Это интересно

Итак, необходимо спроектировать ламповый усилитель (или повторитель) для работы со звуко­вой картой Creative Sound Blaster. В качестве нагрузки будут использоваться низкоомные (32 Ома) науш­ники.
    Как было сказано выше, ценной особенностью будущего усилителя было бы отсутствие раздели­тельного трансформатора. Поскольку внутреннее сопротивление лампы в любом случае больше сопро­тивления наушников (в дальнейшем - нагрузки), то очевидно, что при отсутствии трансформатора лам­повый каскад фактически является источником тока (относительное изменение сопротивления нагрузки мало влияет на ток через нагрузку). Значит, используемая лампа должна быть способна отдать в нагрузку требуемую амплитуду тока. Чтобы от чего-то отталкиваться, примем, что максимально возможная ам­плитуда сигнала на нагрузке не превысит 2 В.
    Отсюда максимальная амплитуда тока через нагрузку:
    Изначально, для усилителя предполагалось использовать двойной триод 6Н6П. Основные пара­метры:
    - напряжение накала - 6,3 в
    - ток накала - 750 ма
    - напряжение анода - 120 в
    - напряжение сетки - минус 2 в
    - ток анода каждого триода - 30 +/-10 ма
    - крутизна характеристика каждого триода - 11 ма/в
    - коэффициент усиления каждого триода - 20
    - внутреннее сопротивление - 1,8 ком
    - напряжение отсечки тока анода - минус 12 в
    - напряжение отсечки тока сетки - минус 0,2 в
    Если взглянуть на анодные характеристики этой лампы, то станет ясно, что требуемую амплитуду тока с одной лампы в классическом резистивном каскаде никак не получить.
    Однако, для сравнения, полезно выполнить моделирование такого каскада. Тем более что вопро­сов по поводу его работы, вроде бы ни у кого не возникает. При расчёте будем исходить из рекомендуе­мых в паспорте лампы режимов. Учитывая, что напряжение отсечки сеточного тока равно 0,2 В, при­мем напряжение смещения равным 2,2 В. Сопротивление нагрузки зададим равным удвоенному внут­реннему сопротивлению лампы, т.е. 3600 Ом. Напряжение питания - 220 В. Построив на семействе анодных характеристик нагрузочную прямую (красная линия), можно оценить ток покоя Iп, напряжение на аноде лампы в режиме покоя, амплитуду переменной составляющей на аноде лампы при максималь­ной амплитуде входного сигнала:
    Рассчитаем резистор автоматического смещения в цепи катода лампы:
    Ближайшим номиналом резисторов, имеющихся у автора, оказался 1%-ный 86 Ом. Такое значе­ние и будет использоваться во всех дальнейших схемах.
    Запустим моделирование каскада:
    В синем прямоугольнике показаны значения токов через компонент (в частности, резистор), в красном овале - напряжения в узлах в режиме расчёта по постоянному току, что эквивалентно отсутствию сигнала с генератора G1 (генератор эмулирует синус амплитудой 2 В частотой 1000 Гц, внутреннее сопротивление генератора - 0,001 Ом).
    Очевидно, что ток покоя, напряжение смещения и напряжение на аноде лампы в режиме покоя, заданные исходя из данных "бумажного паспорта", довольно точно совпадают с режимами, получен­ными в результате моделирования.
    Посмотрим работу усилителя при отсутствии нагрузки, для чего зададим значение сопротивления Rn = 3 ГОм (произвольно). Эпюра напряжения на выходе усилителя:
    Удвоенная амплитуда сигнала (43 В) вполне соответствует построениям на анодных характеристиках лампы. Здесь весьма любопытно оценить теоретический уровень суммарного коэффи­циента искажений усилителя:
    Суммарный коэффициент искажений (THD) оказался равен 1,38 %. Уровень каждой составляю­щей можно посмотреть на следующей эпюре:
    Максимальное значение имеет вторая гармоника - 1,37 %, уровень третьей гармоники - 0,1 %.
    Далее, сделаем чудовищную вещь - нагрузим лампу на активное сопротивление 32 Ома. На анод­ных характеристиках нагрузочная прямая пойдёт практически вертикально (синяя линия). Ток покоя, ес­тественно, останется прежним, а вот амплитуда тока возрастёт до своего предельного значения. Оче­видно, что должны значительно возрасти искажения "усиливаемого" сигнала.
    Удвоенная амплитуда тока через нагрузку составила 34 мА (сравните с построениями на семей­стве анодных характеристик):
    Хорошо видно, как проявляются искажения: амплитуда верхней полуволны стала значительно меньше нижней. Суммарный коэффициент искажений возрос до 7,9 %:
    Ясно, что в таком режиме подобную лампу использовать не получится. Слишком велики искаже­ния. К тому же наш "усилитель" превратился в "ослабитель" - амплитуда сигнала на нагрузке уменьши­лась в 4 раза (удвоенная амплитуда составляет 1,1 В).
    Для вычисления внутреннего сопротивления усилителя посмотрим ток через нагрузку при сопро­тивлении нагрузки равном нулю. Удвоенная амплитуда тока равна 35,2 мА. По определению, выходное сопротивление есть отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания:
    Кто-то может возразить, что в данном случае правильно было бы применить катодный повтори­тель, поскольку известно, что он обладает "низким выходным сопротивлением". Поскольку описание ра­боты повторителя выходит за рамки статьи, ограничимся лишь справочным приведением результатов моделирования. Схема каскада:
    Амплитуда тока через нагрузку (удвоенная - 21 мА):
    Суммарный коэффициент искажений (5,5%):
    Из приведённого выше ясно, что катодный повторитель - не выход из положения.
    В процессе поиска подходящих решений внимание привлекла одна, весьма интересная схема, ко­то­рую можно встретить под разными названиями (SRPP - Shunt Regulated Push Pull, СРПП, каскад с ди­намической нагрузкой):
    В различных источниках сигнал с выхода снимают различно: с верхнего или с нижнего по схеме вывода резистора R3. Но будто бы выходное сопротивление усилителя на верхнем выводе резистора значительно меньше, чем при любом другом подключении нагрузки.
    Вообще, про данную схему можно найти много восторженных отзывов. Настораживало другое - отсутствие единого мнения по поводу работы усилителя. Кто-то утверждает, что каскад на верхней лампе - это катодный повторитель, кто-то говорит, что это фактически генератор тока, другие доказы­вают, что это не более чем "электронный резистор". Ниже приведены характерные утверждения, кото­рые можно найти в литературе и Сети.
    "Классическое" описание схемы:
    При появлении полуволны со знаком «+» на сетке VL1, ток нижнего триода увеличивается, что приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R3, а это уменьшает ток верхнего триода VL2. Анодный ток оказывается более стабильным и за­висит от изменения входного сигнала в меньшей степени, чем в обычном каскаде с рези­стором. Комбинированная нагрузка – триод VL2 и резистор R3, по своим свойствам начи­нает приближаться к источнику стабильного тока. Источник стабильного тока харак­теризуется высоким внутренним сопротивлением...
