Содержание

Общие сведения,
классификация
Устройство и работа диода
Устройство и работа триода
Электронная эмиссия
Термоэлектронные катоды
Особенности устройства
электронных ламп
Физические процессы
Закон степени трех вторых
Анодная характеристика
Параметры
Рабочий режим. Применение
диода для выпрямления
переменного тока
Основные типы
Физические процессы
Токораспределение
Действующее напряжение и
закон степени трех вторых
Характеристики
Параметры
Особенности
Усилительный каскад с
триодом
Параметры усилительного
каскада
Аналитический расчет и
эквивалентные схемы
усилительного каскада
Графоаналитический расчет
режима усиления
Генератор с триодом
Межэлектродные емкости
Каскады с общей сеткой и
общим анодом
Недостатки триодов
Основные типы приемно-
усилительных триодов
Устройство и работа тетрода
Устройство и работа пентода
Схемы включения тетродов
и пентодов
Характеристики тетродов
и пентодов
Параметры тетродов и
пентодов
Межэлектродные емкости
тетродов и пентодов
Устройство и работа
лучевого тетрода
Характеристики и параметры
лучевого тетрода
Рабочий режим тетродов
и пентодов
Пентоды переменной
крутизны
Краткие сведения о
различных типах
тетродов и пентодов
Специальные лампы
Общие сведения
Электростатические
электронно-лучевые трубки
Магнитные электронно-
лучевые трубки
Люминесцентный экран
Краткие сведения о
различных электронно-
лучевых трубках
Электрический разряд
в газах
Тлеющий разряд
Стабилитроны
Тиратроны тлеющего разряда
Индикаторные приборы
Дисплеи
Краткие сведения о
различных газоразрядных
приборах
Фотоэлектронная эмиссия
Электровакуумные
фотоэлементы
Фотоэлектронные умножители
Причины собственных шумов
Шумовые параметры
Межэлектродные емкости
и индуктивности выводов
Инерция электронов
Наведенные токи в
цепях электродов
Входное сопротивление
и потери энергии
Импульсный режим
Основные типы электронных
ламп для СВЧ
Общие сведения
Пролетный клистрон
Отражательный клистрон
Магнетрон
Лампы бегущей и
обратной волны
Амплитрон и карматрон
Надежность и испытание
электровакуумных приборов
Усилитель на триоде
с общим катодом
Ограничения по выбору
рабочей точки
Режим в рабочей точке
Катодное смещение
Выбор величины
сопротивления резистора
в цепи сетки
Выбор выходного
разделительного
конденсатора
Вредное влияние проходной
емкости лампы и пути
его уменьшения
Применение
экранированных ламп
Каскод (каскодная схема)
Катодный повторитель
Каскад с общим катодом
как приемник
неизменяющегося тока
Пентоды в качестве
приемников
неизменяющегося тока
Катодный повторитель
с активной нагрузкой
Катодный повторитель Уайта
μ-повторитель
Выбор верхней лампы для
μ -повторителя
Параллельно управляемый
двухламповый усилитель
(SRPP)
β-повторитель
Дифференциальная пара
(дифференциальный каскад)
Коэффициент реакции
питающего напряжения
(PSRR)
дифференциальной пары
Полупроводниковые
приемники неизменяющегося
тока для
дифференциальной пары
Использование транзисторов
в качестве активной нагрузки
для электронных ламп
Классификация искажений.
Принципы оценки линейных
искажений
Принципы измерения
нелинейных искажений
Измерение и интерпретация
искажений
Совершенствование
измерений нелинейных
гармонических искажений
Цифровая обработка сигналов
Особенности проектирования
усилителей с малыми
искажениями
Работа с сеточным током
и нелинейные искажения
Уменьшение искажений
подавлением (компенсацией)
Проблемы смещения
по постоянному току
Выбор электронной лампы по
критерию низких искажений
Проблема сопряжения одного
каскада со следующим
Усилитель класса А для
электромагнитных головных
телефонов с непосредств.
междукаскадной связью
Радиокомпоненты -
Общие сведения
Ряды стандартизованных
значений сопротивлений
Металлизированные
пленочные резисторы
Проволочные резисторы
Конденсаторы -
Общие сведения
Металлические конденсаторы
с воздушным диэлектриком
Пленочные конденсаторы,
изготовленные
металлизацией диэлектрика
Алюминиевые
электролитические
конденсаторы
Основные вопросы,
возникающие при
выборе конденсатора
Общие сведения о
катушках индуктивности
Трансформаторы -
Общие сведения
Трансформаторы.
Намагничивание и потери
Модели трансформаторов
Почему необходимо
использовать трансформаторы
Определение параметров
