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

 

 
 

Технические требования к линейному каскаду и способы их реализации

Величина напряжения выходного сигнала, поступающего из линейного каскада в усилитель мощности, очень невелика, поскольку для большинства не отличающихся высокой чувствительностью усилителей мощности в действительности достаточно подачи на вход не более 4 или 5 В среднеквадратического значения для того, чтобы перейти в режим ограничения сигнала. Это означает, что для этого каскада приходится заботиться в первую очередь только о линейности характеристик, а не о его максимальном усилении. Каскад при работе на емкостную нагрузку а виде соединительного кабеля должен обеспечивать отсутствие заметных потерь на высоких частотах, а также такой каскад должен обладать способностью возбуждать усилители мощности с малым входным импедансом, в том числе, например, транзисторные усилители. Так как каскад предшествует цепям регулировки громкости, то усилитель мощности будет усиливать все шумы, которые будут генерироваться непосредственно в самом предусилительном каскаде, а также все шумы, поступающие на его вход. Поэтому необходимо обеспечить минимальный уровень собственных шумов в предусилителе.

Эти требования определяют как небольшое усиление, так и работу на выходную нагрузку с низким значением импеданса, величина которого к тому же еще должна быть определена количественно.

Экранированные аудиокабели с небольшим значением распределенной емкости имеют, как правило, емкость порядка 100 пФ на погонный метр длины кабеля. Для того, чтобы избежать наводок от силового трансформатора и последующего их усиления усилителем мощности, следует пространственно разнести блоки, например, на расстояние в один метр. При этом осуществляется физическое кабельное соединение между блоком предусилителя и входными зажимами усилителя мощности, для чего понадобится кабель длиной примерно в 1,5 м, что будет соответствовать эквивалентной емкости порядка 150 пФ. Входная емкость усилителя мощности также будет давать свой вклад, причем для лампового усилителя значение дополнительной входной емкости можно оценить величиной порядка 20 пФ, а для транзисторного — значением примерно 200 пФ. Это означает для линейного каскада работу на емкостную нагрузку с минимальным значением емкости 170 пФ, но для более длинного кабеля и работе на транзисторный усилитель мощности с более высоким значением входной емкости величина емкостной нагрузки каскада может достигнуть значения порядка 1 нФ.

Импеданс источника питания и параллельная емкость кабеля образуют фильтр нижних частот, для которого частота среза f-3дБ может быть рассчитана по формуле:

Однако, хотелось бы, чтобы спад в области высоких частот полосы акустического диапазона составлял менее 3 дБ. Поэтому хотелось бы знать, какое значение частоты среза f-3дБ соответствует заданной величине потерь для данной частоты. Эту величину можно оценить с использованием нижеприведенного соотношения:

где f(дБ limit) - верхняя граница диапазона усиливаемых частот;

АдБ — отклонение (спад) относительно плоского участка характеристики для вышеуказанной частоты.

В качестве примера расчета, выполненного с использованием данного уравнения, можно определить, что для спада, соответствующего 0,1 дБ на частоте 20 кГц, требуемое значение частоты среза с уровнем — 3 дБ составит f-3дБ =131 кГц. Необходимо отметить, что данная формула будет справедлива только для изолированной параллельной CR-, либо LR-цепи. Для изолированной последовательной CR- либо LR-цепи, вносящей спад АЧХ в области нижних частот диапазона соответствующая формула будет иметь следующий вид:

Использование этой формулы для спада, соответствующего 0,1 дБ на частоте 20 Гц, дает значение частоты f-3дБ = 3 Гц.

Для быстрой оценки в качестве справочного материала можно использовать нижеприведенную табл. 8.1, в которой приводятся значения ослабления для частотной характеристики фильтра верхних частот (ФВЧ) и фильтра нижних частот (ФНЧ) с ослаблением 6 дБ/октаву в зависимости от частоты, выраженной с использованием коэффициентов, кратных целым множителям или целым делителям для частоты среза f.

Например, при исследовании фильтра верхних частот видно, что спад его частотной характеристики на одну октаву выше частоты среза, то есть на удвоенной частоте (2f) составит -0,97 дБ.

Таблица 8.1
ФВЧ f/7 f/6 f/5 f/4 f/3 f/2 f 2f 3f 4f 5f 6f 7f
ДБ - - - - - -7,0 -3,0 - - - - - -
  17,0 15.7 14,1 12,3 10,0     0,97 0,46 0,26 0,17 0.12 0,09
ФНЧ 7f 6f 5f 4f 3f 2f f f/2 f/3 f/4 f/5 f/6 f/7

При каскадном включении высокочастотная и низкочастотная частоты среза начинают смещаться к середине полосы пропускания, вот почему было принято предположение, что выбор частоты 1 Гц для частоты низкочастотного среза является достаточно приемлемым вариантом.

