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

 

 
 

Выбор элементов оконечного каскада

После того, как определены значения всех элементов схемы предусилительного каскада, можно определить значения элементов выходного каскада.

Лампа типа EL84 допускает (согласно ее паспортным данным) максимальное значение сопротивления резистора, задающего смещение на сетке, величиной 300 кОм. Но так как в данной схеме используется катодное смещение, то не без удовольствия можно увеличить это значение до 470 кОм. При этом необходим разделительный конденсатор емкостью 0,1 мкФ, который может быть либо с поликарбонатным, либо, что предпочтительнее, с полипропиленовым диэлектриком и рабочим напряжением, превышающим или равным 400 В по постоянному току.

Сопротивление 4,7 кОм является типичным значением для резисторов, предназначенных для подавления паразитных колебаний в сеточной цепи ламп типа EL84. Существует вероятность того, что они не понадобятся в схеме, однако всегда представляется благоразумным установить их.

По анализу многочисленных примеров применения в усилителях данного типа ламп, можно считать, что резистор 47 Ом, включенный последовательно с экранирующей сеткой, способствует снижению искажений при снижении пиковой мощности. Автор не проверял этого, поэтому установка этих резисторов — дело профессионального выбора. В схемах усилителей фирмы Milliard они установлены, тогда как в схемах усилителей фирмы Leak они отсутствуют.

Сопротивление резистора катодного смещения должно быть 270 Ом (из паспортных данных компании Milliard) и они должны рассеивать 0,45 Вт. Как правило, здесь устанавливаются резисторы с мощностью рассеяния 2 Вт. Однако на практике гораздо лучше использовать монтируемые на шасси плакированные алюминием резисторы с жесткими выводами и с мощностью рассеяния 15 Вт. Это связано с тем, что рядом с резистором будет монтироваться электролитический конденсатор, который должен оставаться холодным. Дополнительно к этому, установленный на шасси резистор имеет удобные проушины, которые удобно использовать для закрепления электролитического конденсатора.

Емкость развязывающего катодного конденсатора должна составлять 2200 мкФ для частоты среза 1 Гц, но, как уже обсуждалось ранее, такое значение усугубляет проблемы времени восстановления после перегрузки, поэтому рекомендуется заменить его на конденсатор с емкостью 470 пФ и рабочим напряжением 63 В. Рабочее напряжение 63 В выбрано с явным запасом, так как напряжение будет составлять примерно 11 В, но элементы, рассчитанные на более высокие напряжения имеют меньшее значение эквивалентного последовательного сопротивления, что становится существенным при шунтировании эквивалентного сопротивления лампы 67,5 Ом (rk = 90Ом, Rk = 270Ом).

Так как в схеме усилителя из реактивных цепей имеется всего одна RC-цепь и выходной трансформатор, устойчивость на низких частотах не вызовет оснований для беспокойства. Устойчивость на высоких частотах не однозначна и должна быть проанализирована дополнительно.

 

Решая данное уравнение и принимая, что rа = 5 кОм, получим значение ra′ = 302 кОм. При параллельном его включении с резистором RL = 47 кОм, значение комплексного выходного сопротивления Zout = 41 кОм. Использование межкаскадной отрицательной обратной связи неизбежно приведет к условию ZoutRL для входного каскада.

Базовая чувствительность входного каскада снижена с 298 мВ до значения 2 В, что соответствует снижению коэффициента усиления в 6,71 раза, или на 17 дБ. Исходя из этого, можно рассчитать новое значение rа каскада:

Для согласованного фазоинвертора значение емкости Миллера составляет 3,2 пФ, а если принять во внимание паразитные емкости, то общее значение можно оценить величиной порядка 5 пФ. В сочетании с сопротивлением 41 кОм это обеспечивает частоту среза порядка 780 кГц.

Выходной каскад имеет входную емкость, которая нагружает выход согласованного фазоинвертора. Хотя лампа оконечного каскада типа EL84 является пентодом, но она все равно имеет емкость Миллера, хотя и сильно уменьшенную. Но, тем ни менее, она все равно должна быть учтена при расчетах.