неизвестного трансформатора
Основные виды
источников питания
Выпрямление переменного
тока
Одиночный накопительный
конденсатор в роли
сглаживающего элемента
Влияние напряжения
пульсаций на выходное
напряжение
Насыщение сердечника
трансформатора
Критерии выбора силового
трансформатора
Источник питания со
сглаживающим дросселем
Номинальное значение
тока дросселя
Выбросы тока и
демпфирующие элементы
Использование накопительного
конденсатора для снижения
высоковольтного напряжения
Частотные характеристики
используемых на практике
LC-фильтров
Широкополосная фильтрация
Выпрямители с умножением
(умножители) напряжения
Классическая схема
последовательного
стабилизатора
Двухтранзисторная схема
последовательного
стабилизатора
Стабилизатор цепи сеточного
смещения с регулируемым
выходным напряжением
Источники питания низкого
напряжения и синфазный шум
Ламповый стабилизатор
напряжения
Способы увеличения
выходного тока стабилизатора
Коэффициент режекции
источника питания
Включение сглаживающих
конденсаторов
Перенапряжения при
включении схемы
Составление предварительной
схемы блока питания
Высоковольтный выпрямитель
и стабилизатор
Особенности смещения
подогревателей ламп
Схема улучшенного
источника питания
Рабочий режим
Увеличение максимально
допустимого Vrrm
Выходной каскад класса А
с несимметричным выходом
Особенности акустических
систем
Неидеальности
трансформаторов
Режимы работы усилительных
приборов. Классы усилителей
Двухтактный выходной каскад
Выходной каскад по
ультралинейной схеме
Трансформаторный катодный
повторитель
Усилители без выходного
трансформатора
Составляющие блока
усилителя мощности
Предоконечный каскад блока
усилителя мощности
Фазоинверсный каскад
Дифференциальный усилитель
или пара с катодной связью
«Согласованный»
фазоинвертор
Общие проблемы
устойчивости усилителей
Подавление первой
доминанты ВЧ составляющей
Низкочастотное
самовозбуждение усилителя
Усилитель Williamson
Усилитель Milliard 5-20
Усилитель Quad II
Выбор выходной лампы
Выбор статической рабочей
точки с учетом Pвых и КНИ
Точное определение
выходного трансформатора
Особенность выпрямление
высоковольтного напряжения
Варианты применения
стабилизатора ВВ напряжения
Требования к каскаду
предоконечного усиления
Определение рабочей точки
предоконечного каскада
Проверка работоспособности
усилителя
Пример разработки
двухтактного УМ
Оптимизация входного и
фазоинверсного каскадов
Расчет R катодного смещения
лампы и R обратной связи
Выбор элементов
оконечного каскада
Разработка усилителей
мощностью более 10 Вт
Активные кроссоверы
и схема Зобеля
Выбор лампы для
оконечного каскада
Требования к предоконечному
каскаду усиления
Источники питания и
постоянная токовая нагрузка
Второй дифференциальный
усилитель и выходной каскад
Первый дифференциальный
усилитель и линейность х-ки
Каскодная схема постоянной
токовой нагрузки
Постоянная токовая нагрузка
первого диф. каскада
Элементы, повышающие ВЧ
устойчивость. Итоговая схема
Схема источника питания
«Потомок от усилителя Beast»
Расчет уровня фонового
шума от ИП
Особенности цифрового
сигнала от компакт-диска
Требования к предусилителю
Технические требования
к линейному каскаду
Традиционный линейный
каскад
Пути достижения заданных
требований и выбор лампы
Основные проблемы
регулирования громкости
Переключаемые аттенюаторы
Расчет переключаемого
аттенюатора
Табличные вычисления для
расчета регулятора громкости
Светочувствительные
резисторы и громкость
Входной переключатель
Частотный корректор RIAA
Влияние провода
звукоснимателя
Требования к блоку
частотной коррекции
Метод частотной коррекции
стандарта RIAA
Раздельное выравнивание
характеристики RIAA
Шумы и влияние входной
емкости входного каскада
Учет собственных
шумов лампы
Улучшение шумовых
характеристик с RIAA
Расчет элементов на 75 мкс
Параметры цепей на
3180 мкс и 318 мкс
Симметричный вход и
подключение звукоснимателя
Симметричный предусилитель
Возможности исключения
линейного каскада
Вариант RIAA с исполь-
зованием лампы типа ЕС8010
Оптимизация характеристик
входного трансформатора
Анализ работы блока RIAA
Практические методы
настройки блока RIAA
Линейный каскад
О межблочных и
акустических кабелях

