|
|
Лампы в усилителях звуковых частот
Основным и самым главным активным компонентом электронных ламповых устройств, является электронная лампа или радиолампа, как её привыкли называть в радиолюбительской среде.
Итак – электронная лампа – это электротехническое вакуумное или газонаполненное изделие с нелинейной вольт – амперной характеристикой, использующее принцип управления потоком электронов в вакууме или плазмы в инертном газе, для получения необходимых выходных характеристик и параметров.
Рис. 1. Эскиз к описанию работы электронной лампы
Основные параметры ламп
К общим основным электрическим параметрам приемно-усилитель»- ных ламп относятся коэффициент усиления лампы, крутизна характеристики лампы и внутреннее сопротивление лампы. Эти три параметра можно определить графическим путем по анодным или анодно-сеточным характеристикам лампы.
Рис. 2. Внешний вид пальчиковой лампы 6Э5П
Приемно-усилительные лампы различного назначения характеризуются еще и специальными для них параметрами. Эффективность работы частотопреобразовательных ламп, например, определяется крутизной преобразования. Для высокочастотных ламп большое значение имеют такие параметры, как входная, выходная и проходная междуэлектродные емкости. Оценкой усилительных свойств этих ламп служит параметр, называемый коэффициентом широкополосности. Уровень шумов усилительных ламп оценивают величиной эквивалентного сопротивления внутриламповых шумов. Лампы, предназначенные для усиления колебаний низкой частоты, характеризуются такими параметрами, как выходная мощность и коэффициент нелинейных искажений. Для кенотронов одним из основных параметров является амплитуда обратного напряжения.
Коэффициент усиления - отношение приращений напряжения анода и напряжения первой (управляющей) сетки, вызывающих одинаковые изменения анодного тока при постоянных напряжениях остальных электродов лампы:
где ∆Ua и ∆Uc1 — значения приращений напряжений анода и первой сетки соответственно.
Отсюда видно, что коэффициент усиления показывает, во сколько раз действие на анодный ток одного вольта сеточного напряжения эффективнее действия одного вольта анодного напряжения. Наибольшим коэффициентом усиления обладают высокочастотные пентоды.
Крутизна характеристики - отношение приращения анодного тока к вызвавшему его приращению напряжения первой (управляющей) сетки при неизменных напряжениях остальных электродов лампы:
где ∆Ia - приращение анодного тока, ма;
∆Uc1 - приращение напряжения первой сетки, в.
Следовательно, крутизна характеристики показывает, на сколько миллиампер изменится анодный ток при изменении напряжения управляющей сетки на один вольт. Наибольшей крутизной характеристики обладают триоды и пентоды, предназначенные для широкополосного усиления.
Внутреннее сопротивление - отношение изменения анодного напряжения к соответствующему изменению анодного тока при постоянных напряжениях остальных электродов лампы:
где ∆Ua - приращение анодного напряжения, в;
∆Ia - приращение анодного тока, а.
Наименьшее внутреннее сопротивление имеют выходные триоды, тетроды и пентоды.
Коэффициент усиления, крутизна характеристики и внутреннее сопротивление связаны следующим соотношением:
При определении одного из этих трех параметров по двум известным другим внутреннее сопротивление выражают в килоомах (кОм), а крутизну характеристики – в миллиамперах на вольт мА/в.
Выбор режима работы лампы
На рисунке 3, в качестве примера, показаны анодные характеристики триода 6Н5С, с выбранной рабочей точкой А, и соответствующими параметрами приращений токов и напряжений.
Рис. 3. Анодные характеристики триода 6Н5С, с выбранной рабочей точкой А, и соответствующими параметрами приращений токов и напряжений
Выбор режима работы лампы
Выбор режима работы лампы в каскаде на сопротивлениях сводится к выбору сопротивления анодной нагрузки Ra и определению напряжений на аноде Ua, на управляющей сетке Ua0 и экранирующей сетке Uэ.
Сопротивление Ra для триодов, выбирается обычно в 2 - 4 раза больше их внутреннего сопротивления Ri;
Сопротивление Ra для пентодов, выбирается в пределах 50 - 500 ком.
С увеличением Ra растет коэффициент усиления, но вместе с тем увеличиваются частотные искажения на высоких частотах.
Для определения величин Ua и Ua0 следует построить динамическую характеристику на семействе статических анодных характеристик. Построение показано на рис. 4. Динамическая характеристика должна соединять на горизонтальной оси точку, соответствующую выбранному напряжению источника анодного питания Eа, и на вертикальной оси точку, где ток Im, определяется по формуле:
Для выбора рабочей точки динамическая характеристика строится в сеточной системе координат. Рабочая точка выбирается в средине прямолинейного участка динамической характеристики. Из динамической характеристики, построенной на рис. 4, определяются следующие параметры:
- Uc0 = -1 в; - Ua0 = 155 в; - Ia0 = 1,4 ма.