    ...итак, возвращаемся к нашему усилителю. Сопротивление нагрузки триода VL1 как бы раздваивается: по постоянному току оно невелико, что обеспечивает нормальный режим работы каскада без увеличения напряжения на аноде, а по переменному намного больше...
    Некоторые высказываются более категорично:
    Верхняя лампа в SRPP - исключительно источник стабильного тока, и никакого усиления и К передачи не имеет, в отличии от того же КП (К~=1). Задача верхнего триода исключительно в обеспечении оптимальной, динамической нагрузки для нижнего, усилительного триода, что прямо следует не только из схемотехники, но и из русскоя­зычного названия схемы - каскад с динамической нагрузкой. Динамика нагрузки (т.е. ее из­менение) вытекает из свойств генераторов стабильного тока - этот элемент (двухпо­люсник) поддерживает в цепи заданное значение тока в не зависимости от прочих фак­торов (U, Ri нижнего триода), что возможно лишь в случае изменения его собственного внутреннего сопротивления. Этот элемент схемы не следует рассматривать ни как не­инвертирующий КП, ни как инвертирующий усилительный каскад. Собственно говоря, это всего лишь саморегулирующийся "переменный резистор" в цепи анода нижней лампы. Со всеми вытекающими плюсами и минусами (таковые тоже, наверное, есть).
    А вот другая точка зрения:
    Сначала про СРПП. Это не более чем разновидность резистивного каскада. Ведь так!? Для нижней лампы, работающей в схеме с общим катодом, верхняя лампа является нагрузкой: Ri + Rк * (1 + мю). Это динамический и нелинейный резистор, поскольку в него входит нелинейность верхней лампы Ri. Одновременно верхняя лампа является катодным повторителем по отношению к нагрузке.
    Тут же читаем совершенно противоположное:
    С чего это СРПП стал резистивным каскадом? Где это такие резисторы, кото­рые ток в нагрузку отдают? Это каскад с включением ламп последовательно по постоян­ному и параллельно по переменному токам. Верхняя лампа не является катодным повто­рителем, генератор ее описывающий есть Uc * мю. Скорее, здесь разновидность включе­ния с общей сеткой.
    Верхняя лампа представляет собой эквивалентный генератор Мю * Uc2 , при этом Uс2 в покое выбирается равной смещению на нижней лампе. Тогда возбуждающее Uс2=Uc1. Если бы верхняя лампа работала повторителем мы бы имели выходное меньше чем Uc2. Выходное сопротивление катодного повторителя много меньше чем у СРПП, у которого выходное грубо говоря равно четверти внутреннего сопротивления лампы. Воз­буждается верхняя лампа током, а не напряжением. На самом деле имеем управляемый источник тока, причем на выходе суммируются токи верхнего и нижнего плеч.
    Там нет катодного повторителя - напряжение возбуждения между катодом верхней лампы и сеткой приблизительно (а в идеальном случае строго) равно входному, а следовательно на выходе повторителя оно будет меньше входного. И ток выходной бу­дет маленьким.
    Для того, чтобы внести ясность в этот вопрос, разумно проследить поведение схемы в системе моделирования. Для начала, разберёмся с поведением верхней лампы вместе с резистором. Очевидно, что авторы утверждений (16) и (17) хотели бы видеть на этом месте фактически генератор тока. Вольтампер­ная характеристика (в идеале) такого двухполюсника выглядит как горизонтальная линия. На практике, очевидно, должно быть "что-то похожее" на анодные характеристики пентода:
    Видимо, приблизительно так должна выглядеть вольтамперная характеристика триода VL2 в сочетании с резистором. И всё вроде бы логично в описании: "... при появлении полуволны со знаком «+» на сетке VL1, ток нижнего триода увеличивается, что приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R3, а это уменьшает ток верхнего триода VL2 ..."
    Но посмотрим на это с другой стороны. Представим крайний случай - сопротивление резистора в цепи катода лампы равно нулю. Вольтамперную характеристику такого двухполюсника можно увидеть на (3) - это анодная характеристика триода при напряжении сетки равном нулю. Очевидно, что здесь имеем полную противоположность анодным характеристикам пентода! Можно ли надеяться, что увели­чение резистора чудесным образом изменит ВАХ (вольтамперную характеристику) этого двухполюс­ника, и на ней появится выраженный горизонтальный участок? Очевидно, нет. Скорее всего, падение напряжения на резисторе будет увеличивать запирающее лампу напряжение между катодом и сеткой. Это приведёт только к уменьшению скорости нарастания анодного тока, при увеличении напряжения между нижним по схеме выводом резистора R3 и анодом VL2.
    Для проверки этих предположений "нарисуем" в MicroCap верхнюю часть схемы и подключим её к источнику постоянного напряжения. В процессе анализа будем изменять напряжение питания от 0 до 200 В (ось X), значение анодного тока (он же - ток через источник питания) будем откладывать на оси Y. Для наглядности построим две кривые: при R3 = 0 и R3 = 86 Ом.
    Кривая при R3 = 0 - есть ВАХ триода при напряжении сетки = 0. В этом можно убедиться, сравнивая эту кривую с кривой на семействе анодных характеристик (3). Кривая при R3 = 86 имеет более линейный характер и не имеет выраженных горизонтальных участков, которыми можно было бы вос­пользоваться для стабилизации тока нижнего триода VL1.
    Получается, что ВАХ данной схемы действительно приближается к обычному резистору. Тем не менее, имеется изгиб в нежелательном направлении, т.е. сопротивление для переменной составляющей такого двухполюсника меньше сопротивления для постоянной составляющей. Как это ни прискорбно.
    Для того чтобы иметь количественное представление о величинах сопротивлений, определим непосредственно из графика (курсорные измерения системы MicroCap) статическое сопротивление в точке U(E1) = 125 В, и динамическое, в окрестности этой точки, при dU = 5 В.
    Статическое сопротивление:
    Динамическое сопротивление:
    Здесь может возникнуть законный вопрос: можно ли определить результирующее сопротивление цепи VL2-R3 аналитически, не прибегая к построениям? Сделаем небольшое отступление и проанализируем данную схему, используя для промежуточных вычислений возможности системы MathCad.
    Известно, что закон Ома для триода записывается так:
    где ia - ток анода, uak - напряжение на аноде относительно катода, ugk - напряжение на сетке относительно катода, Ri - внутреннее сопротивление триода, - коэффициент усиления триода. При отсутствии резистора R3 в цепи катода для схемы (21) можно записать:
