Это интересно

11. Тетродные усилители мощности
    11.1. Энергетика для режима А
    Пусть трансформаторный оконечный каскад потребляет в режиме покоя анодный ток IA, напряжение анодного питания ЕА. Мощность, потребляемая от источника питания: P0 = EAIA. Практически вся эта мощность рассеивается анодом лампы.
    В режиме усиления сигнала каскад отдает полезную мощность PВЫХ = uAiA/2, где, напомним, uA и iA - амплитуды напряжения и тока. Средний ток, потребляемый от источника питания (а значит, и мощность), при этом не изменяется, а мощность, рассеиваемая на аноде, снижается на величину РВЫХ.
    Эти элементарные соотношения надо помнить.
    11.2. Нужно ли "согласование" с нагрузкой?
    Возможно, не каждый поймет, почему поставлен в кавычки столь привычный термин. Многие ведь так и уверены, что выходные трансформаторы следует рассчитывать исходя из критерия согласования сопротивлений, ведь, "как всем известно", это обеспечивает наилучшую отдачу мощности в нагрузку.
    Покажем, что это не так, на примере расчета оконечного каскада на лампе 6П6С для получения скромной выходной мощности 1 Вт. Примем сопротивление акустической системы 8 Ом. Внутреннее сопротивление лампы 6П6С по паспорту - 52 кОм, оно же соответствует выходному сопротивлению каскада. Соотношение сопротивлений источника и нагрузки - 6500:1.
    Трансформатор преобразует сопротивления в соответствии с квадратом коэффициента трансформации. Исходя из критерия согласования сопротивлений, соотношение числа витков должно быть взято 80,6:1.
    Очевидно, что выходная мощность 1 Вт при 8-омной нагрузке отвечает следующему: uH = 4 B, iH = 0,5 A. С учетом коэффициента трансформации, получаем для амплитуд в анодной цепи: uА = 322 B, iА = 6,2 мA.
    Но столь высокую амплитуду напряжения - 322 В - получить с каскада на 6П6С не удастся! Допустим, что напряжение анодного питания - 250 В, полезная амплитуда, скажем, 190 В, ток - 190/52 = 3,65 мА. Реальная выходная мощность при "правильном" согласовании получается всего 0,34 Вт...
    Позорный результат, учитывая, что лампа 6П6С способна отдать во много раз большую мощность. А теперь разберемся, как правильно подходить к расчету.
    11.3. Остаточное напряжение
    На семействе анодных характеристик 6П6C выберем характеристику, соответствующую UC = 0, и отметим на ней точку, левее которой кривая начинает заметно спадать (к примеру, т. А на рисунке). Соответствующее анодное напряжение называют остаточным, в данном случае - UOCT = 60 B. Ему соответствует максимальное значение анодного тока: IAmax = 97 мА.
    При напряжении питания ЕА = 250 В выберем ток покоя. Для чего отметим характеристику, соответствующую уже весьма малым токам анода, пусть она будет для UC = - 20 B. Предельный размах колебаний на сетке (удвоенная амплитуда) - от 0 до минус 20 В, оптимальное смещение должно быть посередине этого диапазона (UCМ = - 10 B), ток покоя IA = 57 мА, получили точку Б, соответствующую режиму покоя.
    11.4. Рассчитываем мощность
    Проведем прямую через А и Б, она и будет оптимальной нагрузочной прямой.
    В отличие от резистивного усилителя, здесь в режиме покоя к аноду лампы приложено практически полное напряжения питания, а при подаче сигнала - анодный потенциал будет колебаться относительно этого значения.
    Наклон нагрузочной прямой соответствует сопротивлению нагрузки, приведенному к первичной цепи трансформатора, его нетрудно вычислить: . Заметьте: вдесятеро меньше, чем по критерию "согласования"!
    Оптимальный коэффициент трансформации: . Амплитуды токов и напряжений для выходной мощности 1 Вт, пересчитанные через коэффициент трансформации: uA = 96 B, iA = 20,8 мА.
    В принципе, лампа может отдать и большую мощность. Максимальную амплитуду анодного напряжения можно оценить как ЕА - UOCT = 190 B, тока анода - как IAmax - IA = 40 мА. Это даст выходную мощность 3,8 Вт.
    11.5. Допустимые значения
    Проведенный расчет нельзя считать законченным: надо убедиться, что не превышены предельно допустимые значения для выбранной лампы.
    1) Убеждаемся, что не превышена максимально допустимая мощность, рассеиваемая на аноде в режиме покоя. У нас P0 = EAIA = 250 · 0,057 = 14,2 Вт, что превышает допустимые 13,2 Вт для 6П6C. Значит, следует увеличить отрицательное смещение, немного снизив ток покоя (например, до 50 мА). Напомним, что в режиме максимального сигнала мощность, рассеиваемая на аноде, только уменьшится.
    2) Убеждаемся, что не превышен максимально допустимый ток анода. У нас пиковый ток: IAmax = 97 мА. В данных на 6П6C приведен максимальный ток эмиссии катода - 100 мА. Ток катода складывается из токов анода и второй сетки (7,5 мА по паспорту). Превышение? Но если мы снизим ток покоя, то, пожалуй, и тут будет в норме.
