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

 

 
 

Проверка работоспособности усилителя

Двигатели для гоночных автомобилей достигают своих выдающихся характеристик за счет работы всех без исключения деталей на пределе допустимой нагрузки — именно поэтому малейшая ошибка может оказаться катастрофической. Двойной триод типа 6528, примененный в разработанной выше конструкции усилителя мощности может уподобиться двигателю гоночного автомобиля в том отношении, что он рассчитан на номинальную рассеиваемую мощность 30 Вт на аноде, и что в реальной жизни она рассеивает на аноде 31,5 Вт тепловой мощности в пике сигнала. От баллона такого двойного триода, на которой выполнены оконечные каскады двух усилителей мощности стереопары, требуется отвести вдвое большую мощность, учитывая при этом сравнительно небольшие размеры самого баллона. Следовательно, самые первые испытания усилителя были выполнены с целью удостовериться в том, что лампа типа 6528 при номинальной выходной мощности «не испустит дух», так и не дойдя до «финиша».

Панель лампы 6528 была установлена на проволочной защитной сетке, предназначенной для монтажа электровентилятора с диаметром лопастей 80 мм, затем был смонтирован 80-мм абсолютно бесшумный вентилятор, который обеспечивал обдув цоколя установленной лампы снизу. В результате, даже при работе лампы с максимальной мощностью Ра, температура, измеряемая на баллоне лампы, всегда оставалась в установленных пределах, а шасси оставалось холодным.

Практическая схема разработанного усилителя мощности

Практическая схема разработанного усилителя мощности

Рис. 7.30 Практическая схема разработанного усилителя мощности

При первоначальной проверке напряжения подогревателя катода на ламповой панели 6528, выполненной измерителем среднеквадратичных значений напряжения, было установлено, что напряжение составляло 6,5 В вместо положенных 6,3 В, поэтому было изменено подключение первичной обмотки силового трансформатора: с обмотки, рассчитанной на напряжение 240 В на обмотку, рассчитанную на 250 В, что снизило напряжения подогревателя катода до значения 6,296 В, то есть вполне приемлемой величины. (Так как сетевое напряжение питания содержит весьма значительные помехи и его форма весьма далека от синусоидальной, измерения переменного напряжения питания подогревателя должны выполняться с использованием прибора, предназначенного для измерений среднеквадратического значения и имеющего достаточную точность измерений до частот, не ниже 1 кГц.)

Дополнительно к этому оказалось, что одна из ламп типа 6J5, установленная в предоконечном каскаде, должна была быть забракована из-за низкого значения сопротивления подогреватель-катод (вопреки полученному при измерениях значению более 25 МОм по результатам проверки на ламповом испытателе типа Avo VCM163). Даже несмотря на то, что подогреватели были развязаны с землей, данная неисправность приводила к тому, что фоновое напряжение величиной 5 мВ и импульсные помехи из-за выбросы напряжения при переключении вентилей выпрямителя просачивались в выходной каскад.

Проверка звучания усилителя

В силу важности испытаний, разработанный усилитель мощности очень тщательно проверялся на качество звучания с использованием пары громкоговорителей типа LS3/5a в течение длительного времени. Хотя громкоговорители типа LS3/5a являются прекрасными миниатюрными громкоговорителями, все же они не являются идеально подходящими для маломощных усилителей. К сожалению, они являются единственными громкоговорителями, обладающими пассивным кроссовером и удовлетворяющими всем требованиям к качеству, которые имеются у автора.

Усилитель начал работать достаточно сносно, но значительно улучшил качество звучания после первых четырех часов прослушивания.