    где E1 - напряжение анодного источника питания, ug - напряжение на сетке. При этом анодный ток равен:
    Символ стрелки здесь - следствие "особенностей" работы системы MathCad. При чтении её можно воспринимать как знак "=". При наличии резистора в катоде лампы VL2 напряжения uak и ugk определятся следующими выражениями:
    Подставляя (m4) в (m3) получим:
    Выполняя очевидные преобразования и разделив обе части уравнения на (R3/Ri) получим:
    Откуда ток ia равен:
    Приводя подобные слагаемые относительно R3, окончательно получаем:
    При сравнении уравнений (m3) и (m9) становится очевидно, что добавление резистора R3 в цепь катода лампы VL2 увеличило результирующее сопротивление на величину:
    и стало равно:
    Упрощённо, динамическое сопротивление лампы с резистором в катоде можно представить как сумму сопротивлений:
    где Ri - внутреннее сопротивление триода;
     - коэффициент усиления триода.
    Что же, получается? Подобное включение ламп - бессмыслица? Не будем спешить. Проанализи­руем несколько режимов работы, с тем, чтобы понять, что же происходит на самом деле.
    Итак, необходимо спроектировать ламповый усилитель (или повторитель) для работы со звуко­вой картой Creative Sound Blaster. В качестве нагрузки будут использоваться низкоомные (32 Ома) науш­ники.
    Как было сказано выше, ценной особенностью будущего усилителя было бы отсутствие раздели­тельного трансформатора. Поскольку внутреннее сопротивление лампы в любом случае больше сопро­тивления наушников (в дальнейшем - нагрузки), то очевидно, что при отсутствии трансформатора лам­повый каскад фактически является источником тока (относительное изменение сопротивления нагрузки мало влияет на ток через нагрузку). Значит, используемая лампа должна быть способна отдать в нагрузку требуемую амплитуду тока. Чтобы от чего-то отталкиваться, примем, что максимально возможная ам­плитуда сигнала на нагрузке не превысит 2 В.
    Отсюда максимальная амплитуда тока через нагрузку:
    Изначально, для усилителя предполагалось использовать двойной триод 6Н6П. Основные пара­метры:
    - напряжение накала - 6,3 в
    - ток накала - 750 ма
    - напряжение анода - 120 в
    - напряжение сетки - минус 2 в
    - ток анода каждого триода - 30 +/-10 ма
    - крутизна характеристика каждого триода - 11 ма/в
    - коэффициент усиления каждого триода - 20
    - внутреннее сопротивление - 1,8 ком
    - напряжение отсечки тока анода - минус 12 в
    - напряжение отсечки тока сетки - минус 0,2 в
    Если взглянуть на анодные характеристики этой лампы, то станет ясно, что требуемую амплитуду тока с одной лампы в классическом резистивном каскаде никак не получить.
    Однако, для сравнения, полезно выполнить моделирование такого каскада. Тем более что вопро­сов по поводу его работы, вроде бы ни у кого не возникает. При расчёте будем исходить из рекомендуе­мых в паспорте лампы режимов. Учитывая, что напряжение отсечки сеточного тока равно 0,2 В, при­мем напряжение смещения равным 2,2 В. Сопротивление нагрузки зададим равным удвоенному внут­реннему сопротивлению лампы, т.е. 3600 Ом. Напряжение питания - 220 В. Построив на семействе анодных характеристик нагрузочную прямую (красная линия), можно оценить ток покоя Iп, напряжение на аноде лампы в режиме покоя, амплитуду переменной составляющей на аноде лампы при максималь­ной амплитуде входного сигнала:
    Рассчитаем резистор автоматического смещения в цепи катода лампы:
    Ближайшим номиналом резисторов, имеющихся у автора, оказался 1%-ный 86 Ом. Такое значе­ние и будет использоваться во всех дальнейших схемах.
    Запустим моделирование каскада:
    В синем прямоугольнике показаны значения токов через компонент (в частности, резистор), в красном овале - напряжения в узлах в режиме расчёта по постоянному току, что эквивалентно отсутствию сигнала с генератора G1 (генератор эмулирует синус амплитудой 2 В частотой 1000 Гц, внутреннее сопротивление генератора - 0,001 Ом).
    Очевидно, что ток покоя, напряжение смещения и напряжение на аноде лампы в режиме покоя, заданные исходя из данных "бумажного паспорта", довольно точно совпадают с режимами, получен­ными в результате моделирования.
    Посмотрим работу усилителя при отсутствии нагрузки, для чего зададим значение сопротивления Rn = 3 ГОм (произвольно). Эпюра напряжения на выходе усилителя:
    Удвоенная амплитуда сигнала (43 В) вполне соответствует построениям на анодных характеристиках лампы. Здесь весьма любопытно оценить теоретический уровень суммарного коэффи­циента искажений усилителя:
    Суммарный коэффициент искажений (THD) оказался равен 1,38 %. Уровень каждой составляю­щей можно посмотреть на следующей эпюре:
    Максимальное значение имеет вторая гармоника - 1,37 %, уровень третьей гармоники - 0,1 %.
    Далее, сделаем чудовищную вещь - нагрузим лампу на активное сопротивление 32 Ома. На анод­ных характеристиках нагрузочная прямая пойдёт практически вертикально (синяя линия). Ток покоя, ес­тественно, останется прежним, а вот амплитуда тока возрастёт до своего предельного значения. Оче­видно, что должны значительно возрасти искажения "усиливаемого" сигнала.
    Удвоенная амплитуда тока через нагрузку составила 34 мА (сравните с построениями на семей­стве анодных характеристик):
    Хорошо видно, как проявляются искажения: амплитуда верхней полуволны стала значительно меньше нижней. Суммарный коэффициент искажений возрос до 7,9 %:
    Ясно, что в таком режиме подобную лампу использовать не получится. Слишком велики искаже­ния. К тому же наш "усилитель" превратился в "ослабитель" - амплитуда сигнала на нагрузке уменьши­лась в 4 раза (удвоенная амплитуда составляет 1,1 В).
    Для вычисления внутреннего сопротивления усилителя посмотрим ток через нагрузку при сопро­тивлении нагрузки равном нулю. Удвоенная амплитуда тока равна 35,2 мА. По определению, выходное сопротивление есть отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания:
    Кто-то может возразить, что в данном случае правильно было бы применить катодный повтори­тель, поскольку известно, что он обладает "низким выходным сопротивлением". Поскольку описание ра­боты повторителя выходит за рамки статьи, ограничимся лишь справочным приведением результатов моделирования. Схема каскада:
    Амплитуда тока через нагрузку (удвоенная - 21 мА):
    Суммарный коэффициент искажений (5,5%):
    Из приведённого выше ясно, что катодный повторитель - не выход из положения.
    В процессе поиска подходящих решений внимание привлекла одна, весьма интересная схема, ко­то­рую можно встретить под разными названиями (SRPP - Shunt Regulated Push Pull, СРПП, каскад с ди­намической нагрузкой):
    Далее...