    3) Убеждаемся, что не превышено максимально допустимое напряжение на аноде. Для выходной мощности 1 Вт это EA + uA = 250 + 96 = 346 B, что меньше допустимого для лампы (350 В). Однако на практике и превышение допустимого анодного напряжения в пике - не считают большой бедой, такое превышение имеет место во многих промышленных разработках.
    11.6. Выходное сопротивление
    В обычном усилительном каскаде выходное сопротивление с анода равно Ri, а с выхода вторичной обмотки трансформатора - Ri / n2.
    Однако не стоит забывать две вещи.
    1) Внутреннее сопротивление лампы Ri не является постоянной величиной, ведь оно обратно пропорционально крутизне, и значит, зависит от тока. По анодным характеристикам это отлично видно.
    2) Если в катоде включен резистор ООС (автосмещения, не зашунтированный конденсатором), выходное сопротивление возрастет, как указывалось ранее.
    А к чему следует стремиться для оконечного каскада низкочастотного усилителя? По теории, обеспечение постоянного звукового давления на всех частотах диапазона требует питания звуковой катушки неизменным током. Отсюда выходное сопротивление желательно иметь как можно выше. Именно в таком режиме и работают обычно оконечные каскады на тетродах и пентодах.
    Однако в современной аудиотехнике принято, чтобы, наоборот, выходное сопротивление на клеммах усилителя было значительно меньше сопротивления подключаемой нагрузки.
    Во-первых, это обеспечивает эффективное электрическое демпфирование подвижной системы громкоговорителей.
    Во-вторых, современная многополосная акустика с разделительными фильтрами конструируется именно под такой режим питания.
    Между прочим, сочетание усилителя с низким выходным сопротивлением и трансформатора имеет свои минусы. Этот вопрос нам еще предстоит не раз обсуждать.
    11.7. Параллельное включение ламп
    Обычно его используют, когда требуется увеличить выходную мощность каскада, реже - чтобы снизить выходное сопротивление. Расчеты здесь очень просты: выходная и потребляемая мощности увеличиваются соответственно числу запараллеленных ламп, но только при условии, что и сопротивление нагрузки будет уменьшено во столько же раз. На практике, при том же самом сопротивлении нагрузки, потребуется соответственно пересчитать коэффициент трансформации: например, при запараллеливании двух ламп - число витков первичной обмотки снижается на 30%.
    Между прочим, запараллеливание ламп (если оно имеет целью повысить мощность) не приведет к снижению выходного сопротивления усилителя. А если, наоборот, ставится цель снизить выходное сопротивление (трансформатор тогда не пересчитывается), то увеличения мощности не будет.
    11.8. Катодный повторитель и реактивный ток
    Время от времени реанимируется идея поставить оконечный каскад низкочастотного усилителя в конфигурацию катодного повторителя - ведь это, казалось бы, должно обеспечить низкое выходное сопротивление и заодно малые искажения.
    И каждый раз реализация идеи разочаровывает, а почему - разобраться будет интересно. Хотя первая причина очевидна: требуется очень высокое напряжение раскачки на сетке, амплитуда его должна приближаться к напряжению анодного питания выходного каскада. А иначе - выходная мощность получится крайне низкой. Реально этого можно достичь, пожалуй, только если после предоконечного каскада поставить повышающий трансформатор.
    Интереснее рассмотреть другую проблему повторителя с трансформатором на выходе - появление специфических искажений в нижней части диапазона усиливаемых частот.
    Первичную обмотку выходного трансформатора можно рассматривать как эквивалент параллельного соединения: трансформированного сопротивления нагрузки и индуктивности обмотки.
    При уменьшении частоты - индуктивный ток (сдвинутый по фазе относительно тока через активную нагрузку) нарастает, и, наконец, нарушается условие режима А для результирующего тока - возникает отсечка. Здесь проявляется неспособность схемы с ООС (каковой является катодный повторитель), да и вообще схемы с низким выходным сопротивлением - плавно снизить усиление при уменьшении модуля полного сопротивления нагрузки. Так, как это происходит в тетроде с анодной нагрузкой.
    Вот хорошая иллюстрация поведения линейных схем с отрицательными обратными связями: на границах своих возможностей они выходят из линейного режима. Нам еще предстоит рассмотреть это детальнее. Кстати, там же будет развеяна ходячая иллюзия о том, что низкое выходное сопротивление оконечного повторителя позволяет подключать к нему нагрузку с меньшим сопротивлением.
    12. Триодные усилители мощности
    12.1. Проблема остаточного напряжения
    Оконечные усилители на триодах стали особенно актуальными применительно к ламповому Hi-End. Этому есть ряд причин.
    Далее...