 

 
 

Катодный повторитель

Схемы, которые мы рассматривали до сих пор, касались исключительно усиления по напряжению. Иногда необходим буферный каскад, который обеспечивает высокое входное и низкое выходное сопротивление. Катодный повторитель имеет коэффициент усиления по напряжению немного меньше единицы (1) и значительный коэффициент усиления по току. У него низкое выходное сопротивление, обычно < 1 кОм, высокое входное сопротивление (например, ≈ 500 МОм в ламповых микрофонных усилителях). Кроме того, в отличие от усилительного каскада по схеме с общим катодом (рассмотренный ранее резисторный усилитель), где выходное напряжение противофазно входному, катодный повторитель не инвертирует, то есть закон изменения выходного напряжения повторяет закон изменения входного с точностью до фазы. Отсюда и название «повторитель», тогда как, усилительный каскад по схеме с общим катодом довольно часто называют «инвертором».

Начнем рассмотрение катодных повторителей с простейшей схемы с фиксированным смещением, приведенной на рис. 3.21. Глядя на эту схему, нетрудно заметить, что здесь изменилось положение нагрузочного резистора (он теперь установлен не в анодную цепь, а в катодную), таким образом, чтобы выходной сигнал снимался между катодом и общим проводом. Однако, работа такого каскада может быть рассмотрена таким же образом как и ранее, используя нагрузочные линии (рис. 3.22).

Итак, пусть нагрузочное сопротивление выбрано равным RH = 100 кОм. На рис. 3.22 вычерчена соответствующую этому сопротивлению нагрузочная линия. Выберем величину сеточного напряжения смещения Vc = —2,5 В, а также величину постоянного напряжения между катодом и анодом лампы Va = — 81 В, получая максимальную линейность в области рабочей точки. В этом случае катод относительно общего провода находится под напряжением Vк, определяемым разностью между напряжением источника питания ВН (285 В) и напряжением между анодом и катодом Va:VK = 285 В — 81 В = 204 В. В этом случае, для того, чтобы обеспечить между сеткой и катодом необходимое напряжение смещения VCK = —2,5 В, к сетке должно быть приложено напряжение от внешнего источника смещения равное 201,5 В. Это напряжение обеспечивается делителем напряжения R1, R2 за счет общего источника питания ВН.

Катодный повторитель с фиксированным напряжением смещения

Рис. 3.21 Катодный повторитель с фиксированным напряжением смещения

Рабочая точка катодного повторителя с фиксированным напряжением смещения

Рис. 3.22 Рабочая точка катодного повторителя с фиксированным напряжением смещения

Обратим внимание, что катодная цепь, включая нагрузочный резистор, является общей как для пути протекания входного (сеточного) тока, так и выходного (анодного). Более того, от величины выходного (анодного) тока зависит напряжение, падающее на катодном резисторе, а значит и напряжение VCK между сеткой и катодом (поскольку потенциал сетки относительно анода однозначно определяется резистивным делителем). Потенциал же катода относительно земли тем выше, чем больше анодный ток. Рост потенциала катода приводит к запиранию лампы и уменьшению коэффициента усиления, аналогично случаю катодного автосмещения в резисторном каскаде с общим, рассмотренному выше. Таким образом, мы снова имеем дело с отрицательной обратной связью по току. Однако, если в резисторном каскаде с общим катодом (путем шунтирования катодного резистора блокировочным конденсатором ) мы разрывали обратную связь по переменному току, оставляя ее лишь по постоянному, то в случае катодного повторителя, на катодном резисторе падает полезное выходное напряжение, закорачивать которое емкостью ни в коем случае недопустимо. Таким образом, катодный повторитель является усилительным каскадом, охваченном 100% отрицательной обратной связью по току. Также такую схему включения лампы часто называют схемой с общим анодом, который по переменному току соединен с общим проводом через нулевое внутреннее сопротивление источника питания ВН.

Для того, чтобы найти коэффициент усиления каскада с обратной связью, каковым и является катодный повторитель, воспользуемся (как и в предыдущих примерах) обычной методикой оценки коэффициента усиления из нагрузочной линии (без учета обратной связи он получается равным Av = 28,5), и применим уравнение обратной связи:

Поскольку имеется 100% обратная связь, β = 1 и результирующий коэффициент усиления по напряжению в нашем примере становится равным 28,5/29,5 = 0,97.