"УСИЛИТЕЛЬ" ДЛЯ НАУШНИКОВ НА SRPP

ЧАСТЬ 3

Истина где-то там...

1) Поскольку в литературе встречается включение нагрузки к нижнему по схеме выводу резистора R3, начнём моделировать именно с этого варианта. Проведём моделирование в двух режимах - холостой ход и короткое замыкание, после чего определим внутреннее сопротивление усилителя.

Несколько замечаний относительно схемы. Резисторы в цепях анодов ламп "Anod_VL1" и "Anod_VL2" имеют ничтожное сопротивление (1 мкОм) и не влияют на работу схемы. Они использу­ются исключительно для целей моделирования - токи через резисторы совпадают с анодными токами ламп. Поэтому на всех последующих графиках токи анодов будут обозначены как "I(Anod_VL1)" и "I(Anod_VL2)".

Режим работы нижней лампы используется прежний (напряжение смещения, ток покоя, ампли­туда сигнала генератора). Поскольку параметры триодов  идентичны, а R2 = R3, то режим работы верх­него триода VL2 совпадает с нижним триодом VL1. Напряжение на аноде лампы VL1, естественно, равно половине напряжения питания - 125 В.

Наблюдаем работу усилителя без нагрузки (Rn = 3 ГОм). Удвоенная амплитуда сигнала на выходе составила 42,8 В:

Обратите внимание - амплитуда напряжения практически совпадает с (6). Что, между прочим, подтверждает факт отсутствия большого динамического сопротивления. Выигрыш можно наблюдать, посмотрев суммарный коэффициент искажений. Он несколько уменьшился по сравнению с (7) и равен 0,95 %.

А теперь - внимание. На следующем графике показаны одновременно токи анодов ламп VL1 и VL2. Оба графика слились в один. Удвоенная амплитуда тока равна 12,6 мА. Становится ясно, что ника­кого пуш-пула (Push Pull) нет и в помине!

Теперь зададим сопротивление нагрузки Rn = 0. Удвоенная амплитуда тока через нагрузку соста­вила 35 мА:

Коэффициент искажений вырос до 8,1%. Посмотрим, что стало с токами анодов.  

Переменная составляющая анодного тока VL2 стала равной нулю - оно и понятно, т.к. перемен­ная составляющая напряжения на аноде VL1 также равна нулю. Переменная составляющая анодного тока VL1 равна току через нагрузку. Рассчитаем выходное сопротивление усилителя.

Что соответствует выходному сопротивлению обычного резистивного усилителя (11).

Если усилитель работает на нагрузку отличную от нуля и бесконечности, то переменная со­ставляю­щая анодного тока VL2 будет всегда меньше переменной составляющей анодного тока VL1. Амплитудное значение тока через нагрузку будет равно разности амплитуд переменных составляющих токов VL1 и VL2.

Для примера, нагрузим усилитель на сопротивление, равное Rвых. Ток через нагрузку:

Анодные токи ламп:

Суммарный коэффициент искажений составил 3,9%.

Для сравнения усилитель был нагружен на сопротивление 32 Ома. Удвоенная амплитуда тока составила 34 мА, суммарный коэффициент искажений 7,9% (сравните с (9) и (10)).

Т.е. использование вместо обычного резистора цепочки VL2 - R3 в нашем случае не принесло никакой выгоды. Лишь при работе усилителя без нагрузки несколько уменьшился уровень искажений.

2) Теперь подключим нагрузку к верхнему по схеме выводу резистора R3.

И ещё. Поскольку для переменной составляющей тока нагрузки безразлично, куда будет подклю­чён земляной конец нагрузочного резистора подключим его к "+" источника анодного напряжения E1. При этом несколько упрощается понимание логики работы усилителя. Впоследствии, мы вернёмся к "классическому" подключению нагрузки.

В случае работы без нагрузки, анодные токи ламп, понятное дело, совпадают с (28). Напряжение холостого хода немного уменьшается - на величину падения на резисторе R3:

Т.е. удвоенная амплитуда напряжения на выходе усилителя - 41,7 В:

Крайне интересна работа усилителя при Rn = 0. Ток через нагрузку:

Удвоенная амплитуда тока через нагрузку увеличилась до 58 мА, т.е. в 1,7 раз по сравнению с (29).

А теперь посмотрим на анодные токи:

Картина разительно отличается от всего, что мы видели до сих пор! Вот только теперь режим ра­боты ламп стал похож на настоящий Push Pull! Хорошо видно, как УВЕЛИЧЕНИЮ анодного тока лампы VL1 теперь соответствует УМЕНЬШЕНИЕ  анодного тока VL2. Теперь амплитудное значение тока через нагрузку равно сумме амплитуд переменных составляющих анодных токов VL1 и VL2 (абсолютные зна­чения), поэтому результирующая амплитуда тока нагрузки возросла. Но почему же так произошло? По­чему переключение нагрузки с нижнего на верхний вывод резистора так кардинально изменило кар­тину? Рассмотрим этот процесс подробнее, в стиле (16).

Допустим, напряжение на сетке лампы VL1 стало увеличиваться в положительной полярности. Лампа VL1 начнёт приоткрываться и анодный ток, соответственно, увеличиваться. Но по какой цепи он протекает (выше анода VL1)? Поскольку путь с наименьшим сопротивлением для переменной состав­ляющей тока - это Rn-С3-R3, то бОльшая часть тока протекает именно по этой цепи. И именно ток на­грузки создаёт падение напряжение на резисторе R3. Падение напряжение на этом резисторе прикры­вает лампу VL2 (её анодный ток уменьшается), что дополнительно увеличивает амплитуду тока через нагрузку (сравните графики (30) и (38)).

