Содержание

Второй дифференциальный усилитель и ток выходного каскада

Так как катодные повторители охвачены 100% отрицательной обратной связью, они вносят очень небольшие искажения по сравнению со вторым дифференциальным усилителем, но так как на них падает примерно 8 В общего напряжения смещения между сеткой и катодом V_gk, то они изменяют величину анодного напряжения второго дифференциального усилителя с —82 В до значения —90 В относительно потенциала общего провода (не забывая о том. что питания каскада двухполярное, см. выше). Так как от второго дифференциального усилителя требуется соблюдение максимальной линейности при всех амплитудах усиливаемого напряжения, включая пиковые, то источник отрицательной полярности рассматриваемой двухполярной системы питания, должен подбираться с учетом максимального размаха напряжения между катодом и анодом, которое составляет 260 В. Таким образом величина отрицательного (относительно потенциала общего провода) высокого напряжения должна быть —350 В. Величина отрицательного напряжения вовсе не является критической и не требует стабилизации, так его изменения просто приводят к изменению напряжения между анодом и катодом ламп дифференциальной пары V_ak, не приводя к изменению значения их анодного тока I_а.

Несмотря на то, что не требуется поддержания точного значения отрицательного высокого напряжения, необходимо, чтобы этот источник напряжения был весьма надежным. Его неисправность может привести к положительному смещению на сетках выходных ламп, а это приведет к быстрому выходу последних из строя из-за выделения недопустимой тепловой мощности на аноде, возникающей в следствие значительного возрастания анодных токов. Итак, отсутствие необходимости стабилизировать отрицательное высокое напряжение дает преимущество для повышения надежности. Тем ни менее, в выходном каскаде применяются высоковольтные плавкие предохранители на случай неисправности источника отрицательного высоковольтного напряжения.

После того, как определен ряд требований к высоковольтным источникам питания, можно вернуться к проблемам проектирования собственно аудиоаппаратуры, и перенося объект внимания на второй дифференциальный каскад.

Лампы семейства *SN7/*N7 обеспечивают оптимальную линейность амплитудной характеристики каскада, когда величина анодного тока I_a ≥ 8 мА. Напряжение на резисторе нагрузки R_L катодного повторителя составляет: (—82 В) — (—350 В) = —268 В. В соответствии с законом Ома проволочный резистор с сопротивлением 33 кОм и рассчитанный на мощность рассеяния 6 Вт будет при мощности рассеяния 2,2 Вт пропускать ток I_a = 8,1 мА.

Помимо этого, каскад на лампе типа 13Е1 обладает емкостью Миллера величиной 220 пФ, которая также требует учета. На частоте 20 кГц емкостное сопротивление этой паразитной емкости 220 пФ будет равно 36 кОм. На максимальной мощности для возбуждения выходного каскада необходимо напряжение 58 В среднеквадратического значения, а для поддержания этого напряжения на реактивном сопротивлении конденсатора 220 пФ требуется ток 1,6 мА среднеквадратического значения, что соответствует току 2,3 мА амплитудного значения. Емкостная нагрузка вынуждает анодный ток изменяться уже не по закону линейной динамической характеристики, а по петлевой замкнутой кривой в пределах значений +2,3 мА относительно линии нагрузки, при этом важно, чтобы крутизна gm лампы поддерживалась неизменной. К счастью, при значении тока I_а = 8,2 мА крутизна данной группы ламп gm имеет достаточно стабильное значение.

Величина анодного напряжения определяется следующим образом: V_a = (160 В) — — (—82 В) = 242 В. помимо этого уже известно значение требуемого анодного тока I_а. Следовательно, при этих условиях можно найти необходимое значение напряжения смещения между сеткой и катодом V_gk. Рассматривая на поле проходных статических характеристик точку со значениями V_o = 242 В и I_а = 8,1 мА, видно, что она лежит близко со статической характеристикой, снятой при сеточном напряжении V_gk = —8 В. Используя полученное значение, можно определить значение напряжения на сетке (относительно потенциала общего провода), которое составит: (—82 В) — (= —8 В) = (—90 В). Сетки имеют непосредственную связь по постоянной составляющей с анодами второго дифференциального усилителя, следовательно, для них анодное напряжение также будет составлять —90 В относительно потенциала общего провода.