Для n каскадов, обладающих идентичными значениями частот НЧ среза для каждого, необходимо воспользоваться выражением для частоты среза комбинированного усилителя:

Использование данной формулы для трехкаскадного (п = 3) усилителя с емкостной связью показывает, что требование для частоты среза 3 Гц для трехкаскадного усилителя в целом, требует значения частоты среза 1,5 Гц для каждого индивидуального каскада. Используемые на практике стандартные значения емкости конденсатора связи 0,1 мкФ и значения сопротивления 1 МОм для сеточного резистора утечки обеспечивает частоту среза 1,6 Гц.

Известно, что управлять значением частоты ВЧ среза значительно сложнее по сравнению с частотой среза в низкочастотной области, поэтому весьма маловероятно, что вообще удастся получить каскады усилителей с идентичными значениями частот ВЧ среза, но если это все-таки произойдет, то для такого случая необходимо будет воспользоваться следующей формулой:

Если принять, что частота ВЧ среза определяется только емкостью кабеля, который служит в качестве выходной нагрузки для линейного каскада, то расчет по ранее приведенной формуле показывает, что для уровня потерь 0,1 дБ на частоте 20 кГц и минимальном значении емкости 170 пФ необходимо иметь выходное сопротивление менее 7 кОм, или даже значительно меньшее значение.

Теперь необходимо сделать ряд предположений и допущений относительно входного сопротивления и чувствительности усилителя мощности.

Обычный усилитель мощности имеет входное сопротивление порядка 1 МОм или несколько выше. Такое значение удобно тем, что позволяет использовать развязывающий конденсатор с небольшим значением емкости. Критерию потерь по уровню 0,1 дБ на частоте 20 кГц практически удовлетворяет конденсатор с емкостью 47 нФ, однако, значение емкости 100 нФ оказывается более предпочтительным. Как правило, лучшие модели усилителей характеризуются чувствительностью на уровне 1 В, или несколько большим значением.

Усилители, имеющие более высокую чувствительность должны возбуждаться пассивным предусилителем, состоящим просто из переключателей входов и блока управления громкостью, который должен иметь очень короткий соединительный кабель. В противном случае такие усилители мощности потребуют переделки с целью снижения их чувствительности. В середине 60-х годов прошлого века усилители мощности достаточно часто имели блок регулировки громкости, переключатель рода работы и даже регулятор тембра, вынесенные на лицевую панель. В настоящее время в достаточно ограниченном кругу специалистов наблюдается тенденция повторения варианта использования отдельно расположенного предусилителя, как и возвращение на авансцену долгоиграющих виниловых грампластинок. Все чаще минимальным требованием при использовании каскада коррекции (выравнивания) амплитудно-частотной характеристики проигрывателя грампластинок, или блока частотной коррекции записи RIAA, является раздельная компоновка блоков.

Так как современные ламповые усилители мощности все чаще имеют чувствительность ≈ 500 мВ и входное сопротивление порядка 100 кОм, то требуется использовать разделительный конденсатор с емкостью более 470 нФ. Более низкое значение сопротивления, скорее всего, объясняется меньшим требованиям к проводам, использующихся в цепях подогревателей катодов ламп, которые вызывают возникновение фонового шума на входных зажимах первого каскада. Фоновый ток вызывает падение напряжения на резисторе сеточного смещения, что в свою очередь приводит к ощутимому на слух фону переменного тока в тех случаях, когда усилитель не шунтируется низким сопротивлением источника питания предусилителя. Чтобы избежать подобного явления, сопротивление резистора сеточного смещения снижается до 100 кОм, что обеспечивает улучшение по фоновому шуму на 20 дБ в случае, когда вход усилителя остается разомкнутым.

Транзисторные усилители также характеризуются тенденцией иметь чувствительность ≈ 500 мВ по входу, но величина входного сопротивления имеет еще более низкое значение, порядка 10 кОм, что требует использовать разделительный конденсатор с емкостью более 4,7 мкФ.

Конденсатор с емкостью 4,7 мкФ и рабочим напряжением 400 В не только гораздо дороже конденсатора с емкостью 100 нФ, но он также является худшим по своему качеству схемным компонентом. Вместо того, чтобы устанавливать столь критичный элемент схемы, гораздо лучше было бы решить проблему с другого конца, увеличив входное сопротивление усилителя мощности.

Решение подобной проблемы для лампового усилителя не представляет особого труда. Для этого надо просто заменить входной резистор сеточного смещения на резистор, имеющий сопротивление 1 МОм, и уделить большее внимание изготовлению цепей подогревателей катодов ламп, если с ними связано возникновение фона переменного тока цепей питания. Для этого обычно используют метод свивания проводов и прокладывание жгута по углам шасси, однако, можно прибегнуть и к такому методу, как питание подогревателей катодов входной лампы от отдельного стабилизированного источника постоянного тока.

Для огромного количества усилителей мощности при их разработке закладывалось требование иметь очень высокую, по современным стандартам, чувствительность. Величину чувствительности можно уменьшить введением делителя напряжений в цепях входной лампы, но гораздо лучшим решением было бы снизить усиление входного каскада, использовав для этого соответствующую межкаскадную отрицательную обратную связь. Второй вариант очень легко осуществить, так как обычной причиной сверхвысокой чувствительности является использование в качестве входной лампы пентода с большим усилением (например, типа EF86). Если переключить пентод на работу в качестве триода (используя имеющийся в схеме резистор анодной нагрузки), то усиление каскада снижается в четыре раза, а если сохранить постоянным значение коэффициента передачи цепи обратной связи, то величина усиления снижается дополнительно еще в четыре раза.