Обратный процесс. Напряжение на сетке VL1 изменилось в отрицательной полярности. Лампа VL1 прикрывается и её анодный ток уменьшается. При этом уменьшается падение напряжение на рези­сторе R3, что приводит к приоткрыванию лампы VL2. Возникает вопрос: поскольку нагрузка включена, фактически, параллельно лампе VL2 - откуда берётся энергия для протекания тока через нагрузку в об­ратном направлении (отрицательная полуволна на (37))? Ответ прост - заряженный до половины напря­жения питания конденсатор C3. Поскольку его ёмкость достаточно большая, то напряжение на нём за один полупериод даже при наименьшей частоте усиливаемого сигнала остаётся практически неизмен­ным.

Итак, ещё раз. Путь тока через нагрузку.

При положительной полуволне сигнала на сетке:

"+"E1 - Rn - C3 - R3 - [анод-катод VL1] - "-"E1

При отрицательной полуволне сигнала на сетке:

"+"C3 - Rn - [анод-катод VL2] - "-"C3

Из (39) видно, что через резистор R3 протекает только анодный ток (переменная составляющая) лампы VL1. Очевидно, что переменная составляющая тока через резистор R3 равна переменной состав­ляющей анодного тока VL1:

Становится ясно, почему увеличилась амплитуда тока в режиме короткого замыкания. Амплитуда тока через ламу VL1, ввиду малости сопротивления R3 осталась практически такой же, как и в (11) и (29). А поскольку амплитудное значение тока через нагрузку равно сумме амплитуд переменных составляющих анодных токов ламп (абсолютные значения) (см. (37) и (38)):

то результирующая амплитуда тока увеличилась на величину Im(VL2) (Im - амплитудное начение тока).

Здесь полезно ещё раз перечитать описание работы усилителя данное в (16).

Пока всё верно. Нужно, только, оговориться, что данный режим работы будет иметь месть при малых сопротивлениях нагрузки (об этом - чуть ниже). При больших сопротивлениях нагрузки связка VL2 - R3 ведёт себя подобно простому резистору (25)...

Анодный ток VL1 не оказывается более стабильным, его амплитуда, фактически остаётся такой же, как и в резистивном каскаде (11), (29) и (38) ...

В данном случае, рассматривать триод VL2 с резистором R3 как нагрузку триода VL1 просто некорректно. Триод VL2 и R3 не являются стабилизатором тока. Это - "составная часть усилителя", верхнее плечо каскада, образованного двумя триодами VL1 и VL2.

Вообще "не в тему". Разбирая эпюры (37), (38), (40) вместе со схемой (39), становится очевидно, что никакой стабилизации тока нет и быть не может в принципе, ибо именно анодный ток VL1 (изменение тока) управляет трио­дом VL2. Если изменение тока станет равно нулю, то и управление триодом VL2 прекратится.

Выходное сопротивление усилителя:

По сравнению с (11) и (31) оно уменьшилось в 1,7 раз. Можно, конечно, назвать эту разницу "значительно ниже", а можно просто принять как факт.

Суммарный коэффициент искажений составил 4,9%, т.е. в 1,7 раз меньше, чем в (29).

Увеличение сопротивления нагрузки приведёт к тому, что переменная составляющая анодного тока VL2 будет уменьшаться и при некотором значении Rn = Rгр станет минимальной (практически, можно считать её равной 0). Это сопротивление нагрузки можно считать граничным. При Rn < Rгр (а особенно при Rn << Rгр) мы действительно можем назвать данный каскад SRPP, т.к. в этом случае VL1 и VL2 работают "в противофазе". Режим работы сильно напоминает работу двухтактного усилителя.

При Rn > Rгр преимущества данной схемы постепенно теряются и целесообразность её примене­ния при Rn >> Rгр весьма сомнительны. Гораздо эффективнее будет применить вместо VL2-R3 "настоя­щий" генератор тока, в результате чего ощутимо снизить коэффициент искажений. Другими словами, об­ласть применения SRPP - работа на низкоомную нагрузку.

Как же определить значение сопротивления Rгр? По определению, статический коэффициент усиления триода - отношение приращения напряжения на аноде к вызвавшему его приращению напря­жения на сетке (абсолютное значение) dUa / dUc при неизменном токе анода. Поскольку dUa пропор­ционально Rn, а dUc пропорционально R3 то для минимума переменной составляющей анодного тока можно приближённо записать:

17 - это значение статического коэффициента усиления модели лампы 6Н6П в MicroCap.

Для точного поиска сопротивления запустим в MicroCap так называемую оптимизацию. Оптими­зи­руе­мым параметром будет сопротивление нагрузки в диапазоне, скажем, 50-5000 Ом. Целью оптимизации будет минимум переменной составляющей анодного тока VL2. Система определила зна­чение сопротивления - 1435 Ом:

Дальнейшее увеличение сопротивления нагрузки приведёт к тому, что анодные токи ламп начнут изменяться не в противофазе, а синфазно, как в (33).

Теперь, когда работа усилителя более-менее прояснилась, вернёмся к нашей задаче - подключим нагрузку 32 Ома. Удвоенная амплитуда тока через нагрузку равна 53 мА - пока что рекордное значение.

Однако искажения сигнала до сих пор остаются неудовлетворительными - это видно даже по эпюре тока (50). Измеренное значение суммарного коэффициента искажений составило 5,6%. Что можно ещё придумать?...

3) Во всех публикациях, касающихся каскада SRPP, указывается непреложная истина - режим ра­боты ламп должен быть одинаковым. Т.е. R2 = R3, при этом на аноде лампы VL1, в режиме покоя, будет ровно половина напряжения питания. До сих пор мы слепо и неукоснительно придерживались этого правила. Но посмотрим ещё раз на эпюры анодных токов ламп:

Амплитуда анодного тока VL1 явно больше амплитуды анодного тока VL2. Кроме того, относи­тельно тока покоя полуволны несимметричны. При рассмотрении данной эпюры возникает вопрос: как изменится результирующий сигнал, если попытаться увеличить амплитуду анодного тока VL2? Увели­чить её просто - увеличивая сопротивление R3. Для упрощения задачи снова обратимся к возможности оптимизации параметров. Оптимизируемым параметром теперь будет значение сопротивления рези­стора R3, цель оптимизации - минимум суммарного коэффициента искажений. Сопротивление рези­стора будем выбирать из разумного диапазона, скажем 50-500 Ом.

