Это интересно

5. Режимы ламп
    5.1. Какой режим нужен
    Задать требуемый электрический режим лампы, в общем-то, несложно, в старой литературе пишут просто о "подаче смещения". Однако важно понять, в каком случае и что именно следует задавать в качестве рабочей точки. Также не стоит упускать из виду, что различные экземпляры ламп одного типа имеют различающиеся характеристики; свойства прибора дрейфуют и в процессе эксплуатации. Разумеется, вариант подстройки режима при смене лампы приемлем лишь в редких случаях.
    Однако чаще всего точное соблюдение параметров режима, в самом деле, не столь важно, и допустимы большие отклонения. Особенно это касается малосигнальных каскадов. Во многих практически важных случаях сами свойства ламп, как мы ниже увидим, способствуют регуляции режима, не допуская выхода за границы приемлемых значений напряжений и токов.
    Как указывалось, уже технические условия могут предопределять способ задания режима (паспортного), обычно - либо подачей фиксированного напряжения смещения на сетку, либо включением в катод резистора известной величины. Если разработчик идет по этому пути, ему остается только воспроизвести то включение, при котором нормируются параметры лампы.
    Но не всегда все так просто.
    1) По ряду причин бывает затруднительно иметь в аппарате источник отрицательных напряжений, требуемых для смещения рабочей точки.
    2) Для каскадов, заведомо не могущих быть поставленными в номинальные условия, нужно уметь, тем не менее, обеспечивать расчетный режим.
    3) Для каскадов усиления больших сигналов (например, для оконечных), независимо ни от чего бывает важно выдержать выбранное значение анодного тока.
    5.2. Фиксированное смещение
    Если на управляющую сетку лампы подается (относительно катода) постоянный отрицательный потенциал ЕСМ, который и обеспечивает заданный режим по управляющей сетке, говорят о фиксированном смещении.
    Фиксированное смещение просто и понятно, а для прямонакальных ламп ему по сути дела нечего и противопоставить. Однако тут есть и недостатки.
    1) Для ламп с высокой крутизной, обладающих большим разбросом характеристик, фиксированное смещение не гарантирует приемлемого допуска на ток анода. То же нередко относится и к оконечным лампам усилителей мощности. Для разных экземпляров ламп, при одном и том же смещении возможно превышение допустимого тока или, наоборот, ток окажется слишком малым.
    2) У ламп с высокой мощностью накала, большой крутизной (а значит, близкорасположенной к катоду сеткой) возможен заметный сеточный ток (термоток). Здесь при фиксированном смещении не исключено отклонение режима от желаемого, вызванное падением напряжения на сопротивлении утечки сетки RC.
    3) Неизбежная нестабильность напряжения смещения приводит к нестабильности тока покоя, в особенности - ламп с высокой крутизной.
    Корень этих недостатков - в высокой чувствительности режима по току к напряжению в цепи сетки, здесь она равна S. Речь идет не только о возможной нестабильности собственно ЕСМ, но и о падении напряжения на сопротивлении утечки сетки, и о разбросе характеристик - все это отображается эквивалентными напряжениями, приложенными к сетке.
    5.3. Катодное смещение
    Включение резистора "автоматического смещения" в цепь катода - это самый распространенный способ подачи смещения на лампы косвенного накала. Для выбранной по характеристикам рабочей точки определяем UC и IA, а затем:
    Разумеется, UC и IA можно просто взять из паспортных данных.
    Кто-то, возможно, отметит, что здесь подача отрицательного потенциала на сетку просто заменена подачей положительного на катод, и это будет верно. Сама же сетка имеет нулевой потенциал.
    Тем не менее, это не одно и то же. Отличие в том, что чувствительность режима к напряжению в цепи сетки равна здесь , т.е. заметно меньше, чем при фиксированном смещении. Возникающая отрицательная обратная связь по режиму как бы препятствует чрезмерному его отклонению (под влиянием упоминавшихся выше факторов) от нормального.
    Рассчитаем величину RK для каскада на лампе 6Н2П, напряжение на аноде 120 В, требуемый ток 1,9 мА, характеристика на рисунке. По графику требуемое смещение минус 0,5 В, отсюда RK = 270 Ом.
    Разумеется, замена RK на стабилитрон - это вариант фиксированного смещения.
    5.4. Катодная стабилизация
    Катодное смещение можно рассматривать как частный случай так наз. катодной стабилизации.
    Общая схема принципа катодной стабилизации представлена на рисунке. В ней по сути дела задается ток катода (а тем самым, и анода).
    Если на сетку подан фиксированный положительный потенциал ЕC, то потенциал катода:
    Здесь UCM - это напряжение смещения, разность потенциалов сетки и катода при данном токе. Если ток выбран, то следует по характеристикам определить значение UCM, а отсюда - требуемую величину RK. Надо брать абсолютное значение UCM, поскольку его "минус" уже учтен в формуле.
    Если напряжение на сетке ЕC очень велико, например, сетка непосредственно присоединена к аноду предыдущего каскада, то величиной UCM (а также ее разбросом) нередко можно вообще пренебречь, и для расчета не понадобится обращаться к характеристикам лампы. А из-за очевидно большой величины RK - чувствительность режима к сеточному напряжению будет в данном случае крайне низкой. Тут мы имеем в полном смысле слова стабилизацию тока лампы.
    Правда, чем выше UК, тем больше мощность, впустую рассеиваемая на RK. То, что не слишком важно для малосигнальных схем, может доставить проблемы в мощном каскаде.
    Сетку можно соединить и с общей (нулевой) шиной, а нижний вывод катодного резистора запитать от добавочного минусового источника (чем больше напряжение, тем лучше).
    5.5. Анодная стабилизация
    В каскаде на триоде, анод которого нагружен на омическое сопротивление, возникает еще одна цепь отрицательной обратной связи по режиму - уже с анода. Конечно, чувствительность к анодному напряжению в µ раз ниже, чем к напряжению сетка-катод, но ведь и сопротивление в цепи анода обычно значительно выше, чем в катоде.
    Общее выражение чувствительности режима для случая, если имеется и катодный, и анодный резистор:
    Режим такого каскада более устойчив, чем только с катодным смещением.
    5.6. Режим пентода
    Почти все из вышесказанного относится и к пентоду (тетроду). Следует лишь принимать во внимание ряд особенностей.
    1) В пентоде не учитывают влияние анода (величина µ очень велика).
    2) В пентоде стабилизируется ток катода, а ток анода будет меньше - на величину тока второй сетки.
    3) Понятие режима пентода включает еще и потенциал экранной сетки.
    Разумеется, требуемое режимом напряжение на экранную сетку можно подавать от отдельного источника. Однако ее нередко питают от общего источника анодного напряжения ЕА (см. рис.), а если эта величина избыточна, то частично гасят резистором RС2.
    Чтобы определить падение напряжения на гасящем резисторе, нужно, естественно, знать величину тока экранной сетки. Правда, ток IC2 приводят в паспорте только для номинального режима, да и то по типу "не более". Но нередко типовые кривые для IC2 найти все же можно. А стабилизирующее действие экранной сетки с омической нагрузкой (аналогично анодной стабилизации у триода) сгладит ошибки расчета.
    5.7. Принудительная стабилизация
    Режим лампы по току может быть стабилизирован другой, уже стабилизированной лампой. На схеме IA2 = IA1 независимо от EC2 (в первом приближении). Во втором приближении - следует учесть, что EC2 задает напряжение анода нижнего триода (UA1 = EC2 + UCM2), а значит, отчасти влияет на его ток.
    5.8. Резисторы утечки
    Потенциалы сеток ламп, требуемые для установки режимов, обеспечиваются нередко подачей через резисторы большого номинала (резисторы утечки). Хотя сеточные токи, как правило, очень малы, тем не менее, для ряда ламп в документации даются максимальные величины сопротивлений сеточной цепи, превышать которые не рекомендуется. Порой для случая фиксированного смещения отдельно приводится меньшее значение; почему - теперь должно быть ясно.
    5.9. Сеточное автосмещение
    Впрочем, в ряде случаев сеточный ток намеренно используется для создания смещения. Ведь направление его таково, что на резисторе утечки он создает как раз запирающее напряжение, которое накапливается на разделительном конденсаторе. В старой отечественной литературе для цепочки сеточного автосмещения CPRC можно встретить название "гридлик", хотя в оригинале grid leak - это, собственно, утечка сетки.
    При подаче сигнала на сетку, в ее цепи создается режим выпрямления, а для сигнала с меняющейся амплитудой - режим пик-детектора. Управляющая сетка играет роль "анода" диода.
    Сеточное автосмещение довольно обычно для автогенераторов (гетеродинов), каскадов передатчиков - там, где уровень сигнала неизменен. Но иногда его использовали и в низкочастотных усилителях - во входных каскадах, которые в режиме покоя имели нулевое смещение. В связи с тем, что амплитуда аудиосигнала колеблется, постоянную времени сеточной цепи выбирали порядка секунды, к примеру: 10 Мом, 0,1 мкФ.
    Правда, чаще всего уровень входного сигнала был таков, что о его выпрямлении в сеточной цепи всерьез говорить не приходилось. По сути, в подобных случаях перед нами смещение, создаваемое термотоком сетки.
    5.10. Неприятности с трансформатором
    Если сеточное выпрямление при емкостной связи может создать полезное автосмещение, то при трансформаторной - возможен нежелательный эффект "обратного" автосмещения.
    Далее...

