Содержание

Точное определение параметров выходного трансформатора

Теперь возможно сразу точно определить некоторые характеристики выходного трансформатора:

Тип: для работы в усилителе с несимметричным выходом Постоянный ток первичной обмотки: I_dc = 120 мА Максимальная мощность переменного тока: P_max ≈ 6,6 Вт Величина импеданса первичной обмотки: 2 кОм.

Изготовитель трансформатора немедленно захочет узнать величину импеданса нагрузки для вторичной обмотки трансформатора. А так как звуковая катушка громкоговорителя не является чисто активным сопротивление с величиной 8 Ом, то предпочтительнее будет рассчитывать на нагрузку с сопротивлением 4 Ом. Выходной трансформатор имеет, как правило, многосекционную вторичную обмотку, и производители трансформаторов предлагаю чаще всего конструкцию с четырьмя секциями, обмотки которых могут коммутироваться для подключения нагрузки 1 Ом, 4 Ом (наиболее предпочтительный вариант для подавляющего числа используемых на практике громкоговорителей), 8 Ом и 16 Ом (идеальный случай, если удается раздобыть подлинный громкоговоритель с сопротивлением 16 Ом).

Вторым важным вопросом является значение наименьшей частоты, на которой будет необходима максимальная выходная мощность. Стоимость этого вопроса весьма велика. В качестве примера можно привести классические коммерческие усилители Leak Stereo 20 и TL12+ , которые могут работать с заявленной в технической документации номинальной мощностью до частот 50 Гц. Для выходного трансформатора марки Sowter 9512 в паспорте указывается максимальная мощность 8 Вт на частоте 25 Гц, даже для такого неправдоподобного случая, когда значение мощности на практике превысит заявленное.

Задание смещения лампы

Для получения необходимого тока 120 мА можно было бы просто подать на сетку напряжение —25 В, но даже небольшое уменьшение напряжения смещения на сетке могло бы вызвать незамедлительное превышение максимально допустимой мощности на аноде P_a(max). Это является причиной, по которой производители ламп не рекомендуют использовать сеточное смещение для ламп с высоким значением крутизны (значение крутизны 35 мА/В является очень большим для маломощных ламп).

Следовательно, необходимо использовать катодное смещение. Необходимо обеспечить падение напряжения 27 В (с запасом) на резисторе, по которому протекает 120 мА. По закону Ома следует:

Если на резисторе происходит падение напряжения в результате прохождения по нему тока, то он должен засеивать выделяемую на нем мощность, значение которой определяется выражением:

В качестве резистора с минимально допустимым значением рассеиваемой мощности следует использовать резистор, имеющий мощность рассеяния 5 Вт. Можно использовать тонкопленочный резистор МРС-5, который является безиндуктивным, но подверженный очень сильному нагреву при мощностях рассеяния более 2 Вт в обычную воздушную среду. Либо можно привинтить к шасси плакированный алюминием проволочный резистор WH15, который будет оставаться холодным, но под вопросом окажется его небольшая индуктивность, которой характеризуются все низкоомные проволочные резисторы. После недолгих колебаний выбор пал на резистор МРС-5 с сопротивлением 200 Ом, последовательно включенный с переменным проволочным резистором, позволяющим точно регулировать величину анодного тока.

Катодный шунтирующий конденсатор

Катодный резистор должен шунтироваться конденсатором, чтобы предотвратить образование паразитной обратной связи по переменному току, которая могла бы вызвать увеличение значения эквивалентного сопротивления r_а и необходимость проведения новой нагрузочной характеристики. Как и в случае малосигнального приближения, необходимо оценить величину сопротивления для переменной составляющей на участке цепи катод-земля. Со стороны конденсатора эквивалентное сопротивление лампы r_k равно:

Но это сопротивление включено параллельно катодному резистору R_k с сопротивлением 225 Ом. То есть, параллельное включение данных резисторов даст значение сопротивления 115 Ом.