Информация

Принципы схемотехники электронных ламп

ЧАСТЬ 7

13. Двухтактное усиление

13.1. Так плюсы или минусы?

Двухтактные оконечные усилители, плечи которых работают на общую нагрузку в противофазе, обладают рядом неоспоримых достоинств.

1) Они позволяют добиться более высокой выходной мощности (а при определенных условиях - намного большей, чем удвоенная выходная мощность обычного каскада на той же лампе).

2) Обеспечивают (опять же при определенных условиях) значительно лучший КПД.

3) Компенсация постоянных составляющих токов в двух половинах первичной обмотки трансформатора ликвидирует нежелательное подмагничивание.

4) При идеальном балансе схемы компенсируются четные гармоники (и самая интенсивная - вторая), так что общий уровень нелинейных искажений существенно ниже.

Впрочем, сторонники модного течения в аудиотехнике, не придавая большого значения двум первым преимуществам, причисляют два последних скорее к недостаткам.

Так, постоянное подмагничивание сердечника имеет и свою положительную сторону: перемагничивание происходит по частной петле гистерезиса, что снижает искажения, вносимые железом трансформатора.

Подавление второй гармоники, как считают, нарушает привычное для уха соотношение обертонов, делая звук менее естественным.

13.2. А, В и АВ

Двухтактные схемы, как и однотактные, могут работать в режиме класса А. Только теперь каждое плечо работает на свою половину первичной обмотки, а переменные составляющие токов будут складываться в нагрузке. Базовые расчеты ничуть не отличаются от случая параллельного соединения ламп.

Однако возможно поставить двухтактный каскад и в режим класса В. Как раз здесь и достигается существенное увеличение КПД: ток покоя устанавливается практически равным нулю, а каждое плечо ответственно за воспроизведение только одной полуволны колебаний.

Энергетические соотношения режима В будут другими. Общий постоянный ток, потребляемый от источника питания, теоретически равен 0,64 от анодного тока на пике гармонических колебаний. Этот ток будет меняться вместе с изменением амплитуды сигнала.

"Чистый" режим В вряд ли целесообразен, поскольку связан с нежелательным использованием участков малых токов; на практике устанавливают промежуточный режим АВ, когда имеется заметный ток покоя (хотя и меньший, чем требуется для режима А).

13.3. Фазоинверторы

Двухтактные схемы требуют симметричного возбуждения, то есть подачи на сетки выходных ламп равных, но противофазных сигналов. Возникает проблема фазоинверторов - схем, расщепляющих фазу колебаний.

Хорошим фазоинвертором является междуламповый трансформатор с вторичной обмоткой, состоящей из двух частей. Это практически единственный приемлемый вариант, если предусматривается заход в область положительных напряжений на сетках. Еще одно достоинство - возможность (при необходимости) повысить напряжение раскачки.

Однако здесь могут возникнуть проблемы с частотной характеристикой передачи.

Неплохим фазоинвертором служит каскад с разделенной нагрузкой. Принято отмечать его недостаток - разное выходное сопротивление с анода и катода (второй выход является выходом катодного повторителя). Тем не менее, если к этим цепям подключены равные нагрузки, то симметрия сохраняется. Действительная проблема тут в трудности получения больших амплитуд: с каждого из выходов удастся снять вдвое меньший сигнал, чем в обычном каскаде. Возможно, потребуется увеличение напряжения анодного питания, либо введение дополнительного "минусового" источника для подпитки катодной цепи.

Хорошую симметрию по выходам обеспечивает известная нам балансная схема. Эта симметрия тем лучше, чем выше подавление синфазного сигнала (чем выше сопротивление R_K по сравнению с 1/S).

13.4. Самоинвертирующие каскады

Рассмотрение последней схемы наталкивает на мысль, что сам балансный каскад может служить и выходным, соответственно, не требуя фазоинвертора, и это действительно так - теоретически.

Симметрия каскада обеспечивается тем лучше, чем выше R_K: постоянное падение напряжения на этом резисторе должно быть во много раз больше, чем рабочая амплитуда входного сигнала ламп. Значит, на практике потребуется большой запас по напряжению, значительная часть мощности будет впустую нагревать катодный резистор. Приемлемо ли это - судить разработчику.

14. "Транзисторный" звук в ламповых схемах

14.1. Чудеса отменяются

В этой последней главе мы коротко разберем особенности усилителей, охваченных общей отрицательной обратной связью (в отличие от местной ООС, которой касались ранее). Коротко - потому что вопрос не простой, кому интересно и по силам - способен сам разобраться, получив здесь начальную подсказку. А другому - нечего и голову забивать сложностями.

