Содержание

Пути достижения заданных требований. Выбор лампы и топологии каскада

Зачастую говорят, что самая хорошая схема — это простая схема, поэтому для начала следует рассмотреть, подойдет ли на роль линейного каскада триодный усилитель с общим катодом (рис. 8.3).

После того, как была принята определенная топология каскада, необходимо выбрать наиболее подходящую лампу (табл. 8.2).

Характеристики ни одной из приведенных в табл. 8.2 ламп не соответствуют полностью предъявляемым идеальным требованиям, но лампа типа ЕСС82 наиболее близка к требуемым параметрам. Эта лампа могла бы оказаться наиболее подходящей для выбора, если бы не недавно выполненные исследования автора, которые показали, что для нее характерны неподдающиеся дальнейшему снижению искажения, уровень которых примерно на 13 дБ выше, чем уровень таких же искажений для ламп семейства *7N7/*NS.

Рис. 8.3 Усилитель с общим катодом на лампе ЕСС82 в качестве линейного выходного каскада предусилителя

Хотя ни лампа *SN7, ни *N7 не достигают необходимого значения эквивалентного выходного сопротивления r_оцt, основная проблема все же заключается в значении входной емкости С_in. Теоретическое значение емкости С_in для лампы *N7, выпускаемой компанией Локтал (Loctal), несколько больше желательного значения, что определяет значение частоты среза f_-3дБ значением 106 кГц, которая несколько отличается от необходимого значения 131 кГц, и которая привела бы к снижению уровня сигнала на частоте 20 кГц, равному 0,15 дБ (вместо требуемого уровня 0,1 дБ, хотя такую разницу в уровнях потерь можно было бы принять как вполне допустимую).

Если необходимо использовать обычный каскад с общим катодом, то следует выбирать между лампой, характеризующейся высокой линейностью характеристики и, одновременно с этим, незначительными потерями на высокой частоте, и лампой с худшей линейностью, но в целом имеющей характеристики, наиболее полно приближающиеся к желаемым значениям. С другой стороны, можно было бы использовать упомянутую выше лампу типа ЕСС82 в схеме μ-повторителя (рис. 8.4), что позволило бы также легко обеспечить требуемый выходной импеданс предусилителя.

Для μ-повторителя необходимо увеличенное напряжение питания подогревателей для верхней (по принципиальной схеме) лапы, но это не является непреодолимой преградой. Вообще-то не существует однозначного ответа по поводу выбора того или иного варианта. В 1993 г. автор использовал в своей конструкции лампы ЕСС82 просто потому, что они были не очень дорогими, и у автора оказался их небольшой запас. Хотя в настоящее время Интернет и делает поиски подходящей лампы намного более простым процессом, однако, столкнувшись с проблемой выбора, в настоящее время можно было бы использовать лампу 7N7, имеющую низкое значение R_L (необходимое для снижения усиления и С_in). Либо более приемлемым может оказаться вариант использования μ-повторителя, если в наличии окажется источник питания для цепей подогревателей с повышенными значениями напряжений. Существует масса способов достичь нужного результата.

Рис. 8.4 Использование μ-повторителя в качестве выходного каскада предусилителя

В ранее приводимых примерах производился выбор лампы, а она потом определяла усиление каскада. В некоторых же случаях, такой подход не совсем оправдывает себя, поэтому в данном конкретном случае необходимо задаваться как раз усилением.

8.2.4. Выполнение требования необходимого значения коэффициента усиления

Снизить чрезмерное усиление можно использованием делителя напряжения либо на входе, либо на выходе. Использование делителя на выходе увеличивает выходное сопротивление, что является недопустимым, тогда как использование делителя на входе снижает уровень входного сигнала, что сильно влияет на уровень шума, снижая отношение уровней сигнала к шуму S/N.

Единственной оставшейся возможностью для достижения необходимого значения усиления остается отрицательная обратная связь. Усиление отдельно взятой лампы можно уменьшить исключением из схемы катодного шунтирующего конденсатора, что приведет к образованию последовательной отрицательной обратной связи по току, но эта операция значительно увеличит выходное сопротивление и в силу этого не может быть использована. Для сохранения низкого значения выходного сопротивления обратная связь должна быть параллельной по сути, хотя фактически она может быть организована как последовательная обратная связь, так и параллельная (рис. 8.5).