Информация

Принципы схемотехники электронных ламп

ЧАСТЬ 4

7. Сюрпризы высоких частот

7.1. Реактивные элементы лампы

До сих пор мы не учитывали влияние на свойства каскадов реактивных элементов ламп, теперь пришла пора обратить на них внимание. Это мы покажем на практическом примере.

Рассмотрим элементарный триодный каскад усиления на 6Н3П. Сопротивление нагрузки R_A = 10 кОм, крутизна в рабочей точке S = 3 мА/В, µ= 36, R_i = 12 кОм. Эквивалентная нагрузка . K_U = 3·5,5 = 16.

Однако кое-что еще не учтено. Лампа имеет заметные междуэлектродные емкости. Так для 6Н3П:

С_ВХ = 2,45 пФ, С_ВЫХ = 1,35 пФ, С_ПР = 1,6 пФ.

Это - емкости собственно лампы, в реальной схеме к ним всегда добавляются емкости монтажа и сопрягаемых цепей.

7.2. Постоянная времени нагрузки

О ней, разумеется, в первую очередь вспомнит тот, кто, знаком с основами радиотехники. Влияние емкости, параллельной R_A, приводит к снижению усиления на высоких частотах.

Паразитная емкость анодной нагрузки будет состоять из выходной емкости лампы С_ВЫХ, неопределенной емкости монтажа и входной емкости следующего каскада. Приняв сумму этих составляющих равной С_Н = 10 пФ, получаем значение постоянной времени:

 с.

Верхняя граничная частота, соответствующая спаду усиления 3 дБ:

. Запомним эту величину, а пока пойдем дальше.

7.3. Сюрприз входного сопротивления

Для кого-то будет неожиданностью снижение активного входного сопротивления в каскаде, вызванное проходной емкостью между входом и выходом. В данном случае ее роль играет емкость между анодом и сеткой С_ПР.