Общепринято мнение, что отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания линейных схем, снижает нелинейные искажения и уменьшает выходное сопротивление усилителя. И, в общем, так оно и есть.

Но специалист не вправе верить в волшебство, полагая, что ООС способна демонстрировать чудеса вопреки законам природы, не вникая в механизм действия. Если говорить конкретнее - нельзя выводы, базирующиеся на линейных моделях, слепо распространять на устройства, работающие с большими сигналами. Чудес в решете не будет! И здесь мы должны разобраться - почему.

14.2. Сильная и слабая ООС

Уже в 50-е годы во многих радиоприемниках можно было увидеть цепи обратной связи, охватывающие аудиоусилители в целом. Рисунок представляет фрагмент подобной схемы.

Здесь катод триода играет роль второго входа "дифференциального усилителя", на него подается часть выходного напряжения. Важно, что напряжение сетка-катод теперь не является входным, это - так называемый "сигнал ошибки".

Глубина общей ООС зависит от соотношения рабочих уровней "сигнала ошибки" и собственно входного напряжения. Или, по-другому, от соотношения усиления - при разомкнутой и замкнутой цепи ООС.

Если напряжение, возвращаемое по цепи ООС, имеет тот же порядок, что и напряжение сетка-катод первого каскада, то мы имеем дело со слабой обратной связью, которая способна лишь несколько скорректировать параметры усилителя (амплитудную и амплитудно-частотную характеристику, выходное сопротивление).

Если напряжение ООС существенно меньше напряжение сетка-катод, то перед нами напрасное усложнение схемы, обратная связь практически не действует.

При сильной обратной связи сигнал ошибки существенно меньше входного сигнала. Именно здесь в принципе достигается полноценный эффект ООС. В частности, усиление по напряжению со входа на вторичную обмотку приблизительно обратно коэффициенту деления в цепи обратной связи.

И именно здесь наиболее вероятно возникновение пренеприятных явлений, упомянутых в заглавии раздела.

Дело в том, что любые ограничения (амплитудные, частотные) в тракте передачи - поначалу компенсируются цепью ООС. Неизбежно такая компенсация упрется в амплитудное ограничение в предыдущем звене, происходит разрыв контура обратной связи. Возникает перегрузка с выходом сигналов за пределы входных апертур усилительных каскадов. Это и создает эффект "транзисторного" звука.

Быть может, изложено не очень понятно? Попробую пояснить на примерах.

14.3. Мягкое и жесткое ограничение

На левом рисунке показаны осциллограммы колебаний в оконечном каскаде усилителя без обратной связи. Относительно правильное колебание u_C(t), поданное с драйвера на сетку, несколько искажено оконечным каскадом. При увеличении амплитуды возбуждения - искажения будут нарастать: лампы мягко ограничивают колебание, создавая приплюснутую вершину синусоиды. Это - "ламповый" звук.

Ради простоты ограничение принято симметричным, хотя в однотактном каскаде такого, конечно, не будет.

Если усилитель охвачен сильной ООС, то картина кардинально меняется (средний рисунок). Цепь ООС стремится поддержать неискаженную форму колебания на выходе. Это достигается за счет колебаний на выходе драйвера: мягкое ограничение в выходном каскаде до поры компенсируется обратным предыскажением на его входе.

При возрастании амплитуды (справа) резервы компенсации исчерпываются. Верхушки u_C(t) резко вытягиваются, упираясь в ограничение (но уже в драйвере!). Оно будет жестким, а не мягким, колебания на выходе усилителя окажутся грубо обрезанными - типичный эффект транзисторного усилителя.

Но это еще цветочки... Ягодки не замедлят.

14.4. Проблема частотных границ

Особенность лампового усилителя состоит в том, что в его оконечном каскаде имеется звено частотного ограничения (трансформатор), определяющее верхнюю и нижнюю границы полосы пропускания.

При переходе в область спада амплитудно-частотной характеристики, цепь ООС пытается все же поддержать заданное усиление. Это происходит путем автоматического увеличения напряжения раскачки с выхода драйвера (а также доворота фазы для компенсации фазовых искажений). Разумеется, драйвер снова очень быстро упрется в амплитудное ограничение, и выходное колебание станет резко несинусоидальным.

Явление, отлично знакомое по плохим транзисторным усилителям: выход частоты сигнала за некоторые границы вызывает не мягкое снижение амплитуды, а появление грубых искажений.

Пожалуй, теперь пора уже напомнить (о чем до времени умалчивали), что и сопротивление нагрузки - акустической системы - совсем не является активным и постоянным. Выводы очевидны.

Вдобавок - перегрузки каскадов сильным сигналом ошибки (при размыкании ООС) вызовут эффект сеточного автосмещения, который на время запрет лампы. Качества звука это также не добавит.

14.5. Выход есть?