Можно найти усиление выходного каскада, рассчитав падение напряжения на сопротивлении 8 кОм первичной обмотки трансформатора для мощности 11 Вт, и также зная, что для возбуждения каскада необходим размах амплитуд межсеточного напряжения, равный 16 В среднеквадратического значения. Это дает значение коэффициента усиления относительно анода 18,54. Так как емкость проходная емкость лампы Сag = 0,5 пФ, то значение емкости Миллера составит 9,8 пФ. К сожалению, полученное значение Сag окажется действительным только для случая чисто пентодного включения лампы, тогда как в данном случае используется схема включения Блюмлейна или ультралинейного включения, при которой потенциал сетки экранирующей сетки не является постоянным. Следовательно, необходимо принять во внимание эффект Миллера для этой сетки. К сожалению, в технических характеристиках лампы не приводится данная характеристика, но можно с большой долей уверенности принять ее значение в 10 пФ. Если сложить эти емкости со значением входной емкости лампы Сin = 10,8 пФ, то суммарное значение емкости составит примерно 35 пФ, включая ориентировочные величины паразитных емкостей. При условии, что выходной каскад никогда не выходит из режима класса А1, то с учитывая дополнительно выходное сопротивление линейного фазоинвертора (примерно 190 Ом) частота среза составит 24 МГц. Можно с легкостью позволить себе слегка уменьшить это значение, так как любой дополнительный конденсатор подавит изменения емкости между лампами и, следовательно, улучшит ВЧ баланс. Шунтирующий конденсатор емкостью 68 пФ, включенный параллельно резистору катодного смешения лампы EL84, понизит частоту ВЧ среза до 8 Мгц и будет стараться сохранить неизменной нагрузку на линейном фазоинверторе, если выходной каскад начнет смещаться в класс В.

После всего изложенного можно нарисовать полную схему усилителя со значениями всех элементов схемы (рис. 7.35).

Следует обратить внимание, что в силу массовости применения ламп EL84 в двухтактных усилителях звуковой частоты, при разработке выходного каскада на этих лампах оказалось намного проще использовать опыт других разработчиков, нежели проектировать каскад с нуля. О принципах расчета режимов и элементов двухтактного выходного каскада можно узнать ознакомившись со следующей разработкой, представляющий собой двухтактный усилитель повышенной мощности, подробно описываемый ниже.

Воплощенная на практике схема разработанного двухтактного усилителя

Рис. 7.35 Воплощенная на практике схема разработанного двухтактного усилителя

Авторские разработки усилителей на лампах EL84

Поскольку многочисленные разработки усилителей на лампах типа EL84 очень хорошо себя зарекомендовали благодаря своим весьма удовлетворительным характеристикам, автор и собрал пять вариантов такого усилителя. Пара разобранных автором на запчасти усилителей типа Leak TL12+ дала свой вклад в виде выходных трансформаторов для второй модификации усилителя, тогда как пара оказавшихся лишними силовых трансформаторов и дросселей была использована для высоковольтного источника питания одной из модификаций, выпрямители которого построены на вакуумных кенотронах типа GZ34 (рис. 7.36).

Внешний вид авторского прототипа усилителя

Рис. 7.36 Внешний вид авторского прототипа усилителя

В течение последних девяти лет с этим усилителем эксплуатировалась пара громкоговорителей Rogers LS3/5a, а сам усилитель использовался для прослушивания компакт-дисков. Более поздняя версия усилителя использовалась в основной звуковоспроизводящей системе автора для небольших ВЧ динамиков. Во всех усилителях, за исключением исходного прототипа, использовались выходные трансформаторы от усилителей Leak Stereo 20 или TL12+ , а в третьей и последующих версиях усилителей использовались также силовые трансформаторы и шасси, однако следует отметить, что автор широко экспериментировал с различными типами комплектующих:

• вторая модификация усилителя: оказалась идеальной для громкоговорителей типа LS3/5a, которые воспроизводили традиционный для лампового усилителя «мягкий» звук. Использовались металлизированные пленочные резисторы анодной нагрузки, поликарбонатные конденсаторы связи, но для высоковольтного источника питания использовались полипропиленовые конденсаторы;

• третья модификация усилителя выдавала наилучшее качество при полезной мощности 5 Вт. Использовались металлизированные пленочные резисторы нагрузки, поликарбонатные конденсаторы связи, электролитические высоковольтные конденсаторы, дроссель с индуктивностью 15 Гн заменил в исходной схеме усилителя Leak резистор с номиналом 100 Ом, установленный между