Эффект, о котором идет речь, связан с мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи напряжения, которая для апериодического усилителя (т.е. нагруженного на активное сопротивление) выражается так:

.

Подставляя известные величины, получим, например, для частоты 2 МГц:

К_МН = 7,6.

Тогда активная составляющая входного сопротивления, обусловленная обратной связью через проходную емкость:

.

Однако! Вот вам и высокое входное сопротивление лампы. Не исключено, что граничная частота всего тракта будет значительно меньше, чем оптимистично полученные 2,9 МГц: снижение входного сопротивления с ростом частоты может привести к падению коэффициента усиления предыдущего каскада.

7.4. Сюрприз входной емкости

Казалось бы, входная емкость каскада - это емкость между сеткой и катодом. Ничуть не бывало. Кроме нее, присутствует составляющая входной емкости, созданная паразитной обратной связью. Величина этой составляющей связана уже с действительной частью коэффициента усиления каскада:

,

С_ВХ = С_ПР(К_Д + 1) = 19 пФ.

Вот такую величину надо добавить к емкости сетка-катод (и емкости монтажа). Заставляет задуматься: а верно ли была рассчитана емкость нагрузки предшествующего каскада? Его граничная частота? А его входное сопротивление?

Непросто во всем этом хитросплетении разобраться.

7.5. Резонансные каскады

В каскадах резонансных усилителей, имеющих, как правило, колебательные системы на входе и выходе, проходная емкость еще более опасна: она может вызвать самовозбуждение. От величины этой емкости зависит предельное значение коэффициента усиления, при котором еще сохраняется устойчивость.

И еще: требуется максимально ослабить влияние схемы на добротность избирательных контуров.

Рассмотрим каскад резонансного усиления. На входе и выходе - одиночные контура LC, их добротность - Q. ЭДС, вносимая внутрь сеточного контура с анода емкостным делителем, примерно равна (считая, что С_ПР << С). Напряжение на контуре при резонансе окажется в Q раз больше: . И вдобавок сдвинутым по фазе на 90°.

Недостающие до самовозбуждения 90 градусов добираются за счет фазовых характеристик контуров. Примем контуры на входе и выходе одинаковыми; тогда на верхней границе полосы пропускания каждый из них добавит фазовый сдвиг по 45°. Обратная связь стала положительной.

Но возникнет ли генерация? Да, если K_U будет не меньше, чем коэффициент обратной передачи с выхода на вход . Впрочем, надо еще учесть, что частота потенциальной неустойчивости смещена от резонансной, каждый из контуров дает на ней спад, равный . Таким образом, максимальное устойчивое усиление:

.

Легко прикинуть, что если проходная емкость составляет единицы пФ, то устойчивое усиление, скорее всего, окажется неприемлемо низким.

7.6. Не пентодом единым

Общеизвестно, что проблемы усилителей на высоких частотах снимаются применением пентодов. Последние имеют крайне низкую проходную емкость, так что неожиданные эффекты, которые мы выше рассмотрели, можно не учитывать. К примеру, пентод типа 6К4П имеет проходную емкость меньше 0,0045 пФ.

В частности, в резистивном усилителе на пентоде частотный диапазон определяется только постоянной времени нагрузки.

Тем не менее, вопрос окончательно этим не закрыт. Триоды соблазняют очень низким уровнем собственных шумов, что особенно важно для построения высокочувствительных приемников диапазона УКВ. Значит, полезно вернуться к триодным каскадам, чтобы рассмотреть схемотехнические пути устранения вредного влияния проходной емкости.

7.7. Нейтродины

Нейтрализация проходной емкости была исторически первым способом приспособить триоды для высоких частот. Для подобных радиоприемников даже существовал солидно звучащий термин: "нейтродины".

На схеме емкость С_N, равная проходной, присоединена к концу анодного контура, симметрично точке анода. Воздействие этого конденсатора на сеточную цепь равно воздействию С_ПР, однако приложено в противофазе. Если схема хорошо сбалансирована, то влияние проходной емкости компенсируется.

Недостаток этого решения - в необходимости тщательной подстройки нейтрализующей емкости, в том числе при смене лампы.

7.8. Неполное включение

Будет ли неполная связь с контуром индуктивной или емкостной, по выходу или по входу, во всех случаях повышается устойчивость каскада. Между прочим, на предыдущем рисунке, помимо нейтрализации, применена и неполная связь. Если анод триода подключен, например, к половине катушки индуктивности (коэффициент связи n = 0,5), то обратная передача снижается вчетверо. Во столько же раз возрастает K_Umax. Правда, неполное включение ослабило вдвое полезный сигнал... Но зато усиление, которого можно достичь без генерации, увеличивается в 1/n раз.

Впрочем, ситуация меняется, если учесть, что внутреннее сопротивление триода невысоко. Неполная связь по выходу призвана, в первую очередь, обеспечить сохранение добротности контура, и в этом качестве только повышает, а не снижает усиление.

7.9. Каскодная схема

Первая схема изображает каскад усиления на двух триодах. Эта конфигурация, представляющая собой сочетание преобразователей напряжения в ток и тока в напряжение, отличается от обычного усилителя тем, что в ней практически устранена проходная емкость. Дело здесь в том, что вход и выход - это электроды не одного и того же, а разных триодов.

Коэффициент передачи равен, как и для пентода: K_U = SR_A, определяющей является крутизна нижнего по схеме триода (хотя вообще принято использовать идентичные лампы).

Эквивалентное внутреннее сопротивление "верхнего" триода может не уступать внутреннему сопротивлению пентода.

