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 лампы для оконечного каскада

Так же как и в случае с предыдущими примерами, разработку мощного двухтактного усилителя целесообразно начать с выбора типа выходной лампы. После того, как все соображения относительно безопасности и плавного увеличения напряжения были приняты во внимание, следует учесть, что стоимость высоковольтного источника примерно пропорциональна корню квадратному из его напряжения. Таким образом, снижение величины необходимого высоковольтного напряжения питания приведет к экономии денег, которые смогут быть потрачены на что-нибудь иное, позволяющее достичь лучшего компромисса в решении общей задачи. Характеристики возможных конкурентов среди типов ламп, пригодных для мощного выходного каскада приведены в табл. 7.5.

Таблица 7.5
Параметры   Лампа 845 Лампа 813 Лампа 4f EL34 Лампа13Е1
Pa (max) Вт 100 100 100 90
PQ2(max) Вт - 22 32 10
Ik(max) мА 120 180 600 800
Va(max) В 1250 2250 800 800
VQ2 (max) В - 1100 500 300
μ   5,3* 8,5* 10,5* 4,5*
gm мА/В 3.4* 4(×) 46* 35(×)
ra кОм 1.6 (×) 2.1 0.23* 0.13*
Vh В 10 10 6.3 26
Ph Вт 32,5 50 37.8 33.8
Cag пФ 12,1* 17 (<>) 44 (<>) 40 (<>)
CМиллера пФ 76 162 500 220

Примечания: (*) - значение, указанное в технической документации производителем;

(×) - значение, полученное расчетным путем по данным, указанным производителем;

(<>) - значение, полученное по результатам измерений, выполненных автором. Следует иметь в виду, что данные, приводимые в этой таблице, относятся к лампам серии NOS, и могут не совпадать с данными для ламп, которые были изготовлены в последнее время.

Из приведенного списка, лампа типа 845 является чистым триодом, комбинированная лампа типа 813 представляет сочетание триода — и лучевого тетрода, разновидности ламп типа EL34 представляет собой пентод, и только лучевой тетрод 13Е1 действительно состоит из двух параллельных ламп. В дальнейшем будет вестись рассмотрение лучевых тетродов и пентодов строго в триодном включении, что дает выигрыш по искажениям.

Все варианты ламп допускают максимальное значение рассеиваемой мощности на аноде Ра(max) в 100 Вт, следовательно, с любой из них можно достичь примерно одного уровня выходной мощности. Лампы типа NOS 845 чрезвычайно дорогие, но их современные модификации рассчитаны только на мощность Ра(max) 75 Вт, лампы типа NOS 813 очень редкие и требуют точно такого же дорогостоящего высоковольтного источника питания, что и лампы 845 серии (напряжения примерно 1000 В). К сожалению, очень неплохая лампа типа 13Е1 оказывается еще дороже, чем квартет ламп типа EL34. Тем ни менее, когда автор увидел лампу 1ЗЕ1, то страстное желание владеть ею возникло с первого взгляда. Для более рациональных читателей автор советует остановиться на более оптимальном варианте, лампах типа EL34.

Выбор режима лампы 13E1

Режимы работы двухтактного выходного каскада могут быть определены с использованием так называемых комбинированных статических характеристик. Комбинированные характеристики получают зеркальным отражением второго семейства характеристик относительно первого. Они наглядно иллюстрируют работу двухтактного каскада. Для расчетов удобнее пользоваться линейной идеализацией таких характеристик, когда между противоположено расположенными парами кривых реальных анодных характеристик искусственно проводятся воображаемые линии (рис. 7.39). Следует обратить внимание, что статические характеристики соответствуют триодному включению лампы.

Рассмотрим расчет режима каскада, работающего с отсечкой анодного тока, то есть в режиме класса АВ, что весьма характерно для мощных усилителей. Рабочая точка будет расположена на комбинированной характеристике, соответствующей сеточному напряжению Vk = —60 В при анодном напряжении Va = 250 В для обеих ламп. Поскольку каскад работает в режиме с отсечкой анодных токов, рабочая точка покоя соответствует нулевому анодному току Iа = 0. Для максимальной выходной мощности должно выполняться условие согласования по сопротивлению RL = 2rа. Такая нагрузочная (динамическая) линия может быть проведена зеркальным отражением линеаризированной комбинированной характеристики Vgk = -60 В относительно вертикальной линии, проходящей через рабочую точку, как показано на рис. 7.39. Для рассматриваемого конкретного случая RL = 277 Ом и предсказываемая выходная мощность равна 42 Вт. Следует отметить, что данная конкретная рабочая точка подразумевает работу в классе АВ, а не в чистом В (где теоретически отсутствуют четные гармоники), и экстремально крутая нагрузочная характеристика, полученная описанным методом, соответствует режиму, при котором будут увеличенные искажения по нечетным гармоникам.