Наблюдения

Сборка усилителя была завершена всего за несколько выходных дней, за которыми последовали два дня национального праздника. Закон Мэрфи гласит, что утерянная деталь может быть обнаружена позже, но не ранее вечера следующей пятницы. Автор собирался использовать собственный вариант демпфирующего (сглаживающего) дросселя для высоковольтного источника питания, но в шкафу самым необъяснимым образом отсутствовал фольговый пленочный полипропиленовый конденсатор с емкостью 220 нФ, поэтому автор был вынужден использовать традиционный вариант из фольгового пленочного конденсатора с емкостью 10 нФ и демпфирующего резистора 10 кОм (причем, этот дефект был устранен только через неделю). Оценивая произошедшее, можно сказать, что это оказалось своеобразной удачей, так как более худшая фильтрация фона позволила обнаружить, что недорогой выпрямительный кенотрон типа EZ81 открывался и закрывался на удивление чисто и провоцировал крайне незначительные низкочастотные помехи типа «звон» (рис. 7.31).

Форма выходного напряжения выпрямительного кенотрона типа EZ81 при использовании упрощенного сглаживающего фильтра

Рис. 7.31 Форма выходного напряжения выпрямительного кенотрона типа EZ81 при использовании упрощенного сглаживающего фильтра

Примечание. На нижнем графике в увеличенном масштабе показано поведение выпрямителя в момент его запирания и отпирания

Сборка рассматриваемого усилителя возродила давно таившееся убеждение автора, что с течением времени характеристики сердечников дросселей и трансформаторов подвержены серьезной деградации. Предварительно рассчитанное значение пульсации выпрямленного тока после первого звена высоковольтного сглаживающего фильтра должно было составлять 56 мВ среднеквадратического значения, однако полученная на практике после измерений величина была на 7 дБ выше и составляла 124 мВ среднеквадратического значения. Конденсаторы емкостью 120 мкФ были проверены первыми и оказались оправданными, после чего подозрения пали на дроссели (один из которых к тому же уже имел отбраковку в прошлом, так как оказался ответственным за гудение в одной из более ранних конструкций усилителя на лампах типа EL84). Поэтому казалось весьма вероятным, что величина индуктивности могла снизиться из-за повреждения магнитопровода. Дополнительно к этому, силовой трансформатор с увеличенным U-образным сердечником вибрировал даже до того, как был нагружен высоковольтным источником питания. Более того, в сети питания для него оказался необходимым предохранитель с плавкой вставкой на 5 А, чтобы выдержать первоначальный бросок тока при его включении. Был сделан вывод: магнитные материалы, отслужившие около 40 лет, вполне могут оказаться «самым слабым звеном», а полученные при измерениях посредственные характеристики не обязательно могут быть следствием ошибок проектирования.

Внимательно прослушивая включенный усилитель (до того, как реле задержки включило высоковольтный выпрямитель), удалось установить, что слабый сетевой фон индуцировался в выходном трансформаторе прямиком из силового. Если у читателя возникнет желание повторить приведенную автором конструкцию, то будет лучше использовать для усилителя два шасси: один для звукового тракта и второй для источника питания, это позволит уменьшить влияние источника питания на собственно усилитель.

Выводы

Испытания усилителя показали, что его звучание при воспроизведении высококачественной программы на слух воспринимается достаточно комфортно, несмотря на то, что неравенство сопротивления нагрузки расчетному значению вызывает слабо приглушенное воспроизведение нижних частот. Усилитель очень массивен (примерно 6 кг массы на 1 Вт мощности) по сравнению, например, с рассмотренным ниже двухтактным усилителем (1,58 кг массы на 1 Вт мощности) и почти вдвое больше его по размерам. Не смотря на все это, этот усилитель не относится к категории вещей, с которыми автор мог бы без сожаления расстаться.

При тестировании максимальная мощность усилителя на частоте 1 кГц составила 6,8 Вт, суммарное значение коэффициента нелинейных искажений и шумов составило 3,2%. Усилитель проверялся как с введением катодной обратной связи, так и без таковой при пониженном на 1 дБ уровнем мощности относительно максимального значения.

Таблица 7.4
  Гармоники
2-ая 3-я 4-ая 5-ая 6-ая
Без использования катодной обратной связи дБ -25,5 -57 -55,6 -60,6 -58
С использованием катодной обратной связи дБ -31,7 -64.3 -57.1 -74,3 -
Достигнутое улучшение дБ 6,5 6,5 1,5 13,7 -

Введение обратной связи снижает коэффициент усиление на 3 дБ, хотя данные табл. 7.4 свидетельствуют о значительно более высоком улучшении подавления всех гармоник, за исключением четвертой, что является вполне тривиальным результатом. По критерию искажений, усилитель вполне конкурентоспособен профессиональным полупроводниковым усилителям.

