Author: Гаврилов С.
Text
СЕРГЕИ ГАВРИЛОВ
ринципы схемотехники
электронных ламп
Введение
Желающие освоить подзабытую технику электронных ламп обращаются к литературе
прежних лет. Но с этим не все обстоит благополучно. Хотя бы потому, что такой
литературы осталось мало. Но главное - эти книги устарели морально, чаще всего это
просто сборники ’’типовых схем”, мало разъясняющие суть проблем, перед которыми
стояли разработчики. Вдобавок они содержат ошибки, привычно переходящие от одного
автора к другому.
Конечно, изданы даже и в последние годы книги по ламповой тематике. Они порой
весьма продвинуты. Но вряд ли в них найдется то, что имеет сказать автор этих строк.
Явная потребность в новых пособиях по старой технике подтолкнула написать эту
работу. Точнее, подтолкнули просьбы друзей - радиолюбителей. Но автор не имел
достаточно свободного времени, чтобы создать какой-то фундаментальный труд. Поэтому
предполагается, что читатель имеет некоторые базовые представления о предмете
изложения, и уж, конечно, знаком с основами электро- и радиотехники. Больше того:
сведения, которые можно найти в книгах, стоящих на магазинных и ваших полках, иногда
намеренно опускаются в пользу рассмотрения ранее не освещавшихся вопросов. Чтобы
даже искушенный знаток нашел здесь для себя что-то новое, неожиданное.
По указанной выше причине материал написан лаконично. Здесь не стоит выискивать
готовых схем для любительского повторения, в еще меньшей степени - шаманских
рецептов, гарантирующих чудодейственные результаты; каких-нибудь советов по выбору
особенно хорошо звучащих ламп (и даже резисторов): такого добра наплодили немало.
Изложены именно сами принципы функционирования и разработки устройств на лампах.
Наоборот - здесь по возможности минимизировано число схем, формул, оставлено
лишь самое необходимое. Автор повсюду старался въедливо растолковать, почему
ламповые схемы построены именно так, как они построены, какие трудности стояли перед
тогдашними инженерами, как они преодолевались, и как эти проблемы видятся сейчас.
Впрочем, нередко эти пояснения иллюстрируются практическими расчетами или
прикидками, ведь они нагляднее, чем отвлеченные формулы, не правда ли?
Принципы схемотехники электронных ламп
Сергей Гаврилов
Может ли иметь в наше время успех очередное пособие по электровакуумным
приборам? Похоже, что может. Ведь интерес к радиолампам за последние годы
не только не снизился, а, пожалуй, даже возрос. И этому есть ряд причин.
Во-первых, ламповые радиоприемники, телевизоры и т.п. уже не воспринимаются
как устаревшая рухлядь: для тысяч коллекционеров (да и просто ценителей) они -
овеществленная память о славной эпохе.
Во-вторых, нельзя забывать о нынешнем увлечении - как бы к нему не относиться
- ламповой аудиотехникой.
В-третьих, живо до сих пор хобби по конструированию различных аппаратов на
электронных лампах, в частности, радиоприемников.
Введение.
1 Годы и лампы
1.1. Интересна ли нам история
1.2. Первые серии
1.3. Цоколи-пауки
1.4. Золотой век
1.5. Последний рывок
1.6. Прямой и косвенный накал
2 Музыка из ящика
2.1. Лампы и звук
2.2. Что же было до
2.3. Динамический диапазон
2.4. Рождение Hi-Fi
2.5. Техника Hi-Fi
2.6. Ламповый и транзисторный звук
2.7. Никаких компромиссов
2.8. Эстетический феномен
3. Начнем с азов
3.1. Вольтамперные характеристики
3.2. Режимы триода
3.3. Ток сетки и утечка сетки
3.4. Статические параметры
3 5. Номинальные значения
3.6. Реальные значения
3.7. «Левые» и «правые»
3.8. Анодные характеристики
3.9. Анодная нагрузка
4. К тетроду и пентоду
4.1. Анод и ’’анод”
4.2. Триодная часть
4.3. Токораспределение
4.4. Третья сетка
4.5. Двойное управление
4.6. Лучевые тетроды
4.7. «Варимю» или «вариэс»
5 Режимы ламп
5.1. Какой режим нужен
5.2. Фиксированное смещение
5.3. Катодное смещение
5.4. Катодная стабилизация
5.5. Анодная стабилизация
5.6. Режим пентода
5.7. Принудительная стабилизация
5.8. Резисторы утечки
5.9. Сеточное автосмещение
5.10. Неприятности с трансформатором
6. Работаем с малыми сигналами
6.1. Триодный усилитель
6.2. Ближе к реальности
6.3. Пентодный усилитель
6.4. Немного арифметики
6.5. Масштабный усилитель
6.5а.Дополнение: динамическая крутизна
6.6. Преобразование напряжения в ток
6.7. Дифференциальный усилитель
6.8. Катодный повторитель
6. 9. Пентодный повторитель
б.Ю. Преобразование тока в напряжение
6.11. «Заземленная сетка»
6.12. Высший пилотаж
7. Сюрпризы высоких частот
7.1 Реактивные элементы лампы
7.2 Постоянная времени и нагрузки
7.3. Сюрприз входного сопротивления
7.4. Сюрприз входной емкости
7.5. Резонансные каскады
7.6. Не пентодом единым
7.7. Нейтродины
7.8 Неполное включение
7.9. Каскодная схема
7.10. Дифференциальная схема
7.11. Сюрприз катодного повторителя
8. Борьба с помехами
8.1. Проблема неконтролируемых связей
8.2. Зачем нужно шасси
8.3. Контур сопряжения
8.4. Ошибки с развязкой
8.5 Дифференциальный усилитель
8.6. Индуктивная междукаскадная связь
8.7. Приведение к сетке
8.8. Паразитная связь через ’’эфир’
8.9. Земля и ’’земля”
9, Проблемы АРУ
9.1. Проблема №1: регулирующий элемент
9.2. Так для чего нужны пентоды "К"?
9.3. Многокаскадное регулирование
9.4. Критика ’’гениальных” идей
9.5 Управление токораспределением
9.6 Проблема №2: петля регулирования
9.7. Зачем столько ламп?
10. Предварительное усиление
10.1. Режим класса А
10.2. Резистивный драйвер
10.3. Нагрузочная прямая
10.4. «Клирфактор»
10.5. Динамическая характеристикка
10.6. Внешняя нагрузка
10.7 и перегрузка!
10.8. Трансформаторы и дроссели
10 9. Ошибка с динамической нагрузкой
10.10. Странный катодный повторитель
10.11. Положительная обратная связь?
11. Тетродные усилители мощности
11.1 Энергетика для режима «А»
11.2 Нужно ли "согласование" с нагрузкой?
11.3. Остаточное напряжение
11.4 Рассчитываем мощность
11.5. Допустимые значения
11.6. Выходное сопротивление
11.7. Параллельное включение ламп
11.8. Катодный повторитель и реактивный ток
12. Триодные усилители мощности
12.1. Проблема остаточного напряжения
12.2. Что нам делать с триодом?
12.3. Работа с токами сетки
12.4. Фокус высокого напряжения
12.5. Триоды с редкой сеткой
12.6. Снова проблема реактивного тока
12.7. Строим триодные характеристики
12.8. Прямо накальная элита
13. Двухтактное усиление
13.1. Так плюсы или минусы?
13.2 А, Б и АВ
13.3. Фазоинверторы
13.4. Самоинвертирующие каскады
14. "Транзисторный" звук в ламповых схемах
14.1. Чудеса отменяются
14.2. Сильная и слабая РОС
14.3. Мягкое и жесткое ограничение
14.4. Проблема частотных границ
14.5. Выход есть?
14.6 Иллюзии выходного сопротивления
15. Структуры радиоприемников. Избирательные системы
15.1. Два принципа
15.2. Супергетеродинный прием и прямое усиление
15.3. Колебательный контур
15.4. Полоса пропускания
15,5. Подавление внеполосных сигналов
15.6. Связанные контура
15.7. Гауссов тракт
16. Структуры радиоприёмников. Паразитный прием.
16.1. Каналы паразитного приема
16.2. Зеркальный канал
16.3. Высокая ПЧ или добавочный контур?
16.4 Задиапазонная ПЧ
16.5. Помеха с промежуточной частотой
16.6 Помехи на гармониках гетеродина
16.7. Забитие. Кросс-модуляция
16.8. Перегрузка УПЧ
16.9. Двойное преобразование. Пораженные частоты
17. О диодах и не только
17.1. Амплитудный детектор на диоде
17.2. Искажения в детекторе
17.3. Полоса модулирующая частот
17.4 Путаница с ’’входным сопротивлением”
17.5. Чувствительность детектора
17.6. Параллельный детектор
17.7. Сеточный детектор
17.8. Катодный детектор
17.9. Анодный детектор
17.10. Кенотронный выпрямитель
17.11. Уровень пульсаций
17.12. Сглаживающие фильтры
Дополнение: вопросы и ответы
1. Годы п лампы
1.1. Интересна ли ням история
06 этапа:: становления производства электронных ламп написано много, и этот короткий исторический
обзор вовсе не претендует на новизну. Просто хочется еще раз с удовольствием проследить славные вехи,
принадлежащие, в сущности, мировой культуре XX века.
Не слишком ли громко сказано? Думается, что нет. Мы же согласимся, например, что к музыкальной
культуре могут быть по праву отнесены не только сами произведения, но и инструмент - скрипки
талантливых мастеров.
Сейчас уже трудно как следует осознать, что миллионы людей в прошлом веке связывали восхитительную
возможность слышать весь мир - с теплыми огоньками внутри стеклянных колб. Волнующие вопросы о том,
на скольких радиолампах собран аппарат, чем заменить редкую лампу - были достоянием не узкого круга
радиоспециалистов, а буквально каждого. Нынешние, действительно намного более функциональные, черные
"мыльницы", не несущие явно видимого отпечатка живого труда и человеческого ума, вряд ли можно
представить в подобной роли властителя душ.
А такие шедевры творческой мысли и виртуозного исполнения, как, например, германский
радиоприемник "Кельн" - вполне достойны сохраняться для будущих поколений наравне со скрипками
Страдивари. Я не шучу.
1.2. Первые серии
В качестве первых массово выпускаемых радиоламп следует упомянуть европейские лампы 20-х годов серий RE,
RES, RENS. В СССР выпускались десятью годами позже их аналоги. Например, тетрод СБ-147 из популярного
тогда приемника ЭКЛ-5 - это (изображенный на фото) RES094 фирмы Telefunken.
Лампы эти были еще несовершенными: громоздкими, неэкономичными, с нелепыми на нынешний взгляд
цоколями и клеммами, а их параметры - невысокими. В настоящее время они представляют, пожалуй, только
коллекционную ценность.
Впрочем, некоторые типы этих ламп до сих пор ценятся аудиофилами и числятся е "легендарных".
13* Цоколи-пауки
В середине 30-х годов появились европейские лампы нового поколения - "красная серия". Впервые начала
претворяться е жизнь идея "гармонических" серий: были разработаны наборы взаимосогласованных (как
считалось) типов ламп - целевым образом для построения определенных классов массовых радиоприемников.
Это были лампы с необычным, так наз. бесштырьковым цоколем (с боковыми ламелями). Такие цоколи еще
назывались "пауками". Впрочем, выпускались они также и с американским "октальным" цоколем, и с другими
цоколями.
Особенностями нового этапа являлась уже чрезвычайно широкая номенклатура ламп, а также появление
комбинированных ламп. Например: АСН1 - гексод с триодом. Электрические параметры к этому Бремени
значительно повысились.
Трофейные радиоприемники с лампами "красной серии" е свое время е немалом количестве привозились из
Германии. Лампы для них пользовались большим спросом, сейчас они довольно редки.
1*4* Золотой век
Годы накануне войны некоторые считают "золотым веком" развития техники электронных ламп, да и вообще
радио. В Европе были созданы лампы следующего поколения - так наз. "стальная серия". Продолжая линию
"гармонических" серий, новые лампы имели значительно более высокие электрические параметры и
экономичные катоды. Отметим еще одну важную веху: электронное машиностроение впервые освоило монтаж
ламп на "плоской ножке" вместо прежней - "гребешковой". Это повысило технологичность и позволило
значительно снизить индуктивности еыеодое, а значит - расширить частотный диапазон приборов.
Лампы стальной серии оформлялись е приземистом железном баллоне (отсюда и название), электродная
система ле?кала горизонтально. Они имели странного вида цоколь с короткими штырьками. Впрочем, отдельные
типы мощных ламп помещались и е стеклянный баллон.
Но лампы этой серии выпускались и с другими цоколями, е особенности интересны лампы с так наз.
"локтальным" цоколем - ЕосьмиштырькоЕым, на плоской цель но стеклянной ножке, с замком на ключе. Локтальные
лампы имелись и у нас, например, 12Ж1Л, аналог знаменитой немецкой E.V12P2000 (имевшей, впрочем, совсем
другую конструкцию).
Отечественная ламповая промышленность предвоенных лет взяла, однако, курс на США.
В те годы у нас было начат пробный выпуск американских "октальных" ламп е металлических
баллонах с ЕосьмиштырькоЕым цоколем, оснащенным ключом. Технически эти лампы были
хуже европейских, но проще е производстве.
Октальные лампы, металлические и стеклянные, господствовавшие е отечественной
технике не менее двадцати лет, знакомы каждому, их можно встретить и сейчас.
1*5* Последний рывок
Послевоенное развитие электронных ламп ео всем мире определялось потребностями освоения диапазонов
ультракоротких волн, вызванными к жизни развитием радиолокации, телевидения, связи и вещания на частотах
десятки и сотни мегагерц. Именно с этими увлекательными делами и было связано начало выпуска ламп,
известных как "пальчиковые" (с цоколями "гепталь" и "ноеаль"). Конструкции на "плоской ножке" теперь стали
обычными для ламп любых размеров. Были освоены рамочные сетки и прочие новшества.
Справедливости ради надо отметить, что прототипы таких ламп были созданы тоже е Германии - для средств
связи вермахта.
Б 60-70 г. создано множество типов ламп нового поколения, имеющих фантастические по прежним меркам
параметры и сверхэкон о минные катоды - специально для работы е высокочастотных диапазонах, е каскадах
широкополосного усиления и е импульсном режиме.
Многим знакомы сверхминиатюрные лампы с гибкими выводами Б основном они находили применение е
ракетной и авиационной бортовой аппаратуре (модели прямого накала использовались е носимой сеязной
технике).
Последним рывком техники радиоламп можно считать производство "нувисторов" - ламп, созданных как
конкурент полупроводников, превосходящий последние е отношении стойкости к облучению потоком нейтронов.
Думается, комментарии е этой сеязи не нужны.
1*6* Прямой и косвенный накал
Большинство из когда-либо выпускавшихся ламп составили лампы косвенного накала. Кроме возможности питания нити накала от
сети переменного тока, они обладают еще одним достоинством: самостоятельный еыеод катода дает куда больше свободы е
схемотехнических решения;:. Известны случаи применения ламп косвенного накала даже е аппаратуре батарейного питания.
Впрочем, это нечастый вариант. Все же прямонакальные лампы отличает большая эко комичность, что для аппаратов автономного
питания крайне важно. Например, лампу 6П1П можно считать довольно близкой к4П1Л. Однако, при похожих электрических
параметра;: и выходной мощности, она потребляет на накал 3,15 Вт вместо 1,36 Вт у прямонакальной 4П1 Л.
2. Музыка in ящика
2 Л* Лампы и звук
4
Ламповый "реиессаис" последних лет неотделим от новых подходов к сфере разработки высококачественной аудиотехники. И этот
сюжет обойти никак невозможно.
Домашний радиоприемник явился по времени первым источником электрически воспроизведенной музыки (вторым было звуковое
кино). Создателями стандартов де-факто на бытовые радиоприемники на два десятка лет вперед считают европейские фирмы Telefunken
и Philips. К середине 30-х годов полностью сложился облик такого радиоприемника (е отношении типовых схемных решений,
конструкции, дизайна и требований к параметрам).
Долгое Бремя показатели качества звуковоспроизведения у массовых бытовых приемников были невысокими, по нынешним
временам - просто смешными. Вот типичные их значения:
1) коэффициент нелинейных искажений - до 7-10%;
2) диапазон воспроизводимых частот - от 100 Гц до 5-7 кГц',
3) выходная мощность - 1-2 Вт.
Кто-то может, кстати, возразить: выходная мощность - это не качественный, а скорее количественный показатель, уровень
громкости, так сказать; для чего он сюда затесался? Однако это мнение неверно, а почему - будет ясно из дальнейшего.
2*2* Что же было до
А пока мы попытаемся разобраться: почему столь низкими были требования к аппаратуре? Разумеется, сама по себе ламповая
техника не несла каких-либо принципиальных ограничений на качество звуковоспроизведения. Нет, дело было е ином.
До начала 50-х годов практически отсутствовали высококачественные источники звуковых сигналов. Точнее, таковым могла
считаться, пожалуй, только звуковая дорожка фильма, по этой причине озвучивание кинотеатров и выполнялось совершенно на другом
уровне.
Прием программ с амплитудной модуляцией не мог дать высокого качества звучания. Полоса модулирующих частот при
радиовещании с AM не превышает 4-5 кГц, а амплитудный детектор на диоде создает нелинейные искажения, достигающие нескольких
процентов. Еще худший звук давали электромагнитные звукосниматели совместно с хрипящими шеллачными грампластинками. В таких
условиях не было смысла удорожать технику с целью повышения качества звуковых трактов.
Вспомним еще кое-что. И эфир, и грампластинки сопровождали полезный сигнал шумами и помехами, это делало бессмысленным
наращивание выходной мощности бытовых низкочастотных усилителей. Для тех, кто по-прежнему не понимает, причем тут мощность -
небольшое отступление.
23. Динамический диапазон
В старых радиолюбительских книгах можно прочесть рекомендации, наподобие следующей: для озвучивания даже большой
комнаты вполне достаточно выходной мощности радиоприемника 2-3 ватта. Как так, ведь нынешние домашние аудиосистемы
выпускаются на мощность минимум десятки ватт; разве мы стали хуже слышать? Попытаемся разобраться.
Любой источник звука обладает важной характеристикой: динамическим диапазоном. Это соотношение между уровнем наиболее
громких, и самых тихих звуков. Собственно, этот диапазон можно считать даже бесконечным, ведь самый тихий звук - это моменты
тишины.
Однако динамический диапазон звука, пропущенного через радиоаппарат, уже принципиально ограничен: даже е режиме
"молчания" - на выходе неизбежно присутствуют различного вида помехи. Полезные звуки, лежащие ниже уровня помех, не будут
воспроизведены. Если мы соотнесем максимальный уровень громкости, который может быть обеспечен данным аппаратом, с уровнем
помех, то получим динамический диапазон звукового тракта.
Разумеется, просто нет смысла устанавливать громкость на таком уровне, чтобы были явственно слышны шумы, помехи, фон - они
будут раздражать слушателя. Вот и выходит, что чем уже динамический диапазон системы, тем ниже требования к ее выходной
мощности.
Но при высококачественном воспроизведении звука, когда уровень помех невелик, есть смысл увеличивать среднюю громкость.
Иначе самые тихие звуки будут потеряны, звуковая картина обеднена. А для неискаженного воспроизведения на пика;: громкости -
понадобится соответственно более высокая выходная мощность.
2*4* Рождение Hi-Fi
Триумфальное шествие е послевоенные годы пришедшей к нам из Америки концепции Hi-Fi (и аппаратуры данного класса) было
связано с рядом факторов: технических, социальных, психологических, экономических, и понять их небесполезно.
Технические предпосылки очевидны: появление высококачественных источников сигналов потребовало, естественно, и
аудио о б орудования должного уровня. Речь идет о новых, так называемых виниловых (или долгоиграющих) грампластинках, системах
магнитной записи, а также о радиоприеме е УКВ диапазоне с частотной модуляцией. Эти источники звукового сигнала отличаются
значительно более широким диапазоном воспроизводимых частот, меньшим уровнем нелинейных искажений, низкими шумами.
Типичными значениями показателей качества аппаратуры лампового этапа Hi-Fi (конец 50-х - начало 60-х годов) уже можно
считать:
1) коэффициент нелинейных искажений - не более 2-3%;
2) диапазон воспроизводимых частот - по меньшей мере, от 60 Гц до 10-12 кГц;
3) выходная мощность - 4-6 Вт.
В качестве социальных и психологических причин успеха новшества нельзя не упомянуть общую перестройку жизни на мирный
лад, усталость от войны и политики, ориентацию е большей мере на развлечения. Это хорошо поняли производители. Вместо прежнего
лозунга: "сидя дома, ты сможешь слушать весь мир", е массы был внедрен новый: "сидя дома, ты почувствуешь себя как е концертном
зале".
Концепция "высокой верности воспроизведения" (сокращенно Hi-Fi) была подкреплена и еще одним: сформировавшейся у широкого
потребителя готовностью тратить на электронную аппаратуру заметно больше денег, чем ранее.
2*5* Техника Hi-Fi
Технической базой первоначальной, ламповой аппаратуры Hi-Fi явились схемные решения, может и не бывшие абсолютно новыми,
но ранее нечасто применявшиеся е массовых бытовых устройствах. В их ряду следует упомянуть:
1) двухтактные оконечные каскады;
2) оконечные тетроды, включенные по ультралинейной схеме;
3) отрицательные обратные связи.
Эти решения вели, конечно, к усложнению и удорожанию схем. Но эпоха успеха примитивных, предельно дешевых аппаратов уже
кончалась.
2.6. Ламповый к транш сторньш звук
Попытаемся разобраться, чем вызвано нынешнее возобновление интереса к ламповой аудиотехнике.
Первой и, возможно, главной причиной являются отзвуки давних баталий вокруг "транзисторного" и "лампового" звука
Транзисторные Hi-Fi усилители, распространившиеся е 60-70 г., строились на принципах так наз. операционных усилителей и
имели по всем объективным показателям огромные преимущества перед ламповыми. Они обеспечивали небывало широкий диапазон
передаваемых частот, имели фантастически низкий уровень нелинейных искажений, крайне малое выходное сопротивление, выдавали
большие мощности, обладали несопоставимо более высоким КПД, небольшой массой и размерами, малым тепловыделением - короче,
лампы проигрывали им по всему фронту.
Кроме одного. Субъективно эти транзисторные усилители звучали неважно.
Слушатели, покоренные небывалой чистотой звучания полупроводниковых систем, тем не менее, отмечали и негативные моменты.
Можно было встретить примерно такие суждения.
"Звучание лампового аппарата кажется мягким, "бархатным", транзисторного - резким, раздражающим".
"Звук лампового приемника льется свободно, транзисторного - как бы прорывается через преграду".
"Ламповый аппарат хочется слушать и слушать, транзисторный - быстро утомляет".