Реальный аудиосигнал, конечно, вовсе не синусоидален. Широкий спектр, крутые фронты сигнала приведут к тому, что искушенному слушателю специфические призвуки будут просто бить по ушам.

Как быть? Самый простой путь: не использовать ООС (кроме, быть может, местной).

Кто-то может счесть, что это не выход. В таком случае, следует иметь в виду очевидный принцип: все ограничения (амплитудные, частотные) должны действовать до усилителя с ООС, т.е. раньше, чем скажутся внутри петли.

Амплитудное ограничение вообще-то есть, натурально, в каждом источнике сигнала, просто не надо допускать перегрузки. А вот установить частотоограничивающий фильтр (как сверху, так и снизу) на входе такого усилителя будет крайне полезно.

14.6. Иллюзии выходного сопротивления

Как "всем известно", ООС служит мощным средством понизить выходное сопротивление усилителя; в принципе - до любой желаемой величины.

Однако этот несомненный факт подталкивает к недопониманию. Не учитывают, что речь идет о динамическом (малосигнальном) сопротивлении, и никаком ином. Даже самая сильная обратная связь не может помочь каскаду отдать в нагрузку больший ток, чем тот, на который он рассчитан.

Допустим, выходное сопротивление (каскада, усилителя в целом) уменьшилось. Что это конкретно значит?

Во-первых, - что теперь выходное напряжение меньше будет зависеть от нелинейности вольтамперной характеристики нагрузки.

Во-вторых, - что теперь выходное напряжение меньше будет зависеть от полного сопротивления нагрузки на различных частотах.

И больше ничего! К тому же и то, и другое - только до поры, пока, например, возрастающий реактивный ток не вгоняет оконечный каскад в ограничение. При этом неизбежно наступает все то, о чем выше писалось.

Беда незадачливых разработчиков в том, что они ожидают "чудес в решете". Уменьшенное за счет ООС выходное сопротивление они полагают за возможность подключить низкоомную нагрузку и ожидать большего нагрузочного тока! А поскольку такое невозможно, то выносится вердикт о том, что глубокая ООС неизбежно связана с плохим звуком...

Вывод: общая отрицательная обратная связь в линейных схемах - вовсе не панацея для решения любых задач; но и не пугало. Это частное средство, занимающее (при грамотном его применении) свое скромное место.

15. Структуры радиоприемников. Избирательные системы

15.1. Два принципа

Эти разделы, вероятно, не имеют прямого отношения именно к ламповым устройствам. Однако их наличие кажется уместным: ведь для большинства ценителей старой техники ламповый аппарат - это прежде всего радиоприемник, и желательно понимать, чем руководствовались разработчики при его создании. Кстати, и телевизор является ведь также радиоприемником...

Начнем с того, что профессиональный прием сигналов с амплитудной модуляцией - это синхронный прием, либо квазисинхронный - в квадратурных каналах. Такая обработка эквивалентна простому частотному сдвигу канала приема к нулевой частоте, а селекция канала осуществляется с помощью низкочастотных фильтров. Увы, это весьма изощренная техника, которая несовместима с ламповой электронной базой. В старой аппаратуре мы всегда наблюдаем другой принцип: селекцию и усиление сигнала на радиочастотах с тем, чтобы подавать сигналы уже высокого уровня на относительно простые демодуляторы.

Хотя нечто близкое к первой идее мы также встречаем в ламповых аппаратах - в виде так наз. телеграфного гетеродина, предназначенного для приема сигналов телеграфии незатухающими колебаниями, или телефонных передач на одной боковой полосе (SSB).

Кстати хочу напомнить, что попытки применения синхронного приема в бытовых аппаратах делались на заре радио (так наз. синхродины).

15.2. Супергетеродинный прием и прямое усиление

Дешевые аппараты прямого усиления довольно быстро были вытеснены приемниками супергетеродинной системы, главное достоинство которой - стабильная на всех частотах приема характеристика основной селекции. Это преимущество перевесило многочисленные недостатки супергетеродинов. Укажем пока лишь на один из них, а с остальными повременим до следующей главы.

Как нынешние аудиофилы, так и слушатели прошлых годов, справедливо отмечают какую-то особую "кристальность" звучания приемника прямого усиления, недостижимую в суперах. Принято объяснять ее более широкой полосой пропускания. Однако и расширение полосы супергетеродина ни к чему похожему не приводит.

Действительная причина состоит в более простых избирательных системах простого приемника. Многоконтурные фильтры супергетеродина обладают крутой и нелинейной фазочастотной характеристикой; ее неизбежная асимметрия относительно частоты настройки приводит к неодинаковому фазовому сдвигу парных боковых составляющих в спектре АМ сигнала относительно несущей.

В книгах нередко можно встретить утверждение, что ухо нечувствительно к фазовым искажениям. Возможно. Но тут-то мы имеем дело с фазовыми сдвигами не в аудиосигнале, а в спектре модулированного сигнала; несимметрия боковых составляющих неизбежно вызывает нелинейные искажения на выходе детектора огибающей, отсюда и характерный "суперный" звук.