Для второго дифференциального усилителя падение напряжения на нагрузке R_L составит: (160 В) — (—90 В) = 250 В. Каждый из триодов второго дифференциального усилителя может работать при значениях анодного тока менее 8 мА, так как большая часть нелинейных искажений на четных гармониках будет скомпенсирована двухтактным включением ламп выходного каскад (это не относится к случаю катодных повторителей, когда выходной каскад переходит к работе в режиме класса АВ). В качестве анодной нагрузки можно использовать резистор марки МРС-5 с номиналом 50 кОм, следовательно, ток, который обеспечивает напряжение на аноде V_a = —90 В, определяется как частное отделения 250 В на сопротивление 50 кОм, что дает значение 5 мА. Так как суммарный ток общей цепи питания должен удваиваться, то окончательное значение тока, протекающего по ней составит 10 мА.

Ток, протекающий через резисторы общей цепи питания дифференциальной пары, имеет большое значение. Увеличение этого тока вызывает увеличение падения напряжения на резисторе анодной нагрузки второго дифференциального усилителя, что приводит к увеличению абсолютного отрицательного значения напряжения. Катодный повторитель немедленно следует этому изменению отрицательного напряжения и, в итоге, напряжение на сетках выходных ламп становится более отрицательным, снижая их анодные токи. Таким образом, если предусмотреть возможность регулировки тока, протекающего через общую цепь питания дифференциальной пары, это позволит настраивать ток выходного каскада.

Выходные лампы могут и не быть точно согласованными, следовательно, установка переменного резистора между катодами второго дифференциального усилителя позволяет подстраивать баланс каскада и таким образом, баланс токов выходного каскада.

С учетом произведенных расчетов и выбора деталей, принципиальная схема разрабатываемого усилителя примет вид, приведенный на рис. 7.42.

Рис. 7.42 Задание режимов усилителя по постоянному току

Почему нет необходимости стабилизации всех источников питания?

Так как ранее указывалось, что выходной каскад очень чувствителен к изменениям напряжения смещения между сеткой и катодом V_gk и что он может подстраиваться путем регулировки тока, протекающего через резисторы цепи питания левой (рис. 7.42) дифференциальной пары, то представляется очевидным необходимость стабилизации тока, протекающего через эту цепь, с максимально возможной точностью. Тем ни менее, также необходимо более тщательно рассмотреть влияние такого фактора, как изменения напряжения сетевого питания. При увеличении напряжения сети, минусовая шина двухполярного высоковольтного источника питания приобретает больший отрицательный потенциал и по цепи резистора, питающего цепи схемы опорного напряжения (схемы неизменяющегося тока) дифференциальной пары с задающим светоизлучающим диодом, будет протекать больший по величине ток, поэтому напряжение на градиентном сопротивлении светодиода схемы опорного напряжения (см. схемы цепей формирования неизменяющегося тока, также пример такой схемы на рис. 7.43.) также немного увеличится. Но напряжение между базой и эмиттером V_be транзистора этой схемы не меняется, поэтому напряжение на резисторе, задающем ток, тоже увеличится, а соответственно и возрастет ток в общей цепи питания дифференциальной пары. Возрастание этого тока уменьшает ток выходного каскада, но увеличение напряжения сетевого питания также вызвало бы увеличение высоковольтного нестабилизированного напряжения выходного каскада, что приводит к увеличению тока. В результате влияние двух противоположено действующих эффектов, вредное воздействие изменений напряжения сети нейтрализуется, что является одним из плюсов рассматриваемой разработки. Таким образом установлено, что точная стабилизация тока общей цепи питания дифференциальной пары и шины отрицательного напряжения двухполярного высоковольтного источника питания не является необходимой и, даже, нежелательна, так как ее наличие потребовало бы также обязательную стабилизацию большого по величине тока источника высоковольтного напряжения выходного каскада.

При изменении сетевого напряжения меняется не только значение высоковольтного напряжения, но также меняется напряжение в цепях подогревателей. Условие неизменности и правильности режима работы дифференциальных усилителей по постоянному току задается источниками постоянного тока и стабилизацией высоковольтного напряжения, катодные повторители охвачены многочисленными обратными связями, а вот выходные лампы оказываются очень чувствительными к изменениям напряжения накала. К счастью, напряжение накала подогревателей ламп типа 13Е1 может составлять 26 В, и в следствие его достаточно большой величины, пара ламп потребляет ток всего в 2,6 А, который может быть стабилизирован достаточно простыми и эффективными средствами.

Информация

Продолжение