Мы рассматривали ранее (применительно к резисторному каскаду с общим катодом), что эквивалентное сопротивление катодной цепи по переменному току определялось следующим соотношением:

Здесь под Rн понимается резистор, включаемый между анодом лампы и источником питания ВН. Но для катодного повторителя, Rн между анодом и ВН = 0, таким образом, это уравнение сводится к более простому: rк = 1/gm. Из анодных характеристик лампы можно графически определить, что крутизна gm ~ 5 мА/В — это дает выходное сопротивление равное ≈ 200 Ом. Это не особо точное вычисление, поскольку графический метод определения крутизны gm обладает значительной погрешностью, но это не имеет существенного значения, поскольку обычно в аудио

катодном повторителе, последовательно с его выходом, включают резистор величиной = 1 кОм, чтобы гарантировать устойчивую работу усилителя. Тем не менее, даже результирующее выходное сопротивление (с учетом этого добавочного резистора) равное 1,2 кОм является достаточно низким выходным сопротивлением каскада на электронной лампе.

Рассмотренный каскад, однако, не обладает большим входным сопротивлением, что не очень желательно для усилителей (поскольку затрудняет согласование с большим выходным сопротивлением предыдущего каскада), хотя каскады с низким входным сопротивлением удобны для создания активных фильтров (например, разработанных кампанией Sallen & Key). Для получения в катодном повторителе высокое входное сопротивление, часто применяют схему с автоматическим катодным смещением (рис. 3.23).

Напряжение смещения в цепи катода в катодном повторителе

Рис. 3.23 Напряжение смещения в цепи катода в катодном повторителе

Теперь имеется катодное или автоматическое смещение, обеспеченное резистором 1,3 кОм, величина которого вычисляется обычным способом (см. выше). Заметим, что, добавив этот резистор, мы слегка увеличили величину RH, что должно сказаться на работу усилителя, но на практике это увеличение на ≈ 1 % имеет незначительное влияние на режим каскада.

Эта схема несколько проще предыдущей, поскольку делитель напряжения теперь стоит в менее высоковольтной — катодной цепи, а не в цепи источника питания ВН. Также следует отметить, что в этой схеме несколько больше глубина отрицательной обратной связи по току, вызываемой резисторами, установленными в цепи катода.

Рассмотрим режим работы этой схемы. Для предыдущего примера нами уже был вычислен коэффициент усиления по напряжению Av, равный 0,97. Можно подсчитать коэффициент ослабления делителя напряжения, образованного катодным резистором автосмещения и катодным нагрузочным резистором RH. Он составляет —0,987, следовательно, напряжение сигнала обратной связи на нижнем выводе резистора смещения сетки равно 0,96 Vвх. Поскольку выходной сигнал катодного повторителя не инвертирован, то это означает, что между сеткой и катодом имеется только 0,04 Vвх. Переменный ток за счет входного сигнала через резистор сеточного смещения будет, следовательно, только 4% от того, что был бы при непосредственном соединении этого резистора с землей. Это дает входное сопротивление каскада эквивалентное 1 МОм/0,04 = 25 МОм. Математически это выражается из следующего соотношения:

Заметим, что А — это коэффициент усиления катодного повторителя, а не первоначальный коэффициент усиления по нагрузочной линии.

Заметим, что это приблизительная величина, потому что не учитывает существенные паразитные емкости монтажа. Используя пример с лампой Е88СС:

Рассуждения, подобные приведенным выше, можно использовать, чтобы определить эквивалентную входную емкость катодного повторителя:

Нужно добавить несколько пФ на паразитные емкости монтажа, как мы делали прежде, что дает возможное значение входной емкости катодного повторителя примерно равное 4,5 пФ, что намного меньше половины значения емкости каскодной схемы или усилителя на пентоде.

Предположим, что линейности спроектированного катодного повторителя оказалось недостаточно. Вообще говоря, линейность катодный повторитель всегда оказывается выше линейности усилительного каскада по схеме с общим катодом. Связано это с тем, что катодный повторитель охвачен 100%-ой отрицательной обратной связью. Это означает, что любая нелинейность будет уменьшена пропорционально коэффициенту обратной связи (1 + βA0), который в нашем примере дает уменьшение 30:1. Если рабочая точка каскада выбрана правильно, линейность обычно оказывается вполне приемлемой.