К этой теме нам еще предстоит вернуться. Сейчас главное вот что: избирательные системы приемников вообще заслуживают того, чтобы разобраться в них подробнее.

15.3. Колебательный контур

За избирательность приемных устройств, в отношении как "соседнего канала", так и каналов паразитного приема, отвечают селективные цепи, образованные колебательными контурами (либо их аналогами, кварцевыми резонаторами, к примеру). Между прочим, перед нами две совершенно различные задачи.

1) С точки зрения формирования характеристики основной селекции - важно понять поведение колебательного контура при небольших частотных расстройках относительно резонанса.

2) В аспекте подавления паразитных каналов приема нас интересуют, напротив, свойства контура при расстройках, далеко выходящих за полосу пропускания.

Посему стоит потратить время, чтобы проанализировать эту простейшую цепь - колебательный контур, причем в двух указанных аспектах.

Аналитическая зависимость модуля полного сопротивления параллельного контура из L и С от частоты выглядит не такой уж сложной:

(f₀ - частота резонанса: ).

Достаточно умножить |Z| на крутизну пентода, и мы получим, например, выражение для частотной зависимости коэффициента усиления каскада, нагруженного на контур.

Здесь R_P - сопротивление контура при резонансе, равное , а - это характеристическое сопротивление контура:

.

Q - добротность контура.

На графике показаны характеристики |Z|(f), которые можно считать амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ).

15.4. Полоса пропускания

При небольших расстройках относительно резонанса частотная характеристика контура приближенно выразится так:

. Здесь - расстройка относительно центральной частоты f₀.

Спад, равный = 0,707, соответствует расстройке относительно резонанса, равной f₀/2Q, а полная полоса пропускания: П = f₀/Q.

Спад за полосой пропускания (в известных пределах, о которых упомянем дальше) можно легко оценивать исходя из того, что он пропорционален расстройке, за единицу отсчета принимая границу полосы. Пусть, например, полоса пропускания контура: П = 8 кГц (т.е. расстройка, соответствующая границе полосы - 4 кГц от середины). Тогда ослабление при расстройке, скажем, на 12 кГц будет равно 3, на 20 кГц - 5, и т.д.

15.5. Подавление внеполосных сигналов

Из приведенных выше кривых видно: при относительной расстройке начиная с 10% и больше - ход характеристик не зависит от добротности контура. В указанных точках подавление сигнала (относительно центральной частоты) составляет Q/5. Интересно, что более избирательный контур никак не улучшит абсолютное подавление далеко отстоящих от резонанса сигналов, а только относительное!

Для расстроек, превышающих эту границу, характеристика контура приближенно выразится так:

 для f < f₀, и:

 для f > f₀.

Разумеется, увеличение расстройки относительно резонанса всегда увеличивает ослабление. Но следует иметь в виду, что чем дальше, тем в меньшей степени растет это ослабление.

Например, для контура с добротностью 200 первые 10 процентов отстройки дадут подавление нежелательного сигнала, равное 40 (32 дБ). Но следующие 10% добавят лишь 5 дБ, а следующие 10 - всего 3...

15.6. Связанные контура

Желательную АЧХ для приемного тракта мы представляем себе равномерной в полосе пропускания и быстро спадающей за ее пределами - так сказать, "прямоугольной". АЧХ одиночных контуров очень далеки от такого идеала: они слишком "острые" посередине и чересчур вяло спадают при расстройках. Приходится переходить к многоконтурным трактам.

Такие тракты могут быть построены по одному из двух принципов:

1) как цепочки одиночных контуров (настроенных на единую частоту, но иногда - и взаимно расстроенных);

2) как системы связанных контуров.

Под одиночными контурами понимают либо контура, полностью разделенные друг от друга лампами, либо контура со слабой связью между собой (передача сигнала есть, но нет энергетического влияния друг на друга).

Но в приемниках диапазонов ДВ, СВ, КВ обычно используют связанные контура. В бытовой аппаратуре мы чаще всего встречаем пары связанных контуров, в специальной - многоконтурные фильтры сосредоточенной селекции (ФСС). Такие сложные избирательные системы, использующие высокодобротные резонаторы, обеспечивают в одно и то же время и относительно плоскую вершину АЧХ в области пропускания, и крутой спад на ее "хвостах". Но это достигается ценой ухудшения фазовой характеристики, что неизбежно сказывается на звучании.

Впрочем, для связных приемников вопрос качества звучания совсем не первостепенный. А для приема однополосной модуляции (SSB) фазовые искажения уж точно не важны.

Следует иметь в виду, что подавление сигналов, значительно выходящих за полосу приема, зависит только от общего числа контуров.