Дело было, конечно, не е каком-то особом "звучании" транзисторов самих по себе. Причины указанного явления выяснены, они
кроются е специфике работы устройств с глубокими отрицательными обратными связями (а без таких связей полупроводниковые
усилители приемлемо работать не могут, таковы уж особенности характеристик транзисторов). Кстати, по этой причине возможно
"транзисторное" звучание и чисто ламповых схем (дальше об этом будет немало).
Ясны и меры борьбы с "транзисторным звуком", е современных полупроводниковых схемах он совершенно не ощутим.
Тем не менее, многие аудиофилы уверены, что негативные особенности звучания до конца устранить невозможно, и искушенное
ухо отдает неоспоримое преимущество звуку ламповых усилителей, не имеющих обратных связей (по крайней мере, глубоких). Автор
решительно не готов выступать е этом вопросе экспертом.
2*7* Никаких компромиссов
Нынешний ламповый "Hi-End" - это кажущийся возврат к прежней технике, но на другом уровне, под лозунгом "никаких
компромиссов": все подчинено только качеству звука. В техническом отношении он выливается зачастую как бы е отрицание Hi-Fi
(никаких обратных связей, никаких двухгактникоЕ, непременно триоды...).
Но почему же, ведь решения Hi-Fi класса е свое время и так уже достигли, пожалуй, потолка возможных параметров? Дело е том,
что сменилась сама парадигма: важны не объективные показатели, замеренные приборами (они-то как раз обычно невысоки), а
субъективные ощущения аудиофила.
Опять настаиваю, что, не будучи изощренным ценителем, категорически уклоняюсь от личных мнений по этому вопросу.
2*8* Эстетический феномен
Есть и иные, даже более убедительные, причины "лампового ренессанса". Ламповый аппарат не только звучит, но еще и согревает
душу. Теплое свечение ламп чем-то сродни огоньку домашнего очага, а статус несомненного раритета добавляет удовольствия процессу
несуетливого прослушивания. Это - такой же объективный эстетический феномен, как и впечатление какого-то особенного наслаждения
от звучания старых музыкальных инструментов. Для многих - с лампами связывается ностальгия по "доброму старому времени", и уж
конечно здесь нет ничего плохого. К тому же признаем, что ведь и сами радиолампы, особенно стеклянные, изумительно красивы.
Иные из домашних умельцев считают ламповую технику более подходящей для самостоятельного конструирования. Транзисторные
аппараты, особенно сложные, все же предполагают владение технологией печатных плат, а она не всем доступна.
И еще одно. При кустарном исполнении аппарата, претендующего на современность, как ни старайся с внешним оформлением,
никак не уйти от впечатления самопальной поделки. В то время как сами лампы, располагаемые, по нынешней моде, снаружи блока,
являются настолько мощной эстетической доминантой, что и некоторые дизайнерские огрехи будут казаться лишь своеобразным
"индустриальным" (а может, ретро) стилем.
3. Начнем с азов
3*1* Водьтлмперные характеристики
Так называемые анодно-сеточные характеристики лампы хорошо иллюстрируют существо ее работы: зависимость анодного тока от
напряжения на управляющей сетке (точнее, от напряжения между этой сеткой и катодом). Хотелось бы избежать повторения
физических основ, напоминаний, что анодный ток образован потоком свободных электронов, испускаемых катодом за счет
термоэлектронной эмиссии и т.д. - читателю все это, разумеется, известно.
Между прочим, когда иное не оговорено, потенциал катода будем принимать условно за
нулевой.
Рисунок дает пример анодно-сеточных характеристик триода. Мы усматриваем здесь не
одну, а целое семейство характеристик - при различных анодных напряжениях Важная
особенность триода состоите том, что потенциал не только сетки, но и анодае большей или
меньшей степени влияет на ток лампы: при увеличении характеристика смещается "ел ев о".
В зависимости от анодного напряжения изменяется напряжение запирания (напряжение на
сетке, при котором ток анода спадает практически до нуля). Оно определяет так наз. "раствор
характеристики", внутри которого обычно и должен уместиться размах колебаний полезного
входного сигнала - как говорят, от пика до пика.
Приведенные здесь характеристики называют статическими: е отличие от динамических, они действительны при фиксированном
потенциале анода.
Теория говорит о том, что (для идеализированного триода, конечно) анодно-сеточная характеристика выражается полиномом степени
3/2. Если так, то она заметно более "линейна", чем соответствующие характеристики транзисторов: биполярного (экспонента) и полевого
(степень 2).
Впрочем, профессионалы, как правило, используют е работе не анодно-сеточные, а анодные характеристики.
3+2+ Режимы триод;!
Режим работы триода характеризуется совокупностью тока анода и напряжений на электродах (аноде и сетке) при отсутствии
сигнала. Однако из характеристик понятно, что если две из этих величин известны, то третья легко находится: независимыми являются
лишь любые две.
Конкретный режим, отображаемый на характеристиках лампы, называется также рабочей точкой. Выбор рабочей точки -
важнейший этап разработки ламповой схемы.
Ток сетки и ттечка сетки
Уместно отметить, что, рассматривая кривые для тока анода, мы не упоминали про ток сетки. Это естественно, ведь при
отрицательных потенциалах на сетке (наиболее частый случай) ее ток практически равен нулю.
По этой причине напряжение, требуемое для установления заданного режима, нередко подают на сетку через омическое
сопротивление весьма большой величины, достигающее мегом, тем не менее, практически не влияющее на величину потенциала. Такое
сопротивление называют сопротивлением утечки сетки.
Как правило, положительных напряжений на управляющей сетке избегают, поскольку эти режимы связаны с появлением
нежелательного сеточного тока. Впрочем, это не значит, что работа с токами сетки вообще недопустима.
ЗЛ+ Статические параметры
Для выбранной рабочей точки определены статические параметры триода:
ЗУ
1) крутизна характеристики £ =
С"
94 “ AJk ^А
2) статический коэффициент усиления и —__________£
L-
5) внутреннее сопротивление R =__.
1 dL
Очевидно соотношение: £7?. = р-
Значения параметров е заданной точке нетрудно определить графическим построением, о чем можно прочесть е любой книжке.
Прошу извинения у тех читателей, которые затрудняются с понятием производной; можно считать, что с) - это символ малого
приращения. Честно сказать, это даже будет вернее: ведь замер параметров реальных ламп именно и производится путем их испытаний
малыми приращениями.
3+5+ Номинальные значения
В справочниках мы привыкни находить значения параметров, которые дает изготовитель. Например, для лампы 6Н2П читаем: =
2,1 ± 0,5л&4/2?. Кажется, все понятно? Возможно, не совсем: ведь приведенное значение крутизны действительно для одного
конкретного режима - того, при котором оно контролируется при выпуске с завода. В данном случае (снова заглядываем е справочник) -
при = -1,5 В и Uд = 250 В. Это - так наз. номинальное значение параметра, действительное для номинального режима.
Для различных типов ламп номинальный режим задан по-разному. Бывает - через определенное напряжение на сетке, как выше. В
других случаях этот режим обеспечивается включением е катодную цепь резистора автоматического смещения заданной величины.
Например, для 6Ж53П Rg= 68 Ом.
3+6+ Реальные значения
Если режим лампы е реальной схеме отличается от номинального, то статические параметры уже будут другими. Какими? Вероятно,
ничего не остается, как обратиться к характеристикам лампы. Правда, они не всегда наличествуют, а достоверность имеющихся может
вызывать сомнения...
Однако можно попытаться оценить их значения для фактического режима, исходя из номинального значения.
Во-первых, приблизительно можно считать, что е режиме с током анода, равным номинальному (но, возможно, с другим
сочетанием потенциалов анода и сетки), крутизна триода будет соответствовать номинальной.
Во-вторых, можно принять с некоторой степенью точности, что крутизна пропорциональна кубическому корню тока анода: при
токе, е S раз меньше номинального, следует ожидать значения ^едеос ниже паспортного. Конечно, не для всех реальных ламп это
справедливо.
В-третьих, статический коэффициент усиления А (не путать с фактическим коэффициентом усиления) от режима лампы по сути
дела не зависит, он определяется конструкцией электродов. Эта особенность нам далее очень пригодится.
"Левые" и "правые"
Найдите е справочнике и сравните между собой анодно-сеточные характеристики триодов 6Н7С и 6Н8С: бы увидите очевидную
разницу.
У первого ток анода, даже при отсутствии отрицательного смещения на сетке, невелик. К примеру, чтобы добиться тока 1д = 10 мА
даже при нулевом потенциале сетки, потребуется задать анодное напряжение свыше 200 вольт. Анод но-сеточная характеристика лампы
как бы прижата вправо, это так наз. "правая" лампа.
В отличие от нее, лампу 6Н8С можно считать "левой": тот же ток = 10 лМ и при смещении на сетке -4 В легко достигается здесь
при анодном напряжении менее 200 В.
Разница характеристик объяснима: статические коэффициенты усиления 6Н7С и 6Н8С составляют, соответственно, 35 и 20.
Каков же смысл е мощном триоде (а 6Н7С - мощный триод), так анода которого при реальном смещении - всего лишь несколько
миллиампер? В свое время будут даны пояснения.
3*8* Анодные характеристики
Именно этими характеристиками обычно и пользуются специалисты: они удобнее для
анализа. На рисунке дано семейство анодных характеристик триода: зависимостей от при
разных значениях
Эти графики построены по анодно-сеточным характеристикам, рассматривавшимся ранее, и
полностью им соответствуют.
S.9. Анодная нагрузка
В реальных схемах е цепь анода включают нагрузку, чтобы получить на ней выходное напряжение (усилитель напряжения) либо
чтобы обеспечить заданную мощность е нагрузке (усилитель мощности). Если сопротивление нагрузки является активным (омическим),
то колебания напряжения на аноде будет е противофазе с таковыми на сетке.
В схема:; резонансного усиления анодной нагрузкой служит колебательная система. На частоте резонанса ее эквивалентное
сопротивление тоже активно - это так наз. резонансное сопротивление.
4. К тетроду и пентоду
4*1* Анод и "анод"
Появление лампового тетрода, а вслед затем и пентода, было вызвано рядом особенностей триодов, которые е те годы
осознавались как очевидные недостатки.
Во-первых, наличие заметной электрической емкости между сеткой и анодом затрудняет использование лампы
для усиления высоких частот.
В о-вторых, особенности анодных характеристик триода препятствуют получению больших мощностей (высокого
КПД) в каскадах оконечного усиления. Пока достаточно пояснить, что суть проблемы - е катастрофическом спаде
анодного тока при уменьшении потенциала на аноде, что отлично видно по анодным характеристикам.
Усилительный каскад с триодом не способен отдать значительный токе момент минимума анодного напряжения (а
ведь как раз е этот момент ток обязан быть наибольшим).
Генеральная идея тетрода - е разделении функций анодов. В нем отделены: "анод", отвечающий за обеспечение режима (его роль как
раз и играет вторая, экранная сетка с постоянным положительным потенциалом Uот анода, принимающего полезный ток (это
собственно анод).
4*2* Триодная часть
Для так наз. "триодной части тетрода" (катод - управляющая сетка - экранная сетка) всегда обеспечивается режим работы с
фиксированным "анодным" потенциалом. Поэтому нежелательный эффект спада анодного тока с уменьшением потенциала на аноде
(настоящем аноде) проявляется е значительно меньшей мере, ведь теперь анод не входите триодную систему. Это видно из анодный
характеристик тетрода, ничуть не напоминающих триодные.
Таким образом, с тетродом можно добиться значительно большей максимальной амплитуды
полезного сигнала на аноде: как говорят, повысить использование анодного напряжения. Другое
преимущество тетрода: экранирующее действие второй сетки значительно снижает паразитную,
так называемую проходную емкость между входом и выходом (т.е. анодом и первой сеткой).
Нужно упомянуть и значительное увеличение параметра Л.
Отметим, что анодно-сеточные характеристики тетрода (и пентода) по сути дела совпадают
с таковыми для триода, разница е том, что их семейство характеризуется теперь набором
напряжений экранной сетки (а не анода).
4.3. Токор определение
Как было сказано, экранная сетка призвана своим полем создать местный эквивалент анода, отнюдь не препятствуя проходу
электронов на настоящий анод. На самом деле, конечно, часть электронов; оседает на витках этой сетки, создавая токРазделение
общего электронного потока (тока катода) на составляющие анода и второй сетки называют токораспределением.
О
2 f
Cir. -
го
Как правило, ток экранной сетки е несколько раз меньше анодного. При конструировании ламп его стараются
уменьшить (хотя и не всегда). Например, для лампы 6ПЗС е номинальном режиме: = 72 л&4, ®
Впрочем, известны хитроумные схемы, применявшиеся даже е профессиональной аппаратуре, когда
экранирующую сетку принуждают выполнять функцию действительного анода, включая е ее цепь нагрузку. На
фрагменте схемы радиоприемника "Родина" видно, какь качестве анода пр ед оконечного каскада используется
вторая сетка, чтобы освободить собственно анод пентода для выполнения функции детектирования.
4Л. Третья сетка
Мы отмечали е качестве достоинства тетрода его малую чувствительность к снижению анодного потенциала: на "триодную часть"
тетрода анодное напряжение почти не влияет.
Наделе ситуация может оказаться не столь отрадной. Выбивание из анода вторичных электронов (известное как "динатронный
эффект") и оседание их на второй сетке способно изменять нормальное токораспределение, е результате чего характеристики е области
низких анодных напряжений будут иметь причудливый вид, совсем не такой, как на предыдущем рисунке.
О 40 80 120 100 200 В
Введение третьей (защитной, антидинатронной, пентодной) сетки создает
для вторичных электронов тормозящее поле, что устраняет описанные
нежелательные явления. Третья сетка, впрочем, дает пентоду еще ряд
преимуществ:
1) дополнительное экранирование е еще большей мере снижает проходную
емкость;
2) оно же еще увеличивает внутреннее сопротивление лампы (у пентодов
доходит до 1 - 2 МОм, что отлично видно по кривым характеристик); это бывает
немаловажно для согласования с высокоизбирательными резонансными
системами, а также позволяет е принципе получить от одиночного каскада большее усиление;
3) защитная сетка является добавочным управляющим электродом и открывает возможности для создания электронных приборов с
двойным управлением, например, е функции преобразователей частоты, селекторов импульсов и т.п.
4*5* Двойное управление
Очевидно, что изменение напряжения на защитной сетке неспособно заметно повлиять на катодный ток. Однако оно влияет на
токор ас пределение: рост отрицательного потенциала третьей сетки 27^ уменьшает ток анода - е той мере, е какой увеличивается ток
экранной сетки.
Получается, что колебания токое анода и второй сетки, вызванные сигналом, поданным на третью - будут е противофазе между
собой. Если включить нагрузку е цепь экранной сетки, обратная связь с нее на защитную сетку окажется положительной: это интересно
для построения автогенераторов (так наз. транзитронные и фантастронные генераторы).
Влияние 27^
на анодный ток характеризуется крутизной по третьей сетке В лампах, предназначенных именно для "двойного
управления" (6Ж2П, 6Ж10П), приняты конструктивные меры по увеличению этого параметра; легко сообразить, что эффективность
управления токораспределением будет выше, если ток второй сетки вообще достаточно велик.
Точно на том же принципе работают многосеточные частото пре образовательные лампы: гексоды, гептоды, октоды.
4*6. Лучевые тетроды
Для применения е каскад az усиления мощности (где и ожидался эффект от пентодов) чрезвычайно высокое внутреннее
сопротивление последних не всегда полезно, е первую очередь это относится к низкочастотным усилителям. Поэтому были придуманы
способы подавления последствий динатронного эффекта без введения добавочной сетки. Все они по существу основаны на принципе
образования перед анодом пространственного заряда. Он и призван создавать тормозящее поле для вторичных электронов. Тетроды,
сконструированные на таких идеях, принято называть лучевыми.
Сравним две очень похожие лампы по их внутреннему сопротивлению:
1) пентод 6П15П: 7?. = 100 кОм,
2) лучевой тетрод 6П14П: 7^. = 30 кОм
-L”. "Варимю” или "вартс”?
Известны пентоды, предназначенные для регулирования усиления (6КЗ, 6К13П и им подобные), имеющие анодно-сеточную
характеристику, приближающуюся к экспоненциальной. В иностранной литературе такие лампы именовались "варимю". Название,
кажется, неподходящее: ведь здесь требуется регулировка еоесе не величины Л, а крутизны характеристики
мА
Тем не менее, название не случайно, оно отражает конструкцию подобных ламп, а именно -
переменный шаг навивки управляющей сетки. Лампа "варимю" образуется как бы параллельным
соединением ряда ламп с разными значениями Л, ведь этот параметр зависит именно от густоты
управляющей сетки.
На рисунке показано, как суммируются характеристики двух ламп с разными значениями статического
коэффициента усиления (а значит, с разной величиной раствора характеристики при одинаковом режиме).
Хорошо видно, что такое суммирование как раз и приводит к эффекту переменной крутизны.
5. Режимы ламп
5*1* Какой режим нужен
Задать требуемый электрический режим лампы, е общем-то, несложно, е старой литературе пишут просто о "подаче смещения".
Однако важно понять, е каком случае и что именно следует задавать е качестве рабочей точки. Также не стоит упускать из виду, что
различные экземпляры ламп одного типа имеют различающиеся характеристики; свойства прибора дрейфуют и в процессе
эксплуатации. Разумеется, вариант подстройки режима при смене лампы приемлем лишь в редких случаях.
Однако чаще всего точное соблюдение параметров режима, в самом деле, не столь важно, и допустимы большие отклонения.
Особенно это касается мал о сигнальных каскадов. Во многих практически важных случаях сами свойства ламп, как мы ниже увидим,
способствуют регуляции режима, не допуская выхода за границы приемлемых значений напряжений и токов.
Как указывалось, уже технические условия могут предопределять способ задания режима (паспортного), обычно - либо подачей
фиксированного напряжения смещения на сетку, либо включением в катод резистора известной величины. Если разработчик идет по
этому пути, ему остается только воспроизвести то включение, при котором нормируются параметры лампы.
Но не всегда все так просто.
1) По ряду причин бывает затруднительно иметь в аппарате источник отрицательных напряжений, требуемых для смещения
рабочей точки.
2) Для каскадов, заведомо не могущих быть поставленными в номинальные условия, нужно уметь, тем не менее, обеспечивать
расчетный режим.
3) Для каскадов усиления больших сигналов (например, для оконечных), независимо ни отчего бывает важно выдержать выбранное
значение анодного тока.
5. 2. Фиксированное смещение
Если на управляющую сетку лампы подается (относительно катода) постоянный отрицательный потенциал
который и обеспечивает заданный режим по управляющей сетке, говорят о фиксированном смещении.
Фиксированное смещение просто и понятно, а для прямо накальных ламп ему по сути дела нечего и
противопоставить. Однако тут есть и недостатки.
1) Для ламп с высокой крутизной, обладающих большим разбросом характеристик, фиксированное смещение не
гарантирует приемлемого допуска наток анода. То же нередко относится и к оконечным лампам усилителей мощности.
Для разных экземпляров ламп, при одном и том же смещении возможно превышение допустимого тока или, наоборот, ток окажется
слишком малым.
2) У ламп с высокой мощностью накала, большой крутизной (а значит, близкорасположенной к катоду сеткой) возможен заметный
сеточный ток (термоток). Здесь при фиксированном смещении не исключено отклонение режима от желаемого, вызванное падением
напряжения на сопротивлении утечки сетки Р^.
3) Неизбежная нестабильность напряжения смещения приводит к нестабильности тока покоя, е особенности - ламп с высокой
крутизной.
Корень этих недостатков - в высокой чувствительности режима по току к напряжению в цепи сетки, здесь она равна S'. Речь идет не
только о возможной нестабильности собственно но и 0 падении напряжения на сопротивлении утечки сетки, и о разбросе
характеристик - все это отображается эквивалентными напряжениями, приложенными к сетке.
53* Катодное смещение
имеет нулевой потенциал.
Включение резистора "автоматического смещения" в цепь катода - это самый
распространенный способ подачи смещения на лампы косвенного накала. Для выбранной
по характеристикам рабочей точки определяем и Уд, а затем:
Разумеется, и Уд можно просто взять из паспортных данных.
Кто-то, возможно, отметит, что здесь подача отрицательного потенциала на сетку
просто заменена подачей положительного на катод, и это будет верно. Сама же сетка
Тем не менее, это не одно и то же. Отличие в том, что чувствительность режима к напряжению в цепи сетки равна здесь
£
1+уг„№
А
т.е. заметно меньше, чем при фиксированном смещении. Возникающая отрицательная обратная связь по режиму как бы препятствует
чрезмерному его отклонению (под влиянием упоминавшихся выше факторов) от нормального.
Рассчитаем величину Rg- для каскада на лампе 6Н2П, напряжение на аноде 120 В, требуемый ток 1,9 ллЛ, характеристика на рисунке.
По графику требуемое смещение минус 0,5 В, отсюда Rg = 270 Ом.
Разумеется, замена R%- на стабилитрон - это вариант фиксированного смещения.
5.4. Катодная стабилизация
Катодное смещение можно рассматривать как частный случай так наз. катодной стабилизации.
Общая схема принципа катодной стабилизации представлена на рисунке. В ней по сути дела задается ток
катода (а тем самым, и анода).
Если на сетку подан фиксированный положительный потенциал Е^, то потенциал катода:
UK=EC+ Т-*С№
анодный (катодный) ток:
Здесь это напРяжение смещения, разность потенциалов сетки и катода при данном токе. Если ток выбран, то следует по
хар актер и стикам определить значение а отсюда - требуемую величину R%-. Надо брать абсолютное значение поскольку его
"минус" уже учтен в формуле.
Если напряжение на сетке Е^ очень велико, например, сетка непосредственно присоединена к аноду предыдущего каскада, то
величиной (а также ее разбросом) нередко можно вообще пренебречь, и для расчета не понадобится обращаться к характеристикам
лампы. А из-за очевидно большой величины R%- - чувствительность режима к сеточному напряжению будет в данном случае крайне
низкой. Тут мы имеем в полном смысле слова стабилизацию тока лампы.
Правда, чем выше Ug, тем больше мощность, впустую рассеиваемая на R%-. То, что не слишком важно для мал о сигнальных схем,
может доставить проблемы е мощном каскаде.
Сетку можно соединить и с общей (нулевой) шиной, а нижний вывод катодного резистора запитать от добавочного минусового
источника (чем больше напряжение, тем лучше).
5*5* Анодная стабилизация
В каскаде на триоде, анод которого нагружен на омическое сопротивление, возникает еще одна цепь
отрицательной обратной связи по режиму - уже с анода. Конечно, чувствительность к анодному напряжению в А раз
ниже, чем к напряжению сетка-катод, но ведь и сопротивление в цепи анода обычно значительно выше, чем е катоде.