Тем не менее, возможно сделать линейность катодного повторителя еще лучше. Ранее мы упоминали, что из всех эквивалентных параметров лампы, внутренний статический коэффициент усиления μ был одним из наиболее устойчивых, тогда как внутреннее статическое сопротивление rа значительно зависит от изменений тока анода. Это является существенным, потому что обычно изменения rа вызывают искажение, связанные с нестабильностью коэффициента усиления в схеме усилительного каскада с общим катодом:

Если сделать сопротивление нагрузки /?н очень большим, в идеале — бесконечным, rа будет по сравнению с ним незначительно и больше не сможет вызывать зависимость коэффициента усиления от величины анодного тока, и. следовательно, — искажения сигнала. При условии, что мы выбрали подходящую рабочую точку, где μ изменяется незначительно, то получим каскад — буфер с очень низкими искажениями. К сожалению, если просто сделать RH очень большим, то получится, что на нем должно падать слишком большое напряжение, и что при этом необходимо иметь источник ВН больше 2 кВ (рис. 3.24)!

Влияние увеличения R на катодный повторитель

Рис. 3.24 Влияние увеличения RH на катодный повторитель

Для решения этого противоречия между линейностью и величиной питающего напряжения ВН, применяют катодные повторители с активной нагрузкой и ряд других схем, которые будут рассмотрены ниже.

 

 

 

Информация

 

Продолжение

Еще лучшие результаты дает применение пентодов в качестве приемников неизменяющегося тока, потому что у них большой μ, и их применение особенно полезно, если допустимое падение напряжения на приемнике довольно низкое.

Если требуется приемник неизменяющегося тока на 10 мА, а допустимое напряжение на нем только 100 В, каскад-приемник на рассмотренном выше триоде Е88СС может достичь выходного сопротивления только ≈100 кОм, что все равно является десятикратным улучшением выходного сопротивления 10 кОм обычного резисторного каскада, однако каскад-приемник на пентоде способен обеспечить гораздо лучший результат (рис. 3.27).

Если в каскаде на пентоде оставить катодный резистор 2 кОм не зашунтированным емкостью, такой каскад-приемник может увеличить выходное сопротивление до > 10 МОм. Это потрясающе хороший приемник неизменяющегося тока, но всегда нужно помнить, что пентоды генерируют больше шумов, чем триоды. По этой причине каскад-приемник на пентоде не самый хороший выбором для первого (входного) каскада чувствительного предусилителя.

При использовании пентода в качестве приемника неизменяющегося тока, крайне важно помнить, что катодный резистор пропускает не только желаемый не изменяющийся анодный ток, но также переменный ток экранирующей сетки с2. Заметим также, что развязывающий конденсатор в цепи этой сетки с2 должен быть подключен к катоду, а не к земле. Это связано с тем, что мы добиваемся в таком каскаде отрицательной обратной связи катодным резистором для увеличения га, но не хотим, чтобы менялось напряжение между экранирующей сеткой с2 и катодом, так как это вызывает положительную обратную связь, которая будет уменьшать rа.

Некоторые пентоды представляют собой наиболее лучшие приемники неизменяющегося тока, чем другие, потому что их анодные характеристики более пологие, что способствует увеличению выходного сопротивления или потому, что линейная область анодной характеристики подходит ближе к 0 В. В табл. 3.1 приведены некоторые пентоды, которые особенно хорошо подходят для приемников неизменяющегося тока.

В таблице приведены оптимальные для каскада-приемника токи, которые намного ниже, чем максимальные для этих ламп Ia(макс) Этот запас по току делается частично потому, что при больших токах реальные анодные характеристики становятся менее пологими, приводя к уменьшению Ra, но главным образом потому, что основное влияние на выходное сопротивление в действительности оказывает не шунтированное RK, величина которого умножается на коэффициент gm1 * rа(μ). Более сильные токи требуют меньшего напряжения автосмещения, а уменьшая величину RK, уменьшаем и выходное сопротивление. Для максимального выходного сопротивления лучше использовать электронную лампу с запасом по мощности рассеиваемой анодом Ра, что требует большего RK, чем при номинальной мощности. К сожалению, недостаток приемника неизменяющегося тока, работающего при очень низком Iа в том, что ток экранирующей сетки IC2 будет довольно велик и его доля становится значительной среди всех составляющих катодного (эмиссионного) тока, что делает схему неэффективной.

 
 
Сайт создан в системе uCoz