Следует заметить, что также комбинированные характеристики представляют теоретический интерес, демонстрируя очень наглядно разницу между классом А и классом В, они предполагают идеальность электронных ламп и предполагают очень кропотливую работу по их построению и подгонке, даже с использованием компьютерных технологий.

Ниже будет показано, что значительно проще анализировать какую-нибудь одну половину выходного каскада, рассматривая его как каскад с несимметричным выходом. После того, как ранее уже была решена задача по определению оптимальной нагрузочной характеристики однотактного каскада с несимметричным выходом, то представляется возможным просто распространить полученные знания для случая двухтактного усилителя. Теоретически при таком подходе снижается точность получаемого решения, так как не используются комбинированные характеристики, но построение абсолютно точных динамических характеристик усилителя мощности представляется бесполезным, так как громкоговорители не имеют чисто резистивной нагрузки, поэтому экономия сил на рисовании характеристик становится вполне оправданной.

Комбинированные анодные характеристики для двухтактного каскада

Рис. 7.39 Комбинированные анодные характеристики для двухтактного каскада

Рассмотрим расчет режима каскада по обычным статическим характеристикам лампы, с учетом ее триодного включения.

Так как рассматривается выходной каскад, для которого необходимо получить максимальную мощность, то лампы будут работать при максимальном значении мощности на аноде Ра(max) = 95 Вт, не забывая о некотором запасе по рассеянию на аноде, которое не должно превышать предельно-допустимое. Обычно, подбирая нагрузочные характеристики и рабочие точки для конкретной лампы, приходят к выводу, что максимальная мощность каскада пропорциональна анодному напряжению высоковольтного питания, тогда как искажения зависят обратно пропорционально. Однако с увеличением анодного напряжения стоимость блока питания катастрофически возрастает, поэтому, в рассматриваемом примере, следует остановиться на напряжении высоковольтного питания Va = 400 В. Так как максимальная мощность на аноде Ра(max) = 95 Вт (на статических характеристиках нанесена соответствующая кривая максимальной мощности), а величина питающего высоковольтного напряжения составляет Va = 400 В, то, используя выражение известное P = I×V, можно вычислить постоянный анодный ток Iа = 237,5 мА а затем нанести это значение на графике (рис. 7.40).

Так как рядом с рабочей точкой проходит статическая анодная характеристика (в противном случае, требуется построить дополнительную характеристику), то легко определить эквивалентное сопротивление ra. Для данного конкретного случая значение ra = 282 Ом. Не следует опасаться, что полученное при расчетах значение зачастую сильно разнится с приводимым в паспортных данных производителя ламп, так как они приводят значения для вполне конкретных заданных условий измерений (обычно при Vgk = 0 и Ia = Ia(max).) Традиционно предполагается, что для получения максимально мощности необходимо выполнение условия RL = 2ra, поэтому можно попытаться провести данную динамическую характеристику. После экстраполирования статических характеристик (достаточно правдоподобно продлив их вверх), можно увидеть, что нагрузочная линия, соответствующая сопротивлению 564 Ом обеспечивает полезную мощность с одной лампы 14 Вт. Так Ра(max) = 95 Вт, то полученный результат явно не впечатляет; однако, динамическая характеристика, соответствующая 625 Ом предсказывает мощность уже 20 Вт при более низких искажениях и при точно такой мощности рассеяния.

Определение рабочей точки лампы 13Е1

Рис. 7.40 Определение рабочей точки лампы 13Е1

В двухтактном усилителе для каждой выходной лампы нагрузка должна составлять 625 Ом, следовательно, каждая из обмоток трансформатора должна иметь количество витков, соответствующих данной нагрузке. Однако, работа в двухтактном включении делит пополам значение анодного сопротивления нагрузки для каждой из ламп.

Так как вносимые полные сопротивления изменяются по закону второй степени от отношения количества витков, то удваивание количества витков приведет к четырехкратному увеличению импеданса. Таким образом, сопротивление обмоток выходного трансформатора между точками подключения анодов составит по переменному току 4×312 Ом = 1,25 кОм. Если полезный вклад каждой лампы равен 20 Вт, то полная выходная мощность составит 40 Вт.