Рис. 4. Динамическая линия нагрузки, построенная на анодно - сеточных характеристиках триода 6Н2П
Максимальная амплитуда переменного напряжения на управляющей сетке, при которой практически отсутствуют сеточные токи и искажения при усилении невелики, Umc = Uc0 – (0,3 ÷ 0,5) в. При выборе режима для пентода при больших значениях Ra (более 200—300 ком) приходится снижать напряжение на экранирующей сетке по сравнению с приводимым в справочниках. В противном случае динамическая характеристика получается пологой, и режим становится невыгодным, так как снижается усиление и увеличиваются искажения. Для построения динамической характеристики при сниженном значении напряжения на экранирующей сетке Uэ нужно иметь семейство анодных характеристик для такой величины Uэ. Такое семейство характеристик можно снять или построить путем пересчета из имеющегося семейства. В последнем случае нужно знать зависимость анодного тока от напряжения на экранирующей сетке.
Крутизна преобразования - отношение переменной составляющей анодного тока промежуточной частоты к переменному напряжению сигнальной сетки при заданном переменном напряжении гетеродинной сетки.
Это параметр, выражаемый в миллиамперах на вольт, показывает, какую амплитуду тока промежуточной частоты в анодной цепи лампы создает напряжение сигнала амплитудой в один вольт. Крутизна преобразования обычно в 3 - 4. раза меньше крутизны характеристики лампы! Ее значение возрастает при увеличении напряжения гетеродина.
Входная емкость - статическая емкость управляющей сетки по отношению к тем электродам, на которых в рабочем режиме лампы нет переменных потенциалов частоты напряжения, приложенного к цепи управляющей сетки.
Для триода входная емкость равна емкости между его сеткой и катодом. Для пентода она равна емкости между первой (управляющей) его сеткой и катодом, соединенным со второй и третьей сетками. Для гептода входная емкость равна емкости между его сигнальной сеткой и катодом, соединенным с остальными сетками и анодом.
Выходная емкость - статическая емкость анода по отношению к тем электродам, на которых в рабочем режиме лампы нет переменных потенциалов той же частоты, какую имеет переменное напряжение на сопротивлении нагрузки лампы.
Для триода выходная емкость равна емкости между его анодом и катодом. Для пентода она равна емкости между его анодом и катодом, соединенным со второй и третьей сетками. Для гептода выходная емкость равна емкости между его анодом и катодом, соединенным со всеми пятью сетками.
Чем меньше суммарное значение входной и выходной междуэлектродных емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики, тем большее усиление она дает на высоких частотах.
Проходная емкость - емкость между анодом и управляющей сеткой лампы.Отношение крутизны характеристики лампы к ее проходной емкости служит показателем устойчивости усиления.
Коэффициент широкополосности, - представляет собой отношение крутизны характеристики лампы в миллиамперах на вольт (мА/в), к сумме входной и выходной емкостей лампы в пикофарадах (пф).
Чем меньше суммарное значение входной и выходной емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики, тем большее усиление можно получить на высоких частотах.
Эквивалентное сопротивление внутриламповых шумов – это активное сопротивление, на концах которого при комнатной температуре под воздействием собственных тепловых колебаний электронов возникает напряжение шумов, равное напряжению шумов лампы, пересчитанному в цепь ее сетки.
Можно считать, что для триода эквивалентное сопротивление шумов, с достаточной точностью рассчитывается по формуле:
а для пентода эквивалентное сопротивление шумов рассчитывается по более сложной формуле, из которой явно видно, что шумы пентода превышают триодные шумы:
Здесь токиIа и Ic2 должны быть выражены в миллиамперах (мА), крутизна S - в миллиамперах на вольт (мА/в) и сопротивление Rm - в килоомах (кОм).
Эквивалентное сопротивление шумов лампы, следовательно, тем меньше, чем больше крутизна ее характеристики, причем у триодов оно значительно ниже, чем у тетродов и пентодов (чем больше сеток у лампы, тем выше уровень ее шумов). Этот параметр необходимо учитывать при выборе лампы для первых каскадов усилителей.
Выходная мощность - мощность переменной составляющей анодного тока, отдаваемая в нагрузку.
Чем больше крутизна характеристики выходной лампы, тем при меньшем напряжении сигнала на входе оконечного каскада можно получить необходимую выходную мощность. Для получения наибольшей мощности при наименьших нелинейных искажениях сопротивление анодной нагрузки у триодов должно быть в 2 - 3 раза больше, а у пентодов и лучевых тетродов примерно в 10 раз меньше их внутреннего сопротивления.
Коэффициент нелинейных искажений - отношение квадратного корня из суммы квадратов выходных напряжений всех высших гармоник (практически можно учитывать только вторую и третью гармоники), возникающих при усилении, к напряжению усиленного сигнала. Как и выходная мощность, этот параметр зависит от того или иного режима работы выходной лампы.
Амплитуда обратного напряжения - амплитуда разности потенциалов между катодом и анодом лампы при появлении на катоде более высокого потенциала относительно анода.
Наибольшие значения амплитуды обратного напряжения характерны для высоковольтных кенотронов.
|