Если следовать теории, то величина сопротивления резистора катодного смещения при этом должна быть пересчитана, но на практике величина такого изменения сопротивления оказывается весьма незначительной. За счет обратной связи, действующей на катод, анодное сопротивление лампы, использующейся в качестве триода, имеет достаточно высокое значение, а выходное сопротивление каскада очень близко к значению, характерному при использовании пентода. Следовательно, элементы компенсации в анодной цепи не требуют изменений. Однако, цепь межкаскадной обратной связи, действующей между выходом усилителя и входным каскадом, требует изменений, чтобы обеспечить необходимый коэффициент передачи с новым значением коэффициента усиления. Для получения точного результата это может быть сделано путем расчета коэффициента передачи старого контура обратной связи и повторным его перерасчетом для новых условий, но более простым методом может оказаться тривиальное деление величины сопротивления на четыре (в соответствии с изменением коэффициента усиления при замене пентода на триод). Соответственно, и значение емкости также должно быть уменьшено в четыре раза, чтобы сохранить требуемое значение постоянной времени RC-цепи (рис. 8.2).

Попытки увеличить входное сопротивление транзисторного усилителя без введения в схему буферного каскада приведет, скорее всего, к большой величине смещения постоянной составляющей на выходе.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

В самых общих чертах ламповый предусилитель должен рассчитываться из условия, при котором в нагрузку с резистивной составляющей входного сопротивления величиной 1 МОм необходимо подавать сигнал величиной 2 В, даже если это потребует внесения изменений в усилитель мощности для достижения условия согласования каскадов.

Более старые модели источников сигнала (особенно это касается тюнеров) были рассчитаны на величину выходного сигнала 250 мВ. Таким образом, если чувствительность на входе линейного каскада составляет ≈ 250 мВ, а выходной сигнал должен составлять 2 В, то это означает, что необходимо обеспечить коэффициент усиления лампового каскада Av = 8. К тому же неплохой идеей может оказаться решение иметь дополнительный запас усиления в ЗдБ к уже имеющимся 6дБ, чтобы использовать записи с пониженным уровнем сигнала. В итоге, значение усиления Av = 12 оказывается вполне достаточным для практики.

Линейному каскаду должен предшествовать узел регулировки громкости, более подробно особенности которого будут рассматриваться далее, однако, для дальнейшего изложения можно пока принять, что это будет переменный потенциометр 100 кОм с логарифмическим законом изменения сопротивления, максимальное значение выходного сопротивления которого будет равно 25 кОм.

Максимальное значение выходного сопротивления такого простейшего регулятора громкости проверяется очень легко. Для этого движок его потенциометра устанавливается в среднее, по величине его сопротивления, положение на токоведущей дорожке. Иными словами, сопротивление относительно крайних выводов должно составлять ровно половину общего сопротивления. Далее, следует принять, что сопротивление источника питания имеет нулевое значение, а каждый крайний вывод потенциометра будет заземленным по переменной составляющей. То есть в потенциометре две половины его токоведущей дорожки окажутся включенными параллельно, и поэтому выходное сопротивление будет равно полному сопротивлению потенциометра, поделенному на 4. Если движок потенциометра окажется в крайнем положении токоведущей дорожки, выходное сопротивление окажется равным нулю, потому что выход оказывается подключенным либо непосредственно на землю, либо через сопротивление источника питания (имеющее нулевое сопротивление). Таким образом, максимальное выходное сопротивление потенциометра будет в том случае, когда его движок будет максимально удален от каждого из концевых выводов, а это будет соответствовать центральному положению движка.

Вопрос выходного сопротивления потенциометра регулятора громкости является чрезвычайно важным, так как он образует фильтр нижних частот совместно с входной емкостью линейного каскада. Если использовать ранее приведенную аргументацию о требуемом уровне высокочастотных потерь в 0,1 дБ на частоте 20 кГц, то при величине максимального значения выходного сопротивления узла регулировки громкости 25 кОм, наибольшее допускаемое значение входной емкости линейного каскада должно будет составлять примерно 50 пФ.

Если входная чувствительность каскада составляет ≈ 170 мВ (250 мВ на входе с учетом снижения уровня сигнала на — 3 дБ), а необходимое значение отношения сигнал/шум должно составлять не менее 100 дБ, то уровень собственных шумов, генерируемых в каскаде, относительно величины входного сигнала будет равен значению 170 мВ, уменьшенному на 100 дБ, что составит 1,7 мкВ. Чувствительные пентоды вполне способны усиливать сигнал величиной порядка 2 мкВ, что еще раз подтверждает настоятельную необходимость для улучшения отношения сигнал / шум использовать триоды.

 
 
Сайт создан в системе