15.7. Гауссов тракт

Рассмотрим теперь тракт с одиночными контурами. Приведенная выше, хорошо известная, формула для полосы пропускания будет уже неверна, если мы имеем цепочку каскадов с контурами. Например, пара контуров при расстройке f₀/2Q даст общий спад 0,707 · 0,707 = 0,5, полоса пропускания сузится (кривая 2) по сравнению с одним контуром (кривая 1), но путем снижения добротности ее можно привести к прежнему значению (кривая 3).

Доказано, что если наращивать число несвязанных контуров (соответственно регулируя их добротность), то результирующая характеристика приближается к кривой Гаусса, которая дана на втором рисунке.

Эта кривая тоже не слишком-то похожа на предполагаемую идеальную АЧХ, но имеет немалое достоинство: ей соответствует линейная фазочастотная характеристика. Там, где крайне важно сохранить форму огибающей после демодуляции (в радиолокаторах, в трактах изображения телевизоров), применяют для основной селекции именно цепочку каскадов с одиночными контурами - чтобы получить гауссову АЧХ. Для вещательных приемников АМ здесь можно увидеть путь достижения превосходного звучания.

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

16. Структуры радиоприемников. Паразитный прием
    16.1. Каналы паразитного приема     Наличие каналов паразитного приема - существенный недостаток супергетеродина. К таким каналам можно отнести следующие:
    1) "зеркальный" канал;
    2) канал приема на первой промежуточной частоте;
    3) каналы приема, обусловленные гармониками гетеродина.
    Каналы паразитного приема реально повредят, собственно, только тогда, когда на них будут работать какие-то станции. От них следует отличать системно обусловленные "пораженные точки". Помимо этого, возможны явления "забития" сильным сигналом, вызванные нелинейностями трактов, и могущие проявиться в приемнике прямого усиления ничуть не меньше, чем в супере.
    16.2. Зеркальный канал
    "Зеркальный" канал - это канал приема на частоте, отличающейся от частоты основной настройки на удвоенную промежуточную 2fПР. Вообще-то для данной частоты гетеродина fГ существуют два равноправных канала приема: fГ + fПР и fГ - fПР. Задача состоит в том, чтобы подавить один из них (он-то и будет зеркальным, а другой - основным). Чаще основным является "нижний", второй канал, то есть частота гетеродина устанавливается выше частоты желательного приема (см. рис.). Почему?
    Для широкодиапазонных приемников обратный выбор (fГ < fС) влечет множество проблем. В частности, может оказаться, что частота гетеродина вообще должна быть меньшей нуля, или она может сделаться равной промежуточной, что абсолютно недопустимо. Кроме того, осложняется подавление приема на гармониках гетеродина.
    Впрочем, для приема в узких поддиапазонах приемлема и ситуация "гетеродин ниже".
    Как известно, для подавления приема по зеркальному каналу применяют преселекторы, в массовых приемниках это - одиночный контур, настраиваемый на частоту основного канала. Но, как следует из сказанного ранее, затухание, которое может дать один контур, весьма ограничено, достичь здесь показателей, лучших, чем 30 - 40 дБ, проблематично. По понятной причине, чем выше частота приема, тем хуже подавление зеркального канала.
    16.3. Высокая ПЧ или добавочный контур?
    Повышение промежуточной частоты рассматривается как естественный путь улучшения селекции основного канала относительно зеркального, ведь при этом увеличивается отстройка последнего от резонанса.
    Но мы уже знаем, что (для структуры с одноконтурным преселектором) отстройка свыше 10% не даст особо большого эффекта. Она имеет смысл, если к соответствующему показателю нужно добавить разве что несколько децибел; но никак не увеличит подавление на порядок.
    Если уже выполняется: 2fПР > 0,1fС, то рассчитывать кардинально улучшить избирательность по зеркальному каналу повышением fПР не приходится. К примеру, при промежуточной частоте 465 кГц - на частотах приема до 10 МГц попытка увеличить подавление зеркального канала повышением значения ПЧ даст немного. Гораздо эффективнее будет второй, настраиваемый на частоту основного канала контур.
    Проверим простым расчетом. Пусть контур преселектора имеет добротность 100. На частоте приема 10 МГц полоса пропускания - 100 кГц, граница полосы - 50 кГц от центра.
    Удвоенная ПЧ (930 кГц) - в 19 раз больше этого значения. Значит, подавление зеркального канала, обеспечиваемое одноконтурным преселектором, равно 19 (т.е.23 дБ). Конечно, это очень мало.
    Добавление второго контура на частоту сигнала увеличит селективность по зеркальному каналу до 19 · 19 = 360 (46 дБ). Неплохо для бытового приемника, но недостаточно для профессионального, где потребуется еще один контур (69 дБ).