Рис. 8.5 Варианты использования параллельной и последовательной обратной связи

В обоих примерах используется параллельная обратная связь, необходимая для снижения выходного сопротивления, хотя на рис. 8.5 а приведен пример организации параллельной обратной связи, тогда как на рис. 8.5 б приведен пример организации последовательной обратной связи, тем не менее, по своим свойствам оба способа практически равноценны. Каждое из приведенных решений имеет свои проблемы, большая часть которых связана с допустимым значением сопротивления резистора обратной связи. Резистор обратной связи фактически подключен параллельно анодной нагрузке, усиленный сигнал на него поступает через выходной разделительный конденсатор. При небольшом значении сопротивления резистора обратной связи необходимо большее значение емкости разделительного конденсатора, при этом снижается усиление (с отключенной петлей обратной связи) каскада за счет снижения анодной нагрузки по переменной составляющей. Приемлемым значением сопротивления резистора обратной связи в качестве первоначального выбора может быть выбрано значение, равное трехкратному значению сопротивления нагрузки, то есть 3 × R_L.

Для инвертора на одной лампе (рис. 8.5а) с сопротивлением в анодной цепи R_L = 100 кОм требуемое значение коэффициента усиления обычно может составлять порядка 5, для чего понадобится использовать последовательно включенный входной (удлинительный) резистор с сопротивлением 47 кОм и резистор обратной связи величиной 300 кОм. Входное сопротивление такого каскада составляет примерно 47 кОм, следовательно, он будет представлять весьма тяжелую нагрузку для потенциометра регулятора громкости с сопротивлением 100 кОм. Можно увеличить значения сопротивлений обоих резисторов, выбрав для последовательного входного резистора сопротивление 270 кОм, а для резистора обратной связи 1,6 МОм, уменьшая, таким образом, нагрузку на потенциометр регулятора громкости и еще более снижая нагрузку на выходной каскад. К сожалению, подобный подход ухудшает параметры по шумам, так как в последовательно включенном резисторе генерируются шумы, а входной шум резистора сеточного смещения более не шунтируется за счет сопротивления истока регулятора громкости.

Не получив требуемого решения от схемы инвертора, следует обратиться к двухламповому каскаду, в котором обратная связь приложена к катоду входного каскада (рис. 8.56).

В цепи сетки отсутствует последовательный резистор, а величина сопротивления катодного резистора будет достаточно низкой, поэтому шум, возникающий за счет входных элементов схемы, не будет сглаживаться, даже, несмотря на то, что шумы, обязанные своим происхождением R_L, не будут более шунтироваться.

При наличии отдельной входной и отдельной выходной ламп можно использовать эту благоприятную возможность, чтобы оптимизировать каждый каскад. Смещение на лампе У, при этом задается таким образом, чтобы обеспечить небольшой анодный ток с целью получить максимальное значение сопротивления R_k (причина такого подхода станет ясной немного позже), тогда как выбранное смещение на лампе V₂ должно обеспечивать низкое значение r_а и высокую линейность амплитудной характеристики. Конденсатор, включенный последовательно с резистором обратной связи R_fb, предотвращает прохождение постоянной составляющей с катода лампы V₁, на выход.

Обще усиление без действия обратной связи составляет примерно 200. Если необходимо, как и ранее, обеспечить общее усиление, равное 5, необходимо определить значение β, используя следующее выражение:

При дальнейшем расчете не учитывается величина тока обратной связи, протекающего в R_k благодаря действию лампы V₁, а также влияние сопротивления r_k на цепь обратной связи, однако для рассматриваемого случая вносимая погрешность не оказывает существенного влияния.

Такое значение сопротивления представляет существенную нагрузку для выходного каскада, что снижает усиление с разомкнутой петлей обратной связи и увеличивает искажения до того, как начнет действовать обратная связь.

Влияние резистора R_k всегда представляет проблему для усилителей такого типа, и довольно часто такое влияние стараются уменьшить за счет увеличения необходимого коэффициента усиления (снижение коэффициента β), либо за счет увеличения R_k. С другой стороны, можно остановиться на низком значении сопротивления R_fb, но при этом быть готовым к тому, чтобы обеспечивать необходимый режим лампы при помощи катодного повторителя, введенного в выходной каскад предусилителя (рис. 8.6).

Рис. 8.6 Использование катодного повторителя для введения последовательной обратной связи

Итак, в результате поставленная цель оказалась достигнутой, но за счет использования трех ламп и дополнительного источника для цепей подогревателей катодного повторителя. При этом полностью оказались вне рассмотрения вопросы обеспечения устойчивости всего усилителя. И еще следует отметить, что очень многое могло быть добавлено на тему о структуре коэффициента усиления, величина которого была предопределена выбором электронной лампы.

Информация

Продолжение