После завершения оптимизации система выдала значение резистора - 183 Ома. Картина анодных токов значительно изменилась:

Посмотрим, что стало с суммарным коэффициентом искажений:

Картина стала куда приятнее! Коэффициент искажений снизился до рекордного значения - 1,6%! Есть, правда, один нюанс: режим работы по постоянному току "уплыл" - ток покоя уменьшился до 21 мА. Для восстановления его, придётся увеличить анодное напряжение до 290 Вольт. После этого повторно запустим оптимизацию. В результате получим новое значение R3 - 166 Ом. Суммарный коэффициент искажений стал чуть меньше 1,2%.

На практике, если потребуется выжать из усилителя максимум, видимо, придётся временно заме­нить резистор R3 на подстроечный, с тем, чтобы найти оптимальное значение. Но для упрощения, при­мем его значение равным 86 * 2 = 172 Ома. Это удобно для практики - составить из двух резисторов по 86 Ом. К тому же, будет легко проверить, как изменится режим работы усилителя, если замкнуть один из резисторов, обеспечив, таким образом, условие R2 = R3.

4) Итак, финальная версия усилителя:

Эпюра тока нагрузки:

Эпюра напряжения на нагрузке:

Суммарный коэффициент искажений:

Как видно из приведённых выше графиков, так и не удалось добиться желаемой амплитуды сиг­нала равной 2 В. Коэффициент передачи по напряжению, при сопротивлении нагрузки 32 Ома, полу­чился порядка 0,6. Ожидаемое ослабление сигнала на выходе (по напряжению) 4-5 дБ, что, в общем, не так уж и много. "Запаса" звуковой карты вполне хватит, чтобы компенсировать эту разницу.

Выходное сопротивление усилителя (сравните с (11), (31) и (46)):

Иными словами, удалось добиться почти двукратного снижения выходного сопротивления по сравнению с обычным резистивным каскадом. И, похоже, что это предел возможностей, т.к. дальнейшее увеличение резистора R3 приведёт к тому, что мощность рассеиваемая анодом лампы VL2 окажется не­допустимо большой.

Поскольку выходное сопротивление каскада оказалось в 19 раз больше сопротивления нагрузки, усилитель, фактически, является источником тока, управляемый напряжением. Хорошо это или плохо, в случае питания наушников, нужно, видимо, определять пробными прослушиваниями. Всё зависит от параметров самих наушников.

Автор: Олег Иванов

Часть [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]