    В других случаях, наоборот, повышение ПЧ неизбежно. Мы можем, к примеру, принять за критерий такую ситуацию, когда добавление очередного контура на частоту сигнала не улучшает подавление по зеркальному каналу даже на порядок (в 10 раз). Как ясно из предыдущего, ослабление в 10 раз соответствует расстройке относительно резонанса на величину 5П. Значит, Если 2fПР < 5П, то увеличение числа настраиваемых контуров при данном значении ПЧ неэффективно.
    Рассмотрим снова ситуацию fПР = 465 кГц. Тогда, если полоса пропускания входного контура 200 кГц или больше, то повышение ПЧ будет единственным способом обеспечить селективность по зеркальному каналу.
    Пусть ожидаемая добротность входного контура снова равна 100. Указанное значение полосы пропускания будет на частоте 20 МГц, и начиная с этой границы столь низкая промежуточная частота уже неприемлема.
    При подборе значения ПЧ - применительно к широкодиапазонным приемникам - не избежать ситуации, когда она оказывается внутри рабочего диапазона (а это недопустимо). Чтобы с ней разойтись, разработчики использовали варианты с переключаемой ПЧ - разной для разных поддиапазонов.
    16.4. Задиапазонная ПЧ
    Применение промежуточной частоты, выходящей за верхнюю границу диапазона принимаемых частот, в современной технике широкодиапазонного радиоприема стало довольно обычным делом (см. рис.). В этом случае и зеркальный, и все другие побочные каналы приема сдвигаются далеко в высокочастотную область, для их подавления достаточно применить в качестве преселектора просто фильтр нижних частот. Неперестраиваемый преселектор обеспечивает простоту реализации, удобство электронной (цифровой) перестройки приемника. А применение многозвенной фильтрации эффективно подавляет нежелательные каналы приема.
    Следует, правда, отметить, что для ламповой техники подобные структуры по ряду причин не были характерны.
    16.5. Помеха с промежуточной частотой
    Физическая причина возникновения канала приема на частоте, равной промежуточной, состоит в том, что смеситель приемника отнюдь не является идеальным "четырехквадрантным перемножителем" (как выразился бы специалист). Отсюда - на его выходе будут присутствовать не только составляющие с суммарной и разностной частотой, но и составляющие входных колебаний: входной сигнал и сигнал гетеродина. Между прочим, о втором нередко забывают, а ведь мощные колебания гетеродина легко перегружают усилитель ПЧ.
    Но нас сейчас интересует первый из сюжетов: именно, проникновение в тракт ПЧ сигнала на частоте, равной промежуточной. Конечно, в какой-то мере такой сигнал будет подавлен преселектором. Но обычно мы встречаем в схемах добавочный заградительный фильтр на подобную помеху.
    Почему так серьезно относятся к подавлению всего лишь одного из ряда паразитных каналов приема?
    Во-первых, эта помеха опаснее. Если мешающий сигнал проникает в тракт, к примеру, по зеркальному каналу, то пораженной оказывается только одна конкретная точка шкалы. В то время как помеха на ПЧ давит разом все, независимо от настройки.
    Во-вторых, эта помеха считалась вероятнее. Источником помехи с промежуточной частотой мог быть попросту другой радиоприемник (например, работающий за стеной). Как мы упоминали ранее, напряжение ПЧ на входе детектора может доходить до десятков вольт, вот вам и излучатель помехи! Не удивительно, если близкорасположенная антенна другого аппарата будет принимать не столько желаемую станцию, сколько передачу из соседней квартиры.
    16.6. Помехи на гармониках гетеродина
    Наличие побочных каналов вокруг гармоник гетеродина вызвано даже не тем, что колебания гетеродина несинусоидальны; основной фактор - это отличие характеристики смесителя от квадратичной. То есть, в конечном счете, несинусоидальным является закон изменения крутизны преобразовательной лампы S(t).
    Это вызывает появление дополнительных каналов приема на частотах: 2fГ - fПР, 2fГ + fПР, 3fГ - fПР, 3fГ + fПР и т.д. Обычно самым опасным (наиболее близким к рабочему диапазону частот) является первый в этом ряду.
    Хорошо еще, что (в отличие от зеркального канала) каналы приема, обусловленные гармониками гетеродина, в принципе уже ослаблены относительно основного канала. А на сколько - зависит от формы колебаний S(t).
    Например, симметрично искаженные колебания практически не содержат второй гармоники 2fГ. Если к тому же они близки к прямоугольным ("меандр"), то каждая гармоника ослаблена ровно во столько раз, каков ее номер. Если в прямоугольных колебаниях полуволны различаются по длительности (короткие импульсы), то ослабление высших гармоник относительно основной частоты будет меньше, и вдобавок вылезут четные гармоники. Если колебания все же сглажены, высшие гармоники будут затухать быстрее.
    Прошу извинения за столь вульгарное преподнесение основ спектрального анализа в одном абзаце.
    Подавление указанных паразитных каналов также обеспечивается преселектором...
    Далее.....

Информация