Что касается эксплуатационных качеств усилителя, то созданный экземпляр почти не подвергался специальным испытаниям на определение подобных и иных технических характеристик.

Основной вывод можно сформулировать так: усилители с несимметричным выходом весьма определенно являются делом индивидуального вкуса.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Следующей практической конструкторской разработкой будет двухтактный усилитель класса АВ1 с выходной мощностью 10 Вт, построенный на пентодах типа EL84, включенных по «ультралинейной» схеме Блюмлейна.

Для подобного выбора существует две основные причины:

• прежде всего, усилитель недорог. Если необходим высоковольтный источник питания с напряжением порядка 330 В, то в его сглаживающих фильтрах можно применить конденсаторы, предназначенные для работы импульсных источниках питания и рассчитанные на рабочие напряжения 385 В; высоковольтное напряжение может быть обеспечено применением изолирующего (развязывающего) трансформатора с мостовой схемой выпрямления на кремниевых диодах и накопительным конденсатором. Если при работе будет допущена какая-нибудь ошибка, то ее лучше совершить на дешевом экземпляре с дешевыми элементами, чем на дорогостоящем;

• более мощные усилители требуют значительно более высокого уровня мастерства в макетировании и воплощении схемы в реальность, они генерируют гораздо более сильные шумы и трески, с которыми не так-то просо бороться. Поэтому они не могут быть рекомендованы для начинающих радиолюбителей.

Исходные требования к разработке

Рассматриваемая ниже разработка восходит к прототипу, который был создан на базе пары монофонических усилителей, приобретенных за 15 фунтов (в стоимость входил даже каскад предварительного усиления) в местечке Bevois Valley. К великому сожалению, этот магазинчик, торгующий старым хламом, закрылся вскоре после приобретения, сделанного автором в давнем 1982 г.

Как уже указывалось ранее, выбор выходных ламп налагает строгие ограничения и на параметры выходного трансформатора, то есть происходит некая фиксация структуры и элементов выходного каскада. В рассматриваемой конструкции будет использован трансформатор входным сопротивлением по первичной (анодной) цепи порядка 8 кОм и имеющий для минимизации искажений отвод для подключения экранирующих сеток от точки, соответствующей 43% полной первичной обмотки. Величина высокого питающего напряжения для ламп типа EL84 рекомендуется 320 В, Также понадобится высокое напряжение 320 В, а опыт построения подобных усилителей компании Milliard показывает, что для обеспечения полной выходной мощности, для каждой лампы понадобится входное напряжение возбуждения от предыдущего каскада примерно 8 В среднеквадрати-ческого значения.

Непростой задачей является разработка предоконечного каскада высокого качества. Прежде всего, необходимо определить, что же все-таки требуется получить в итоге от разрабатываемого усилителя, а для этого лучше сделать подробное предварительное описание. Ясность изложения на бумаге всегда поможет ясности мысли, а ход разработки на бумаге будет соответствовать реальному процессу материального воплощения разработки.

• низкий уровень шумов. При низком уровне шумов, обеспечиваемом при воспроизведении с компакт-дисков или долгоиграющих пластинок высокого качества, не требуется предпринимать в усилителе мощности никаких особых мер по обеспечению низкого уровня воспринимаемых на слух шумов. Отношение сигнал/шум 100 дБ при полной выходной мощности не может представляться нереальной величиной, чтобы не стремиться к ее воплощению, поэтому это сразу предопределяет использование в схеме усилителя пентодов и высокую чувствительность;

• отсутствие фона сети питания. Уже наступило новое тысячелетие, и на дворе никак не далекий 1920 год! Сетевой фон должен считаться неприемлемым ни при каких условиях. Это определяет наивысшие критерии к конструкции источника питания, включая применение подогрева ламп маломощных каскадов постоянным током;

 
 
Сайт создан в системе