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

Для того чтобы оценить работу усилителя, совсем не обязательно прибегать к моделированию. Ре­жимы работы вполне можно определить, выполняя построения на анодных характеристиках выбран­ной лампы и делая несложные промежуточные вычисления. Ниже будет дана методика подобного рас­чёта на примере схемы (54). Перед выполнением расчётов необходимо подготовить график с анодными харак­теристиками. Если характеристики имеются в "бумажном" варианте, то чертёж необходимо отска­ниро­вать и увеличить при распечатке до размеров формата A4. Впрочем, не менее удобно выполнять по­строения и на компьютере, загрузив отсканированный рисунок в какой-нибудь графический редактор.
    1) Для выбранной лампы задаёмся током покоя. В общем случае, это значение берётся из пас­порта лампы. Чтобы можно было сравнить результаты расчётов с результатами моделирования - зада­димся током покоя Iп:
    2) Задаёмся напряжением смещения лампы VL1. В общем случае, также обращаемся к паспортным данным. При выборе напряжения смещения следует учитывать амплитуду входного сиг­нала. Поскольку предполагается работа без сеточных токов, то напряжение смещения должно быть больше амплитудного значения напряжения входного сигнала. Поскольку в паспорте лампы 6Н6П ска­зано, что напряжение отсечки сеточного тока составляет -0,2 В, то примем напряжение смещения Uсм1 лампы VL1:
    3) Определяем сопротивление резистора автоматического смещения в цепи катода лампы VL1:
    Выбираем ближайшее значение резистора, либо составляем резистор из 2х. В данном случае, имеются резисторы 86 Ом.
    4) По идее, нужно рассчитать и блокировочный конденсатор C2. Его ёмкостное сопротивление на самой нижней частоте должно быть много меньше параллельно соединённых R3 и т.н. сопротивле­ния лампы со стороны катода, которое равно 1/S:
    Рассчитаем ёмкостное сопротивление применённого конденсатора 4700 мкф на частоте 20 Гц:
    что вполне соответствует условию (62).
    5) Напряжение смещения лампы VL2 зависит от сопротивления резистора R3. При R3 = R2, напряжения смещения будут равными, при R3 = 2 * R2 напряжение смещения Uсм2 = 2 * Uсм1 и равно 4,6 В. В общем случае, напряжение смещения VL2:
    6) Определим напряжение питания усилителя. Падение напряжения на лампе VL1 в режиме по­коя определяется из анодных характеристик лампы. На анодных характеристиках проводят горизонталь­ную линию от оси токов до пересечения с характеристикой, соответствующей напряжению смещения в режиме покоя - 2,3 В (67). Это - ток покоя. Пересечение горизонтальной линии с анодной характеристи­кой даст точку "C", из которой нужно опустить перпендикуляр на ось напряжений. Полученное значение есть падение напряжения на лампе VL1 в режиме покоя.
    Аналогичную операцию нужно проделать для лампы VL2, только анодную характеристику нужно выбирать другую, соответствующую напряжению 4,6 В (75). Поскольку кривых с дробными напряже­ниями на графиках, как правило, не бывает, то необходимую характеристику придётся дорисовать само­стоя­тельно. Это несложная задача.
    Итак, из анодных характеристик определяем, что падение напряжения на лампе VL1 составляет 120 В, на лампе VL2 - 160 В. Стало быть, напряжение питания Uпит будет:
    7) Теперь нужно определить напряжение "холостого хода" и ток короткого замыкания усилителя, с тем, чтобы рассчитать выходное сопротивление. Зная эти три параметра легко вычислить напряжение на нагрузке, оценив, тем самым, коэффициент передачи по напряжению, а также целесообразность при­менения конкретной лампы в данном усилителе.
    Напряжение холостого хода определим учитывая тот факт, что при отсутствии нагрузки лампу VL2 с резистором R3 можно заменить эквивалентным резистором. Сопротивление резистора определим из выражения (25):
    Для большего совпадения с результатами моделирования статический коэффициент усиления взят из модели лампы 6Н6П.
    На анодных характеристиках лампы нужно выполнить следующие построения:
    Сначала проводят горизонтальную линию, соответствующую току покоя (26 мА). Пересечение линии с анодной характеристикой при напряжении 2,3 В (напряжения смещения в режиме покоя) даст точку "C". Через эту точку должна проходить линия нагрузки, соответствующая сопротивлению эквива­лентного резистора Rэ. Для определения наклона прямой, воспользуемся методом, несколько отличным от классического.
    Поскольку вся шкала тока, в нашем случае, равна 60 мА, определим, какое напряжение будет па­дать на резисторе 4700 Ом при протекании по нему тока 60 мА:
    Отлично! Если построения выполняются вручную, то располагаем линейку таким образом, чтобы она соединяла на графике 2 точки: (U=0 В; I=60 мА) и (U=282 В; I=0 мА). Параллельным переносом сдвигаем линейку к точке "C". Чертим линию нагрузки "A-B"
    Пресечение лини "A-B" с анодными характеристиками, соответствующими амплитуде входного сигнала дадут значение удвоенной амплитуды выходного напряжения при работе усилителя без на­грузки. В нашем случае, амплитуда входного сигнала принята равной 2 В. Стало быть, нужны характери­стики при Uc1 = -0,3 В и Uc1 = -4,3 В.
    Найденное значение удвоенной амплитуды холостого хода равно 47 В.
    8) Немного сложнее найти ток короткого замыкания. Эту процедуру можно разделить на 3 этапа:
    - нахождение по анодным характеристикам тока КЗ лампы VL1;
    - нахождение по анодным характеристикам тока КЗ лампы VL2;
    - суммирование удвоенных амплитуд токов ламп.
    Определение тока короткого замыкания лампы VL1 показано на следующем рисунке:
    Поскольку ток короткого замыкания лампы VL1 проходит через резистор R3, то наклон прямой "A-B" соответствует значению этого резистора. Ввиду малости его значения, при грубых расчётах линию нагрузки "A-B" можно заменить вертикальной линией.
    Падение напряжения на резисторе, при протекании через него тока 60 мА:
    Располагаем линейку таким образом, чтобы разность напряжений при I = 0 и I = 60 мА состав­ляла 10 В и параллельным переносом смещаем её в точку "С". Чертим линию "A-B".
    Хорошо видно, что амплитуда верхней полуволны тока больше амплитуды нижней полуволны. При грубых расчётах этим обстоятельством можно пренебречь. В данном примере разница амплитуд принимается во внимание.
    Ток, протекающий по резистору R3, создаёт на нём падение напряжения. Амплитуда напряжения при протекании тока верхней полуволны тока:
    Амплитуда нижней полуволны напряжения:
    Верхняя полуволна напряжения складывается с напряжением смещения, нижняя полуволна - вычитается из напряжения смещения:
    Осталось только выполнить необходимые построения:
    Поскольку в цепи лампы VL2 при сопротивлении нагрузки равном нулю никаких сопротивлений нет (см. (39)), то линия "A-B" - строго вертикальная.
    Теперь суммируем удвоенные амплитуды токов ламп из (69) и (75):
    9) Ну вот, практически и всё! Выходное сопротивление усилителя:
    10) Поскольку сопротивление нагрузки значительно меньше выходного сопротивления усили­теля, можно приближённо записать:
    Итак, амплитуда напряжения на нагрузке, в результате расчётов, получилась равной 1,2 В. Срав­ните это значение с (56).
    Вполне возможно, что в ряде случаев удобнее работать с аналитическими выражениями, поэтому ниже будет показан вывод формул для определения напряжения на нагрузке.
    Используя закон Ома для триода, и выполняя необходимые преобразования, можно найти коэффициент усиления по напряжению, "коэффициент усиления по току" и выходное сопротивление. Для начала, найдем значение анодного тока в обычном каскаде с резистором в аноде лампы (заменяем VL2-R3 воображаемым резистором Ra). Поскольку, в итоге, нас интересуют только переменные составляющие токов и напряжений, а, точнее, коэффициенты передачи по напряжению и току, то сопротивление резистора R2 полагаем равным нулю. Используя (m1) и определяя значения uak и ugk, получим следующие выражения:
    где Ra - резистор в цепи анода лампы, ug1 - напряжение на сетке лампы VL1. Выполняя необходимые преобразования, аналогичные (m6), (m7), (m8), получаем уравнение для анодного тока лампы VL1:
    Напряжение на аноде лампы, равно:
    Подставляя (m14) в (m15) получим результирующее выражение для анодного напряжения VL1:
    Переходим к схеме (54). Для определения режимов работы будем исходить из следующих сооб­раже­ний:
    - величина сопротивления анодной нагрузки в режиме холостого хода определится выра­же­нием (m11). Соответственно в выражении (m16) вместо Ra следует записать (m11).