Общее выражение чувствительности режима для случая, если имеется и катодный, и анодный резистор:
Я
1 + (^ +*i)S
А
Режим такого каскада более устойчив, чем только с катодным смещением.
5*6* Режим пентод л
Почти Есе из вышесказанного относится и к пентоду (тетроду). Следует лишь принимать ео внимание ряд особенностей
1) В пентоде не учитывают влияние анода (величина А очень велика).
2) В пентоде стабилизируется ток катода, а ток анода будет меньше - на величину тока второй сетки.
3) Понятие режима пентода включает еще и потенциал экранной сетки.
Разумеется, требуемое режимом напряжение на экранную сетку можно подавать от отдельного источника. Однако
ее нередко питают от общего источника анодного напряжения Ед (см. рис.), а если эта величина избыточна, то
частично гасят резистором R^-
Чтобы определить падение напряжения на гасящем резисторе, нужно, естественно, знать величину тока экранной
сетки. Правда, ток приводят в паспорте только для номинального режима, да и то по типу "не более". Но нередко
типовые кривые для/^ найти все же можно. А стабилизирующее действие экранной сетки с омической нагрузкой
(аналогично анодной стабилизации у триода) сгладит ошибки расчета.
5*7* Принудительная стабилизация
Режим лампы по току может быть стабилизирован другой, уже стабилизированной лампой. На схеме 7^ =
независимо от/?^ (в первом приближении). Во втором приближении - следует учесть, что Е^2 задает напряжение
анода нижнего триода = Е^2 + ^СМ2^’ а значит> отчасти влияет на его ток.
5*8* Резисторы утечки
Потенциалы сеток ламп, требуемые для установки режимов, обеспечиваются нередко подачей через резисторы большого номинала
(резисторы утечки). Хотя сеточные токи, как правило, очень малы, тем не менее, для ряда ламп в документации даются максимальные
величины сопротивлений сеточной цепи, превышать которые не рекомендуется. Порой для случая фиксированного смещения отдельно
приводится меньшее значение; почему - теперь должно быть ясно.
5*9* Сеточное авто смещение
Впрочем, е ряде случаев сеточный ток намеренно используется для создания смещения. Ведь направление его
таково, что на резисторе утечки он создает как раз запирающее напряжение, которое накапливается на
разделительном конденсаторе. В старой отечественной литературе для цепочки сеточного автосмещения
можно встретить название "гридлик", хотя в оригинале grid leak - это, собственно, утечка сетки.
При подаче сигнала на сетку, в ее цепи создается режим выпрямления, а для сигнала с меняющейся амплитудой
- режим пик-детекгора. Управляющая сетка играет роль "анода" диода.
Сеточное автосмещение довольно обычно для автогенераторов (гетеродинов), каскадов передатчиков - там, где уровень сигнала
неизменен. Но иногда его использовали и в низкочастотных усилителях - ео входных каскадах, которые е режиме покоя имели нулевое
смещение. В связи с тем, что амплитуда аудиосигнала колеблется, постоянную времени сеточной цепи выбирали порядка секунды, к
примеру: 10 Мам, 0,1
Правда, чаще всего уровень входного сигнала был таков, что о его выпрямлении в сеточной цепи всерьез говорить не приходилось.
По сути, в подобных случаях перед нами смещение, создаваемое термотоком сетки.
5*10* Неприятности с трансформатором
Если сеточное выпрямление при емкостной связи может создать полезное автосмещение, то при
трансформаторной - возможен нежелательный эффект "обратного" автосмещения.
На схеме, при протекании тока сигнала через первичную обмотку - во вторичной устанавливается режим, когда
"диод" (управляющая сетка-катод) постоянно открыт. В замкнутой цепи будет протекать постоянный ток, равный по
величине амплитуде тока сигнала.
Чтобы не допустить такого, нужно либо подавать смещение, не доводя до выпрямления. Либо (если намеренно
используется работа с сеточными токами) применять двухтактные схемы, в которых постоянная составляющая компенсируется.
Впрочем, для каскада с током сетки на правой лампе положительное смещение может быть как раз рабочим.
6. Работаем с малыми сигналами
6*1* Триодный усилитель
Обычная схема усилителя на триоде дана на рисунке. Здесь условно не показаны элементы задания режима.
Коэффициент передачи по напряжению:
g - = £7? , где подразумевается: R -
“с + 3
Можно записать то же через параметр и: К = ----—---
Строчными буквами (например, i^) мы Ьудем обозначать амплитудные значения напряжений и токое - е отличие от постоянных
составляющих, с которыми имели дело ранее.
Следует снова напомнить, что при передаче колебаний - фазы сигналов на аноде и сетке будут противоположными.
» он близок к №, это - предельное
значение.
При работе на малую нагрузку << коэффициент передачи равен Обратно, когда Р^
Особо запомним именно последний случай: коэффициент усиления каскада практически равен постоянному параметру, не
зависящему от тока. Да ведь это означает, что усилитель обладает высокой линейностью передачи! Далее мы еще обсудим этот сюжет.
Разумеется, е реальном случае параллельно обычно включено сопротивление последующей части схемы, тогда его надо учесть по
формуле параллельного соединения.
6*2* Ближе к реальности
На рисунке показана схема, приближенная к реальности - с элементами обеспечения режима. На ней
мы отметим:
1) подачу входного сигнала через разделительную емкость Ср, если надо избежать поступления на
сетку нежелательного постоянного потенциала от предыдущего каскада;
2) установку резисторов утечки сетки и катодного смещения для задания режима,
3) включение блокировочной емкости Спараллельно резистору смещения для того, чтобы этот
резистор не изменял усилительные свойства каскада.
Разумеется, при выборе номинала Ср исходят из того, что емкостное сопротивление на нижней
границе диапазона передаваемых частот 1/2я?дй11Ср должно быть намного меньше R^. Аналогично, емкостное сопротивление С^на
нижней границе диапазона должно быть намного меньше... думаете, Ошибаетесь (как ошибаются авторы многих книг). Оно должно
RK
быть намного меньше -—- результата параллельного соединения R&- и сопротивления лампы со стороны катода !/£.
I —I— .X л
6*3* Пентодный усилитель
К пентодному (тетродному) усилителю относится по большей части все вышеизложенное, но из-за
высокой величины PL почти всегда Кц = ^Р^.
Между прочим, общее выражение для коэффициента передачи можно записать несколько иначе:
Kjj — —, где - так наз. результирующее сопротивление катодной цепи. В простом каскаде оно равно
гх
1/S - сопротивлению лампы со стороны катода.
Зачем нам эта странная формула? Скоро увидим.
6*4* Немного арифметики
Оценим, какой коэффициент усиления можно получить от каскада на пентоде 6Ж32П. Параметры лампы: £=1,8 мА/В, Р. = 2,
Выберем сопротивление анодной нагрузки = 10 кОм. Получаем: K^ = SP.^ = 1,8-10 = 18.
Что, маловато? Увеличим значение Р^ до 200 кОм. Результат, кажется, должен быть соответственно е 20 раз выше: =
1,8-200 = 360. Однако верен ли такой расчет?
Для 6Ж32П значение крутизны £=1,8 мА/B приведено для тока = 3 л&4. Если взять анодный резистор 200 кОм, постоянное
падение напряжения на нем составит при таком токе 600 В... А чтобы на аноде еще и осталось напряжение разумной величины, е
качестве анодного питания придется подавать примерно 700 вольт! Конечно, это абсолютно неприемлемо.
Делать нечего, придется уменьшать анодный ток. Допустим, что напряжение источника анодного питания задано: Ед = 230 В.
Номинальное значение напряжения второй сетки (140 В) предпочтем сохранить, чтобы пользоваться характеристиками, данными
именно для такого режима. Выберем UA = 140 В.
Это определит анодный ток: / =-------= 0 45 мА
200 кОм
В нашем каскаде ток меньше номинального (Зл&4) е 6,7 раза, значит, следует ожидать, что крутизна снизится относительно
паспортного значения е з/g 7 =19 раз, и е итоге получаем:
= £йи = 0,95-200 = 190 - что вдвое меньше, чем мы ждали.
6*5* Ма спи а оный тсилигель
В изображенном каскаде усиления отсутствует конденсатор, шунтирующий катодный резистор.
Результирующее сопротивление катодной цепи г£ = — + Р£, ток (амплитуда): = отсюда
а?
получается усиление:
К =____А. =_______ - ниже, чемв каскаде без отрицательной обратной связи (О О С). Обратим
и и„ \ + SRv
UJJ. А
внимание, что здесь входное напряжение не равно напряжению между сеткой и катодом: и и
С
Кто-то возразит: полученное соотношение, наверно, годится для пентода, а е случае с триодом надо
еще учесть шунтирование анодной нагрузки Р^ лампы. Не совсем так.
Снова используя понятие результирующего сопротивления катодной цепи, запишем соотношение для эквивалентного внутреннего
сопротивления:
Без ООС - получим классическое но с ООС - внутреннее сопротивление как бы возросло, е ряде случаев триод приблизится е
этом отношении к пентоду. Хотя порой этого бывает и недостаточно.
Немного проанализируем формулу для усиления. Если ^значительно превышает 1/С, то получаем:
Внимание: характеристики передачи оказались не зависящими от лампы, они определяются только соотношением сопротивлений.
Отрицательная обратная связь обеспечила режим неискаженного усиления; это и есть так наз. масштабный усилитель.
В промежуточном случае, когда Р^- и 1Л8' - одного порядка, обратная связь дает лишь некоторую линеаризацию характеристики
прямой передачи. Случай, когда Pg^ 1/£, эквивалентен отсутствию обратной связи.
Если схема именно такова, как на рисунке, то как раз последний вариант вполне вероятен. А разработчик, желающий, напротив,
устранить обратную связи установкой шунтирующего конденсатора, израсходует его зря. Не исключено, что желание увеличить Pg- при
сохранении тока приведет к необходимости подать плюс на сетку (или, наоборот, минусовую подпорку на катодный резистор).
6*6\ Преобразование напряжения в ток
Если несколько обобщить, то каскад с ООС выполняет функцию преобразования напряжения е ток, или ИТУН (источника тока,
управляемого напряжением). Соотношение для выходного (анодного) тока:
Между прочим, е рассматриваемой схеме резистор ^выполнял сразу две функции: и задания режима, и ООС. Возможно, что
каждая из этих функций требует разных величин сопротивления; тогда разработчик подходящим образом применит конденсаторы.
6*7* Дифференциальный усилитель
В этой схеме два входа, а входным сигналом является напряжение между сетками. Это - так наз.
дифференциальный или балансный усилитель, реагирующий на разность напряжений.
Результирующее сопротивление катодной цепи для "дифференциального сигнала" здесь то
есть по сравнению с обычным каскадом крутизна как бы вдвое ниже.
Достоинство схемы - малая чувствительность к так наз. "синфазному сигналу", действующему на двух
сетках одновременно. Для синфазного воздействия результирующее сопротивление катодной цепи
значительно больше, чем для дифференциального: r р^ . Именно поэтому каскад реагирует
* 2S *
фактически на разность, а не на абсолютные величины сигналов. Подавление синфазного сигнала
значительно увеличится, если взамен добавить еще одну лампу, применив при нуд ите ль ную
стабилизацию балансной пары.
Эквивалентное внутреннее сопротивление каждого плеча здесь получается R = = 2R^
Выходное напряжение дифференциального усилителя можно снимать с одного плеча, или между анодами (тогда коэффициент
передачи удвоится).
Другим достоинством схемы является лучшая линейность за счет компенсации четных гармоник.
<)*8* Катодный повторитель
этой схеме, как и ранее,
1 + £^
иВХ^ гК’иВЫХ ^К&К’ 0ТСЮДа:
Если только величина R%- не слишком мала, коэффициент передачи близок к единице. В отличие от каскада с
анодной нагрузкой, здесь не поворачивается фаза сигнала.
Катодный повторитель имеет низкое выходное сопротивление для малых сигналов, поскольку на катоде
действует сопротивление лампы со стороны катода, равное !/£ (и параллельно ему включено Р^. Принято считать, что он незаменим
как раз е случаях, когда требуется иметь низкое выходное сопротивление, е том числе для согласования с низкоомной нагрузкой.
Попробуем разобраться, так ли это.
1) Традиционный усилительный каскад нагружаем е аноде сопротивлением, равным 1/£. Легко убедиться, что коэффициент
передачи и выходное сопротивление сделались такими же, как у катодного повторителя.
2) Исходя из условия наилучшего согласования, подключим к повторителю нагрузку с сопротивлением, равным !/£. Очевидно, что
коэффициент передачи напряжения будет при этом равен 1/2, т.е. повторитель перестал быть таковым.
Получается, что уникальные свойства катодного повторителя - е каком то смысле миф? Однако обычно не замечают еще одного,
действительно полезного его свойства: на вход повторителя допустимо подавать колебания с размахом, значительно превышающим
раствор характеристики (это свойственно, разумеется, и масштабному усилителю). Так что изредка он может быть полезен: как
маломощный оконечный каскад при работе на не слишком низкоомную нагрузку, когда не требуется усиление напряжения, но важно не
внести заметных искажений при больших амплитудах.
Вообще-то и эта схема тоже кажется несколько странной; а нельзя ли нижний конец катодного резистора просто заземлить? Можно.
Но на сетку потребуется подать положительное напряжение. Иначе, скорее всего, это будет уже не повторитель: не удастся обеспечить
условие Rg» VS. Да и большую амплитуду с выхода тогда не снять
6Л* Пентодный повторитель
Повторитель может быть выполнен и на пентоде. В смысле - работать е
пентодном режиме (это не одно и то же). На первой схеме такого режима не создано:
несмотря на применение пентода - это триодное включение: вторая сетка соединена с
анодом (заземлена по сигналу, как и анод).
Действительно пентодный режим - на второй схеме: здесь с выхода через
конденсатор на экранную сетку подается "вольтодобавка", так что напряжение на ней
может даже превысить Ед
Применение пентодного повторителя имеет два резона. Во-первых, с целью
улучшения использования напряжения питания в мощном каскаде. В о-вторых, при
этом значительно уменьшается входная емкость (бывает, что это важно).
6.10. Преобрл?овлнне тока в напряжение
Описанный ранее вариант ООС часто называют последовательной обратной связью Рисунок условно
показывает принцип параллельной ООО
Такая обратная связь снижает входное сопротивление каскада, и е данном случае уместнее считать входной
величиной не напряжение, а ток. Если сделать некоторые логичные упрощения, получим соотношения для
выходного напряжения:
, где коэффициент усиления напряжения с сетки на анод. При достаточно большой величине
усиления:
входное сопротивление: < « - довольно мало.
Такая обратная связь линеаризует характеристику преобразования входного токав выходное напряжение. Каскад функционально
близок кИНУТ (источник напряжения, управляемый током).
Следует подчеркнуть, что линеаризация, обусловленная обратной связью, действует здесь именно е отношении входного тока. Если
источник сигнала имеет низкое внутреннее сопротивление, каскад превращается е обычный усилитель. Или же можно принудительно
увеличить сопротивление источника - включением последовательного резистора. Получится подобие масштабного усилителя (у иных
авторов это названо почему-то анодным повторителем: нет уж, дорогие, анодный повторитель у нас еще будет!).
6Л1+ "Заземленная сетка"
Каскадом с "заземленной сеткой" называют иногда каскад с катодным входом. По нашей классификации - это
преобразователь токав ток (ИТУТ). Передаточные свойства отображаются элементарным соотношением:
TBbIX=TA = iK = iBX-
1ех Здесь важно, что величина выходного тока не зависит от потенциала анода, а значит, от нагрузки. Если мы захотим
снять напряжение с анодной нагрузки - получится преобразователь тока е напряжение.
Очевидно, что входное сопротивление схемы низкое и равно 1/£, а выходное:
^23 = = ? гДе ~ сопротивление источника сигнала.
Еще раз отметим: входной величиной здесь является ток, именно для него обеспечена неискаженная передача. Если внутреннее
сопротивление источника сигнала низко (по сравнению с то каскад с "заземленной сеткой" полностью эквивалентен обычному
усилителю.
Подобная схема удобна, когда надо осуществить сложение токое различных сигналов: анодный ток будет равен сумме входных
ТОКОЕ.
6+12+ Высший пилотаж
Повторитель Масштабныйусилитель
В отличие от транзисторов - лампы, так сказать,
"малоповоротливы". Потому-то они иногда вынуждают к
изощренной схемотехнике.
Кажется, совершенно непонятно, как можно реализовать
катодный повторитель, имея лампы прямого накала, где катоды
всегда заземлены. Но специалиста не остановит такой пустяк. На
левой схеме - как ни странно, полный эквивалент катодного
повторителя (быть может, его и стоит назвать анодным?). Справа -
масштабный усилитель с ООС. Попробуйте разобраться сами, как
они работают.
Между прочим, схема на
следующем рисунке вовсе не является
повторителем, это - обычный усилитель.
Интересно, что е повторителе катодный резистор может е принципе быть
подсоединен куда угодно; даже ко входу (если источник сигнала имеет путь для
пропуска тока). Конечно, входное сопротивление при этом снижается, оно равно
R = (что не так уж и мало, впрочем).
Эта последняя схемка появилась здесь не по причине ее какой-то практической
ценности; просто она еще вынырнет у нас позже, там, где мы и не ожидаем.
7. Сюрпризы высоких частот
Л* Реактивные элементы лампы
До сих пор мы не учитывали влияние на свойства каскадов реактивных элементов ламп, теперь
пришла пора обратить на них внимание. Это мы покажем на практическом примере.
Рассмотрим элементарный триодный каскад усиления на 6НЗП. Сопротивление нагрузки =
10 кОм, крутизна е рабочей точке £= 3 мА/В, № — 36, R. = 12 кОм. Эквивалентная нагрузка
10 + 12
LT
Однако кое-что еще не учтено. Лампа имеет заметные междуэлектродные емкости. Так для 6НЗП:
2,45 кФ, 1,35 кФ, Cj-rp — 1,6 кФ.
ЛА 2ЭЛ1А J JJ"
Это - емкости собственно лампы, е реальной схеме к ним всегда добавляются емкости монтажа и сопрягаемых цепей.
♦2 + Постоянная времени нагрузки
О ней, разумеется, е первую очередь вспомнит тот, кто, знаком с основами радиотехники. Влияние емкости, параллельной R
приводит к снижению усиления на высоких частотах.
Паразитная емкость анодной нагрузки будет состоять из выходной емкости лампы неопределенной емкости монтажа и
входной емкости следующего каскада. Приняв сумму этих составляющих равной С^= 10 кФ, получаем значение постоянной времени:
= 5^(7^= 5,5-103 10 10"в = 5,5-10"® с
Верхняя граничная частота, соответствующая спаду усиления 3 дБ:
----= 29 МГц Запомним эту величину, а пока пойдем дальше.
”3* Сюрприз входного сопротивления
Для кого-то будет неожиданностью снижение активного входного сопротивления е каскаде, вызванное проходной емкостью между
входом и выходом. В данном случае ее роль играет емкость между анодом и сеткой С^р-
Эффект, о котором идет речь, связан с мнимой составляющей комплексного коэффициента передачи напряжения, которая для
апериодического усилителя (т.е. нагруженного на активное сопротивление) выражается так:
MS 1 I л -п-^ j1 2 rj 2 2
1+4я- /
Подставляя известные величины, получим, например, для частоты 2 Л/Zy:
Тогда активная составляющая входного сопротивления, обусловленная обратной связью через проходную емкость:
Ray =-----------= 6,5 кОм
Однако! Вот вам и высокое входное сопротивление лампы. Не исключено, что граничная частота всего тракта будет значительно
меньше, чем оптимистично полученные 2,9 МГц\ снижение входного сопротивления с ростом частоты может привести к падению
коэффициента усиления предыдущего каскада.
"♦4. Сюрприз входной емкости
Казалось бы, входная емкость каскада - это емкость между сеткой и катодом. Ничуть не бывало. Кроме нее, присутствует
составляющая входной емкости, созданная паразитной обратной связью. Величина этой составляющей связана уже с действительной
частью коэффициента усиления каскада:
. SR^_
С’^=Слр(^+1)=19.Ф
Вот такую величину надо добавить к емкости сетка-катод (и емкости монтажа). Заставляет задуматься: а верно ли была рассчитана
емкость нагрузки предшествующего каскада? Его граничная частота? А его входное сопротивление?
Непросто ео всем этом хитросплетении разобраться.
.5* Резонансные каскады
В каскадах резонансных усилителей, имеющих, как правило, колебательные системы на входе и выходе,
проходная емкость еще более опасна: она может вызвать самовозбуждение От величины этой емкости зависит
предельное значение коэффициента усиления, при котором еще сохраняется устойчивость.
И еще: требуется максимально ослабить влияние схемы на добротность избирательных контуров.
Рассмотрим каскад резонансного усиления. На входе и выходе - одиночные контура LC, их добротность - Q.
г*
ЭДС, вносимая внутрь сеточного контура с анода емкостным делителем, примерно равна и л? (считая, что
с
Сда « Q. Напряжение на контуре при резонансе окажется е (9 раз больше: = --- И вдобавок
сдвинутым по фазе на 90°
Недостающие до самовозбуждения 90 градусов добираются за счет фазовых характер и стик контуров. Примем контуры на входе и
выходе одинаковыми; тогда на верхней границе полосы пропускания каждый из них добавит фазовый сдвиг по 45° Обратная связь
стала положительной.
Но возникнет ли генерация? Да, если будет не меньше, чем коэффициент обратной передачи с выхода на вход Q——. Впрочем,
надо еще учесть, что частота потенциальной неустойчивости смещена от резонансной, каждый из контуров дает на ней спад, равный
. Таким образом, максимальное устойчивое усиление:
2С
0-^пр
Легко прикинуть, что если проходная емкость составляет единицы кФ, то устойчивое усиление, скорее всего, окажется неприемлемо
низким.
7*6* Не пентодом единым
Общеизвестно, что проблемы усилителей на высоких частотах снимаются применением пентодов. Последние имеют крайне низкую
проходную емкость, так что неожиданные эффекты, которые мы выше рассмотрели, можно не учитывать. К примеру, пентод типа 6К4П
имеет проходную емкость меньше 0,0045 пФ.
В частности, е резистивном усилителе на пентоде частотный диапазон определяется только постоянной времени нагрузки.
Тем не менее, вопрос окончательно этим не закрыт. Триоды соблазняют очень низким уровнем собственных шумов, что особенно
важно для построения высокочувствительных приемников диапазона УКВ. Значит, полезно вернуться к триодным каскадам, чтобы
рассмотреть схемотехнические пути устранения вредного влияния проходной емкости.
7+7+ Нейтродины
Нейтрализация проходной емкости была исторически первым способом приспособить триоды для высоких
частот. Для подобных радиоприемников даже существовал солидно звучащий термин: "нейтродины".
