Содержание

Выбор верхней лампы для μ-повторителя

До этого момента мы всегда неявно предполагали, что входное сопротивление следующего каскада почти не имеет влияния на характеристику предшествующего каскада. Этого влияния бы и не было, если бы использовался анодный выход ниже лампы μ-повторителя, потому что величина сопротивления в цепи сетки следующего каскада (обычно = 1 МОм) несравнима с величиной R_H. Фактически она меньше, чем R_h, и, следовательно, снижает действующее значение R_HC ≈ 2 МОм приблизительно до 650 кОм. Это незначительно влияет на коэффициент усиления, но утраивает искажения, поэтому не рекомендуется использовать анодный выход.

Пока входное сопротивление R_c превышает 10R_Н предшествующего каскада, можно пренебречь его воздействием на предшествующий каскад, но когда оно становится меньше, нужно подробно исследовать нагрузочную линию по переменному току, чтобы установить — не вызовет ли это проблемы. Рассматривая каскады с активной нагрузкой, также нужно принимать во внимание входное сопротивление следующего каскада.

Построить точную нагрузочную линию по переменному току несложно. Сначала, необходимо найти уточненную нагрузку каскада по переменному току, которая обычно равна параллельному включению сопротивления анодной нагрузки исследуемого каскада и сопротивления в цепи управляющей сетки последующего каскада. Мы знаем, что нагрузочная линия по переменному току должна проходить через рабочую точку по постоянному току (точку покоя), поэтому необходимо найти только ее вторую точку. Простейший способ сделать это — переместиться на несколько клеток по горизонтали (изменить напряжение, скажем, на 100 В) и подсчитать увеличение или уменьшение тока через нагрузку по переменному току — получим вторую точку. Линия, проведенная через эти точки — и есть нагрузочная линия по переменному току. Исследование этой линии позволяет определить коэффициент усиления и линейность каскада, включая влияние входного сопротивления следующего каскада.

Обычно верхняя лампа в μ-повторителе выбирается исходя их несколько иных соображений, чем нижняя электронная лампа такого каскада.

Для начала необходимо оценить необходимое сопротивление эквивалентной нагрузки по переменному току для нижней лампы:

Максимизирование R_H минимизируют искажения, вносимые нижней лампой, но опыт показывает, что при R_H > 50r_а нет дополнительного выигрыша по этим искажениям, и более полезно учитывать искажения, вносимые верхней лампой. Так как катодный повторитель работает со 100%-ой обратной связью, увеличение μ увеличивает обратную связь и уменьшает искажения. Тем не менее, электронным лампам с большим μ требуется более высокое значение V_a, во избежание появления тока управляющей сетки. Таким образом, выбор лампы с очень большим μ уменьшает реально достижимое постоянное напряжение V_a нижней лампы, и понижает максимальное значение размаха ее анодного напряжения.

Большая крутизна gm также полезна в верхней лампе, особенно если нагрузкой каскада является пассивная компенсационная схему, поскольку результирующее низкое (но изменяющееся) сопротивление r_вых составляет меньшую часть в цепи последовательно включенных сопротивлений.

Одиночный триод, например, типа 6С45П имеет μ = 52 и gm = 20 мА/В при анодном токе (соответствующем примерно середине рабочего участка проходной характеристики), но его основным преимуществом в качестве верхней лампы является то, что он допускает размах входного напряжений V_CK близко к 0 В без заметных искажения, допуская большой перепад выходного напряжения при заданном напряжении источника питания.

Часто пентоды включают по схеме триода (соединяя его сетки с2 и сЗ с анодом). При таком включении, например, пентод типа D3A также будет хорошим выбором, так как (μ = 80, и gm ~ 20 мА/ В легко достижимы даже при довольно низких токах, но значительный сеточный ток начинается при напряжении смещения V_CK ≈ —1,1 В. Пентод D3A имеет позолоченные штырьки и был изготовлен в эру, когда металлизация золотом означала особое качество. Он не только соответствует заводскому описанию, но и имеет стабильные параметры в серии. И наоборот, российский триод типа 6С45П обычно только едва соответствует нижним пределам спецификации и имеет довольно непостоянные параметры, хотя его анодные характеристики являются чрезвычайно линейными.