    - как указывалось в (35), напряжение на катоде лампы VL2 меньше напряжения на аноде лампы VL1. Рассматривая резистор R3 с лампой VL2 как делитель напряжения, становится, очевидно, что при переходе от анода VL1 к катоду VL2 напряжение уменьшится в
    раз. Подставляя (m11) в (m16) и уменьшая полученное выражение в (m17) раз, найдем значение напряжения на катоде VL2:
    Усиление по напряжению, равное d(uk2)/d(ug1), после вычисления производной, упрощения и при­ве­де­ния подобных слагаемых относительно R3, определится выражением:
    Запомним это выражение. Оно пригодится на практике, при вычислении напряжения на на­груз­ке. Далее, нужно определить токи короткого замыкания ламп VL1 и VL2, затем просуммировать их. Анодный ток короткого замыкания лампы VL1 равен (см. (39)):
    Поскольку напряжение на сетке лампы VL2 определяется током ia1, а именно ia1 * R3, то ток КЗ лампы VL2 запишется так (вспомните, также, что ток лампы VL2 не протекает через резистор R3):
    Ток через нагрузку in, очевидно, равен:
    "Усиление по току" d(in)/d(ug1) после вычисления производной:
    Выходное сопротивление усилителя есть отношение коэффициента усиления по напряжению (в режиме холостого хода) к коэффициенту усиления по току (в режиме короткого замыкания):
    В очередной раз радуясь, что MathCad избавил от нудной работы, получаем выражение для опре­де­ления выходного сопротивления усилителя:
    Теперь, подставляя необходимые значения величин в выражение (m19) и (m25), найдём коэффициент усиления по напряжению Ku и выходное сопротивление Rout. Напряжение на нагрузке:
    где Un - напряжение на нагрузке, Uin - напряжение на входе усилителя, Rn - сопротивление на­грузки.
    И уж поскольку мы всё равно сидим в MathCad-е, то было бы разумно воспользоваться замечатель­ной возможностью наглядно посмотреть выходное сопротивление усилителя на лампе 6Н6П в зависимости от сопротивления резистора R3. Для начала, оценим общую картину. Все значения в выражении (m25) взяты из "настоящего" паспорта лампы. Все значения на графиках указаны в Омах:
    Для практики интереснее рассмотреть меньший диапазон изменения R3:
    Для сравнения, посмотрим выходные сопротивления усилителей на следующих лампах (пара­метры ламп взяты из справочника):
    Для того чтобы оценить работу усилителя, совсем не обязательно прибегать к моделированию. Ре­жимы работы вполне можно определить, выполняя построения на анодных характеристиках выбран­ной лампы и делая несложные промежуточные вычисления. Ниже будет дана методика подобного рас­чёта на примере схемы (54). Перед выполнением расчётов необходимо подготовить график с анодными харак­теристиками. Если характеристики имеются в "бумажном" варианте, то чертёж необходимо отска­ниро­вать и увеличить при распечатке до размеров формата A4. Впрочем, не менее удобно выполнять по­строения и на компьютере, загрузив отсканированный рисунок в какой-нибудь графический редактор.
    1) Для выбранной лампы задаёмся током покоя. В общем случае, это значение берётся из пас­порта лампы. Чтобы можно было сравнить результаты расчётов с результатами моделирования - зада­димся током покоя Iп:
    2) Задаёмся напряжением смещения лампы VL1. В общем случае, также обращаемся к паспортным данным. При выборе напряжения смещения следует учитывать амплитуду входного сиг­нала. Поскольку предполагается работа без сеточных токов, то напряжение смещения должно быть больше амплитудного значения напряжения входного сигнала. Поскольку в паспорте лампы 6Н6П ска­зано, что напряжение отсечки сеточного тока составляет -0,2 В, то примем напряжение смещения Uсм1 лампы VL1:
    3) Определяем сопротивление резистора автоматического смещения в цепи катода лампы VL1:
    Выбираем ближайшее значение резистора, либо составляем резистор из 2х. В данном случае, имеются резисторы 86 Ом.
    4) По идее, нужно рассчитать и блокировочный конденсатор C2. Его ёмкостное сопротивление на самой нижней частоте должно быть много меньше параллельно соединённых R3 и т.н. сопротивле­ния лампы со стороны катода, которое равно 1/S:
    Рассчитаем ёмкостное сопротивление применённого конденсатора 4700 мкф на частоте 20 Гц:
    что вполне соответствует условию (62).
    5) Напряжение смещения лампы VL2 зависит от сопротивления резистора R3. При R3 = R2, напряжения смещения будут равными, при R3 = 2 * R2 напряжение смещения Uсм2 = 2 * Uсм1 и равно 4,6 В. В общем случае, напряжение смещения VL2:
    6) Определим напряжение питания усилителя. Падение напряжения на лампе VL1 в режиме по­коя определяется из анодных характеристик лампы. На анодных характеристиках проводят горизонталь­ную линию от оси токов до пересечения с характеристикой, соответствующей напряжению смещения в режиме покоя - 2,3 В (67). Это - ток покоя. Пересечение горизонтальной линии с анодной характеристи­кой даст точку "C", из которой нужно опустить перпендикуляр на ось напряжений. Полученное значение есть падение напряжения на лампе VL1 в режиме покоя.
    Аналогичную операцию нужно проделать для лампы VL2, только анодную характеристику нужно выбирать другую, соответствующую напряжению 4,6 В (75). Поскольку кривых с дробными напряже­ниями на графиках, как правило, не бывает, то необходимую характеристику придётся дорисовать само­стоя­тельно. Это несложная задача.
    Итак, из анодных характеристик определяем, что падение напряжения на лампе VL1 составляет 120 В, на лампе VL2 - 160 В. Стало быть, напряжение питания Uпит будет:
    7) Теперь нужно определить напряжение "холостого хода" и ток короткого замыкания усилителя, с тем, чтобы рассчитать выходное сопротивление. Зная эти три параметра легко вычислить напряжение на нагрузке, оценив, тем самым, коэффициент передачи по напряжению, а также целесообразность при­менения конкретной лампы в данном усилителе.
    Напряжение холостого хода определим учитывая тот факт, что при отсутствии нагрузки лампу VL2 с резистором R3 можно заменить эквивалентным резистором. Сопротивление резистора определим из выражения (25):
    Для большего совпадения с результатами моделирования статический коэффициент усиления взят из модели лампы 6Н6П.
    На анодных характеристиках лампы нужно выполнить следующие построения:
    Сначала проводят горизонтальную линию, соответствующую току покоя (26 мА). Пересечение линии с анодной характеристикой при напряжении 2,3 В (напряжения смещения в режиме покоя) даст точку "C". Через эту точку должна проходить линия нагрузки, соответствующая сопротивлению эквива­лентного резистора Rэ. Для определения наклона прямой, воспользуемся методом, несколько отличным от классического.
    Поскольку вся шкала тока, в нашем случае, равна 60 мА, определим, какое напряжение будет па­дать на резисторе 4700 Ом при протекании по нему тока 60 мА:
    Отлично! Если построения выполняются вручную, то располагаем линейку таким образом, чтобы она соединяла на графике 2 точки: (U=0 В; I=60 мА) и (U=282 В; I=0 мА). Параллельным переносом сдвигаем линейку к точке "C". Чертим линию нагрузки "A-B"
    Пресечение лини "A-B" с анодными характеристиками, соответствующими амплитуде входного сигнала дадут значение удвоенной амплитуды выходного напряжения при работе усилителя без на­грузки. В нашем случае, амплитуда входного сигнала принята равной 2 В. Стало быть, нужны характери­стики при Uc1 = -0,3 В и Uc1 = -4,3 В.
    Найденное значение удвоенной амплитуды холостого хода равно 47 В.
    8) Немного сложнее найти ток короткого замыкания. Эту процедуру можно разделить на 3 этапа:
    - нахождение по анодным характеристикам тока КЗ лампы VL1;
    - нахождение по анодным характеристикам тока КЗ лампы VL2;
    - суммирование удвоенных амплитуд токов ламп.
    Определение тока короткого замыкания лампы VL1 показано на следующем рисунке:
    Поскольку ток короткого замыкания лампы VL1 проходит через резистор R3, то наклон прямой "A-B" соответствует значению этого резистора. Ввиду малости его значения, при грубых расчётах линию нагрузки "A-B" можно заменить вертикальной линией.
    Падение напряжения на резисторе, при протекании через него тока 60 мА:
    Располагаем линейку таким образом, чтобы разность напряжений при I = 0 и I = 60 мА состав­ляла 10 В и параллельным переносом смещаем её в точку "С". Чертим линию "A-B".
    Далее...

Информация

- Плитка из терракоты в современных интерьерах [1] [2] [3]