На схеме емкость С^, равная проходной, присоединена к концу анодного контура, симметрично точке
анода. Воздействие этого конденсатора на сеточную цепь равно воздействию С^р, однако приложено е
противофазе. Если схема хорошо сбалансирована, то влияние проходной емкости компенсируется.
Недостаток этого решения - е неоЬходимости тщательной подстройки нейтрализующей емкости, е том
числе при смене лампы.
♦8* Неполное включение
Будет ли неполная связь с контуром индуктивной или емкостной, по выходу или по входу, ео всех случаях повышается устойчивость
каскада. Между прочим, на предыдущем рисунке, помимо нейтрализации, применена и неполная связь. Если анод триода подключен,
например, к половине катушки индуктивности (коэффициент связи п = 0,5), то обратная передача снижается вчетверо. Во столько же раз
возрастает КПравда, неполное включение ослабило вдвое полезный сигнал... Но зато усиление, которого можно достичь без
генерации, увеличивается е 1/и раз.
Впрочем, ситуация меняется, если учесть, что внутреннее сопротивление триода невысоко. Неполная связь по выходу призвана, е
первую очередь, обеспечить сохранение добротности контура, и е этом качестве только повышает, а не снижает усиление.
7.9* Каскодная схема
Первая схема изображает каскад усиления на двух триодах. Эта
конфигурация, представляющая собой сочетание преобразователей напряжения
в ток и тока в напряжение, отличается от обычного усилителя тем, что в ней
практически устранена проходная емкость. Дело здесь в том, что вход и выход -
это электроды не одного и того же, а разных триодов.
Коэффициент передачи равен, как и для пентода: = определяющей
является крутизна нижнего по схеме триода (хотя вообще принято
использовать идентичные лампы).
Эквивалентное внутреннее сопротивление "верхнего" триода
может не уступать внутреннему сопротивлению пентода.
Совсем не обязательно, чтобы в каскодной схеме лампы были включены
последовательно также и по постоянному току. Вторая схема полностью
эквивалентна первой, вспомогательные резисторы и практически не
влияют на работу каскада, если имеют большую величину (по сравнению с 1Л8).
♦10* Дифференциальная схема
Эта схема будет избавлена от проходной емкости в том только случае, когда входом является сетка одного из триодов, а выходом -
анод другого. Второй вход обязательно заземляется для усиливаемой частоты. Заметьте, что такой усилитель не изменяет фазу
усиливаемого сигнала.
Некоторый проигрыш каскодной схеме - невысокое эквивалентное внутреннее сопротивление, равное 2FC.
Сюрприз катодного повторителя
В книгах можно встретить мнение, что катодный повторитель имеет хорошие частотные свойства. В общем, с этим можно бы и
согласиться. Заметим, входная емкость лампы (сетка-катод) является здесь по сути дела проходной. Она включена между точками с
почти идентичными сигнальными напряжениями, поэтому действие ее незначительно. А если применено пентодное включение, то
согласованный сигнал действует также и на второй сетке. В итоге эквивалентная входная емкость каскада получается очень малой.
Ценная особенность!
Однако и здесь проходная емкость может сыграть злую шутку. В этом смысле опасно подключение к повторителю емкостной
нагрузки.
Попробуем разобраться. Если повторитель нагружен на активное сопротивление, сопоставимое с 1/£, то выходной сигнал будет
заметно меньше входного, оставаясь синфазным. Появится ток через емкость сетка-катод (он же - входной ток), опережающий по фазе
входное напряжение на 90°
А если нагрузка будет иметь еще и значительную емкость? В этом случае выходное напряжение будет отставать по фазе от входного,
поэтому сдвиг фазы входного тока превысит 90 градусов - появится составляющая отрицательного входного сопротивления, а значит,
опасность паразитной генерации.
Впрочем, это еще не катастрофа, все зависит от того, каково полное сопротивление цепи, включенной на входе повторителя.
Однако если это - колебательный контур, легко дсворачивающий фазу, то самовозбуждение весьма вероятно. Потому-то в
профессиональных устройства:: подобного включения не встретишь.
8. Борьба с помехами
8Л+ Проблема неконтролируемых связей
Фон переменного тока, взаимовлияние каналов, просачивание помех, даже самовозбуждение усилителей - эти неприятные явления
немало досаждают разработчикам радиоаппаратуры. Каждый слышал о таких мерах, как экранировка сигнальных цепей, развязки и пр.
Предметом опасливого почтения для конструкторов является заземление. Например, можно встретить рекомендацию заземлять все,
относящееся к одному каскаду, непременно в одной точке. Другие уверяют, что совершенно необходимо свести в одну общую точку
вообще все элементы, подлежащие заземлению. При этом остается неясным, необходимо ли реальное присоединение к планете Земля...
Здесь мы попробуем разобраться в этих, не всегда ясных, вопросах. В том числе рассмотрим схемотехнические факторы, влияющие
как на устойчивость многокаскадных усилителей, так и на защищенность тракта от любых помеховых воздействий: ведь и то, и другое
вызываются одними причинами.
Дело в том, что в большинстве случаев нежелательные связи действуют через общие цепи усилителей в местах сопряжений
каскадов.
Привычная структура ламповых схем провоцирует некоторое недопонимание. В частности, можно и забыть о том, что сигнальные
напряжения в схема:: (как и любые напряжения) имеют два полюса. Мы говорим о напряжении на аноде, не уточняя - относительно
чего.
Но, считая все точки проводника "земли" или цепи питания эквипотенциальными, мы совершаем ошибку. Следует принимать во
внимание паразитные параметры общих цепей усилителя: омическое сопротивление и паразитную индуктивность. На них (за счет
протекания больших токов оконечных каскадов) создаются нежелательные падения напряжения, могущие попасть на входы первых
каскадов. Это первое.
Второе - паразитная связь может замыкаться через внутреннее сопротивление источников питания (чаще всего анодного).
8*2 ♦ 'Зачем нужно шасси
4
Когда бы видите ламповую высокочастотную схему, смонтированную в солидном, порой даже замкнутом со всех сторон
металлическом шасси, знайте, что это сделано не только в целях "экранировки", но и для того, чтобы получить идеальный провод
"земли". Дело в том, что индуктивность проводящей полости равна нулю. Понятно, что такое шасси должно не только присутствовать,
но и являться фактическим проводом "земли": каждый элемент присоединяется к нему отдельно в ближайшей точке, иной вариант
просто не имеет смысла.
В принципе желательно, чтобы столь же капитально была выполнена шина анодного питания, о чем часто забывают.
Впрочем, грамотный подход к схемотехнике может сделать устойчивой работу высокочувствительного многокаскадного усилителя
даже при "неудачных" конструкциях общих цепей и неважном источнике питания. Это достигается выбором таких связей, при которых
во входную цепь каждого каскада не включаются помеховые сигналы с общих проводников.
S3* Контур сопряжения
Начнем с самых очевидных ошибок.
На первой схеме в замкнутый контур, образованный вторичной обмоткой (выходом
источника сигнала) и участком сетка-катод (входом следующего каскада), входит еще и
отрезок общей шины. Если схема отражает действительный монтаж, то налицо ошибка,
связанная с внесением в контур сопряжения помех от падения напряжения на участке общей
шины.
Второй вариант отображает правильную организацию контура сопряжения: оба полюса
выходного напряжения источника прямо соединены с двумя полюсами входа. Связь с шиной должна быть лишь в единственной точке,
но все дело в том, что добиться этого не всегда можно одними конструкторскими приемами. Ниже мы рассмотрим схемотехнические
методы, которые применяются для восстановления "разбитого" контура сопряжения, и тем самым обеспечивают защищенную
междукаскадную связь.
Чтобы лучше их понять, надо усвоить следующие важные принципы.
1) Напряжение сигнала, поданное на сетку лампы, действует относительно ее катода, а поданное на катод - относительно сетки.
2) Если в катод включен резистор обратной связи, то напряжение, приложенное к сетке, действует относительно конца этого резистора.
3) Входное напряжение дифференциального усилителя, поданное хотя бы только на один его вход, действует относительно второго
входа.
4) Выходное напряжение схемы, имеющей высокое выходное сопротивление, действует между выводами нагрузки.
5) Выходное напряжение схемы, имеющей низкое выходное сопротивление, действует относительно той же точки схемы, что и входное.
8+-L Ошибки с развязкой
Развязывающая цепочка неплохо поможет правильному сопряжению
каскадов, если только ее включить без ошибок. А они весьма часты!
Соединение конденсатора Ср с общей шиной вблизи каскада - источника, как
на первой схеме, отвечает расхожей рекомендации: заземлять все элементы,
относящиеся к данному каскаду, в одной точке, но... Правильная организация
связи - вторая, где контур сопряжения не разорван неверным включением:
ведь выходное напряжение пентодного каскада действует на выводах его
нагрузки.
А если на месте первой лампы стоит не пентод, а триод, нагруженный на
большое сопротивление? Его выходное напряжение действует уже между
анодом и катодом. Потому развязка здесь, в принципе, будет малоэффективна.
Соответствующая цепочка окажется на деле дополнительным звеном
фильтрации (что тоже небесполезно).
Когда не понимают необходимости прослеживать контур сопряжения,
следствием оказываются даже просто лишние элементы. Не правда ли,
вариант изображенный слева, кажется безусловной "классикой"? Однако
включение, соответствующее правому варианту, даже сэкономило детали, а
результат идентичный.
8*5* Дифференциальный усилитель
Входы дифференциальной схемы прекрасно сопрягаются с
любым источником сигнала, если снова не наделать ошибок.
Второй ее вход обязательно надо связать со вторым полюсом
напряжения источника.
На первой схеме (высокое эквивалентное внутреннее
сопротивление первого каскада) этим вторым полюсом является
у/ верхний вывод резистора нагрузки. На второй (низкое выходное
сопротивление триода без ООС) - катод триода.
8+6\ ТГндуктивнля междуклсклднля связь
Индуктивная (трансформаторная) связь в принципе является защищенной, она с успехом применяется
не только для резонансных, но и широкополосных схем, например, в виде междуламповых
трансформаторов в низкочастотных усилителях. Но если первичная обмотка включена в анод триода, то,
возможно, потребуется развязка, чтобы обмотка оказалась для сигнала включенной параллельно участку
ан од-катод (источнику сигнала). Для пентода этого не требуется.
Трансформатор может внести нежелательную частотную зависимость, которая вовсе не
предусматривалась разработчиком. Ведь существуют паразитные емкости, образующие с обмоткой
трансформатора резонансную систему.
Подавление параллельного резонанса трансформатора в широкополосной схеме может быть обеспечено низкоомным выходом
(триодного усилителя), и/или низкоомным входом следующего каскада (как на схеме). Для этого должно выполняться:
2tfL>R
- во всем диапазоне частот.
Между прочим, самый благоприятный режим работы для широкополосного трансформатора - близкий к короткому замыканию по
выходу (например, вход преобразователя тока в напряжение).
При сопряжении каскадов с помощью трансформаторов приходится учитывать и коэффициент трансформации, если он отличен от
единицы. Трансформатор поднимет усиление, если обмотка с большим числом витков обращена в сторону, где сопротивление выше.
8Л+ Приведение к сетке
Применением защищенных связей мы выводим помеху на шине анодного питания из контура сопряжения каскадов. Но не будет ли
она воздействовать другим путем - например, на сами лампы?
В самом деле, воздействие напряжения помехи на анод эквивалентно воздействию на сетку помехового напряжения, в № раз
меньшего:
— --
Л
Это - амплитуда помехи, приведенная к сетке. Таким образом можно оценить, приемлема эта величина или нет. Возможно, что для
пентодного каскада помеха окажется несущественной, а для триодного, да еще и высокочувствительного, потребуется ввести в цепь
анодного питания дополнительное звено фильтрации.
8*8* П;1р;1зитн;1я связь через "эфир"
Владельцы ламповых аппаратов (особенно горожане) е последнее
время разочаровываются е возможности слушать передачи даже местных
станций е диапазонах длинных, средних и коротких волн - треск, рокот
мешают приему. И кажется совершенно необъяснимым, что подключение
хорошей наружной антенны вместо суррогатной даже ухудшает дело... Но
никаких чудес тут нет.
Левый рисунок показывает классическую схему подключения радиоприемника, так она и выглядела е начальный период развития
радио. На входные клеммы подаются высокочастотные колебания, наводимые между выводами антенны и заземления (оно заменяет
второй полюс диполя). Чем больше высота антенны, чем качественнее заземление, тем лучше прием.
С появлением аппаратов сетевого питания вдруг выяснилось, что они успешно работают и без "земли". Постепенно е общем
сознании укоренилась иллюзия, что для радиоприемника требуется одна лишь антенна, и более ничего.
Понятно, что на самом деле при таком включении - функцию противовеса (то есть второго полюса антенной цепи) выполняет
питающая сеть. С ней связана и общая шина радиосхемы (шасси) - через емкости (паразитные или даже через специально
установленные для этой цели).
Электрическая сеть, особенно в последние годы, является источником помех е широком диапазоне частот. Как видно из правого
рисунка, эквивалентный генератор помех по существу подключен к входу приемника через емкость антенны.
Вот потому-то подобные радиоустановки вроде бы принимают на короткий провод, но становятся неработоспособными при
подсоединении полноценной антенны с большой емкостью. Перед нами - типичная паразитная связь через общую шину, но только
замыкающаяся через "эфир".
8*9* Земля и "земля"
Устройство хорошего заземления - это давний и классический способ решения проблем, описанных выше. Если шасси заземлено
(именно на настоящую землю!), то контур сопряжения "с эфиром" отъединен от источника помех.
Уеы, заземление далеко не всегда эффективно, ведь е реальности провод заземления имеет ненулевое полное сопротивление, через
которое все же просачивается помеха.
Именно поэтому е профессиональных ламповых приемниках применялись защищенные входные цепи с трансформаторной
развязкой, где еыеод заземления изолирован от шасси (корпуса). При этом помехи на линиях питания не могут проникнуть е
сигнальный контур сопряжения.
Кстати, и бытовой приемник, антенная цепь которого имеет индуктивную связь с преселектором, можно аналогично доработать для
повышения помехозащищенности. Для этого достаточно отсоединить "нижние" концы антенных катушек от шасси и вывести на
изолированную клемму "земли".
Интересно, что е такой системе уже не обязательно иметь присоединение именно к "планете Земля". Вполне достаточно
противовеса, е качестве которого могут быть использованы провода или металлоконструкции, удаленные от электросетей. У любителя
под рукой найдется металлическая крыша, ограждение балкона и т.п. (но только не системы защитного заземления электроустановок!).
9. Проблемы АРУ
9*1* Проблема N 1: регулирующий элемент
Без цепей автоматической регулировки усиления (АРУ) трудно себе представить
радиоприемник. Но каскад с изменяющимся коэффициентом передачи - это не так
просто, как может показаться: серьезные ограничения накладываются возможностью
появления искажений при сильном сигнале. Здесь мы впервые сталкиваемся с
проблемой передачи сигналов большого уровня, чем будем заниматься теперь уж до
-♦-конца.
В подавляющем большинстве случаев е ламповых приемника:: используется АРУ,
41 действующая по принципу выпрямления колебаний с выхода радиотракта и подачи
полученного регулирующего напряжения на запирание ламп усилительных каскадов,
—как это видно, например, по фрагменту схемы приемника "Рекорд-53".
Следует хорошо осознать, что подобные системы АРУ обладают принципиальным
недостатком: при максимальном сигнале на входе - ток ламп наименьший! Это ограничивает диапазон регулирования. Попробуем
разобраться на примере, е чем тут дело.
Пусть выходной лампой усилителя промежуточной частоты является обычный пентод 6ЖЗП. При напряжении на управляющей
сетке минус 4 В он практически заперт, эту величину и можно считать максимальным уровнем регулирующего напряжения.
Для простоты пренебрегая потерей напряжения на диоде - выпрямителе АРУ, считаем, что и максимальная амплитуда сигнала на
выходе УПЧ примерно 4 В.
Допустим, что сопротивление нагрузки каскада (резонансное сопротивление контура) - 20 кОм. При идеальной работе АРУ
амплитуда тока сигнала должна быть постоянной и равной 4/20 = 0,2 А1Л.
Общий принцип для каскадов, работающих с большими сигналами, состоите том, что постоянная составляющая анодного тока
должна быть всегда больше, чем амплитуда переменной составляющей.
Итак, ео избежание искажений, постоянная составляющая анодного тока регулируемой 6ЖЗП должна непременно оставаться
больше 0,2 ограничим ее величиной, к примеру, 0,26 ллА
Ток 6ЖЗП е рабочей точке (максимальное усиление) равен 7 А1Л, диапазон изменения токое при регулировании: 7/0,26 = 27.
Тогда диапазон изменения крутизны лампы: V27 = 3 • же будет и диапазоном регулировки усиления. Как, всего-навсего?
Выходит, что наш регулятор способен скомпенсировать лишь трехкратное изменение уровня сигнала, а иначе - неизбежны
искажения.
9*2* Так для чего нужны пентоды "KTt?
В книге, не так давно вышедшей, можно прочесть довольно странные разъяснения по вопросу, приведенному е заголовке.
Допускаю, кто-то все же понял, что хотел донести известный автор... Но если кто остался е недоумении - теперь, после разобранного
примера, уже догадывается, е чем дело.
А дело е том (и наш простенький расчет ясно показал), что пределы регулирования зависят от формы характеристики
регулирующего активного элемента! Потому е лампах типа "варимю11 (которые называют также лампами с удлиненной
характеристикой), предназначенных для регулирования, характеристику деформируют, делая ее близкой к экспоненциальной.
Действительно, для экспоненты крутизна (производная) пропорциональна току, а значит, диапазон регулирования будет е точности
равен допустимому диапазону изменения тока. В рассмотренном выше примере - он был бы равен 27 вместо 3. Разница убедительная!
Тем не менее, и такой диапазон регулирования кажется недостаточным.
93* Многокаскадное регулирование
Очевидна идея: регулировать несколько последовательных каскадов, если диапазон неискаженного регулирования для одного
недостаточен: общий коэффициент регулирования, как ожидается, получится перемножением частных. Собственно, для трактов
радиоприемников это - традиционное решение: вместо одного управляемого каскада использовать несколько (быть может, с меньшим
усилением е каждом).
Секрет выигрыша е том, что для первого каскада мы теперь не требуем неизменности сигнального тока (на помощь придут
последующие каскады), а значит, его постоянный ток при максимальном входном сигнале больше, чем был бы е однокаскадном
регуляторе, налицо запас. Динамический диапазон тракта действительно может быть этим решением расширен.
9*4* Критика "гениальных” идей
Нельзя мимоходом не остановиться на бредовых ид еж:, которые мелькали е литературе, и теперь, попавшись кому-то на глаза,
вполне могут дезориентировать.
Речь идет об использовании е регулируемых каскада:: обычных пентодов с "короткой" характеристикой, которые путем особого
включения превращаются почти что е "варимю".
Рассмотрим пентодный каскад, где заданное напряжение на второй сетке обеспечивается последовательным гасящим резистором.
При запирании лампы напряжением АРУ - снижается общий ток катода, а значит, и второй сетки. Напряжение на ней растет, анодно-
сеточная характеристика смещается влево, тормозя падение тока. Чем не "удлинение" характеристики без использования ламп типа "К"?
На самом деле никакой деформации характеристики для усиливаемого сигнала (а именно это и требуется) здесь нет. А описываемый
эффект отражает лишь снижение коэффициента передачи петли регулирования. Что является недостатком, а не достоинством.
Аналогичное влияние приписывают резистору автосмещения в катоде: запирание лампы напряжением АРУ сопровождается
уменьшением автосмещения, что эквивалентно "удлинению" характеристики...
В действительности, если этот резистор заблокирован конденсатором, то он не оказывает влияния на характеристику для сигнала. А
если нет, то он просто препятствует регулированию, стабилизируя усиление. Впрочем, когда лампа почти заперта (самый опасный
случай), этот резистор вообще ни на что не влияет.
9*5* Управление токор я определенней
Возможен и альтернативный способ регулирования усиления: подачей управляющего напряжения на третью сетку. Из-за того, что
управление здесь осуществляется токораспределением, предельный уровень сигнала связан с током лампы е номинальном режиме, из
которого она, по сути, и не выходит. Диапазон регулирования получается значительно больше (максимальный входной сигнал
определяется попросту раствором характеристики лампы).
Однако тут приходится иметь е виду, что е предельном случае весь ток лампы будет восприниматься экранной сеткой. Значит, надо
заботиться, чтобы не был превышен допустимый ток этой сетки и допустимая рассеиваемая мощность на ней. Желательно, разумеется,
питать сетки от отдельного источника с низким внутренним сопротивлением.
Регулирование токор ас пределения встречается чаще, чем думают: именно оно реализуется е частото пре образовательных гептодах,
таких как 6А7, где напряжение АРУ подается как раз на третью сетку. И, к примеру, е приемнике "Зеезда-5411 никакой другой цепи
регулирования вообще не предусмотрено. В подобном режиме применимы и пентоды с двойным управлением.
9*6* Проблема N 2: петля регулирования
До сих пор мы рассматривали проблемы регулирующих элементов, с которыми связаны пределы неискаженного регулирования
сильных сигналов. Но не менее важны вопросы реализации петли регулирования, определяющие стабильность выходного напряжения
при изменении входного.
В этом отношении недостаток простейшей АРУ тот, что е ней регулирующее напряжение и амплитуда выходного сигнала - это, е
сущности, одно и то же.
Для эффективного управления лампой 6К4П, например, отрицательное напряжение смещения должно изменяться от — 0,7 В до
= 2”0 значит’ Е этих же пределах (до 32 дБ) будет изменяться полезный сигнал на выходе детектора... Для высококлассных
радиоприемников это недопустимо много.
Повышение эффективности АРУ требует "отвязки" диапазона напряжений АРУ от диапазона выходных уровней. Это достигается
применением "задержки": особый выпрямитель АРУ заперт напряжением открываясь только при его превышении.
Теперь минимальный уровень выходного сигнала, соответствующий началу действия АРУ, будет равен а максимальный - +
Допустим, напряжение задержки установлено равным 10 В. Диапазон уровней сигналов на выходе УПЧ будет при этом изменяться
от 10 до 35-40 В (изменение 12 дБ вместо 32, эффект налицо). Увеличим напряжение задержки - диапазон изменения выходных уровней
станет еще меньше, хотя сами выходные напряжения - еще выше... И здесь встает новая проблема.
SL”. Зачел! столько ламп?
Многие, вероятно, с недоумением замечали, что е приемниках высоких классов число каскадов усиления намного превышает
необходимое с точки зрения требований к чувствительности. Почему бы это?
Мы убедились, что попытки уменьшить диапазон изменения уровней выходных сигналов неизбежно приводят к необходимости
иметь на выходе усилителя радиотракта сигнал очень высокого уровня - десятки вольт. Ничего хорошего здесь нет.
