — пара Дарлингтона. Использование полупроводниковых активных компонентов требует также применения схемы, задающей их рабочие режимы, что сразу же приводит к значительному усложнению общей схемы усилителя, поэтому возникает естественный вопрос, а нельзя ли использовать операционный усилитель с МОП полевым транзистором с р-n переходом на входе в качестве повторителя напряжения?

Интегральная микросхема ОРА2134 производства компании Burr-Brown имеет в своем составе входную цепь на МОП полевом транзисторе с р-n переходом, выходной каскад на биполярном транзисторе, сдвоенный операционный усилитель, способный обеспечить подачу в нагрузку тока до 40 мА. Единственный недостаток интегральной микросхемы для использования в рассматриваемом случае заключается в том, что для достижения ее действительно замечательных паспортных характеристик необходимо для питания каждого операционного усилителя тратить 4 мА тока. Это не составляло бы проблемы, если бы питание микросхемы осуществлялось бы с использованием отдельного источника питания с напряжениями ±15 В, однако в рассматриваемом случае наиболее вероятным кажется вариант питания от высоковольтного источника.

Если произвести оценку шума для частоты, превышающей значение ширины полосы пропускания аудиоустройств 20 кГц, то оказывается, что при использовании на входе операционного усилителя и МОП полевого транзистора с р-n переходом шум становится сравнимым с уровнем шума пентода EF86. По сравнению со схемой, в которой используется операционный усилитель с входным биполярным транзистором, в схеме с операционным усилителем и входным МОП полевым транзистором с р-n переходом наблюдается более высокое значение частоты сопряжения 1/f, что означает, что уровень шума возрастает со скоростью 6 дБ/октаву для частот, превышающих 1 кГц. Операционный усилитель с входным МОП полевым транзистором характеризуется еще более высоким значением частоты сопряжения 1/f не может рассматриваться для использования в низкочастотных трактах. Несмотря на то, что этот шум будет ослаблен за счет влияния анодного сопротивления лампы, он все равно будет давать вклад в шум, который создает специально отобранный малошумящий триод. Для усилителя мощности данный вид шума не представляет проблемы вообще, но для очень чувствительного предусилительного каскада он должен учитываться. Самый лучший способ справиться с ним в предусилительном каскаде — так это сделать предусилительный каскад не чувствительным к шуму источника питания. Такой подход предполагает низкое значение сопротивления rа и высокое значение сопротивления нагрузки RL, что позволяет получить максимальное ослабление высоковольтных шумов, особенно в области низких частот, то есть именно там, где эти проблемы являются наиболее существенными. Такой подход будет применен на практике.

«Пение» стабилизатора напряжения

Усилители с несимметричным выходом (безразлично, каскады предусиления или усилителя мощности), питание которых осуществляется от стабилизатора напряжения или демпфера, вынуждают усилитель рассогласования адекватно реагировать (отслеживать) на изменения в величине музыкального аудиосигнала. Это происходит потому, что усилитель потребляет ток, который пропорционален этому музыкальному сигналу, а стабилизатор или демпфер прилагает усилия поддерживать неизменным значение выходного напряжения, не смотря на происходящие изменения в величине тока. На высоких частотах выходной шунтирующий конденсатор представляет короткозамкнутую цепь и поддерживает низкое значение выходного импеданса. Однако в диапазоне низких частот стабилизатор является тем элементом, который обязан работать и выдерживать борьбу с изменениями тока, изменяющимся синхронно со звуковым сигналом. Таким образом, качество стабилизатора проявляется, как говориться, «на слух». Тем ни менее, влияние дефектов стабилизатора напряжения остаются на порядок величины меньше, чем дефектов пассивных элементов источника питания.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Наконец-то наступает момент, когда можно приступить к рассмотрению законченных и имеющих практическое применение схем блоков высоковольтного и низковольтного источников питания. Так как к схеме предусилителя всегда предъявляются более жесткие требования, необходимо рассмотрение начать со схемы источника питания, предназначенного для предусилительных каскадов. После этого можно будет просто использовать уже рассмотренные в деталях блоки для применения в других низкочастотных каскадах.

Однако, прежде чем начать рассмотрение конкретных схем, необходимо разобраться с техническими требованиями к источникам питания и их разумному выбору.

Выбор высоковольтного напряжения

Хотя параметры источника питания должны задаваться таким образом, чтобы соответствовать требованиям нагрузки (то есть в нашем случае аудиоусилителя), предварительный расчет источника питания дает неплохую возможность оценить, как именно необходимо его спроектировать, чтобы обеспечить необходимую величину питающего напряжения и при этом избежать ситуации, когда предъявляемые к техническим характеристикам блока питания чрезмерные требования приведут к слишком большим расходам на этапе практического воплощения его схемы.

В современной аппаратуре, включая как бытовую технику, так и компьютеры, с целью снижения себестоимости, уменьшения массо-габаритных показателей, на сегодняшний день наиболее часто используются не линейные, а импульсные источники питания. В импульсных источниках питания сетевое напряжение выпрямляется непосредственно (без трансформации), на выходе выпрямителя используется накопительный конденсатор. В Европе напряжение сетевого питания варьируется от 220 до 240 В, что приводит к значению напряжения на выходе выпрямителя порядка 325 В постоянного тока. В силу этого конденсаторы, рассчитанные на рабочее напряжение 385 В и имеющие небольшую собственную индуктивность, оказываются вполне доступными как по их номенклатуре, так и по стоимости, что делает их применение оправданным. Благодаря этой причине, конденсаторы, рассчитанные именно на рабочее напряжение 385 В являются наиболее ходовыми из относительно высоковольтных.

Итак, именно выбор рабочего напряжения сглаживающего накопительного конденсатора зачастую определяет верхний порог выбора питающего анодного напряжения усилителя. Исходя из вышесказанного, на начальном этапе проектирования можно считать, что в наличии есть выпрямленное напряжение 230 В на вторичной обмотке трансформатора и электролитический конденсатор на рабочее напряжение 385 В (как наиболее доступный) постоянного тока в качестве накопительного. При таком выборе питающего напряжения, вполне реализуема простейшая схема мостового выпрямления, нагруженная на один из сглаживающих фильтров, рассмотренных выше. С учетом падения напряжения на стабилизаторах напряжения и развязывающих демпферах, установленных между отдельными каскадами, можно предположить, что окончательное значение высоковольтного напряжения на лампах каждого каскада можно принять равным примерно 285 В. Именно по этой причине большинство схем, рассчитывались исходя из значения высокого напряжения 285 В.

 
 
Сайт создан в системе