Совсем не обязательно, чтобы в каскодной схеме лампы были включены последовательно также и по постоянному току. Вторая схема полностью эквивалентна первой, вспомогательные резисторы R₁ и R₂ практически не влияют на работу каскада, если имеют большую величину (по сравнению с 1/S).

7.10. Дифференциальная схема

Эта схема будет избавлена от проходной емкости в том только случае, когда входом является сетка одного из триодов, а выходом - анод другого. Второй вход обязательно заземляется для усиливаемой частоты. Заметьте, что такой усилитель не изменяет фазу усиливаемого сигнала.

Некоторый проигрыш каскодной схеме - невысокое эквивалентное внутреннее сопротивление, равное 2R_i.

7.11. Сюрприз катодного повторителя

В книгах можно встретить мнение, что катодный повторитель имеет хорошие частотные свойства. В общем, с этим можно бы и согласиться. Заметим, входная емкость лампы (сетка-катод) является здесь по сути дела проходной. Она включена между точками с почти идентичными сигнальными напряжениями, поэтому действие ее незначительно. А если применено пентодное включение, то согласованный сигнал действует также и на второй сетке. В итоге эквивалентная входная емкость каскада получается очень малой. Ценная особенность!

Однако и здесь проходная емкость может сыграть злую шутку. В этом смысле опасно подключение к повторителю емкостной нагрузки.

Попробуем разобраться. Если повторитель нагружен на активное сопротивление, сопоставимое с 1/S, то выходной сигнал будет заметно меньше входного, оставаясь синфазным. Появится ток через емкость сетка-катод (он же - входной ток), опережающий по фазе входное напряжение на 90°.

А если нагрузка будет иметь еще и значительную емкость? В этом случае выходное напряжение будет отставать по фазе от входного, поэтому сдвиг фазы входного тока превысит 90 градусов - появится составляющая отрицательного входного сопротивления, а значит, опасность паразитной генерации.

Впрочем, это еще не катастрофа, все зависит от того, каково полное сопротивление цепи, включенной на входе повторителя. Однако если это - колебательный контур, легко доворачивающий фазу, то самовозбуждение весьма вероятно. Потому-то в профессиональных устройствах подобного включения не встретишь.

8. Борьба с помехами

8.1. Проблема неконтролируемых связей

Фон переменного тока, взаимовлияние каналов, просачивание помех, даже самовозбуждение усилителей - эти неприятные явления немало досаждают разработчикам радиоаппаратуры. Каждый слышал о таких мерах, как экранировка сигнальных цепей, развязки и пр. Предметом опасливого почтения для конструкторов является заземление. Например, можно встретить рекомендацию заземлять все, относящееся к одному каскаду, непременно в одной точке. Другие уверяют, что совершенно необходимо свести в одну общую точку вообще все элементы, подлежащие заземлению. При этом остается неясным, необходимо ли реальное присоединение к планете Земля...

Здесь мы попробуем разобраться в этих, не всегда ясных, вопросах. В том числе рассмотрим схемотехнические факторы, влияющие как на устойчивость многокаскадных усилителей, так и на защищенность тракта от любых помеховых воздействий: ведь и то, и другое вызываются одними причинами.

Дело в том, что в большинстве случаев нежелательные связи действуют через общие цепи усилителей в местах сопряжений каскадов.

Привычная структура ламповых схем провоцирует некоторое недопонимание. В частности, можно и забыть о том, что сигнальные напряжения в схемах (как и любые напряжения) имеют два полюса. Мы говорим о напряжении на аноде, не уточняя - относительно чего.

Но, считая все точки проводника "земли" или цепи питания эквипотенциальными, мы совершаем ошибку. Следует принимать во внимание паразитные параметры общих цепей усилителя: омическое сопротивление и паразитную индуктивность. На них (за счет протекания больших токов оконечных каскадов) создаются нежелательные падения напряжения, могущие попасть на входы первых каскадов. Это первое.

Второе - паразитная связь может замыкаться через внутреннее сопротивление источников питания (чаще всего анодного).

8.2. Зачем нужно шасси

Когда вы видите ламповую высокочастотную схему, смонтированную в солидном, порой даже замкнутом со всех сторон металлическом шасси, знайте, что это сделано не только в целях "экранировки", но и для того, чтобы получить идеальный провод "земли". Дело в том, что индуктивность проводящей полости равна нулю. Понятно, что такое шасси должно не только присутствовать, но и являться фактическим проводом "земли": каждый элемент присоединяется к нему отдельно в ближайшей точке, иной вариант просто не имеет смысла.

В принципе желательно, чтобы столь же капитально была выполнена шина анодного питания, о чем часто забывают.

Впрочем, грамотный подход к схемотехнике может сделать устойчивой работу высокочувствительного многокаскадного усилителя даже при "неудачных" конструкциях общих цепей и неважном источнике питания. Это достигается выбором таких связей, при которых во входную цепь каждого каскада не включаются помеховые сигналы с общих проводников.

8.3. Контур сопряжения

Начнем с самых очевидных ошибок.

На первой схеме в замкнутый контур, образованный вторичной обмоткой (выходом источника сигнала) и участком сетка-катод (входом следующего каскада), входит еще и отрезок общей шины. Если схема отражает действительный монтаж, то налицо ошибка, связанная с внесением в контур сопряжения помех от падения напряжения на участке общей шины.

Второй вариант отображает правильную организацию контура сопряжения: оба полюса выходного напряжения источника прямо соединены с двумя полюсами входа. Связь с шиной должна быть лишь в единственной точке, но все дело в том, что добиться этого не всегда можно одними конструкторскими приемами. Ниже мы рассмотрим схемотехнические методы, которые применяются для восстановления "разбитого" контура сопряжения, и тем самым обеспечивают защищенную междукаскадную связь.