Во-первых, работа со столь сильными сигналами снова вернет нас к проблеме регулирующего элемента: вероятно, придется снизить
диапазон регулирования для последней лампы, увеличивая число регулируемых каскадов (бот откуда лишние лампы!).
Во-вторых, для таких приемников и те же 12 дБ - все равно слишком много.
В современной технике подобные затруднения легко снял бы усилитель постоянного тока; но разработчики ламповых схем искали
другие пути. Приемлемым способом решить проблему было применение дополнительного каскада усиления - специально для тракта
АРУ.
Идея состоит е том, что для каскада усиления АРУ не важны искажения огибающей, потому уже не надо беспокоиться о его
линейности.
10. Предварительное усиление
10*1* Режим класса А
В последующих главах мы будем рассматривать особенности каскадов усиления больших сигналов. Это означает, что амплитуды
переменных напряжений и токое анода соизмеримы с постоянными составляющими этих напряжений (токое), причем требуется
обеспечить относительную линейность усиления.
Для этих случаев выбор режима ламп по постоянному току приобретает особое значение. Следует повторить простое, но важное
правило: е линейном каскаде амплитуда полезного тока анода меньше постоянной составляющей (тока покоя).
Если это условие соблюдено, говорят о "режиме класса А" - это наиболее распространенный режим усиления.
Темой данной главы будут усилители напряжения больших уровней, или "драйверы", то есть каскады, служащие для раскачки
усилителей мощности.
10.2. Резистивный др ливер
На этот раз нас будет интересовать, каким образом можно обеспечить максимально возможный диапазон выходных напряжений.
Это важно, когда каскад используется как предоконечный, и надо обеспечить раскачку выходной лампы. Даже если амплитуды вроде бы
^шатает, запас по диапазону амплитуд иметь всегда полезно, так как он означает снижение искажений.
Вообще-то, чем выше сопротивление анодной нагрузки, тем большую амплитуду полезного сигнала можно в принципе снять с
анода. Разумеется, этому увеличению есть разумные пределы.
1) В резистивном каскаде удвоенная амплитуда колебаний на анодной нагрузке, как ни крути, всегда будет меньше напряжения
питания.
2) При возрастании А^все больше будет сказываться влияние внешней нагрузки, подключенной через емкость (к примеру,
сопротивления утечки сетки следующего каскада), которая и начнет лимитировать амплитуду.
3) Возможно, что рост постоянной времени негативно повлияет на воспроизведение высших частот спектра.
103. Нагрузочная прямая
напряжений 85 Б
Для каскада на триоде 6НЗЕЕ выберем напряжение анодного питания = 160 В.
На семействе анодных характеристик триода проведем из точки Ед прямую с
наклоном, соответствующим сопротивлению анодной нагрузки (на рисунке - 20 кОм).
Ее называют нагрузочной прямой, по ней будет перемещаться рабочая точка лампы.
Рабочий диапазон на нагрузочной прямой ограничен: снизу - точкой 7^ = 0,
сверху - пересечением с характеристикой для = 0. Его можно считать
теоретически предельным, но реальный рабочий диапазон, конечно, меньше: не
стоит захватывать область малых анодных токов, это вызовет рост искажений.
Значит, нижней границей рабочего диапазона будет пересечение с характеристикой
для Uс = UСт1-и, на рисунке выбрано = -4 В.
Середина между = 0 и = -4 В определит режим покоя лампы, а именно: смещение -2 В и ток покоя 2,5 А1Л. ЕЕо нагрузочной
прямой находим максимальные значения: удвоенной амплитуды анодного напряжения (S5 В) и анодного тока (4,3 Л&4). Амплитуда
напряжения на сетке до 2 В.
10Л+ "Клир фактор"
Почему мы упомянули "удвоенную" амплитуду напряжения и тока, а не попросту -
амплитуду? Дело в том, что колебания тока и напряжения в анодной цепи лампы будут
искажены. По предыдущему рисунку хорошо видно, что, например, величина "верхней"
полуволны анодного тока составляет 2,6 Л1Л, а "нижней" - 1,7 правильные колебания,
поданные на сетку, на аноде сделаются несимметричными.
Если анодные характеристики достаточно точны, можно попытаться оценить величину
искажений (по терминологии, пришедшей из зарубежной литературы - "клирфактор"). Возьмем
отрезки (расстояния между смежными характеристиками) на двух концах рабочего диапазона: Д
и Аз-
Коэффициент второй (наибольшей) гармоники:
Aj А2
4(А1+Д2)
Один из путей уменьшения искажений - использовать не полный рабочий диапазон, а лишь его часть (исключить заход в область
малых токов). Для чего, как мы уже упоминали, всегда полезно иметь запас по диапазону напряжений.
10+5+ Динамическая характеристика
Особенность триодных каскадов - в том, что уровень нелинейных искажений зависит от анодной
нагрузки. Для триодов вводят поэтому понятие динамической анодно-сеточной характеристики (то есть с
учетом нагрузки). Из рисунка видно: динамическая характеристика явно более линейна, чем статическая. В
этом проявляется действие присущей триоду внутренней отрицательной обратной связи (которая тем
больше, чем меньше А).
Ранее мы уже отмечали, что чем больше величина нагрузки (по сравнению с Л. триода), тем ближе
усиление каскада к постоянному параметру Л, а значит - тем линейнее характеристика. Разумеется, важно
именно динамическое сопротивление нагрузки. Продвинутые конструкторы аудиоаппаратуры нагружают
триод драйвера даже на полупроводниковый генератор постоянного тока либо на его ламповый эквивалент;
для такого случая нагрузочная прямая на семействе анодных характеристик пойдет горизонтально.
Для тетрода, пентода - по понятным причинам динамическую характеристику не вводят. Впрочем, для мощных ламп с невысоким
значением/^- также можно попытаться оптимизировать нагрузку, добиваясь снижения искажений...
Тем не менее, примененный в драйвере пентод, как правило, покажет больший уровень искажений. Впрочем, в пентодном каскаде
можно обеспечить эффективную линеаризацию применением отрицательной обратной связи.
10*6* Внешняя нагрузка
Имея дело со схемами драйверов, никогда нельзя забывать, что нагрузка - не только та, что в аноде.
Параллельно ей практически всегда действует вход следующего каскада, хотя бы в виде сопротивления
утечки сетки, подключенного через емкость. Впрочем, сопротивление нагрузки может оказаться и весьма
небольшим - например, если оконечный каскад работает с сеточными токами.
Наличие внешней нагрузки уменьшит, естественно, выходное напряжение, а вместе с тем - и
рабочий диапазон выходных напряжений.
Предположим, сперва проведен расчет на "холостом ходу", в результате которого получено
максимальное значение амплитуды на аноде При учете внешней нагрузки R&- и коэффициент
усиления, и предельная амплитуда снизятся пропорционально соотношению между R^ и R^R^(R^ + R^).
Никаким увеличением входного сигнала - выходной повысить не удастся: он начнет ограничиваться.
Однако само по себе присоединение внешней нагрузки - на искажения сигнала в пентоде не повлияет,
так как не изменит анодно-сеточной характеристики.
Однако для триода дело обстоит совсем иначе.
♦♦♦ и перегрузка!
Нельзя забывать, что триод чувствителен к нагрузке. При уменьшении результирующего сопротивления нагрузки мы переходим к
новой динамической анодно-сеточной характеристике, амплитуда тока анода (при прежнем значении возрастает, а ток покоя
остается прежним - вот где источник искажений из-за перегрузки триодного драйвера.
Пусть в усилительном каскаде на триоде 6НЗП с напряжением питания 200 В и
анодным резистором R^ = 68 кОм установлен режим с током покоя анода 1,3 При
= 3 В амплитуда переменной составляющей тока около 1,1 лйЛ, и с анодной нагрузки на
холостом ходу удается снять = 60-80 В. Все это хорошо видно из рисунка, где на
семействе анодных характеристик проведена нагрузочная прямая.
Подключим внешнюю нагрузку В^ = 21 кОмчърез разделительную емкость. Теперь
нагрузочная прямая пошла круче: она проходит через ту же самую рабочую точку (ведь
не влияет на режим по постоянному току), но наклон ее соответствует 19 кОм (результат
параллельного соединения 68 и 27 кОм). Хорошо видно, что уже при амплитуде входного
напряжения свыше двух вольт неизбежно ограничение передаваемого сигнала, а с нагрузки удастся снять не более 20 В.
В свежих книгах можно встретить рекомендации не использовать завышенные сопротивления анодной нагрузки для триодных
драйверов. Это правильно. Но не потому, что "лампа работает на криволинейном участке характеристики" (у нее других и нет). А
потому, что не хватает тока покоя для обеспечения режима А.
Вернитесь теперь к схеме предвыходного каскада приемника "Родина". Понятно, разраЬотчики хотели исключить подмагничивание
трансформатора с большим числом витков... Но в свете того, о чем здесь говорилось, схема просто чудовищна.
10+8+ Трансформаторы и дроссели
Помимо резистивных каскадов, находят некоторое применение и драйверы с трансформаторной нагрузкой, реже - с дроссельной.
Основной смысл их применения очевиден: можно добиться по меньшей мере вдвое большей амплитуды выходного сигнала.
Что касается недостатков (или, деликатнее, "проблем"), то об этом отчасти было, отчасти будет сказано.
Главное здесь - не ошибиться с выбором тока покоя каскада: должно быть обеспечено условие режима А. Занижение тока ведет к
неизбежным искажениям. Рассмотрим конкретный пример.
220к
На представленной схеме драйверный триод должен раскачать лампу 6СЗЗС. При расчетном
напряжении на ее аноде = 200 В и № = 3 - амплитуда напряжения на сетке должна достигать = 70
В, диапазон частот 40 Гц - 15 кГц.
Ток внешней нагрузки драйвера будет ответвляться, во-первых, в резистор утечки сетки. Эту
6Q33Q составляющую подсчитать легко: = 70/220 = 0,32 Aid.
Во-вторых, определенный ток будет уходить во входную емкость оконечной лампы. Тот, кто
поспешит заключить, что эта емкость просто берется из паспорта 6СЗЗС (О^= 33 кФ) - ошибется: зря,
что ли, мы рассматривали ранее этот вопрос? Принимая, что коэффициент усиления с сетки на анод
равен 3 и считая его чисто действительным (нет поворота фазы), получаем правильное значение:
= + что Дает 160 иФ! На частоте 15 кГц емкостное сопротивление будет 66
кОм.
Входной емкостный ток составит 70/66 = 1,06 Aid.
Что делать с этими двумя составляющими, сложить? Теоретически, они суммируются квадратурно, поскольку имеют фазовый сдвиг
90 градусов. Но радизапаса - не возбраняется просто просуммировать. То есть результирующий ток внешней (для драйвера) нагрузки
достигает 1,3 Aid на верхней частоте диапазона. Не так-то уж и много...
Но есть еще и нижняя частота, на которой потребуется учесть ток дросселя. На частоте 40 Гц реактивное сопротивление обмотки
дросселя с индуктивностью 40 Гн составит 10 кОм. Индуктивный ток с частотой сигнала оказывается весьма велик - 7 Aid
Значит, ток покоя драйверной лампы должен быть заведомо больше этой величины, например, 10 Aid. Применить здесь менее
мощную лампу 6Н9С явно не удалось бы.
ЮЛЬ Ошибка с динамической нагрузкой
+250 S
Представленная схема взята из популярной книжки. Главная идея, в ней декларируемая: по возможности
увеличить анодную нагрузку для триода, избежав при этом необходимости соответственно снижать анодный ток
лампы (либо увеличивать Е^.
Конечно, лампы ставят здесь в одинаковый режим (R3 = R4}, чтобы напряжение анодного питания
распределялось на них поровну, в данном случае - по 125 В на каждой.
Для нижнего триода - верхний является динамической нагрузкой, его эквивалентное сопротивление равно
Много это или мало?
Выберем для 6ШП паспортный ток7,5ллА. При напряжении на аноде 125 В потребуется AS = 200 Ом. л = 4,45
мА/B, № = 35. Тогда для верхнего триода: = 0,20 + 1/4,45 = 0,42 кОм. R-^ =15 кОм.
Но на обычном резисторе такой величины при токе 7,5 лгЛ падало бы 112 В - даже меньше, чем на
"динамической нагрузке".
Получается, никакого смысла в усложнении не Ьыло?
Причина осечки в том, что выходная вольтамперная характеристика триода с катодным
смещением (штриховая линия на семействе характеристик) мало отличается от характеристики
обычного линейного сопротивления (точнее, отличается даже в "худшую" сторону, имея изгиб в
нежелательном направлении, вот почему обычный резистор оказался даже лучше). Как
выражаются специалисты, внутреннее сопротивление такой лампы близко к ее сопротивлению
для постоянного тока U. / 1д-
Для заявленной цели мог бы послужить, пожалуй, только каскад с катодной стабилизацией,
реализованный, к примеру, включением в цепь сетки верхнего триода батарейки
положительного смещения Е^^ (вторая штриховая линия). Возможно и применение пентода,
только включенного по схеме пентодного повторителя.
Тем не менее, схема дает эффект, только иным путем, чем считает автор. При небольшом усилении (ясно, что оно при идентичных
лампах оно равно половине от потенциального) линейность обеспечивается здесь компенсацией искажений: ведь внутреннее
сопротивление триода зависит в основном оттока, а не от напряжения анода.
10 Л (К Стрянный катодный повторитель
+250 В
Впрочем, продвинутые разработчики используют предыдущую схему несколько в другом виде, когда выходной
сигнал снимается с катода верхнего триода. Будто бы при этом конфигурация катодного повторителя обеспечивает
низкое выходное сопротивление.
Хотя, как кажется, повторитель здесь какой-то странный - да и есть ли он на самом деле?
Предположим, нижняя часть имеет высокое внутреннее сопротивление (к примеру, это пентод). Тогда
входным сигналом для верхнего триода будет падение напряжения от анодного тока на R4, оно действует между
сеткой и катодом, следовательно, никакого повторителя тут нет. Сопротивление нагрузочного триода равно
просто R*. Вспомните, с "мнимыми" повторителями мы уже встречались!
Противоположная ситуация: допустим (каким-то чудом) сопротивление нижнего триода с анода очень низкое.
Вот тогда действительно налицо катодный повторитель: входное напряжение для верхнего триода действует
относительно земли, а нижний конец катодного резистора в идеальном повторителе может быть присоединен
куда угодно. Здесь выходное сопротивление будет равно US'.
Понятно, что наделе будет некая промежуточная ситуация, но близкая к первой; хитрое включение снизит выходное сопротивление
всего лишь примерно вдвое. Разумеется, и двукратное снижение может быть плюсом для разработчика.
Впрочем, подобные конфигурации имеют еще одно несомненное достоинство: "высоким классом" схемотехники они оказывают
неизгладимое впечатление на профанов.
10 Л1, Положительная обратная связь?
СЭ1
RS.1
51К
Попалась мне схема усилителя для наушников В описании сказано, что
выходной каскад здесь по схеме "каскодного повторителя".
Назвать можно как угодно.
Однако пишут, что здесь образ} ется местная ПОС...
Это недоразумение.
Представлен классический повторитель с общей отрицательной обратной связью.
Разумеется, такая двухламповая схема превосходит обычный повторитель: выходное
сопротивление ее ниже.
Написано, что п коэффициент передачи каскада увеличен
Да, в смысле - более близок к единице. Дело не в "увеличении",
.никому не нужно. Ав большей линейности.
конечно, оно
Но откуда взялась мысль, что здесь - положительная обратная связь? Хотя я п сам понимаю, что связь с анода на сетку
нпкак не может быть положительной ..
Начнем с того, что обратная связь, призванная стабилизировать ток верхнего триода, слишком слаба - по причине недостаточного
усиления. Она лишь несколько линеаризует схему.
Внутренняя механика здесь такова, что изменения анодного тока нижнего триода отчасти компенсируют ток нагрузки. Таким
образом, повторитель как бы работает на более высокое сопротивление, то есть в более благоприятном режиме.
Причем же тут ПОС?
Просто нижний триод здесь в каком-то смысле эквивалентен отрицательному сопротивлению: действуя параллельно нагрузке, он не
понижает, а повышает сопротивление. Это же происходите любой схеме с общей ООС.
11. Тетродные усилители мощности
ИЛ. Энергетика для режима А
Пусть трансформаторный оконечный каскад потребляет е режиме покоя анодный ток 1^, напряжение
анодного питания^. Мощность, потребляемая от источника питания: Р® = Е^д Практически вся эта мощность
рассеивается анодом лампы.
В режиме усиления сигнала каскад отдает полезную мощность где, напомним,
и z
амплитуды напряжения и тока. Средний ток, потребляемый от источника питания (а значит, и мощность), при
этом не изменяется, а мощность, рассеиваемая на аноде, снижается на величину Р^^-
Эти элементарные соотношения надо помнить.
11*2* Нужно ли "согласование" с нагрузкой?
Возможно, не каждый поймет, почему поставлен в кавычки столь привычный термин. Многие ведь так и уверены, что выходные
трансформаторы следует рассчитывать исходя из критерия согласования сопротивлений, ведь, "как всем известно", это обеспечивает
наилучшую отдачу мощности в нагрузку.
Покажем, что это не так, на примере расчета оконечного каскада на лампе 6П6С для получения скромной выходной мощности 1 Вт.
Примем сопротивление акустической системы 8 Ом. Внутреннее сопротивление лампы 6П6С по паспорту - 52 кОм, оно же
соответствует выходному сопротивлению каскада. Соотношение сопротивлений источника и нагрузки - 6500:1.
Трансформатор преобразует сопротивления в соответствии с квадратом коэффициента трансформации. Исходя из критерия
согласования сопротивлений, соотношение числа витков должно быть взято 80,6:1.
Очевидно, что выходная мощность 1 Вт при 8-омной нагрузке отвечает следующему: = 4 В, i^= 0,5 Л. С учетом коэффициента
трансформации, получаем для амплитуд в анодной цепи: = 322 В, = 6,2 ллЛ.
Но столь высокую амплитуду напряжения - 322 В - получить с каскада на 6П6С не удастся! Допустим, что напряжение анодного
питания - 250 В, полезная амплитуда, скажем, 190 В, ток - 190/52 = 3,65 айЛ. Реальная выходная мощность при "правильном"
согласовании получается всего 0,34 Вт...
Позорный результат, учитывая, что лампа 6П6С способна отдать во много раз большую мощность. А теперь разберемся, как
правильно подходить к расчету.
113* Остаточное напряжение
На семействе анодных характеристик 6П6С выберем характеристику,
соответствующую = 0, и отметим на ней точку, левее которой кривая
начинает заметно спадать (к примеру, т. А на рисунке). Соответствующее
анодное напряжение называют остаточным, в данном случае - = 60
В. Ему соответствует максимальное значение анодного тока: — 97 ллА.
При напряжении питания^ = 250 В выберем ток покоя. Для чего
отметим характеристику, соответствующую уже весьма малым токам
анода, пусть она будет для = - 20 В. Предельный размах колебаний на
сетке (удвоенная амплитуда) - от 0 до минус 20 В, оптимальное смещение
должно быть посередине этого диапазона - Ю В), ток покоя/д = 57
ллЛ, получили точку Б, соответствующую режиму покоя.
11*4* Рассчитываем мощность
Проведем прямую через А и Б, она и будет оптимальной нагрузочной прямой.
В отличие от резистивного усилителя, здесь в режиме покоя к аноду лампы приложено практически полное напряжения питания, а
при подаче сигнала - анодный потенциал будет колебаться относительно этого значения.
Наклон нагрузочной прямой соответствует сопротивлению нагрузки, приведенному к первичной цепи трансформатора, его
нетрудно вычислить: 250 ~ 60 _ у< кОм -Заметьте: вдесятеро меньше, чем по критерию "согласования"!
97-57
Оптимальный коэффициент трансформации: _
4750 _ 2^ . Амплитуды токов и напряжений для выходной мощности 1 Вт,
пересчитанные через коэффициент трансформации: иА = 96 В, iA = 20,8 л&4.
В принципе, лампа может отдать и большую мощность. Максимальную амплитуду анодного напряжения можно оценить как ЕА -
UOCT~
190 В, тока анода - как
- = 40 Это даст выходную мощность 3,8 Вт.
11*5* Допустимые гнячения
Проведенный расчет нельзя считать законченным: надо убедиться, что не превышены предельно допустимые значения для
выбранной лампы.
1) Убеждаемся, что не превышена максимально допустимая мощность, рассеиваемая на аноде в режиме покоя. У нас Р® = = 250
0,057 = 14,2 Вт, что превышает допустимые 13,2 Вт для 6П6С. Значит, следует увеличить отрицательное смещение, немного снизив
ток покоя (например, до 50лй4). Напомним, что в режиме максимального сигнала мощность, рассеиваемая на аноде, только уменьшится.
2) Убеждаемся, что не превышен максимально допустимый ток анода. У нас пиковый ток: = 97 мА. В данных на 6П6С
приведен максимальный токэмиссии катода - 100мА. Токкатода складывается из токов анода и второй сетки (7,5мА по паспорту).
Превышение? Но если мы снизим ток покоя, то, пожалуй, и тут будет в норме.
3) Убеждаемся, что не превышено максимально допустимое напряжение на аноде. Для выходной мощности 1 Вт это Е^ + и^ = 250
+ 96 = 346 В, что меньше допустимого для лампы (350 В). Однако на практике и превышение допустимого анодного напряжения в пике -
не считают большой бедой, такое превышение имеет место во многих промышленных разработка::.
11*6* Выходное сопротивление
В обычном усилительном каскаде выходное сопротивление с анода равно PC, а с выхода вторичной обмотки трансформатора - РС/
п2.
Однако не стоит забывать две вещи.
1) Внутреннее сопротивление лампы не является постоянной величиной, ведь оно обратно пропорционально крутизне, и значит,
зависит от тока. По анодным характеристикам это отлично видно.
2) Если в катоде включен резистор ООС (автосмещения, не зашунтированный конденсатором), выходное сопротивление возрастет,
как указывалось ранее.
А к чему следует стремиться для оконечного каскада низкочастотного усилителя? По теории, обеспечение постоянного звукового
давления на всех частотах диапазона требует питания звуковой катушки неизменным током. Отсюда выходное сопротивление
желательно иметь как можно выше. Именно в таком режиме и работают обычно оконечные каскады на тетрода:: и пентодах.
Однако в современной аудиотехнике принято, чтобы, наоборот, выходное сопротивление на клемма:: усилителя было значительно
меньше сопротивления подключаемой нагрузки.
Во-первых, это обеспечивает эффективное электрическое демпфирование подвижной системы громкоговорителей.
Во-вторых, современная многополосная акустика с разделительными фильтрами конструируется именно под такой режим питания.