Ограничения μ-повторителя.

Хотя μ-повторитель является каскадом усиления, обладающим многими преимуществами, он тоже имеет свои ограничения. Выше было показано, что он имеет низкое выходное сопротивление и вносит мало искажений, а, следовательно, его хорошо использовать как линейный каскад с подключением в качестве нагрузки, например, длинных проводов или транзисторного усилителя с низким входным сопротивлением. Тем не менее, низкое полное сопротивление нагрузки делает более крутой нагрузочную линию по переменному току для катодного повторителя, образованного верхней лампой. Хотя эта электронная лампа охвачена 100%-ой обратной связью, очень большая крутизна нагрузочная линии слегка уменьшает коэффициент усиления и катодный повторитель может больше не выйти на номинальный режим каскада с низким R_h при такой же эффективности, как ранее. Таким образом, нижняя электронная лампа будет работать на уменьшенное эквивалентное сопротивление нагрузки, что приведет к росту искажений, вносимых ей. Присоединение реальной внешней нагрузкой всегда несколько увеличивает искажения, вносимые μ-повторителем. Как характерный пример, можно рассмотреть r_вых μ-повторителя, построенного на двух лампах типа 6J5/6J5, оцененное при уровне входного сигнала при 0 дБ. При уровне сигнала +28 дБ этот каскад вносил 0,29% нелинейных искажений, поэтому при 0 дБ ожидался коэффициент нелинейных искажений равный 0,01 %. Тем не менее, когда его выходное сопротивление было измерено, (добиваясь на выходе понижение уровня сигнала от 0 дБ до 6 дБ), нагружая каскад резистором сопротивлением 720 Ом, суммарное значение коэффициента нелинейных искажений возросло до 0,85%.

Если μ-повторителю необходимо обеспечить низкое сопротивление нагрузки необходимо при минимально вносимых искажениях, то между μ-повторитель и последующим каскадом целесообразно включение развязывающего каскада-буфера, в качестве которого вполне пригоден обычный катодный повторитель. Для того, чтобы повысить эффективность работы на подобную нагрузку, катодный повторитель должен обеспечивать анодный ток > 10 мА, и электронная лампа должна быть с рамочной сеткой, с большой gm и высоком μ. Для этой цели буду очень хороши рассмотренные в предыдущих примерах триод типа 6С45П или соединенный по схеме триода пентод типа D3A. Катодный повторитель представляет собой нагрузку с высоким эквивалентным сопротивлением, поэтому он может быть напрямую подключен к низкоомному выходу μ-повторителя, снижая тем самым искажения, вносимые верхней лампой μ-повторителя. Для еще большего снижения искажения, катодный повторитель должен быть нагружен на каскад-приемник неизменяющегося тока.

Хорошо разработанный μ-повторитель вводит перегрузку очень внезапно. 6J5/6J5 μ-повторитель, управляемый от источника 51 кОм, управлялся сеточным током, давая выходной сигнал +38,1 дБ (действующее значение напряжения 61,6 В) при искажении 0,87%. Высокое сопротивление источника вызывает жесткое отсечение сеточного тока в начале сигнала, поэтому нужно ожидать затухающую серию нечетных гармоник. Так как сеточный ток срезается только на одном полупериоде, и асимметрично вызывает четные гармоники, можно ожидать все возможные гармоники (рис. 3.33).

Рис. 3.33 Спектр искажений μ-повторителя 6J5/6J5 по входному сеточному току

Понижение уровня от 1 дБ до +37,1 дБ уменьшает искажения до 0,54%, и высшие гармоники полностью исчезают (рис. 3.34).

Рис. 3.34 Спектр искажений μ-повторителя 6J5/6J5 с сеточным током ниже на 1 дБ

Информация

Продолжение