Чтобы лучше их понять, надо усвоить следующие важные принципы.

1) Напряжение сигнала, поданное на сетку лампы, действует относительно ее катода, а поданное на катод - относительно сетки.

2) Если в катод включен резистор обратной связи, то напряжение, приложенное к сетке, действует относительно конца этого резистора.

3) Входное напряжение дифференциального усилителя, поданное хотя бы только на один его вход, действует относительно второго входа.

4) Выходное напряжение схемы, имеющей высокое выходное сопротивление, действует между выводами нагрузки.

5) Выходное напряжение схемы, имеющей низкое выходное сопротивление, действует относительно той же точки схемы, что и входное.

8.4. Ошибки с развязкой

Развязывающая цепочка неплохо поможет правильному сопряжению каскадов, если только ее включить без ошибок. А они весьма часты! Соединение конденсатора C_P с общей шиной вблизи каскада - источника, как на первой схеме, отвечает расхожей рекомендации: заземлять все элементы, относящиеся к данному каскаду, в одной точке, но... Правильная организация связи - вторая, где контур сопряжения не разорван неверным включением: ведь выходное напряжение пентодного каскада действует на выводах его нагрузки.

А если на месте первой лампы стоит не пентод, а триод, нагруженный на большое сопротивление? Его выходное напряжение действует уже между анодом и катодом. Потому развязка здесь, в принципе, будет малоэффективна. Соответствующая цепочка окажется на деле дополнительным звеном фильтрации (что тоже небесполезно).

 Когда не понимают необходимости прослеживать контур сопряжения, следствием оказываются даже просто лишние элементы. Не правда ли, вариант изображенный слева, кажется безусловной "классикой"? Однако включение, соответствующее правому варианту, даже сэкономило детали, а результат идентичный.

8.5. Дифференциальный усилитель

Входы дифференциальной схемы прекрасно сопрягаются с любым источником сигнала, если снова не наделать ошибок. Второй ее вход обязательно надо связать со вторым полюсом напряжения источника.

На первой схеме (высокое эквивалентное внутреннее сопротивление первого каскада) этим вторым полюсом является верхний вывод резистора нагрузки. На второй (низкое выходное сопротивление триода без ООС) - катод триода.

8.6. Индуктивная междукаскадная связь

Индуктивная (трансформаторная) связь в принципе является защищенной, она с успехом применяется не только для резонансных, но и широкополосных схем, например, в виде междуламповых трансформаторов в низкочастотных усилителях. Но если первичная обмотка включена в анод триода, то, возможно, потребуется развязка, чтобы обмотка оказалась для сигнала включенной параллельно участку анод-катод (источнику сигнала). Для пентода этого не требуется.

Трансформатор может внести нежелательную частотную зависимость, которая вовсе не предусматривалась разработчиком. Ведь существуют паразитные емкости, образующие с обмоткой трансформатора резонансную систему.

Подавление параллельного резонанса трансформатора в широкополосной схеме может быть обеспечено низкоомным выходом (триодного усилителя), и/или низкоомным входом следующего каскада (как на схеме). Для этого должно выполняться:

- во всем диапазоне частот.

Между прочим, самый благоприятный режим работы для широкополосного трансформатора - близкий к короткому замыканию по выходу (например, вход преобразователя тока в напряжение).

При сопряжении каскадов с помощью трансформаторов приходится учитывать и коэффициент трансформации, если он отличен от единицы. Трансформатор поднимет усиление, если обмотка с большим числом витков обращена в сторону, где сопротивление выше.

8.7. Приведение к сетке

Применением защищенных связей мы выводим помеху на шине анодного питания из контура сопряжения каскадов. Но не будет ли она воздействовать другим путем - например, на сами лампы?

В самом деле, воздействие напряжения помехи на анод u_ПА эквивалентно воздействию на сетку помехового напряжения, в µ раз меньшего:

.

Это - амплитуда помехи, приведенная к сетке. Таким образом можно оценить, приемлема эта величина или нет. Возможно, что для пентодного каскада помеха окажется несущественной, а для триодного, да еще и высокочувствительного, потребуется ввести в цепь анодного питания дополнительное звено фильтрации.

8.8. Паразитная связь через "эфир"

Владельцы ламповых аппаратов (особенно горожане) в последнее время разочаровываются в возможности слушать передачи даже местных станций в диапазонах длинных, средних и коротких волн - треск, рокот мешают приему. И кажется совершенно необъяснимым, что подключение хорошей наружной антенны вместо суррогатной даже ухудшает дело... Но никаких чудес тут нет.

Левый рисунок показывает классическую схему подключения радиоприемника, так она и выглядела в начальный период развития радио. На входные клеммы подаются высокочастотные колебания, наводимые между выводами антенны и заземления (оно заменяет второй полюс диполя). Чем больше высота антенны, чем качественнее заземление, тем лучше прием.

С появлением аппаратов сетевого питания вдруг выяснилось, что они успешно работают и без "земли". Постепенно в общем сознании укоренилась иллюзия, что для радиоприемника требуется одна лишь антенна, и более ничего.

Понятно, что на самом деле при таком включении - функцию противовеса (то есть второго полюса антенной цепи) выполняет питающая сеть. С ней связана и общая шина радиосхемы (шасси) - через емкости (паразитные или даже через специально установленные для этой цели).

Электрическая сеть, особенно в последние годы, является источником помех в широком диапазоне частот. Как видно из правого рисунка, эквивалентный генератор помех е_ПОМ по существу подключен к входу приемника через емкость антенны.