Между прочим, сочетание усилителя с низким выходным сопротивлением и трансформатора имеет свои минусы. Этот вопрос нам
еще предстоит не раз обсуждать.
11.”. Параллельное включение ламп
Обычно его используют, когда требуется увеличить выходную мощность каскада, реже - чтобы снизить выходное сопротивление.
Расчеты здесь очень просты: выходная и потребляемая мощности увеличиваются соответственно числу запараллеленных ламп, но
только при условии, что и сопротивление нагрузки будет уменьшено во столько же раз. На практике, при том же самом сопротивлении
нагрузки, потребуется соответственно пересчитать коэффициент трансформации: например, при запараллеливании двух ламп - число
витков первичной обмотки снижается на 30%.
Между прочим, запараллеливание ламп (если оно имеет целью повысить мощность) не приведет к снижению выходного
сопротивления усилителя. А если, наоборот, ставится цель снизить выходное сопротивление (трансформатор тогда не
пересчитывается), то увеличения мощности не будет.
11*8* Катодный повторитель и ре активный ток
Время от Бремени реанимируется идея поставить оконечный каскад низкочастотного усилителя в конфигурацию катодного
повторителя - ведь это, казалось бы, должно обеспечить низкое выходное сопротивление и заодно малые искажения.
И каждый раз реализация идеи разочаровывает, а почему - разобраться будет интересно. Хотя первая причина очевидна: требуется
очень высокое напряжение раскачки на сетке, амплитуда его должна приближаться к напряжению анодного питания выходного каскада.
А иначе - выходная мощность получится крайне низкой. Реально этого можно достичь, пожалуй, только если после пр ед оконечного
каскада поставить повышающий трансформатор.
Интереснее рассмотреть другую проблему повторителя с трансформатором на выходе - появление специфических искажений в
нижней части диапазона усиливаемых частот.
Первичную обмотку выходного трансформатора можно рассматривать как эквивалент параллельного соединения:
трансформированного сопротивления нагрузки и индуктивности обмотки.
При уменьшении частоты - индуктивный ток (сдвинутый по фазе относительно тока через активную нагрузку) нарастает, и, наконец,
нарушается условие режима А для результирующего тока - возникает отсечка. Здесь проявляется неспособность схемы с ООС (каковой
является катодный повторитель), да и вообще схемы с низким выходным сопротивлением - плавно снизить усиление при уменьшении
модуля полного сопротивления нагрузки. Так, как это происходите тетроде с анодной нагрузкой.
Вот хорошая иллюстрация поведения линейных схем с отрицательными обратными связями: на границах своих возможностей они
выходят из линейного режима. Нам еще предстоит рассмотреть это детальнее. Кстати, там же будет развеяна ходячая иллюзия о том, что
низкое выходное сопротивление оконечного повторителя позволяет подключать к нему нагрузку с меньшим сопротивлением.
12. Триодные усилители мощности
12Л. Проблема остаточного напряжения
Оконечные усилители на триодах стали особенно актуальными применительно к ламповому Hi-End. Этому есть ряд причин.
1) В общем, с триодами можно получить меньшие искажения сигнала - за счет эффекта "динамической характеристики".
2) Невысокое внутреннее сопротивление триодов обеспечивает и низкое выходное сопротивление усилителя, что считается
преимуществом.
Однако обращение к триодам возвращает проблему, о которой (с
распространением тетродов и пентодов) на время подзабыли. Имеется в виду
плохой КПД триодного усилителя, вызванный трудностью получения низкого
остаточного напряжения на аноде.
Рисунок представляет характеристики лучевого тетрода 6П6С уже в
триодном включении (экранная сетка соединена с анодом). Для напряжения
питания Ед = 250 В и 1^ = 50 мА построена нагрузочная характеристика,
соответствующая сопротивлению 4,75 кОм.
О 40 00 120 150 200 240 200 320 350 В
Uocr Ед Мы видим, что напряжение анода никак не может снизиться менее 170 В,
значит, максимальная неискаженная амплитуда анодного напряжения будет
всего 80 В, выходная мощность 0,67 Вт. Это значительно меньше, чем в тетродном включении.
12*2* Что нам делать с триодом?
Проблема триодного усилителя в общем-то не является неразрешимой. Имеется даже несколько путей борьбы с указанным
недостатком. Кто-то заметит: много способов, это наверняка означает - ни одного надежного, и будет, конечно, прав.
Самый первый способ, он же и самый простой: смириться с тем, что есть. В идеологии Hi-End энергетический КПД - это еще не
самое важное. Не хватает мощности - значит, выбрать более мощную лампу, или соединить несколько в параллель.
Впрочем, рассмотрим другие пути.
123. Работа с токами сетки
Наши оценки свойств триодных усилителей исходили из недопустимости
подачи на управляющую сетку положительных напряжений, но это совсем не
догма. Если мы приведем полное семейство анодных характеристик триода, с
учетом и положительных то увидим, что они даже лучше, чем
характеристики пентода, подходят для получения высоких выходных
мощностей.
Ламповые усилители мощности с рекордно высоким КПД - это
двухтактные триодные усилители класса В2 (двойка означает работу с
сеточными токами). Как раз для подобного применения выпускались мощные
"правые" триоды, такие как 6Н7С. Их основная рабочая область соответствовала положительным напряжениям на сетке; как правило,
они работали вообще без сеточного смещения. Но возможен и режим (с "левыми" лампами).
Все бы хорошо... Но заход в область > 0 означает фактически внесение нелинейного элемента (диода) во входную цепь, что
никак не способствует неискаженному усилению. Во всяком случае, нужен достаточно мощный драйвер с низким выходным
сопротивлением.
Приходится внимательно прорабатывать связь оконечного каскада с драйвером. Емкостная связь не годится из-за эффекта сеточного
авто смещен ия. Нужна трансформаторная связь, но при этом не стоит забывать об эффекте обратного авто смещения. Возможна и
непосредственная связь сетки с анодом предыдущего каскада.
12*4* Фокус высокого напряжения
Высокого КПД е принципе можно достичь с триодами и другим путем: если работать при высоком анодном напряжении (пусть и
небольшом токе). Подобное решение применяли е модуляторах мощных передатчиков. При этом:
1) за счет работы с пологой нагрузочной прямой понижается остаточный потенциал анода;
2) остаточный потенциал будет сравнительно невелик на фоне высоких уровней анодных напряжений.
Способ эффективен, но реально вряд ли применим. Во-первых, из-за практического отсутствия подходящих триодов. Во-вторых, по
причине понятных сложностей при конструировании высоковольтной аппаратуры.
12*5* Триоды с редкой сеткой
Тем не менее, можно сохранить полезное зерно предыдущей идеи, если просто масштабно преобразовать задачу: при более
привычных уровнях напряжений - сжать влево анодные характеристики ламп. Тогда мы приходим к особого вида триодам.
В
Этот класс триодов, за счет редкой навивки сетки, характеризуется очень
низким показателем А (от 2 до 5) и пропорционально низким внутренним
сопротивлением, составляющим десятки-сотни Ом. Рисунок представляет
характеристики одного из триодов этого класса - 6С19П. При нагрузочной
прямой, соответствующей 4,75 кОм, и питании анода 250 В, остаточное
напряжение, как видим, весьма низко: примерно 40 вольт.
Помимо высокого КПД, здесь достигается очень низкое выходное
сопротивление усилителя, вот еще один плюс. А работа на эквивалентную
нагрузку, во много раз превышающую R-, обеспечивает высокую линейность.
Но есть и недостаток: малое А требует подачи большой амплитуды колебаний на сетку. По характеристикам видно, что для раскачки
лампы 6С19П потребуется порядка 100 В. Опять трудности с драйвером: он должен быть способен отдать неискаженные колебания
очень большого уровня.
Триоды, о которых идет речь, изначально выпускались для электронных стабилизаторов (где существует та же самая проблема:
пропустить большой ток при малом падении напряжения). Однако ряд типов ламп нашли свое настоящее признание именно в
применении для аудиоусилителей: таковы отечественная 6С4С и получившая сейчас особую популярность зарубежная 300В.
12.6. Снов л проблем;! реактивного ток л
Да, снова она... Ведь триод, как мы неоднократно напоминали, обладает внутренней отрицательной обратной связью, а тем более -
триод со сверхнизким А. Это значит, надо ждать сюрпризов.
Вспомним эффект подключения внешней нагрузки к триодному драйверу, когда перекос нагрузочной прямой приводил (при
прежнем напряжении) в: появлению ограничения полезного сигнала. Но ведь примерно то же самое будет в триодном
трансформаторном каскаде - при понижении частоты передаваемого сигнала, когда реактивное сопротивление обмотки стремится к
нулю. На предыдущем рисунке представьте, что нагрузочная прямая начала поворачиваться вокруг рабочей точки, соответствующей
режиму покоя, вставая дыбом: результат вполне предсказуем.
Выходом может быть только фильтрация, снижающая в тракте уровень низкочастотных составляющих прежде, чем их начнет
ограничивать триод совместно с трансформатором.
12*”* Строим триодные характеристики
Поскольку выбор мощных триодов невелик, нередко в качестве оконечного триода применяют тетрод в триодном включении,
соединяя экранную сетку с анодом. Однако характеристики лампы в таком применении редко бывают доступны.
Тем не менее, триодные анодно-сеточные характеристики можно
приблизительно построить по имеющимся тетродным. На рисунке за основу
взяты уже знакомые характеристики лампы 6П6С, приводимые в
документации для
T~JC2
= 250 В. Ясно как белый день, что их точки,
соответствующие ~ 250 В, будут принадлежать одновременно как
пентодным, так и триодным характеристикам. Отметьте эти точки.
Дальше все просто. Проведите первую прямую через точку,
соответствующую = 0, и начало координат (левая штриховая линия).
Проведите параллельно ей линии через все отмеченные точки. Штриховые
линии на рисунке - это и есть приблизительные характеристики тетрода в
триодном включении.
Чтобы в этом убедиться, там же наложены кривые для 6П6С в триодном
включении, заимствованние из справочника. Конечно, они несколько
отклоняются от наших... Но несущественно: расчет каскада по построенным (штриховым) характеристикам не дал бы большой ошибки.
Разумеется, тот, кто знает примерный вид вообще триодных характеристик, мог сразу (на глаз) слегка изогнуть прямые, тогда ошибка
построения была бы значительно меньше.
Стоп, а почему же фактические кривые проходят явно выше наших заветных точек, в чем мы ошиблись? Ах, да, ведь в триодном
включении добавляется ток экранной сетки...
12.8 . Прямонлклльнля 7 ЛИТЛ
В среде создателей и/или ценителей триодных усилителей особо ценятся лампы прямонакальные: как считают, они обладают какой-
то несравненной линейностью характеристик. Чушь - на первый взгляд... Тем не менее, определенный резон в этом есть.
По понятным причинам, мощные лампы прямого накала с М-образным катодом имеют плоскую конструкцию. Характеристики
таких ламп наиболее близки к теоретическим.
Лампы косвенного накала, обычно имеющие эллиптическое сечение, можно рассматривать как параллельное соединение ряда ламп
с различающимися характеристиками. Подобный случай нам отчасти уже знаком. Характеристики таких ламп аппроксимируются
полиномом высокой степени, действительно способствующим образованию высших гармоник в сигнале.
Впрочем, отдельные лампы косвенного накала (например, 6Ф6С), имеющие цилиндрические электроды, в этом отношении могут не
уступать прямо накальным.
13. Двухтактное усиление
JL3.1. Тяк ПЛЮСЫ ИЛИ MHHVCbl?
4
Двухтактные оконечные усилители, плечи которых работают на общую нагрузку в противофазе, обладают рядом неоспоримых
достоинств.
1) Они позволяют добиться более высокой выходной мощности (а при определенных условиях - намного большей, чем удвоенная
выходная мощность обычного каскада на той же лампе).
2) Обеспечивают (опять же при определенных условиях) значительно лучший КПД.
3) Компенсация постоянных составляющих токов в двух половинах первичной обмотки трансформатора ликвидирует
нежелательное подмагничивание.
4) При идеальном балансе схемы компенсируются четные гармоники (и самая интенсивная - вторая), так что общий уровень
нелинейных искажений существенно ниже.
Впрочем, сторонники модного течения в аудиотехнике, не придавая большого значения двум первым преимуществам, причисляют
два последних скорее к недостаткам.
Так, постоянное подмагничивание сердечника имеет и свою положительную сторону: перемагничивание происходит по частной
петле гистерезиса, что снижает искажения, вносимые железом трансформатора.
Подавление второй гармоники, как считают, нарушает привычное для уха соотношение обертонов, делая звук менее естественным.
1X2. А, В и AB
Двухтактные схемы, как и однотактные, могут работать в режиме класса А. Только теперь каждое плечо работает на свою половину
первичной обмотки, а переменные составляющие токов будут складываться в нагрузке. Базовые расчеты ничуть не отличаются от случая
параллельного соединения ламп.
Однако возможно поставить двухтактный каскад и в режим класса В. Как раз здесь и достигается существенное увеличение КПД ток
покоя устанавливается практически равным нулю, а каждое плечо ответственно за воспроизведение только одной полуволны
колебаний.
Энергетические соотношения режима В будут другими. Общий постоянный ток, потребляемый от источника питания, теоретически
равен 0,64 от анодного тока на пике гармонических колебаний. Этот ток будет меняться вместе с изменением амплитуды сигнала.
"Чистый" режим В вряд ли целесообразен, поскольку связан с нежелательным использованием участков малых токов; на практике
устанавливают промежуточный режим АВ, когда имеется заметный ток покоя (хотя и меньший, чем требуется для режима А).
13*3* Фэтоинверторы
Двухтактные схемы требуют симметричного возбуждения, то есть подачи на сетки выходных
ламп равных, но противофазных сигналов. Возникает проблема фаз о инверторов - схем,
расщепляющих фазу колебаний.
Хорошим фазоинвертором является междуламповый трансформатор с вторичной обмоткой,
состоящей из двух частей. Это практически единственный приемлемый вариант, если
предусматривается заход в область положительных напряжений на сетках. Еще одно достоинство -
возможность (при необходимости) повысить напряжение раскачки.
Однако здесь могут возникнуть проблемы с частотной
характеристикой передачи.
Неплохим фазоинвертором служит каскад с разделенной нагрузкой. Принято отмечать его
недостаток: - разное выходное сопротивление с анода и катода (второй выход является выходом
катодного повторителя). Тем не менее, если катим цепям подключены равные нагрузки, то симметрия
сохраняется. Действительная проблема тут в трудности получения больших амплитуд: с каждого из
выходов удастся снять вдвое меньший сигнал, чем в обычном каскаде. Возможно, потребуется
увеличение напряжения анодного питания, либо введение дополнительного "минусового" источника
для подпитки катодной цепи.
Хорошую симметрию по выходам
обеспечивает известная нам балансная схема.
Эта симметрия тем лучше, чем выше подавление синфазного сигнала (чем выше
сопротивление Л^по сравнению с 1/5).
13*4* Самоннвертирующие каскады
Рассмотрение последней схемы наталкивает на мысль, что сам балансный каскад может служить и
выходным, соответственно, не требуя фаз о инвертор а, и это действительно так - теоретически.
Симметрия каскада обеспечивается тем лучше, чем выше Rg. постоянное падение напряжения на
этом резисторе должно быть во много раз больше, чем рабочая амплитуда входного сигнала ламп.
Значит, на практике потребуется большой запас по напряжению, значительная часть мощности будет
впустую нагревать катодный резистор. Приемлемо ли это - судить разработчику.
14. "Транзисторный" звук в ламповых схемах
14*1* Чудеся отменяются
В этой последней главе мы коротко разберем особенности усилителей, окаченных общей отрицательной обратной связью (е
отличие от местной ООС, которой касались ранее). Коротко - потому что вопрос не простой, кому интересно и по силам - способен сам
разобраться, получив здесь начальную подсказку. А другому - нечего и голову забивать сложностями.
Общепринято мнение, что отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания линейных схем, снижает нелинейные
искажения и уменьшает выходное сопротивление усилителя. И, е общем, так оно и есть.
Но специалист не вправе верить в волшебство, полагая, что ООС способна демонстрировать чудеса вопреки законам природы, не
ЕникаяЕ механизм действия. Если говорить конкретнее - нельзя выводы, базирующиеся на линейных моделях, слепо распространять на
устройства, работающие с большими сигналами. Чудес е решете не будет! И здесь мы должны разобраться - почему.
14*2* Сильная и €Л;16;1Я ООС
Уже е 50-е годы ео многих рад и о приемника:: можно было увидеть цепи обратной
связи, охватывающие аудиоусилители е целом. Рисунок представляет фрагмент подобной
схемы.
Здесь катод триода играет роль второго входа "дифференциального усилителя", на него
подается часть выходного напряжения. Важно, что напряжение сетка-катод теперь не
является входным, это - так называемый "сигнал ошибки"
Глубина общей ООС зависит от соотношения рабочих уровней "сигнала ошибки" и
собственно входного напряжения. Или, по-другому, от соотношения усиления - при
разомкнутой и замкнутой цепи ООС.
Если напряжение, возвращаемое по цепи ООС, имеет тот же порядок, что и
напряжение сетка-катод первого каскада, то мы имеем дело со слабой обратной связью,
которая способна лишь несколько скорректировать параметры усилителя (амплитудную и
амплитудно-частотную характеристику, выходное сопротивление).
Если напряжение ООС существенно меньше напряжение сетка-катод, то перед нами напрасное усложнение схемы, обратная связь
практически не действует.
При сильной обратной связи сигнал ошибки существенно меньше входного сигнала. Именно здесь е принципе достигается
полноценный эффект ООС. В частности, усиление по напряжению со входа на вторичную обмотку приблизительно обратно
коэффициенту деления е цепи обратной связи.
И именно здесь наиболее вероятно возникновение пренеприятных явлений, упомянутых е заглавии раздела.
Дело е том, что любые ограничения (амплитудные, частотные) е тракте передачи - поначалу компенсируются цепью ООС.
Неизбежно такая компенсация упрется е амплитудное ограничение е предыдущем звене, происходит разрыв контура обратной связи.
Возникает перегрузка с выходом сигналов за пределы входных апертур усилительных каскадов. Это и создает эффект "транзисторного"
звука.
Быть может, изложено не очень понятно? Попробую пояснить на примерах.
143* Мягкое и жесткое ограничение
С ООС СООС(перегружа)
На левом рисунке показаны осциллограммы колебаний е оконечном каскаде
усилителя без обратной связи. Относительно правильное колебание uc(t), поданное с
драйвера на сетку, несколько искажено оконечным каскадом. При увеличении
амплитуды возбуждения - искажения будут нарастать: лампы мягко ограничивают
колебание, создавая приплюснутую вершину синусоиды. Это - "ламповый" звук.
Ради простоты ограничение принято симметричным, хотяе однотактном каскаде
такого, конечно, не будет.
Если усилитель охвачен сильной ООС, то картина кардинально меняется
(средний рисунок). Цепь ООС стремится поддержать неискаженную форму колебания
на выходе. Это достигается за счет колебаний на выходе драйвера: мягкое
ограничение е выходном каскаде до поры компенсируется обратным предыскажением на его входе.
При возрастании амплитуды (справа) резервы компенсации исчерпываются. Верхушки u^(t) резко вытягиваются, упираясь е
ограничение (но уже е драйвере!). Оно будет жестким, а не мягким, колебания на выходе усилителя окажутся грубо обрезанными -
типичный эффект транзисторного усилителя.
Но это еще цветочки... Ягодки не замедлят.
1-L-L Проблема частотных границ
Особенность лампового усилителя состоите том, что е его оконечном каскаде имеется звено частотного ограничения
(трансформатор), определяющее верхнюю и нижнюю границы полосы пропускания.
При переходе е область спада амплитудно-частотной характеристики, цепь ООС пытается все же поддержать заданное усиление.
Это происходит путем автоматического увеличения напряжения раскачки с выхода драйвера (а также доворота фазы для компенсации
фазовых искажений). Разумеется, драйвер снова очень быстро упрется е амплитудное ограничение, и выходное колебание станет резко
несинусоидальным.
Явление, отлично знакомое по плохим транзисторным усилителям: выход частоты сигнала за некоторые границы вызывает не
мягкое снижение амплитуды, а появление грубых искажений.
Пожалуй, теперь пора уже напомнить (о чем до Бремени умалчивали), что и сопротивление нагрузки - акустической системы -
совсем не является активным и постоянным. Выводы очевидны.
Вдобавок - перегрузки каскадов сильным сигналом ошибки (при размыкании ООС) вызовут эффект сеточного автосмещения,
который на время запрет лампы. Качества звука это также не добавит.
14*5* Выход есть?
Реальный аудиосигнал, конечно, вовсе не синусоидален. Широкий спектр, крутые фронты сигнала приведут к тому, что
искушенному слушателю специфические призвуки будут просто бить по ушам.
Как быть? Самый простой путь: не использовать ООС (кроме, быть может, местной).
Кто-то может счесть, что это не еыиод. В таком случае, следует иметь е виду очевидный принцип: все ограничения (амплитудные,
частотные) должны действовать до усилителя с ООС, т.е. раньше, чем скажутся внутри петли.
Амплитудное ограничение вообще-то есть, натурально, е каждом источнике сигнала, просто не надо допускать перегрузки. А бот
установить частотоограничивающий фильтр (как сверку, так и снизу) на входе такого усилителя будет крайне полезно.
15. Структуры радиоприемников. Избирательные системы
,5Л* Два принципа
Эти разделы, вероятно, не имеют прямого отношения именно к ламповым устройствам. Однако ин наличие кажется уместным: ведь
для большинства ценителей старой техники ламповый аппарат - это прежде всего радиоприемник, и желательно понимать, чем
руководствовались разработчики при его создании. Кстати, и телевизор является ведь также радиоприемником...
Начнем с того, что профессиональный прием сигналов с амплитудной модуляцией - это синхронный прием, либо квазисинхронный
- е квадратурных каналах. Такая обработка эквивалентна простому частотному сдвигу канала приема к нулевой частоте, а селекция
канала осуществляется с помощью низкочастотных фильтров. Уеы, это весьма изощренная техника, которая несовместима с ламповой
электронной базой. В старой аппаратуре мы всегда наблюдаем другой принцип: селекцию и усиление сигнала на радиочастотах с тем,
чтобы подавать сигналы уже высокого уровня на относительно простые демодуляторы.
Хотя нечто близкое к первой идее мы также встречаем е ламповых аппаратах - е виде так наз. телеграфного гетеродина,
предназначенного для приема сигналов телеграфии незатухающими колебаниями, или телефонных передач на одной боковой полосе
(SSB).
Кстати хочу напомнить, что попытки применения синхронного приема е бытовых аппаратах делались назаре радио (так наз.
синхродины).