накопительным и фильтрующим конденсаторами. Выходные лампы в этой модификации были включены по триодной схеме (Rk = 560 Ом);

• усилитель четвертой модификации рассчитывался автором наиболее тщательно, однако, качество его воспроизведения не вполне удовлетворило автора. Использовались алюминиевые корпусные проволочные резисторы анодной нагрузки, полипропиленовые конденсаторы связи, полипропиленовые высоковольтные конденсаторы;

• в пятой модификации усилителя использовались алюминиевые корпусные проволочные резисторы анодной нагрузки, полипропиленовые конденсаторы связи, полипропиленовые высоковольтные конденсаторы, дроссель с индуктивностью 5 Гн, заменивший резистор в исходной схеме усилителя Leak, керамические панели для ламп.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Традиционный подход к усилителям с мощностью более 10 Вт

Традиционным методом увеличения выходной мощности усилителя является использование более мощных ламп, таких как, например, типа EL34 фирмы Milliard или даже типа GEC KT88. Другим подходом к проблеме является использование режима работы усилителя в классе АВ. Использование этих методов позволяет получить выходные мощности 50 Вт при использовании пары ламп типа EL34 компании Mullard, или типа GEC KJ66, либо даже 100 Вт мощности при использовании пары ламп типа GEC К.Т88. Единственным способом получения еще более высокой выходной мощности останется использование мощных генераторных ламп, предназначенных для радиопередатчиков с их зачастую «заоблачной» стоимостью.

Применение мощных генераторных ламп имеет свои сложности:

• передающие мощные лампы имеют всегда непропорционально высокую стоимость;

• для них необходимы очень высокие анодные напряжения, следовательно, конденсаторы сглаживающего фильтра будут тоже очень дороги, а высоковольтный источник питания будет представлять повышенную опасность;

• эквивалентные выходные сопротивления генераторных ламп, как правило, очень большие, что серьезно усложняет проблему создания выходного трансформатора с хорошими характеристиками;

• применение мощных генераторных ламп требует довольно большой мощности возбуждения на их управляющих сетках, и для задания рабочего режима часто необходимо использовать дополнительную мощную лампу, создавая добавочный предусилительный каскад.

К счастью существуют некоторые способы преодоления указанных проблем.

Пиковая музыкальная мощность: распущенность и ложь производителей

В конце 60-х — начале 70-х годов прошлого столетия было изготовлено некоторое количество низкочастотных усилителей довольно непритязательного вида с применением транзисторов. По сравнению с ламповыми монстрами транзисторные усилители были миниатюрными, легкими, но качество воспроизведения звука у них не было лучше (по правде говоря, воспроизведение у большинства из них было даже хуже, чем некуда). Но перед производителями стояла задача заставить потребителя раскупать их. Единственное, что могли с успехом делать ранние модели транзисторных усилителей, так это обеспечивать очень мощный выходной сигнал, так началась конкуренция за все большую выходную мощность.

Для создания действительно мощного усилителя необходим большой и мощный источник питания, но это дорогостоящий путь. В настоящее время современная музыка большей частью имеет только весьма непродолжительные по длительности пики (атаки), а никто сейчас и не слушает ничего другого (во всяком случае, те, чье мнение можно принимать всерьез). Поэтому усилители начали проектировать так, чтобы они смогли развивать большую выходную мощность, но только на очень непродолжительном отрезке времени. Это позволило показателям мощности возрасти еще больше и положить начало новому термину, так называемой «музыкальной мощности». Как правило, максимум выходной мощности измеряется с уровнем искажений 10%, или с началом ограничения (точки, в которой у сигнала синусоидальной формы начинается ограничиваться амплитуда, или, иначе говоря, «срезаться» вершина), и частотой импульсов сигнала (атак) 1 кГц, возбуждающего один канал, работающий на чисто резистивную нагрузку. В соответствии с таким определением проще просто переделать усилитель, имеющий мощность 20 Вт и посредственный по своим характеристикам источник питания, в модель с мощностью в 50 Вт. А если после этого удвоить выходную мощность, считая на два канала усиления, то можно запросто получить усилитель с мощностью 100 Вт.

 
 
Сайт создан в системе