Вот потому-то подобные радиоустановки вроде бы принимают на короткий провод, но становятся неработоспособными при подсоединении полноценной антенны с большой емкостью. Перед нами - типичная паразитная связь через общую шину, но только замыкающаяся через "эфир".

8.9. Земля и "земля"

Устройство хорошего заземления - это давний и классический способ решения проблем, описанных выше. Если шасси заземлено (именно на настоящую землю!), то контур сопряжения "с эфиром" отъединен от источника помех.

Увы, заземление далеко не всегда эффективно, ведь в реальности провод заземления имеет ненулевое полное сопротивление, через которое все же просачивается помеха.

Именно поэтому в профессиональных ламповых приемниках применялись защищенные входные цепи c трансформаторной развязкой, где вывод заземления изолирован от шасси (корпуса). При этом помехи на линиях питания не могут проникнуть в сигнальный контур сопряжения.

Кстати, и бытовой приемник, антенная цепь которого имеет индуктивную связь с преселектором, можно аналогично доработать для повышения помехозащищенности. Для этого достаточно отсоединить "нижние" концы антенных катушек от шасси и вывести на изолированную клемму "земли".

Интересно, что в такой системе уже не обязательно иметь присоединение именно к "планете Земля". Вполне достаточно противовеса, в качестве которого могут быть использованы провода или металлоконструкции, удаленные от электросетей. У любителя под рукой найдется металлическая крыша, ограждение балкона и т.п. (но только не системы защитного заземления электроустановок!).

Сергей Гаврилов

Часть [1]  [2]  [3] [4]  [5]  [6]  [7]  [8] 

Статьи

Ламповый звук Тайны лампового звука Волшебство лампового звука [1] [2] Когда лампа лучше, чем транзистор [1] [2] Почему вакуумный триод звучит музыкально Схемотехника ламповых усилителей Лампы или транзисторы? Лампы! Однотактный ламповый усилитель для начинающих Двухтактные ламповые усилители Оконечный пушпульный усилитель - схема Уильямсона-Хафлера-Кероеса Рекомендации по повторению реплики схемы Уильямсона-Хафлера-Кероеса Однотактный усилитель с непосредственной связью. Схема Loftin-White [1] [2] Трехламповый усилитель Губина Однотактник на 300В Усилители низкой частоты Расчет каскада с нагрузкой в аноде Однотактный усилитель на лампе 807 [1] [2] Циклотрон. Мощный усилитель с выходными лампами ГУ-50 SE на RB300 Однотактный усилитель мощности на 300В. Модель WE91 для 90-х годов [1] [2] Как улучшить звучание HI-FI системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] Лампы и звук: назад, в будущее [1] [2] [3] [4] [5] Однотактный ламповый ... [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Апгрейд усилителя XD845MKIII [1] [2] "Усилитель" для наушников на SRPP [1] [2] [3] [4] [5] [6] Ламповый High-End [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [...] Обзор журнала Glass Audio за 1998 год [1] [2] Обзор журнала Glass Audio за 1999 год Корректор для винила Компенсированные регуляторы громкости Усилитель НЧ Даешь ONGAKU! Tubesaurus Rex Усилитель НЧ с комбинированной обратной связью Прибор для измерения напряжения накала высоковольтных кенотронов George Ohm живет в Харькове Ревизия однотактного усилителя с межкаскадным трансформатором Усилитель мощности НЧ с высоким КПД Двухканальный усилитель НЧ Усилитель НЧ с клавишным переключателем Радиотрансляционные установки ТУ-50 и ТУ-100 Портативный проигрыватель Усилитель НЧ Усилитель без выходного трансформатора Усилители без выходного трансформатора Лампово-полупроводниковый УМЗЧ Акустика Бытовые акустические системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Там, где живут басы [1] [2] [3] [4] [5] [6] The Onken Enclosure Категории слухового восприятия [1] [2] Три взгляда на акустику помещений [1] [2] Акустика в которой мы живем [1] [2] Акустика офисов Мифы звукоизоляции Акустика отделочных материалов Акустический агрегат с объемным звучанием Акустические свойства домашней мебели Акустические линзы для громкоговорителей Акустические измерения в практике радиолюбителя Акустический фазоинвертор Акустика студий [1] [2] Полезные советы разработчиков Hi-End Триод против пентода. Что выбрать? [1] [2] SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Одноламповые усилители низкой частоты Как пользоваться характеристиками электронных ламп Многоламповые усилители НЧ на импортных лампах Контактно-резисторный коммутатор входов Как проверять аппаратуру в салоне Что лучше: 4 или 8 Ом акустика? Выходной трансформатор для однотактника. Быть или не быть линейным Простая и быстрая проверка трансформаторов Десять способов усовершенствовать вашу аудиокомнату Испытатель ламп Понижение уровня фона в усилителях Evolution Пять правил рационального питания Трансформаторы в однотактных усилителях Выходные трансформаторы Измерение характеристик выходного трансформатора [1] [2] Однотактный «Magnum» Какая лампа нам нужна Какая лампа нам нужна и будет ли она? Улучшенная конфигурация листов трансформаторной стали Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? [1] [2] Звук: интересные наблюдения Вся правда об акустике ProAc Немного теории лампового звука О заметности искажений История лампы 300B Краткая история возникновения Hi-Fi Возможен ли "виниловый ренессанс?" [1] [2] [3] Hi-End: Мифы и реальность [1] [2] Как не заблудиться в кабельных джунглях? Побалуйте свои уши! [1] [2] Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? "Хай-Энд" умер, да здравствует "Хай-Энд"! [1] [2] Блестящие звукозаписи [1] [2] [3] Семь слов об ошибках аудиоэкспертизы Частотные, нелинейные и фазовые искажения Внешние факторы, влияющие на восприятие звука Многоканальный окружающий звук [1] [2] [3] [4] Магнитная запись: мифы и реальность Теория схемотехники и звукотехники Для начинающих. Как работает усилитель [1] [2] Принципы схемотехники электронных ламп [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Хрестоматия радиолюбителя, 1963г. [1] [2] [3] [4] [5] Конструктивный расчет входных и выходных трансформаторов [1] [2] Как работают звуковые трансформаторы Элементарная теория схем с обратной связью [1] [2] [3] Теория звукотехники Двухтактно-параллельный усилитель НЧ Особенности стандартов, описывающих мощность в звукотехнике Отрицательная обратная связь в усилителях Классы усилителей мощности Элементарная теория триода [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Как работает лучевой тетрод О мощности, ваттах, децибелах... [1] [2] Теория звука [1] [2] [3] [4] Звук и цифровые технологии [1] [2] [3] [4] [5] [6] Проектирование абсолютно устойчивых усилителей [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Звуковые форматы Описание стандарта MP3 Правильная мощность Начинающим. Радиолампа Высококачественный усилитель низкой частоты Объемный звук [1] [2] [3] Парадоксы электрона Вибратор к гитаре Ламповый авометр Старая и популярная 12АХ7/ЕСС83 Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов Двухэлектродные лампы Трехэлектродные лампы Рабочий режим триода Многоэлектродные и специальные лампы Электронно-лучевые трубки Газоразрядные и индикаторные приборы Фотоэлектронные приборы Собственные шумы электронных ламп Особенности работы электронных ламп на СВЧ Специальные электронные приборы для СВЧ Надежность и испытание электровакуумных приборов Основы схемотехники ламповых усилителей Искажения в усилителях, их измерение, меры по снижению искажений Основные сведения о радиокомпонентах Источники питания Каскады усиления мощности Каскады предварительного усиления Широкополосные усилители Усилительный каскад с катодной нагрузкой [1] [2] Life in Vacuum. EL34 Life in Vacuum. 6H8C, 6H9C Life in Vacuum. SV572 SV6550 6C5C 6C3П/6C4П Двойной триод 6Н3П Пентод 6Ж5П 6П42С / 6П45С Лучевой тетрод 6П1П Пентод 6П14П в оконечном каскаде Двойной триод 6Н14П Кенотрон 1Ц11П Демпферный диод 6Ц10П Что и как мы слышим