15*2* Супергетеродинный прием и прямое усиление
Дешевые аппараты прямого усиления довольно быстро были вытеснены приемниками супергетеродинной системы, главное
достоинство которой - стабильная на всех частотах приема характеристика основной селекции. Это преимущество перевесило
многочисленные недостатки супергетеродинов. Укажем покалишь на один из них, а с остальными повременим до следующей главы.
Как нынешние аудиофилы, так и слушатели прошлых годов, справедливо отмечают какую-то особую "кристальность" звучания
приемника прямого усиления, недостижимую е суперах. Принято объяснять ее более широкой полосой пропускания. Однако и
расширение полосы супергетеродина ни к чему похожему не приводит.
Действительная причина состоит е более простых избирательных системах простого приемника. Многоконтурные фильтры
супергетеродина обладают крутой и нелинейной фазочастотной характеристикой; ее неизбежная асимметрия относительно частоты
настройки приводит к неодинаковому фазовому сдвигу парных боковых составляющих е спектре AM сигнала относительно несущей.
В книгах нередко можно встретить утверждение, что ухо нечувствительно к фазовым искажениям. Возможно. Но тут-то мы имеем
дело с фазовыми сдвигами не е аудиосигнале, а е спектре модулированного сигнала; несимметрия боковых составляющих неизбежно
вызывает нелинейные искажения на выходе детектора огибающей, отсюда и характерный "суперный" звук.
К этой теме нам еще предстоит вернуться. Сейчас главное бот что: избирательные системы приемников вообще заслуживают того,
чтобы разобраться е них подробнее.
153* Колебательный контур
За избирательность приемных устройств, е отношении как "соседнего канала", так и каналов паразитного приема, отвечают
селективные цепи, образованные колебательными контурами (либо их аналогами, кварцевыми резонаторами, к примеру). Между
прочим, перед нами две совершенно различные задачи.
1) С точки зрения формирования характеристики основной селекции - важно понять поведение колебательного контура при
небольших частотных расстройках относительно резонанса.
2) В аспекте подавления паразитных каналов приема нас интересуют, напротив, свойства контура при расстройках, далеко
выходящих за полосу пропускания.
Посему стоит потратить Бремя, чтобы проанализировать эту простейшую цепь - колебательный контур, причем е двух указанных
аспектах.
Аналитическая зависимость модуля полного сопротивления параллельного контура из L и С от частоты выглядит не такой уж
сложной:
(/ф - частота резонанса: /о —
Достаточно умножить \Z\ на крутизну пентода, и мы получим, например, выражение для частотной зависимости коэффициента
усиления каскада, нагруженного на контур.
Здесь Rp - сопротивление контура при резонансе, равное R? = Qp, а Р - это характеристическое сопротивление контура:
Q - добротность контура.
На графике показаны характеристики |Z|(/), которые можно считать амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ)
5*4* Полоса пропускания
При небольших расстройках относительно резонанса частотная характеристика контура приближенно выразится так:
. Здесь 4/ - расстройка относительно центральной частоты/q.
1
Спад, равный —= 0,707, соответствует расстройке относительно резонанса, равной/^£2, а полная полоса пропускания: И =f^Q.
Спад за полосой пропускания (е известных пределах, о которых упомянем дальше) можно легко оценивать исходя из того, что он
пропорционален расстройке, за единицу отсчета принимая границу полосы. Пусть, например, полоса пропускания контура: П = 8 кГц
(т.е. расстройка, соответствующая границе полосы - 4 кГц от середины). Тогда ослабление при расстройке, скажем, на 12 кГц будет
равно 3, на 20 кГц - 5, и т.д.
15*5* Под явление внеполосных сигнялов
Из приведенных выше кривых видно: при относительной расстройке начиная с 10% и больше - ход характеристик не зависит от
добротности контура. В указанных точках подавление сигнала (относительно центральной частоты) составляет Q/5. Интересно, что
более избирательный контур никак не улучшит абсолютное подавление далеко отстоящих от резонанса сигналов, а только
относительное!
Для расстроек, превышающих эту границу, характеристика контура приближенно выразится так:
/о _ / для/ </0, и:
/ Л
14 й
Л>|для/>/
Разумеется, увеличение расстройки относительно резонанса всегда увеличивает ослабление. Но следует иметь е виду, что чем
дальше, темь меньшей степени растет это ослабление.
Например, для контура с добротностью 200 первые 10 процентов отстройки дадут подавление нежелательного сигнала, равное 40
(32 дБ). Но следующие 10% добавят лишь 5 дБ, а следующие 10 - всего 3...
15*6* Связанные контура
Желательную АЧХ для приемного тракта мы представляем себе равномерной в полосе пропускания и быстро спадающей за ее
пределами - так сказать, "прямоугольной". АЧХ одиночных контуров очень далеки от такого идеала: они слишком "острые" посередине и
чересчур вяло спадают при расстройках. Приходится переходить к многоконтурным трактам.
Такие тракты могут быть построены по одному из двух принципов:
1) как цепочки одиночных контуров (настроенных на единую частоту, но иногда - и взаимно расстроенных);
2) как системы связанных контуров.
Под одиночными контурами понимают либо контура, полностью разделенные друг от друга лампами, либо контура со слабой связью
между собой (передача сигнала есть, но нет энергетического влияния друг на друга).
Но в приемниках диапазонов ДВ, СВ, КВ обычно используют связанные контура. В бытовой аппаратуре мы чаще всего встречаем
пары связанных контуров, в специальной - многоконтурные фильтры сосредоточенной селекции (ФСС). Такие сложные избирательные
системы, использующие высокодобротные резонаторы, обеспечивают в одно и то же время и относительно плоскую вершину АЧХ в
области пропускания, и крутой спад на ее "хвостах". Но это достигается ценой ухудшения фазовой характеристики, что неизбежно
сказывается на звучании.
Впрочем, для связных приемников вопрос качества звучания совсем не первостепенный. А для приема однополосной модуляции
(SSB) фазовые искажения уж точно не важны.
Следует иметь в виду, что подавление сигналов, значительно выходящих за полосу приема, зависит только от общего числа
контуров.
15*”* Гауссов тракт
1 - о дин моюур Q = 50
2 - ДЕаконлура<5= 50
3 - ДЕаконлура<5= 32
Рассмотрим теперь тракт с
одиночными контурами.
Приведенная выше, хорошо
известная, формула для полосы
пропускания будет уже неверна,
если мы имеем цепочку каскадов с
контурами. Например, пара
контуров при рас стройке/у 2 (9 даст
общий спад 0,707 0,707 = 0,5,
полоса пропускания сузится (кривая
2) по сравнению с одним контуром
(кривая 1), но путем снижения
добротности ее можно привести к
прежнему значению (кривая 3).
Доказано, что если наращивать
число несвязанных контуров
(соответственно регулируя их
добротность), то результирующая
характеристика приближается к
кривой Гаусса, которая дана на
втором рисунке.
Эта кривая тоже не слишком-то похожа на предполагаемую идеальную АЧХ, но имеет немалое достоинство: ей соответствует
линейная фазочастотная характеристика. Там, где крайне важно сохранить форму огибающей после демодуляции (в радиолокаторах, в
трактах изображения телевизоров), применяют для основной селекции именно цепочку каскадов с одиночными контурами - чтобы
получить гауссову АЧХ. Для вещательных приемников AM здесь можно увидеть путь достижения превосходного звучания.
16. Структуры радиоприемников. Паразитный прием
16Л* Клнллы паразитного приема
Наличие каналов паразитного приема - существенный недостаток супергетеродина. К таким каналам можно отнести следующие:
1) "зеркальный" канал;
2) канал приема на первой промежуточной частоте;
3) каналы приема, обусловленные гармониками гетеродина.
Каналы паразитного приема реально повредят, собственно, только тогда, когда на них будут работать какие-то станции. От них
следует отличать системно обусловленные "пораженные точки". Помимо этого, возможны явления "забития" сильным сигналом,
вызванные нелинейностями трактов, и могущие проявиться в приемнике прямого усиления ничуть не меньше, чем в супере.
16*2* Зеркальный кянял
"Зеркальный" канал - это канал приема на частоте, отличающейся от частоты основной настройки на удвоенную промежуточную
Вообще-то для данной частоты гетеродина/^ существуют два равноправных канала приема: +fnp *fr -fnP- Задача состоит в
том, чтобы подавить один из них (он-то и будет зеркальным, а другой - основным). Чаще основным является "нижний", второй канал, то
есть частота гетеродина устанавливается выше частоты желательного приема (см. рис.). Почему?
905-2О65кГц
Для широко диапазонных приемников обратный выбор влечет
множество проблем. В частности, может оказаться, что частота гетеродина вообще
должна быть меньшей нуля, или она может сделаться равной промежуточной, что
абсолютно недопустимо. Кроме того, осложняется подавление приема на
гармониках гетеродина.
Впрочем, для приема в узких поддиапазонах приемлема и ситуация "гетеродин
ниже".
Как известно, для подавления приема по зеркальному каналу применяют преселекторы, в массовых приемниках это - одиночный
контур, настраиваемый на частоту основного канала. Но, как следует из сказанного ранее, затухание, которое может дать один контур,
весьма ограничено, достичь здесь показателей, лучших, чем 30 - 40 дБ, проблематично. По понятной причине, чем выше частота
приема, тем хуже подавление зеркального канала.
163* Высокая ПЧ или добавочный контур?
Повышение промежуточной частоты рассматривается как естественный путь улучшения селекции основного канала относительно
зеркального, ведь при этом увеличивается отстройка последнего от резонанса.
Но мы уже знаем, что (для структуры с одноконтурным преселектором) отстройка свыше 10% не даст особо большого эффекта. Она
имеет смысл, если к соответствующему показателю нужно добавить разве что несколько децибел; но никак не увеличит подавление на
порядок.
Если уже выполняется: 2/^, > 0,1/^, то рассчитывать кардинально улучшить избирательность по зеркальному каналу повышением
/jjp не приходится. К примеру, при промежуточной частоте 465 кГц - на частотах приема до 10 МГц попытка увеличить подавление
зеркального канала повышением значения ПЧ даст немного. Гораздо эффективнее будет второй, настраиваемый на частоту основного
канала контур.
Проверим простым расчетом. Пусть контур преселектора имеет добротность 100. На частоте приема 10 МГц полоса пропускания -
100 кГц, граница полосы - 50 кГц от центра.
Удвоенная ПЧ (930 кГц) - в 19 раз больше этого значения. Значит, подавление зеркального канала, обеспечиваемое одноконтурным
преселектором, равно 19 (т.е.23 дБ). Конечно, это очень мало.
Добавление второго контура на частоту сигнала увеличит селективность по зеркальному каналу до 19 19 = 360 (46 дБ). Неплохо для
бытового приемника, но недостаточно для профессионального, где потребуется еще один контур (69 дБ).
В других случаях, наоборот, повышение ПЧ неизбежно. Мы можем, к примеру, принять за критерий такую ситуацию, когда
добавление очередного контура на частоту сигнала не улучшает подавление по зеркальному каналу даже на порядок (в 10 раз). Как ясно
из предыдущего, ослабление в 10 раз соответствует расстройке относительно резонанса на величину 5ZZ. Значит, Если 2jjyp < 5ZZ, то
увеличение числа настраиваемых контуров при данном значении ПЧ неэффективно.
Рассмотрим снова ситуацию = 465 кГц. Тогда, если полоса пропускания входного контура 200 кГц или больше, то повышение ПЧ
будет единственным способом обеспечить селективность по зеркальному каналу.
Пусть ожидаемая добротность входного контура снова равна 100. Указанное значение полосы пропускания будет на частоте 20 МГц,
и начиная с этой границы столь низкая промежуточная частота уже неприемлема.
При подборе значения ПЧ - применительно к широкодиапазонным приемникам - не избежать ситуации, когда она оказывается
внутри рабочего диапазона (а это недопустимо). Чтобы с ней разойтись, разработчики использовали варианты с переключаемой ПЧ -
разной для разных поддиапазонов.
16*4* 3 л ди йп дюнная ПЧ
ФНЧ
Г Гетеродин
10850-12300
кГц
Применение промежуточной частоты, выходящей за верхнюю границу
диапазона принимаемых частот, в современной технике широко диапазонного
радиоприема стало довольно обычным делом (см. рис.). В этом случае и
зеркальный, и все другие побочные каналы приема сдвигаются далеко в
высокочастотную область, для их подавления достаточно применить в качестве
преселектора просто фильтр нижних частот. Не пере страиваемый преселектор
обеспечивает простоту реализации, удобство электронной (цифровой) перестройки
приемника. А применение многозвенной фильтрации эффективно подавляет
нежелательные каналы приема.
Следует, правда, отметить, что для ламповой техники подобные структуры по ряду причин не были характерны.
16*5* Помеха с промежуточной частотой
Физическая причина возникновения канала приема на частоте, равной промежуточной, состоите том, что смеситель приемника
отнюдь не является идеальным "четырехквадрантным перемножителем" (как выразился бы специалист). Отсюда - на его выходе будут
присутствовать не только составляющие с суммарной и разностной частотой, но и составляющие входных колебаний: входной сигнал и
сигнал гетеродина. Между прочим, о втором нередко забывают, а ведь мощные колебания гетеродина легко перегружают усилитель ПЧ.
Но нас сейчас интересует первый из сюжетов: именно, проникновение в тракт ПЧ сигнала на частоте, равной промежуточной.
Конечно, в какой-то мере такой сигнал будет подавлен преселектором. Но обычно мы встречаем в схемах добавочный заградительный
фильтр на подобную помеху.
Почему так серьезно относятся к подавлению всего лишь одного из ряда паразитных каналов приема?
Во-первых, эта помеха опаснее. Если мешающий сигнал проникает в тракт, к примеру, по зеркальному каналу, то пораженной
оказывается только одна конкретная точка шкалы. В то время как помеха на ПЧ давит разом все, независимо от настройки.
Во-вторых, эта помеха считалась вероятнее. Источником помехи с промежуточной частотой мог быть попросту другой
радиоприемник (например, работающий за стеной). Как мы упоминали ранее, напряжение ПЧ на входе детектора может доходить до
десятков вольт, вот вам и излучатель помехи! Не удивительно, если близкорасположенная антенна другого аппарата будет принимать не
столько желаемую станцию, сколько передачу из соседней квартиры.
16.6. Помехи ня гармониках гетеродина
Наличие побочных каналов вокруг гармоник гетеродина вызвано даже не тем, что колебания гетеродина несинусоидальны;
основной фактор - это отличие характеристики смесителя от квадратичной. То есть, в конечном счете, несинусоидальным является
закон изменения крутизны преобразовательной лампы ЭД).
Это вызывает появление дополнительных каналов приема на частотах: 2j^ -J/тр, 2/г+ЛтР’ и тд- Обычно самым
опасным (наиболее близким к рабочему диапазону частот) является первый в этом ряду.
Хорошо еще, что (в отличие от зеркального канала) каналы приема, обусловленные гармониками гетеродина, в принципе уже
ослаблены относительно основного канала. А на сколько - зависит от формы колебаний ЭД).
Например, симметрично искаженные колебания практически не содержат второй гармоники 2jp Если к тому же они близки к
прямоугольным ("меандр"), то каждая гармоника ослаблена ровно во столько раз, каков ее номер. Если в прямоугольных колебаниях
полуволны различаются по длительности (короткие импульсы), то ослабление высших гармоник относительно основной частоты будет
меньше, и вдобавок вылезут четные гармоники. Если колебания все же сглажены, высшие гармоники будут затухать быстрее.
Прошу извинения за столь вульгарное преподнесение основ спектрального анализа в одном абзаце.
Подавление указанных паразитных каналов также обеспечивается преселектором, и если в качестве основного канала выбран
"нижний", оно не доставляет проблем.
Впрочем, известны разработки, в которых преобразование на второй или третьей гармонике частоты гетеродина являлось именно
рабочим режимом.
16*”* Забитие* Кросс-модуляция
Особые ситуации возникают при действии на вход приемника помех большого уровня от близкорасположенных передатчиков.
То, что перегружающие сигналы - в стороне от частоты приема, особой роли не играет. Например, в диапазоне коротких волн
полоса пропускания контура преселектора даже по уровню 0,707 доходит до сотен килогерц, при том, что и далее АЧХ может спадать
очень медленно. Не всегда осознают, что первый каскад приемника воспринимает на самом деле смесь сигналов множества станций.
Весьма вероятно, что среди них попадутся сигналы с такими уровнями, когда уже сказывается нелинейность характеристик ламп.
И что же тогда? Рассматривают два фактора.
1) Сильный сигнал нежелательной станции может послужить своего рода "гетеродином" и перенести по частоте какую-то другую,
постороннюю станцию: либо в рабочий диапазон, либо (что более вероятно) на промежуточную частоту. В последнем случае мы будем
на всех частотах слышать эту передачу. Возможен и просто прием гармоник мощного сигнала.
2) Сильный сигнал нежелательной станции может быть продетектирован (сеточное детектирование) одной из ламп
низко избиратель ной части тракта. Напряжение звуковой частоты будет модулировать передачи других станций, и мы, принимая
нужную станцию, будем слышать чужую модуляцию (перекрестная модуляция, или кросс-модуляция). В худшем случае, лампа будет
просто заперта постоянной составляющей продетектированного напряжения (забитие тракта).
Забитие и перекрестная модуляция скорее возникают при такой организации сеточных цепей, которая провоцирует режим сеточного
авто смещен ия.
По сути дела мы пришли здесь к показателю, который именуется динамическим диапазоном приемника (или диапазоном
допустимых уровней сигнала).
Меры борьбы с перегрузкой очевидны. Уменьшение сопротивления сеточных цепей, вывод первых каскадов из контура АРУ.
Повышение линейности первых каскадов. При тяжелой помеховой обстановке - применение входного аттенюатора, ослабляющего
сигналы. Разумеется, хороший преселектор все же снижает вероятность перегрузки, причем важен именно показатель абсолютного
ослабления внеполосных сигналов.
Вот теперь самое время вспомнить, что абсолютное ослабление при больших расстройках не зависит от добротности, оно
увеличивается только за счет снижения характеристического сопротивления контура. Хороший в этом отношении преселектор должен
иметь низкие индуктивности и большие емкости.
Между прочим, если уровни сигнала и недостаточны, чтобы перегрузить каскад усиления радиочастоты, то, будучи им усиленными,
они уже могут оказаться опасными для следующей лампы. Наличие в приемнике каскада УВЧ крайне вредно! А если он и есть, то уж, по
крайней мере, вся избирательность по сигналу должна быть сосредоточена на его входе.
Увы, разработчики прежних лет не следовали этой логике. Более важным считалось побольше усилить сигнал до смесителя -
наиболее "шумного" элемента тракта, с целью повышения чувствительности.
16*8* Перегрузка >ТМ
Аналогичные явления могут возникнуть в тракте УПЧ. Хотя полоса пропускания здесь существенно уже, зато уровни сигнала
намного выше.
Очевидно, что оптимальная структура тракта будет соответствовать сосредоточению всей избирательности прямо на выходе
смесителя (ФСС), а последующие каскады могут быть апериодическими (широкополосными) или слабоизбирательными.
16+9+ Двойное преобразование» Пораженные частоты
Двойное преобразование частоты призвано оптимально разделить две задачи: получения требуемого подавления паразитных
каналов (решаются применением высокой первой ПЧ) и формирования заданной характеристики основной селекции (что удобнее
реализовывать на относительно низкой второй ПЧ). Впрочем, имелись аппараты даже с тройным преобразованием (пример: "Калина").
Нередко находили применение структуры с переменной первой ПЧ, имеющие два преимущества: единую для всех поддиапазонов
шкалу и кварцованный (а значит высокостабильный) первый гетеродин. И тут уж второе преобразование просто неизбежно.
Увеличение числа преобразований множит, в принципе, и паразитные каналы. Но наибольшую опасность представляет сигнал
второго гетеродина и его гармоники. Попав; на вход приемника, они забивают множество точек диапазона приема, образуя так наз.
пораженные частоты.
Борьба с этим явлением одна: всемерно улучшать экранировку блоков приемника и развязку по общим цепям.
17. О диодах п не только
Амплитудньш детектор на диоде
Классическая схема "последовательного" детектора дана на рисунке (собственно, это однополупериодный
выпрямитель). Если представить ламповый диод как идеальный вентиль, то такая модель ("линейного"
детектирования) сразу же дает для постоянной составляющей выходного напряжения:
н и ’
где амплитуда напряжения несущей на входе детектора. Амплитуда низкочастотного напряжения на
выходе:
иВЫл = ~ коэффициент модуляции AM сигнала).
При полярности включения диода как на схеме - выпрямленное напряжение будет положительным.
1“+2 + Искажения в детекторе
Не всегда осознают, что низкочастотный ток, проходящий через резистор нагрузки, протекает также и через нелинейный элемент -
диод! Это может явиться причиной искажений продетектированного сигнала.
Как и для любой схемы, где есть элемент с односторонней проводимостью, нежелательное закрывание диода на пиках огибающей
будет возникать, если нарушается известное условие: I > z, где I - постоянная составляющая тока через диод, аз - амплитуда
низкочастотного тока.
В д етектор е н а д и о д е о б а эти тока с оз д аются то лько вхо д н ы м в ы с окоч астотн ы м
сигналом. Досмотрите на схему наверху. Пусть на нагрузке детектора R1 имеется постоянная f , Д 0,033 Д_С\
с о став ляющая пр од етектир ов ан н ого н апряж е н ия и п ер е ме н н ая т U&, тогд а оч ев и д н о: * rd Н
R2
220к
Если регулятор громкости выведен до предела (движок - в крайнем нижнем по схеме
положении), то:
ЮОк 0.033
Условие отсутствия искажений I > i выполняется автоматически: ведь всегда т < 1. —
Если теперь движок потенциометра перемещен в положение, соответствующее максимуму громкости, то нагрузка детектора для
напряжения низкой частоты будет состоять уже из параллельно соединенных и R2 , и:
Получается, что при т > + 2?2) (в рассматриваемой схеме - при т > 0,5) нарушается условие неискаженного детектирования.
Чтобы уравнять в этом случае нагрузки для постоянного и переменного напряжений, можно увеличить R2’. так при R2 = 1 МОм
искажения будут отсутствовать даже при 80-процентной модуляции.
Другой способ пояснен на нижней схеме: сопротивления нагрузки детектора для постоянного и переменного напряжений различаются
здесь (когда регулятор установлен на максимум) всего на 16%, т.е. до т < 0,84 искажения отсутствуют. Правда, и выходной сигнал снижен
вдвое, но с этим можно примириться.
173* Полоса модулирующих частот
Дополнительные искажения е детекторе могут возникать для наивысших частот модулирующего напряжения, когда заметная доля тока
выделенного сигнала будет протекать через емкость нагрузки САмплитуда общего тока составит, с учетом этой емкости:
г = т U
Оказывается, при т, близком к единице, условие 1 > j опять нарушается - с ростом частоты К В то же время слишком уменьшить С &
нельзя (во всяком случае, она должна быть на порядок больше емкости диода).