Для каскада с усилением малых сигналов было бы желательно, чтобы шунтирующий элемент работал вплоть до частот 1 Гц, но такое требование не является обязательным для усилителя мощности. По определению, в каскаде усиления мощности существует большой размах амплитуд сигнала и возникают сильные искажения. Для триодного каскада с несимметричным выходом, работающего ниже одностороннего ограничения, основными искажениями являются составляющие второй гармоники, но они включают постоянную составляющую, которую обуславливает накопленный на развязывающем конденсаторе заряд, и которая вызывает сдвиг напряжения смещения от обусловленной ранее статической рабочей точки. Как только приходит большой сигнал, развязывающий конденсатор плавно возвращает лампу в расчетную точку. Время восстановления определяется постоянной времени на частоте f_-3дБ, задаваемой конденсатором, параллельно включенным с цепью, образованной параллельно включенными резистором R_k и эквивалентным сопротивлением r_k. Если за частоту ослабления с уровнем — 3 дБ будет выбрана частота 1 Гц, то это задаст постоянную времени t = 159 мс. Для полного выхода из возмущенного состояния требуется значение, примерно равное пятикратному значению постоянной времени RC-цепи, то есть значению 5t, однако время восстановления 0,8 с следует считать слишком большим для музыкального слуха. Следовательно, должна быть выбрана большая частота ослабления, например f_-3дБ = 10 Гц, которая означает, что выходной каскад восстановится после изменения напряжения смещения всего за 80 мс. Исходя из этого, можно найти емкость конденсатора:

У автора не оказалось в наличии конденсатора с емкостью 1500 мкФ, но оказался конденсатор с емкостью 1000 мкФ и рабочим напряжением 35 В, обладающий к тому же низким значением эквивалентного последовательного сопротивления, который и был им использован. Огромное количество инженерных разработок было выполнено именно таким способом. Приведенный расчет достаточно точен (хотя он и мог выполняться на оборотной стороне старого конверта), затем из имеющихся в наличии на данный момент радиокомпонентов был выбран наиболее близкий по своим параметрам.

Определение необходимого напряжения высоковольтного источника питания

На сопротивлении первичной обмотки выходного трансформатора происходит падение некоторой части высоковольтного питающего напряжения, следовательно, необходимо определить сопротивление первичной обмотки по постоянному току R_DC(primery) Как правило, производители трансформаторов указывают данный параметр, но полезно самим произвести необходимые измерения при помощи омметра. Для используемого трансформатора R_DC(primery) ⁼ 152 Ом, по закону Ома падение напряжения при прохождении тока силой 120 мА составит: V= IR = 0,12 × 152 = 18,24 В.

Для разрабатываемой схемы усилителя требуется анодное напряжение V_a = 255 В, а с учетом катодного смещения 27 В и падения напряжения на обмотке выходного трансформатора значение высокого напряжения должно будет составлять 300 В (относительно точки подключения на выходном трансформаторе). Определение значения высоковольтного напряжения представляется достаточно важным, так как оно определяет максимальное значение напряжения, необходимого для каскада предварительного усиления (в противном случае было бы необходимо добавлять вспомогательный высоковольтный источник питания).

Сглаживание высоковольтного напряжения

Двухтактный усилитель подавляет фон высокого напряжения за счет противоположено протекающих токов в обмотках выходного трансформатора, но однотактный усилитель с несимметричным выходом такой способностью не обладает. Поэтому, требования по фону переменного тока к источнику высоковольтного напряжения должны быть в последнем случае гораздо выше. К сожалению, усилители с несимметричным выходом нуждаются в изменяющемся в процессе работы значении тока (пределы изменения составляют 0 ≤ I_DC ≤ 2I_DC) при питании от высоковольтного источника питания. Следовательно, величина выходного сопротивления источника питания является критичной. Поэтому, использование дросселей для таких источников питания стало почти обязательным.

Информация

Продолжение