Найти на сайте

Информация

Только к середине 80-х возникла новая волна спора между двухтактными усилителями на триодах и пентодных в ультралинейном включении. Противостояние касалось исключительно только РР схем; так что не будем обсуждать этот момент и скажем лишь одно - триоды вернулись, а наряду с ними вся орава усилителей с переключением триод/UL пентод.
    Вторая волна поднялась в начале 90-х, уже с знакомым нам конфликтом - двухтактные триоды против однотактных. Поскольку он так и не разрешен, им мы и займемся. Темы дебатов опять крутятся вокруг фазоинверторов, продуктов искажений, глубины ОС и вдруг всплывшего эффекта под названием "первый ватт".
    Далее...

Это интересно

9. Проблемы АРУ
    9.1. Проблема N 1: регулирующий элемент
    Без цепей автоматической регулировки усиления (АРУ) трудно себе представить радиоприемник. Но каскад с изменяющимся коэффициентом передачи - это не так просто, как может показаться: серьезные ограничения накладываются возможностью появления искажений при сильном сигнале. Здесь мы впервые сталкиваемся с проблемой передачи сигналов большого уровня, чем будем заниматься теперь уж до конца.
    В подавляющем большинстве случаев в ламповых приемниках используется АРУ, действующая по принципу выпрямления колебаний с выхода радиотракта и подачи полученного регулирующего напряжения на запирание ламп усилительных каскадов, как это видно, например, по фрагменту схемы приемника "Рекорд-53".
    Следует хорошо осознать, что подобные системы АРУ обладают принципиальным недостатком: при максимальном сигнале на входе - ток ламп наименьший! Это ограничивает диапазон регулирования. Попробуем разобраться на примере, в чем тут дело.
    Пусть выходной лампой усилителя промежуточной частоты является обычный пентод 6Ж3П. При напряжении на управляющей сетке минус 4 В он практически заперт, эту величину и можно считать максимальным уровнем регулирующего напряжения.
    Для простоты пренебрегая потерей напряжения на диоде - выпрямителе АРУ, считаем, что и максимальная амплитуда сигнала на выходе УПЧ примерно 4 В.
    Допустим, что сопротивление нагрузки каскада (резонансное сопротивление контура) - 20 кОм. При идеальной работе АРУ амплитуда тока сигнала должна быть постоянной и равной 4/20 = 0,2 мА.
    Общий принцип для каскадов, работающих с большими сигналами, состоит в том, что постоянная составляющая анодного тока должна быть всегда больше, чем амплитуда переменной составляющей.
    Итак, во избежание искажений, постоянная составляющая анодного тока регулируемой 6Ж3П должна непременно оставаться больше 0,2 мА; ограничим ее величиной, к примеру, 0,26 мА.
    Ток 6Ж3П в рабочей точке (максимальное усиление) равен 7 мА, диапазон изменения токов при регулировании: 7/0,26 = 27.
    Тогда диапазон изменения крутизны лампы: . Он же будет и диапазоном регулировки усиления. Как, всего-навсего?
    Выходит, что наш регулятор способен скомпенсировать лишь трехкратное изменение уровня сигнала, а иначе - неизбежны искажения.
    9.2. Так для чего нужны пентоды "К"?
    В книге, не так давно вышедшей, можно прочесть довольно странные разъяснения по вопросу, приведенному в заголовке. Допускаю, кто-то все же понял, что хотел донести известный автор... Но если кто остался в недоумении - теперь, после разобранного примера, уже догадывается, в чем дело.
    А дело в том (и наш простенький расчет ясно показал), что пределы регулирования зависят от формы характеристики регулирующего активного элемента! Потому в лампах типа "варимю" (которые называют также лампами с удлиненной характеристикой), предназначенных для регулирования, характеристику деформируют, делая ее близкой к экспоненциальной.
    Действительно, для экспоненты крутизна (производная) пропорциональна току, а значит, диапазон регулирования будет в точности равен допустимому диапазону изменения тока. В рассмотренном выше примере - он был бы равен 27 вместо 3. Разница убедительная!
    Тем не менее, и такой диапазон регулирования кажется недостаточным.
    9.3. Многокаскадное регулирование
    Очевидна идея: регулировать несколько последовательных каскадов, если диапазон неискаженного регулирования для одного недостаточен: общий коэффициент регулирования, как ожидается, получится перемножением частных. Собственно, для трактов радиоприемников это - традиционное решение: вместо одного управляемого каскада использовать несколько (быть может, с меньшим усилением в каждом).
    Секрет выигрыша в том, что для первого каскада мы теперь не требуем неизменности сигнального тока (на помощь придут последующие каскады), а значит, его постоянный ток при максимальном входном сигнале больше, чем был бы в однокаскадном регуляторе, налицо запас. Динамический диапазон тракта действительно может быть этим решением расширен.
    9.4. Критика "гениальных" идей
    Нельзя мимоходом не остановиться на бредовых идеях, которые мелькали в литературе, и теперь, попавшись кому-то на глаза, вполне могут дезориентировать.
    Речь идет об использовании в регулируемых каскадах обычных пентодов с "короткой" характеристикой, которые путем особого включения превращаются почти что в "варимю".
    Рассмотрим пентодный каскад, где заданное напряжение на второй сетке обеспечивается последовательным гасящим резистором. При запирании лампы напряжением АРУ - снижается общий ток катода, а значит, и второй сетки. Напряжение на ней растет, анодно-сеточная характеристика смещается влево, тормозя падение тока. Чем не "удлинение" характеристики без использования ламп типа "К"?
    На самом деле никакой деформации характеристики для усиливаемого сигнала (а именно это и требуется) здесь нет. А описываемый эффект отражает лишь снижение коэффициента передачи петли регулирования. Что является недостатком, а не достоинством.
    Аналогичное влияние приписывают резистору автосмещения в катоде: запирание лампы напряжением АРУ сопровождается уменьшением автосмещения, что эквивалентно "удлинению" характеристики...
    В действительности, если этот резистор заблокирован конденсатором, то он не оказывает влияния на характеристику для сигнала. А если нет, то он просто препятствует регулированию, стабилизируя усиление. Впрочем, когда лампа почти заперта (самый опасный случай), этот резистор вообще ни на что не влияет.
    9.5. Управление токораспределением
    Возможен и альтернативный способ регулирования усиления: подачей управляющего напряжения на третью сетку. Из-за того, что управление здесь осуществляется токораспределением, предельный уровень сигнала связан с током лампы в номинальном режиме, из которого она, по сути, и не выходит. Диапазон регулирования получается значительно больше (максимальный входной сигнал определяется попросту раствором характеристики лампы).
    Однако тут приходится иметь в виду, что в предельном случае весь ток лампы будет восприниматься экранной сеткой. Значит, надо заботиться, чтобы не был превышен допустимый ток этой сетки и допустимая рассеиваемая мощность на ней. Желательно, разумеется, питать сетки от отдельного источника с низким внутренним сопротивлением.
    Регулирование токораспределения встречается чаще, чем думают: именно оно реализуется в частото-преобразовательных гептодах, таких как 6А7, где напряжение АРУ подается как раз на третью сетку. И, к примеру, в приемнике "Звезда-54" никакой другой цепи регулирования вообще не предусмотрено. В подобном режиме применимы и пентоды с двойным управлением.
    9.6. Проблема N 2: петля регулирования
    До сих пор мы рассматривали проблемы регулирующих элементов, с которыми связаны пределы неискаженного регулирования сильных сигналов. Но не менее важны вопросы реализации петли регулирования, определяющие стабильность выходного напряжения при изменении входного.
    В этом отношении недостаток простейшей АРУ тот, что в ней регулирующее напряжение и амплитуда выходного сигнала - это, в сущности, одно и то же.
    Для эффективного управления лампой 6К4П, например, отрицательное напряжение смещения должно изменяться от UC = 0,7 В до UCmax = 25-30 В, значит, в этих же пределах (до 32 дБ) будет изменяться полезный сигнал на выходе детектора... Для высококлассных радиоприемников это недопустимо много.
    Повышение эффективности АРУ требует "отвязки" диапазона напряжений АРУ от диапазона выходных уровней. Это достигается применением "задержки": особый выпрямитель АРУ заперт напряжением UЗ, открываясь только при его превышении.
    Теперь минимальный уровень выходного сигнала, соответствующий началу действия АРУ, будет равен UЗ, а максимальный - UЗ + UCmax.
    Допустим, напряжение задержки установлено равным 10 В. Диапазон уровней сигналов на выходе УПЧ будет при этом изменяться от 10 до 35-40 В (изменение 12 дБ вместо 32, эффект налицо). Увеличим напряжение задержки - диапазон изменения выходных уровней станет еще меньше...
    Далее...

Информация