1\-L Путаница с "входным сопротивлением"
Для схемы "последовательного" детектора в книга:: обычно дается формула: 0,5 R.
С входным сопротивлением нелинейных схем дело обстоит непросто. При гармоническом напряжении входной ток детектора является
резко не синусоидальным. В этих условия::, если уж вести речь о входном сопротивлении, следует прежде ясно оговорить, какой смысл
будет придаваться этому понятию.
Допустим, источник сигнала имеет внутреннее сопротивление R^. Следует ожидать, что выпрямленное напряжение T_J^ будет (даже
при "идеальном" диоде) теперь заметно меньше амплитуды ЭДС сигнала и тем меньше, чем больше R^. Этот факт можно приписать
влиянию "входного сопротивления" детектора R^y-, снижающему напряжение пропорционально +
Даже не решая сложное уравнение, можно будет сделать вывод: искомая величина входного сопротивления не является постоянной; с
увеличением R^эффект детектирования снижается медленнее, чем можно было бы ожидать. Заметим, однако, что здесь получается
принципиально во много раз меньше, чем 0,5 R (особенно при малых сопротивлениях источника сигнала).
В итоге, при низко о мн ом источнике расчет "входного сопротивления" детектора вообще теряет смысл, так как в большинстве случаев
оказывается верным простое соотношение:
Е/я=(0,8...0,9>вг
Другое дело, если детектор подключен к колебательному контуру, как чаще всего и бывает в ламповы:
схема::. Главное, что при этом интересует - снижение добротности, связанное с отбором энергии. Здесь
потребуется по-иному определить входное сопротивление детектора:
2Р
где Р - мощность, отбираемая детектором из контура. Из условия баланса мощностей, учитывая, что:
Р = и2 JR,
Чувствительность детектора
Для того, чтобы существовал эффект детектирования, требуется выполнение условия, противоположного условию отсутствия отсечки
(для линейных схем):
I «Г.
Здесь:
I - постоянная составляющая тока через диод (примерно равная
z'- переменная составляющая, условно принимая диод линейным (равна Rj - дифференциальное сопротивление диода при токе
I). Вводя крутизну характеристики диода £ = 1 //Л, получаем условие линейного детектирования:
Располагая характеристикой диода, мы смогли бы теперь получить какие-то количественные оценки.
В связи со специфической характеристикой лампового диода (полином степени 3/2), его чувствительность в принципе растет со
снижением уровня детектируемых сигналов (ff уменьшается намного медленнее, чем 7). Однако этот ток никак не может быть сделан
меньше начального тока диода, составляющего несколько микроампер.
Понятно, что увеличение нагрузки детектора R повышает чувствительность, так как снижается ток диода.
Параллельный детектор
Присоединим "нижний" еыеод резистора нагрузки к ВЧ входу, как на рис. слева. Ни для
постоянной составляющей тока, ни для модулирующего колебания - е схеме, по сути дела,
ничего не изменилось. Перевернув теперь схему (справа), получим известный по книгам
параллельный детектор.
В новой схеме резистор R дополнительно подгружает ВЧ вход. Соответственно снижается
входное сопротивление для резонансных цепей:
0,5Я + Я
= R!3-
Отличием этой конфигурации является также присутствие на ее выходе, помимо низкочастотного
напряжения, еще и полного входного сигнала. Поэтому в практических схемах предусматривается
дополнительная фильтрующая ячейка R^Cg для снятия нежелательной ВЧ составляющей.
К параллельному детектору обращаются нередко. Во-первых,
если схема диктует необходимость непременно емкостной связи с
источником сигнала. Во-вторых, это естественное решение для
комбинированных ламп (таких как 6Г2), а также прямо накальных, то есть тех, где катод диода
вынужденно заземлен.
Впрочем, в этих последних случаях вполне возможно и последовательное детектирование - если
только контур может быть отвязан от "земли" (см. последний рис.).
При указанной полярности включения диода выпрямленное напряжение - минусовое.
Л* Сеточный детектор
Эта схема типичнадля простых малоламповых приемников. Она эквивалентна сочетанию обычного
детектора и усилительного каскада; только роль анода диода играет управляющая сетка. По понятным
причинам ВЧ фильтрацию приходится осуществлять уж ев анодной цепи.
В книгах мы читаем, что сеточный детектор обладает повышенной чувствительностью; это
действительно так. Дело в том, что отказ от регулятора громкости вслед за детектором - позволяет
увеличить сопротивление нагрузки (Л). Тем самым и сохранить высокую добротность контура, и снизить
до минимума ток через "диод". Правда, это оборачивается и негативной стороной: возможностью
перегрузки каскада сильными сигналами, размах которых превысит раствор характеристики лампы. В
предельном случае выделенная ПЧ огибающая (на отрицательной "подставке") вообще выносится в
область отсечки характеристики, а слушатель раритетного приемника недоумевает: почему при точной
настройке на очень мощную станцию передача пропадает?
1”.8+ Катодный детектор
Если сеточный детектор по принципу работы - диодный, то катодный и анодный детекторы действуют иначе.
Взглянем на эту схему как на катодный повторитель с емкостной нагрузкой. В отличие от линейного случая, ток
покоя в детекторе всегда должен быть выбран "неправильно11, чтобы не позволять емкости разряжаться в
промежутке между двумя положительными полуволнами колебаний несущей:
Здесь Г - снова амплитуда тока несущей частоты/в катоде, как если бы не было отсечки колебаний, I - ток покоя
лампы.
Будем считать, что фильтрующий конденсатор С& имеет достаточно большую емкость, чтобы выполнялось: «S . Практически
это достижимо, если несущая и модулирующая частоты различаются на порядки. Такой режим катодного детектора наиболее выгоден в
отношении чувствительности.
В данном случае повторитель нагружен (для несущей частоты) на сопротивление, значительно меньшее его выходного сопротивления,
равного 1/£. Следовательно, гипотетическую величину Г, соответствующую линейному режиму работы, записать просто: = как в
любом каскаде, где катодный резистор заблокирован конденсатором большой емкости.
Получаем знакомое уже условие эффективного детектирования, противоположное условию работы без отсечки:
те-
Рассмотрим каскад с триодом 6Н1П, пусть анодный ток равен 1 ллЛ, при этом крутизна 2л^4/5. Тогда порог детектирования получается
0,5 В. Чувствительность будет повышаться с уменьшением тока покоя: при снижении тока в 8 раз она повышается вчетверо (почему -
надеюсь, пояснять не надо). В практических схемах номинал катодного резистора выбирают поэтому от 50 до 200 кОм.
Катодный детектор легко рассчитать с позиции отсутствия искажений, вызванных как активной, так и реактивной внешней нагрузкой,
при безусловном со^фанении начальной добротности контура. Однако никаких других особенных достоинств у него нет (зато имеются
недостатки), поэтому заметного распространения он не нашел.
1”.9+ Анодный детектор
Рассмотренные выше схемы детектирования имеют общую особенность: напряжение на открытом нелинейном элементе представляет
собой только разность между огибающей AM колебания и величиной выходного напряжения (тот же "сигнал ошибки", аналогично
усилительным схемам с обратной связью). Потому детекторы обеспечивают малые искажения, причем форма характеристики нелинейного
элемента совершенно не важна! Условие "линейности" детектирования сформулировано выше. Если оно не соблюдается (сигнал слабый),
детектор превращается в нелинейный ("квадратичный").
В литературе можно встретить утверждение: любой детектор является линейным для "сильных" сигналов. Причина, якобы, в том, что
для таких сигналов характеристика детектирующего элемента аппроксимируется кус очно-л инейной, состоящей из двух прямых.
Это неверно. Ни при каких условиях полиномиальная характеристика не эквивалентна составленной из двух прямых. Применявшийся
изредка в старой аппаратуре анодный детектор, в частности, осуществляет нелинейное преобразование сигнала в соответствии с формой
характеристики лампы, при этом отсутствует отрицательная обратная связь. Ни при каких самых "сильных" сигналах здесь не
обеспечивается линейная демодуляция. Не буду даже приводить эту мерзкую схему; впрочем, она отличается от сеточного детектора лишь
подачей на лампу смещения, почти запирающего ее (для выполнения навязшего в зуб ах условия детектирования).
Кенотронный выпрямитель
Точнее:
Схему двухполупериодного (двухфазного) кенотронного выпрямления мы встречаем в большинстве
старых ламповых устройств. На пиках напряжения вторичной обмотки входной конденсатор фильтра
заряжается почти до амплитудного значения Нельзя забывать, что амплитуда напряжения обмотки
составляет 1,41 ее действующего значения (того, которое фигурирует в расчетах трансформатора и
измеряется ав о метр ом).
Падение напряжения на каждой фазе (в каждом плече) может составлять 20-50 В - складывается из падения на кенотроне и на
омическом сопротивлении обмотки. Конечно, оно зависит оттока нагрузки, но не так все просто.
Можно подумать, что ток через лампу - это выпрямленный ток (или даже его половина, ведь схема-то двухполуп ер иодная). В среднем
это действительно так. Но ведь режим работы кенотрона импульсный, он открыт только небольшую часть периода. В течение этого
времени ток в несколько раз превышает средний. Именно об этом мы упоминали ранее. Отсюда и должен исходить тот, кто попытается
определить по вольтамперной характеристике диода и известному сопротивлению обмотки.
Вот типичный пример: выпрямительная лампа - 5Ц4С, напряжение анодной обмотки (эффективное) на холостом ходу 2 х 250 В, что
соответствует амплитуде 350 В. Именно столько и будет замерено на выходе выпрямителя без нагрузки. При нагрузке током 40 ллЛ (при
активном сопротивлении каждого плеча вторичной обмотки, допустим, 30 Ом) напряжение упадет примерно до 300 В.
Разумеется, нельзя забывать еще и про падение напряжения от выпрямленного тока на обмотке дросселя фильтра. И не удивимся, что
выпрямленное напряжение зависит даже от величины входной емкости: ведь чем больше емкость, тем меньше длительность импульса
заряда и, соответственно, выше ток в импульсе.
1”.11. ровень пульсаций
В промежутке между соседними пиками напряжения конденсатор разряжается на нагрузку. Считая процесс разряда линейным, а его
длительность равной половине периода частоты сети (это для двухполупериодного выпрямителя, а для однополупериодного - целому
периоду), получаем спад напряжения на емкости:
А?7« 1НЫ!С,
где, например, для частоты сети 50 Гц А/ = 0,01 с .
Принятые допущения приведут к тому, что размах пульсаций по приведенной формуле получится слегка завышенным, но это
обеспечит полезный запас расчета.
Сглаживающие фильтры
Так называемый П-образный фильтр (наверху) весьма эффективен для питания анодных цепей.
Дополнительное Г-образное звено снижает уровень пульсаций (при правильном выборе элементов)
примерно в соответствии с соотношением реактивных сопротивлений его элементов, то есть в
4 л2 f2LC раз. А при неправильном выборе - пульсации могут быть даже подняты резонансом, но
это, конечно, надо еще умудриться...
В устройствах большой мощности находил применение Г-образный фильтр (внизу),
начинающийся с индуктивности. Его особенность - ток каждого плеча почти неизменен в течение
половины периода (и равен току нагрузки). Это дает два преимущества:
1) снижается падение напряжения в плече U&, возрастает КПД;
2) уменьшается вероятность превышения допустимого тока вентиля в импульсе (к чему были
весьма чувствительны так наз. газотроны... да, существовали и такие!).
Крупным недостатком схемы является то, что напряжение на выходе выпрямителя здесь не сглажено; размах пульсаций приближается
к амплитуде напряжения обмотки. Г-образное звено призвано целиком взять сглаживание на себя, поэтому требуемые величины £ и С
получатся существенно выше, часто переходили даже к двухзвенной фильтрации.
Разумеется, с однополупериодным выпрямителем подоЬный фильтр несовместим вообще.
В дешевых аппаратах вместо дросселя устанавливали просто резистор; разумеется, при оценке подавления пульсаций надо принимать
тогда в расчет активное сопротивление вместо индуктивного.
С момента появления в Интернете моего пособия «Принципы схемотехники элек-
тронных ламп» я получил немало вопросов от читателей. Некоторые из них обернулись
дополнениями в тексте и добавочными главами.
Иные из вопросов носят частный характер, хотя разбор их может послужить к
пользе. Я решил вынести такие вопросы и ответы в отдельное приложение, которое,
возможно, будет пополняться.
Что такое «антипаразитный» резистор, который порой включают в сеточные
цепи ламп?
Лампа с высокой крутизной и хорошими частотными свойствами, применяемая в
УНЧ, изредка может (при неудачном монтаже) самовозбудиться на подходящих к панель-
ке проводах, как на двухпроводной линии. Частота паразитной генерации будет состав-
лять сотни мегагерц.
Включение «антипаразитного» резистора не принесет вреда (впрочем, чаще всего,
не принесет и пользы).
В старой книжке я прочел, что рабочую точку в катодном детекторе надо вы-
бирать на нижнем сгибе характеристики, а вы ничего про это не пишете.
Потому что никаких таких особенных точек («нижних сгибов» и т.п.) на характери-
стиках электронных приборов нет. Верно, что чувствительность лампового детектора
(любого) возрастает при уменьшении постоянной составляющей тока, почему - было
разъяснено достаточно. А вот, к примеру, чувствительность транзисторного эквивалента
(эмиттерного детектора) постоянна и не зависит от тока, причиной - экспоненциальная
характеристика. Несмотря на это, иные чудаки и здесь пытаются искать какую-то завет-
ную точку...
Я собрал по описанию в журнале «Радио» приемник с регенеративным катод-
ным детектором. И обнаружил, что если довести каскад до генерации, то избавиться
от нее трудно, надо очень сильно уменьшать обратную связь. Почему это так?
Вы на практике почувствовали, что такое классический «жесткий режим самовоз-
буждения». Дело достаточно ясно: катодный детектор работает при большом смещении,
то есть при малом усилении. Возникающая генерация выводит лампу (в среднем) в об-
ласть с большим усилением, положительная ОС возрастает, это и служит причиной свое-
образного «гистерезиса».
Рекомендую все же использовать регенератор, совмещенный с сеточным детекто-
ром, где лампа исходно имеет максимальное усиление. Ничего особенно хорошего в ка-
тодном детекторе нет.
В любой схеме старого радиоаппарата первичная обмотка выходного транс-
форматора звука зачем-то зашунтирована конденсатором (в среднем 5000 пФ). В со-
временных схемах аудиоусилителей такого конденсатора не встретишь. В чем тут
дело? Нигде в книгах про это не нашел...
Звуковой трансформатор приемника, усилителя - работает в очень широком диапа-
зоне частот: как правило, до 100-кратного и выше. В этих условиях трудно не заполучить
проблемы.
У любого трансформатора имеется так наз. паразитная индуктивность рассеяния,
вызванная неидеальной связью обмоток по магнитному потоку. В дешевых трансформа-
торах она выше.
Наличие этого паразитного параметра вызывает возрастание полного сопротивле-
ния первичной обмотки с ростом частоты. В оконечном каскаде на пентоде, тетроде это
может повлечь его перегрузку (уход в ограничение) с неизбежными искажениями. Блоки-
ровочный конденсатор призван выровнять частотную зависимость сопротивления.
Дорогостоящие трансформаторы современных аппаратов класса Hi-Fi и Hi-End
специально выполняются с очень низкой индуктивностью рассеяния. К тому же в триод-
ных каскадах возрастание сопротивления анодной цепи не так опасно - оно просто вызо-
вет спад частотной характеристики. Потому и нужды в таком конденсаторе нет.
Любители, собирающие дешевые и простые аппараты, не ставят блокировочный
конденсатор по невежеству, бездумно ориентируясь на топовые конструкции.
Что означает «звуковая сигнатура лампы»?
Не знаю. Обратитесь к более квалифицированным экспертам.
В схеме магнитофона «Днепр-3» каскады усилителя собраны на пентодах 6Ж7.
Но ведь уже в это время данная лампа была устаревшей, интересно, почему ее при-
менили?
Считалось, что лампа 6Ж7 предпочтительнее для высокочувствительных усилите-
лей, чем «одноцокольная» 6Ж8, поскольку обеспечивает меньший уровень фона при пи-
тании накала переменным током.
Собрал усилитель с выходным каскадом на 6П6С, как в «СНАМР АМР
АА764», а в качестве выходного трансформатора взял ТВК. На малой громкости иг-
рает чисто, но когда прибавляешь - просто кошмар... И еще: при этом накал ламп
заметно тускнеет. В чем дело?
«Пригасание» накала может быть связано только с одним: резким ростом потреб-
ления тока от трансформатора питания (естественно - по аноду).
Но в однотактном каскаде класса А постоянная составляющая анодного тока не за-
висит от уровня сигнала. Рост тока потребления вызван переходом в режим АВ - вот от-
куда искажения!
Эти соображения позволяют воссоздать детали происходящего. Взятый трансфор-
матор имеет невысокий коэффициент трансформации (20 : 1). В то же время лампа рабо-
тает в режиме сравнительно небольшого анодного тока (38 мЛ) и высокого напряжения
(300 В). При приведенной к аноду нагрузке в 3200 Ом (акустическая система 8 Ом) и мак-
симальной амплитуде тока, скажем, ЗОл/Л, предельная амплитуда напряжения получится
всего 100 В, а неискаженная мощность 1,5 Вт.
Но при анодном напряжении 300 В эта амплитуда (соответственно, и мощность)
могла бы быть по крайней мере вдвое больше. Вы это чувствуете, и доворачиваете ручку
громкости, лампа начинает работать с отсечкой (не хватает постоянного тока анода).
Итак, корень низкого КПД - в недостаточном сопротивлении анодной нагрузки.
Сопротивление должно быть увеличено вдвое - коэффициент трансформации примерно
30: 1.
Можно ли намотать выходной трансформатор УНЧ на торе?
Для двухтактного каскада - можно, тем более что тороидальный трансформатор
(при правильной намотке) будет иметь меньшую индуктивность рассеяния, а значит, луч-
ше передавать высшие частоты.
Для однотактных же схем он вряд ли приемлем, поскольку невозможно будет обес-
печить зазор в магнитопроводе. А такой зазор нужен для трансформатора, работающего с
постоянным подмагничиванием (во избежание насыщения сердечника).
Решил собрать с экспериментальными целями сверхрегенеративный прием-
ник (для приема на УКВ), по схеме из старого журнала. Думаю, что подключение ан-
тенны напрямик к детектору не обеспечит хорошей чувствительности, и стоит доба-
вить каскад усиления радиочастоты, а то и несколько. Я прав?
Принцип действия здесь таков, что чувствительность определяется только уровнем
шумов сверхрегенераторной лампы; добавление УВЧ может ее разве что понизить. Тем не
менее, применение одного каскада перед сверхрегенеративным детектором имеет опреде-
ленный смысл: устранить паразитное излучение в антенну, которое иначе будет создавать
помехи близко расположенным приемникам.
Собираю усилитель с лампой 6ПЗС. Вот только схема из книжки рассчитана
на анодное напряжение 250 Я, а мой источник питания будет давать 300. Не надо ли
изменить резистор катодного смещения?
Надо, но не из-за иного анодного напряжения. А потому, что, по-видимому, возрас-
тет напряжение и на экранной сетке, именно это повлечет увеличение тока покоя.
Соответствующие расчеты можно выполнить, опираясь на характеристики лампы в
триодном включении (не удивляйтесь, ведь для питания лампа включена здесь триодом).
Если такие кривые отсутствуют, можно просто увеличить R к примерно в полтора раза, а
уточнить режим при испытании макета.
При прослушивании диапазона коротких волн обращает на себя внимание
свист, меняющий тон при перестройке. Я полагаю, что подобное может вызываться
только самовозбуждением УПЧ. Но проверка показывает полную устойчивость...
Этот свист вызван интерференцией между станциями, принимаемыми по основно-
му и зеркальному каналам. При перестройке гетеродина - сигналы в тракте УПЧ от стан-
ций этих каналов меняются по частоте встречно.
В старом журнале «Радио» встретил описание «режекторно-интегрального
формирователя частотной характеристики» Бурундукова. Элементарными средст-
вами обеспечивается близкая к идеальной характеристика затухания фильтра ПЧ.
Почему такая простая система не нашла применения?
Эта публикация мне известна. Она из той же серии, что и «растянутая характери-
стика с пентодом типа Ж».
По существу, автор добивается имитации желаемой АЧХ нелинейными элементами
при испытании тракта тестовым гармоническим сигналом и контроля по постоянной со-
ставляющей на выходе детектора. Такой имитатор не имеет ничего общего с условиями
реального приема.
Эта статья - просто досадное недоразумение.
В радиолюбительской брошюре попалась схема, в которой ламповый триод
используется при очень низком анодном напряжении. Это что, новое в технике ра-
диоламп?
Чтобы «раздраконить» ситуацию, следует знать, что для триода запирающее на-
пряжение (при котором IА ~ 0 ) можно оценить как UА / .
Возьмем триод 6Н1П (
= 35 ). Для него это напряжение:
при UA = 807?: 2,3 В;
при UA = 8В : 0,23 В.
Таким образом, при снижении анодного напряжения, во-первых, уменьшается рас-
твор характеристики. Так, для 6Н Ш в указанном режиме допустимая амплитуда входно-
го сигнала составит 70-100 мВ при смещении 0,1 В, при булыпих сигналах возникнет пе-
регрузка.
Для 6Н2П, имеющей = 97 , допустимый размах колебаний от пика до пика будет
при UА = SB и того меньше: всего 80 мВ.
Второе - при столь малых напряжениях снизится и анодный ток. Следует знать, что
работа при микротоках чревата повышенными за счет дробового эффекта шумами.
Сказанное здесь относится и к пентодам (к напряжениям на второй сетке). В лам-
повых УКВ ЧМ приемниках - способом намеренного снижения U С2 реализовывали ам-
плитудный ограничитель. За исключением ламп «варимю», конечно: в них при низких
U С2 будет работать участок с редкой навивкой управляющей сетки.
В моем УНЧ не удавалось полностью избавиться от фона переменного тока,
пока я не заземлил шасси...
В общем-то, вы поступили правильно. «Висящая в воздухе» общая шина (шасси,
проводящий корпус) доставляет всегда много неприятностей. Потому что на ней обяза-
тельно наводится интенсивная 50-герцовая помеха. Вы можете в этом убедиться, коснув-
шись щупом осциллографа.
Для компенсации - точно такая же помеха должна присутствовать в высокоомных
сигнальных цепях, а поскольку это маловероятно (паразитные емкости складываются по-
разному), то возникает фон. Нередко этот фон возрастает, если коснуться рукой корпуса.
Сергей Гаврилов, технический директор
ЗАО ТП Телеком" (495) 495-15-23
Лицензии, проекты, частоты, НИОКР
WW.gptelecom.ru