Содержание

Параллельно управляемый двухламповый усилитель (SRPP)

Каскад типа SRPP был разработан в начале 1950-х годов для использования в качестве усилителя мощности или модулятора в телевизионных передатчиках, где требовалось развивать на выходе с малыми искажениями около 1100 В переменного напряжения на нагрузке 400 Ом параллельно с емкостью 500 пФ. В телевидении допустимы намного большие искажения, нежели чем в звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуре, и стандарты видеосигнала в то время были сравнительно нежесткими, так что «мало искажений» означало ~ 2%, и «незначительные искажения» означали < 1 %.

Хотя маловероятно, что мы будем использовать параллельно управляемый двухтактный (SRPP) усилитель по его основному назначению, полезно понять проблемы с которыми сталкивались его разработчики, и как они были решены. Получение 1100 В амплитудного значения на нагрузке 400 Ом в действительности не проблема — просто требуется мощная электронная лампа, но была проблема поддержания этого напряжения во всем диапазоне модулирующих частот с учетом шунтирования нагрузки параллельной емкостью 500 пФ. Самая высокая частота, спектра видеосигнала тогдашней системой «высокой четкости» серии 405, была 3 МГц, и на этой частоте в емкостное сопротивление Х_с ≈ 100 Ом ответвлялся значительно больший ток, чем в сопротивление полезной нагрузки 400 Ом. Очевидным решением было увеличить ток покоя в каскаде, но это будет расточительным использованием электричества — потому что в реальных изображениях максимальная амплитуда высокочастотного сигнала появляется очень редко (в отличие от испытательных сигналов).

Двухламповый усилительный каскад SRPP как раз и решает проблему вредного шунтирующего действия емкостной составляющей нагрузки (включая выходную емкость самой лампы, емкость монтажа и т. п.) без необходимости увеличения тока покоя, либо выходной мощности. Упрощенная схема такого каскада показана на рис. 3.35. Нижняя лампа является основным усилителем, а верхняя лампа регулятором. Выше было показано, что из-за вредного влияния емкостной составляющей нагрузки, на высоких частотах требуется больший выходной ток, нежели на низких. Эти процессом как раз и управляет верхняя лампа, режим которой зависит в том числе и от величины переменного тока, отдаваемого каскадом в нагрузку. Последовательно включенный резистор в анодной цепи нижней лампы пропускает в том числе и ток нагрузки. Напряжение, падающее на нем, как раз и используется, чтобы управлять регулятором — верхней лампой. Так как регуляторная лампа обычно может учетверить общую мощность каскада, не требуя дополнительного тока покоя, это уловка позволила разработчикам телевизионного модулятора значительно увеличить коэффициент полезного действия — очень важное соображение для усилителей, рассеивающих киловатты тепла.

Рис. 3.35 Параллельно управляемый двухтактный (SRPP) усилитель

При построении SRPP каскадов зачастую и верхняя и нижняя лампы выбираются одинакового типа.

Рассмотрим режим работы SRPP каскада. Поскольку, постоянный ток, протекающий через обе электронные лампы каскада одинаков и сами лампы одинаковы, их резисторы катодного смещения R_k также равны. Для постоянного тока, верхняя и нижняя части схемы являются идентичными, поэтому на каждой из них падает половина напряжения питания. Если начертить вертикальные линии на анодных характеристиках — 285 В/2 = 142,5 В, и выбрать ток анода, легко определить требуемое напряжение смещения. Характеристика, снятая при сеточном напряжении —4 В пересекает 142,5 В при токе 4,5 мА, таким образом 4 В/4,5 мА = 889 Ом. Стандартный резистор 910 Ом прекрасно подойдет в качестве катодного автосмещения (рис. 3.36).

Рис. 3.36 Выбор рабочей точки SRPP

Выходное сопротивление каскада можно найти из следующего соотношения:

Также в таких каскадах возможно использовать различные электронные лампы и различные режимы постоянного тока для верхней (V₂) и нижней (V₁) ламп. В этом случае, полное уравнение, полученное A_МОСОМ(A_MOS) и Биркиншау (Birkinshaw) дает возможность вычислить коэффициент усиления каскада:

Каскад SRPP занимает промежуточное положение между резисторным усилителем с общим катодом, и μ-повторителем с активной нагрузкой. В то же время низкое значение сопротивления верхнего катодного резистора R_K означает, что величина R_H относительно нижней лампы неминуемо будет довольно низкой, означая, что каскад

SRPP будет иметь коэффициент усиления AV < μ, и существенно большие искажения по сравнению с μ-повторителем.

Рассмотрим пример построения каскада SRPP на двух триодах типа 6J5GT. Их эквивалентные динамические параметры были заранее определены: gm = 2,95 мА/М, r_a = 7,11 кОм, μ = 70.

Расчетные уравнения прогнозируют для этого SRPP каскада коэффициент усиления A_v = 14,3 и выходное сопротивление r_вых = 2,3 кОм. Сравним такой каскад SRPP с μ-повторителем, построенном на двух таких же электронных лампах с идентичным режимом по постоянному току для обеих ламп (рис. 3.37). Неудивительно, что каскад SRPP имеет значительно более высокий перепад выходного напряжения, чем μ-повторитель. μ-повторителю также требуется более высокое напряжение питания, потому что его часть тратится впустую, вызывая падение напряжения на дополнительном сопротивлении R_K 10 кОм.

Рис. 3.37 Схемы сравниваемых каскадов SRPP и μ-повторителя

При выходном сигнале +28 дБ (действующее значение напряжения 19,5 В), μ-повторитель создает примерно 0,24% суммарного значения коэффициента нелинейных искажений, а каскад SRPP дает 1,32% при 15 дБ. Как и прогнозировалось, каскад SRPP дает существенные искажения, и хотя они падают с понижением уровня сигнала, они все же довольно большие для использования его в качестве каскада предусилителя. Также было исследовано влияние напряжения питания на коэффициент нелинейных искажений при уровне выходного сигнала +28дБ. Результаты приведены на рис. 3.38.

Хотя каскад SRPP обеспечивает худшие показатели качества по сравнению с μ-повторителем, но он имеет преимущество в том, что он не требует гальванической развязки по постоянному току (в μ-повторителе необходим разделительный конденсатор к верхней лампе), и он, следовательно, невосприимчив к блокировке. Разумеется, малая чувствительность к шунтирующему влиянию емкостной составляющей нагрузки, также является преимуществом SRPP каскада.

Рис. 3.38 Суммарное значение коэффициента нелинейных искажений в зависимости от напряжения питания для 6J5/6J5 SRPP при +28 дБ

Информация

Продолжение