От взора проницательного читателя не скроется тот факт, что допустимое (согласно справочным данным) значение напряжения на экранирующей сетки рассматриваемой лампы составляет Vg2(max) = 300 В, но в рассматриваемом варианте ее триодного включения, оно увеличено до Vg2 = 400 В, так как экранирующая стека в этом случае соединяется с анодом. Коммутация выводов пентодов и тетродов по триодной схеме и последующее превышение паспортного значения Vg2(nax) неоднократно осуществлялось и раньше в других разработках. Особенно заметно это было у Лэнгфорда-Смитта, использовавших в усилителе Вильямсона комбинированную пару включаемых по триодной схеме ламп типа 807 с напряжениями 400 В (при допустимом напряжении на экранирующей сетке Vg2(nax) = 300 В) для замены лампы типа КТ66. Еще более значительные увеличения напряжения продемонстрировала фирма Филипс, представившая технические (эксплуатационные) данные для лучевого тетрода типа QE 05/40, работающего в триодном включении при напряжении 400 В, и это вопреки тому факту, что они сами (являясь производителем этого типа ламп) ограничили предельное напряжение на экранирующей сетке Vg2(nax) значением 250 В для этой же самой лампы, как лучевого тетрода, предназначаемого для усилителей мощности звуковой частоты. Тем ни менее, у автора сохранились определенные опасения по поводу превышения паспортного значения допустимого напряжения на экранирующей сетке.

 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Акцент рассматриваемой конструкции будет сделан на проектировании предоконечного каскада усиления с безупречными рабочими характеристиками, который смог бы возбуждать любую из ламп, приведенных в табл. 7.5.

Оговоренные в качестве особого условия «безупречные рабочие характеристики» являются наделе весьма неопределенными и требуют перевода на инженерный язык, который и позволяет найти инженерное решение поставленной задачи. Итак, составим перечень требований к рассматриваемому каскаду.

1. Минимальные нелинейные искажения, определяемые инструментальными (приборными) методами.

2. В искажениях основную долю должны составлять четные гармоники (поскольку именно они компенсируются в выходном каскаде).

3. Симметричный, хорошо уравновешенный выход для возбуждения двухтактного выходного каскада.

4. Максимальная неискаженная амплитуда выходного напряжения.

5. Достаточно высокий коэффициент усиления, позволяющий использовать в случае необходимости межкаскадную отрицательную обратную связь.

6. Низкое значение выходного резистивного сопротивления (по постоянной составляющей), позволяющее избежать проблем с постоянным током сеточного смещения.

7. Низкое значение выходного реактивного сопротивления (по переменной составляющей) для управления емкостной нагрузкой.

8. Допустимость изменения в выходном каскаде угла отсечки в широких пределах, необходимая для подгонки под заданный режим класса АВ в процессе настройки.

9. Немедленное восстановление, даже после сверхбольших перегрузок.

Определение топологии схемы, удовлетворяющей требованиям к предоконечному какаду усиления

Рассмотрим возможные пути реализации заявленных технических требований к предоконечному каскаду.

1. Минимальные искажения, определяемые приборными методами

Это требование предполагает по возможности минимального наклона динамической характеристики. Такая почти горизонтальная нагрузочная прямая предполагает активную нагрузку, но высокие значения активной (резистивной) нагрузки, требующие больших значений высокого напряжения, также представляют собой определенную сложность для разработчика.

2. В искажениях основную долю должны составлять четные гармоники

Это требование предполагает использование триодов, а не пентодов. Принимая во внимание одновременное выполнение требований (1) и (2), можно предположить, что использование триодов семейства *SN7/*N7, выдерживающих значительные анодные напряжения, могло бы оказаться неплохим вариантом.

3. Симметричный, хорошо уравновешенный выход

Это требование лучше всего выполняется применением двух каскадно включенных дифференциальных усилителей, имеющих в качестве элемента, задающего постоянную токовую нагрузку, общий резистор цепи питания. Так как при работе триода возникают искажения в основном по второй гармонике, которые взаимно уничтожаются в дифференциальном усилителе, то это решение будет удовлетворять требованию (1), но усиливает преимущества использования триодов семейства *SN7/*N7, так как лампы, генерирующие низкие искажения третьей гармоники полезны из-за того, что нечетные гармоники интенсивно суммирующихся в дифференциальном усилителе.

4. Максимальная неискаженная амплитуда выходного напряжения

Одной из сильных сторон дифференциального усилителя является высокая линейность характеристики при большом размахе амплитуд выходного напряжения. Тем ни менее, чем выше уровень высокого напряжения, тем лучше, поэтому это требование предполагает, что в каскаде предварительного усиления высокое напряжение может существенно превысить значение 400 В. Так как, скорее всего, в выходном каскаде также будет использоваться напряжение порядка 400 В, то это требует, чтобы каскад предварительного усиления имел индивидуальный источник питания.

 
 
Сайт создан в системе