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

 

 
 

Учет собственных шумов лампы

Теперь самое время рассмотреть шум, обусловленный своим происхождением процессам, происходящим в электронной лампе. Шум в электронной лампе возникает по той причине, что протекающий в ней анодный ток Iа существует за счет множества отдельных электронов, которые бомбардируют анод, а также потому, что электроны, покидающие катод в результате термоэлектронной эмиссии и образующие электронное облако, имеют разброс по своим скоростям (который описывается так называемым распределением Максвелла). Отсюда следует, что физико-химические свойства самого катода и соответствующие процессы, происходящие на нем, могут значительно повлиять на уровень собственных шумов лампы.

В инженерной практике достаточно часто используются упрощенные выражения, которые применяются, например, для расчета шумов в области высоких частот. В частности, для случая лампового триода подобное выражение выглядит следующим образом:

Из этого выражения следует, что белый (широкополосный) шум, генерируемый в лампе, будет эквивалентен тепловому (белому) шуму, который генерируется в идеальном резисторе req , стоящему на входе данной лампы. В рассматриваемом случае крутизна используемого триода gm ≈ 5,3 мД/В, следовательно, величина эквивалентного шумящего сопротивления составит примерно 470 Ом.

Если воспользоваться выражением υn = l,86-10~8UR, то значение напряжения входного шума, генерируемого лампой, составит примерно 400 нВ, что значительно превысит значение 43 нВ, определяемого входным относительным шумом, генерируемым резистором анодной нагрузки (как оно и должно быть для правильно рассчитанной схемы). Таким образом, отпадает необходимость суммирования мощностей шумов лампы и анодного нагрузочного резистора.

В случае пентода соответствующие выражения имеют вид:

Применение данного уравнения в случае применения малошумящего пентода типа EF86, работающего при значениях анодного Iа= 1,25 мА и экранного Ig2 = 0,3 мА токов, дает величину эквивалентного сопротивления 3,9 кОм и значение напряжения шума (при ширине полосы пропускания 20 кГц), равное 1,2 мкВ. Однако, измерения, выполненные в усилителях компании Маллорд (Mullard), дали значение напряжения шума 2 мкВ в полосе пропускания 25 Гц — 10 кГц при точно таких же параметрах статического режима, что соответствовало напряжению шума 2,8 мкВ для полосы пропускания 20 кГц.

Проблема Фликкер-шумов

Вышеприведенные уравнения, позволяющие определять параметры шума, на практике в диапазоне звуковых частот имеют весьма ограниченное применение, потому что в них совершенно не учитывается шум, называемый l/f шум, или фликкер-шум (шум мерцания). Интенсивность фликкер-шумов падает с ростом частоты. Такие шумы часто возникают в катодах ламп, а также в полупроводниковых приборах (транзисторах).

Тем не менее, вычисления подтверждают, что пентоды имеют более высокий уровень шума по сравнению с триодами и что необходимо стремиться максимально увеличивать значение крутизны лампы gm. К сожалению, не существует методики расчета уровня фликкер-шума для лампы, так как этот параметр в значительной мере определяется конкретным типом лампы и вариантами ее конструктивного исполнения (особенно катодного узла), хотя отмечается, что уровень шумов находится в прямой зависимости от уровня теплового шума для данной лампы. Лампы, имеющие чисто вольфрамовые катоды, не генерируют фликкер-шум, но у них безнадежно высокий уровень микрофонного эффекта, а также очень низкое значение крутизны gm.

Трудности альтернативного подбора звукоснимателей и входных ламп

Несмотря на то, что оценки уровня шума в диапазоне звуковых частот были признаны весьма приближенными в абсолютном значении, и хотя уже была рассмотрена схема предусилителя, характеристики которой с точки зрения уровня шумов были признаны приемлемыми, все-таки имеет смысл попытаться рассчитать показатели шума для нее, а затем сравнить полученные результаты с ожидаемыми оценками для новой схемы. Такой расчет окажется особенно плодотворным в том случае, если у использующегося звукоснимателя окажется изношенной игла, и окажется необходимым самым внимательным образом рассматривать вариант его замены другим, но отличающимся по своим характеристикам чувствительности. Так как уровень шума, как правило, является самой основной проблемой для звукоснимателя с подвижной катушкой, то возникает несколько различных ситуаций при использовании нового звукоснимателя.

В табл. 8.6 сведены рекомендации по необходимости применения согласующего трансформатора в цепи звукоснимателя в зависимости от выходного напряжения, развиваемого его головкой (картриджем).

Таблица 8.6
Выходное напряжение звукоснимателя Критерии выбора лампы
Значительно меньше по величине (-6 дБ) Необходим трансформатор: проблема с шумом остается под вопросом
Такое же, как и у прежнего (0 дБ) Выбор: либо использовать трансформатор и улучшить шумовые характеристики, либо смириться с шумом в обмен на решение проблем с трансформатором
Значительно большее по величине (+6 дБ) Трансформатор необязателен: малошумящая лампа может сделать его применение необязательным

Предполагается, что основным источником собственных шумов усилителя является входная лампа, тогда значение ее крутизны gm для рабочей точки должно быть сравнимо с крутизной для лампы, рассматриваемой в качестве альтернативы. Относительный уровень шума может быть определен с использованием следующего соотношения:

Пример. Предусилитель с входным каскадом, построенным на лампе, имеющей значение крутизны 5,3 мА/В, первоначально предназначался для использования со звукоснимателем, имеющим подвижную катушку, совместно с повышающим трансформатором, имеющем коэффициент трансформации 1:10, позволяющим повысить входное напряжение сигнала, поступающего на предусилитель, до значения 2 мВ среднеквадратического значения при скорости перемещения иглы 5 см/с. Новый звукосниматель, используемый для возможной замены, в соответствии с техническими характеристиками при такой же скорости перемещения иглы обеспечивает уровень сигнала более 500 мкВ, поэтому становится возможным отказаться от применения входного трансформатора. Одинарные триоды Loctal STC 3A/167M и Magnoval WE 437Абыли разработаны для использования в телефонных усилителях-повторителях и при рабочем значении анодного тока 40 мА имели значение крутизны gm 47 мА/В, поэтому относительное значение шума составит:

Предлагаемые для замены входные лампы имеют уровень шумов на 9,5 дБ ниже, но у предлагаемого нового звукоснимателя на 12 дБ ниже уровень выходного сигнала. Следовательно, отношение сигнала к шуму ухудшается на 2,5 дБ. На практике, повышающий трансформатор также должен вносить некоторые потери. Типичным значением можно считать уровень 1 дБ, поэтому действительное ухудшение отношения уровней сигнала к шуму составит, скорее всего, 1,5 дБ, то есть будет иметь такую величину, которую будет достаточно трудно заметить. К сожалению, предлагаемые лампы являются практически недоступными в обычных условиях. Однако, включенные по схеме триода лампы серии NOS E81 OF без труда могут иметь значение крутизны gm, равное 50 мА/В, а так как они легко доступны, то их выбор можно считать целесообразным с практической точки зрения.

С другой стороны, можно увеличить значение крутизны gm параллельным включением нескольких ламп или транзисторов, так как уровень шума при этом уменьшается в соответствии с коэффициентом, равным √n. Транзистор типа LM394, имеющий идеально согласованные характеристики, является ярким примером использования подобного подхода, так как он включает в себя пару составных транзисторов, причем каждый из них изготовлен из 100 индивидуальных приборов, чтобы обеспечить общее усиление 20 дБ. Параллельное включение 100 ламп типа Е88СС не представляется возможным с практической точки зрения, но принцип может оказаться плодотворным, даже при достижении более скромного результата, например улучшения усиления на 4,5 дБ использованием трех, параллельно включенных ламп. Однако, не стоит забывать, что при параллельном включении нескольких ламп, их входные и выходные емкости суммируются! Следует отметить, что величина входной емкости подбирается с учетом использования или отказа от входных трансформаторов, а также выбором типа звукоснимателей с подвижной магнитной системой или с подвижной катушкой. Например, для звукоснимателей с подвижной катушкой и высоким уровнем выходного сигнала типа «Blue Point Special», выпускаемых фирмой Sumiko, по паспортным данным максимальное значение емкости нагрузки составляет 200 пФ.

К сожалению, приведенные ранее примеры наглядно продемонстрировали весьма существенную деталь. Стараясь улучшать шумовые характеристики путем более тщательного выбора лампы, или даже нескольких ламп, приходится за самые незначительные улучшения расплачиваться весьма дорогой ценой, так как получение высокого значения крутизны gm является очень дорогим и сложным процессом, в котором чувство удовлетворения никогда так и не наступает. Для того, чтобы получить минимальные шумы, всегда гораздо лучше подавать во входной каскад полноценный и хороший сигнал, чем возлагать надежды на возможность качественного усиления слабого.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Блок частотной коррекции Американской ассоциации звукозаписывающей индустрии (RIAA) снижает шумовую эквивалентную ширину полосы пропускания до значения 118 Гц, что теоретически позволяет снизить уровень шумов на 22,3 дБ. Однако, так как для выравнивания частотной характеристики необходимо усиление 19,9 дБ относительно частоты 1 кГц, окончательное значение улучшения, вызванное выравниванием частотной характеристики, которое определялось непосредственно измерениями в каскаде предусиления, составляет всего 2,4 дБ.

Обобщающие выводы по проблеме собственных шумов ламп

Вопреки всем ранее сделанным предостережениям, оговоркам и ограничениям, можно все-таки сделать несколько полезных обобщений, которые позволят выполнить необходимые вычисления при конструировании каскада, обладающего низким уровнем шумов.

• Пентоды по сравнению с триодами характеризуются гораздо более высоким уровнем собственных шумов.

• Уровень шумов может значительно изменяться от одного экземпляра лампы к другому для обоих типов ламп. Фликкер-шум в значительной степени определяется условиями производственной санитарии в так называемой «чистой комнате», в которой производится сборка ламп. Поэтому если для одного производителя наблюдается тенденция поддержания постоянного уровня шума, то для разных производителей, точнее говоря, разных условий сборочного производства, могут наблюдаться значительные отклонения в значениях этого параметра.

• Для обеспечения минимального уровня шума, генерируемого в резисторе анодной нагрузки RL, не должна использоваться обратная связь, действующая на катодную цепь, так как она значительно снижает эффект шунтирования внутренним анодным сопротивлением rа. Этот вывод справедлив также и для случая применения μ-повторителя, даже несмотря на то, что исключение из схемы конденсатора Сk не оказывает ощутимого влияния на усиление. Для каскада внутреннее анодное сопротивление rа = I′, поэтому шум, генерируемый в резисторе анодной нагрузки RL, должен быть более значительным.

• Для снижения уровня шума необходимо использовать лампу с максимальной крутизной gm, при этом может использоваться либо одна лампа с очень высоким значением данного параметра, либо несколько ламп, обладающих худшими параметрами, но включенных параллельно. Данное положение будет справедливо вне зависимости от типа используемого прибора.

 
 
Сайт создан в системе