Розрахунок лампових підсилювачів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору

 Коментарі до статті

Підсилювач - один із найпоширеніших елементів радіоелектронних пристроїв, але чому ми починаємо його розрахунок із застарілого лампового підсилювача? Причин кілька, і головна їх у тому, що інтерес до лампової техніки знову відроджується, особливо серед любителів високоякісного звуку. Лампові підсилювачі невибагливі, надійні, і хоча перенапруги можуть спричинити короткочасні пробої між електродами, після них найчастіше лампа залишається працездатною. Перевантаження струмом викликають розігрів електродів, але залишається достатньо часу, щоб побачити розпечений анод і не поспішаючи вимкнути живлення. Транзистори ж виходять з ладу навіть при короткочасних навантаженнях, миттєво, мовчки і назавжди. Додамо, крім того, що розрахунки підсилювачів на лампах та польових транзисторах, наприклад, дуже схожі.

Розрахунок будь-якого підсилювача починають з визначення його параметрів виходячи з призначення підсилювача: смуги частот, вихідної напруги, струму або потужності, опору навантаження, вхідної напруги і вхідного опору. Для УЗЧ домашнього радіокомплексу, наприклад, вихідна потужність може бути 5 Вт на опорі навантаження (динамічній голівці) 4 Ом, смуга частот - 70 Гц...12,5 кГц, вхідна напруга - 20 мВ ...1 В при вхідному опорі не менше 500 ком. Зазначений діапазон вхідних напруг дозволить підключати підсилювач до багатьох джерел програм: радіоприймача, програвача з п'єзоелектричним звукознімач, лінійних виходів інших пристроїв.

Такий підсилювач доцільно розділити на дві частини: попередній підсилювач напруги, який обов'язково увійде регулятор гучності (посилення) і, можливо, регулятори тембру (форми АЧХ) і кінцевий підсилювач потужності. Останній розраховують на постійний рівень вхідного сигналу, який відповідає вихідному сигналу попереднього підсилювача.

Отже, розраховуємо підсилювач на лампах. Схема найпростішого аперіодичного підсилювача на тріоді показана на рис. 48.

Для розрахунку знадобляться деякі довідкові дані: напруга і струм розжарювання лампи (ланцюга розжарення на схемі не показані), рекомендовані напруга зміщення, анодна напруга і струм, крутість характеристики S і внутрішній опір лампи RI або коефіцієнт посилення μ. Останні три параметри пов'язані простим співвідношенням: μ = SRI

Ламповий каскад хороший тим, що на низьких частотах він практично не споживає потужності джерела сигналу - анодний струм управляється напругою на сітці. Проте резистор витоку сітки R1 опором 0,5...4,7 МОм все ж таки необхідний, щоб рідкі електрони, що осіли на сітці, не заряджали її негативно, а поверталися через цей резистор на катод. Цей резистор зручно використовувати як регулятор гучності.

Конденсатор С1 потрібен для того, щоб постійна складова вхідного сигналу (якщо вона є) не потрапляла на сітку та не змінювала режим лампи. Його ємність розраховують за формулою для частоти зрізу ФВЧ, яка повинна бути меншою за найнижчу частоту смуги пропускання fн:

Щоб сітковий струм був відсутній, напруга на сітці завжди повинна бути негативною щодо катода, тому необхідна деяка напруга зміщення. Практично незручно використовувати окреме джерело негативної напруги, тому найчастіше включають до катодного ланцюга резистор автоматичного зміщення R2. Анодний струм лампи ia створює у ньому падіння напруги Uс, прикладене плюсом до катоду, а мінусом - до сітки. Формула для його розрахунку проста:

Залишилося порахувати опір навантаження з огляду на те, що на ньому впаде приблизно половина напруги джерела анодного живлення Еа:

Серед широко поширених подвійних тріодів найбільший коефіцієнт посилення μ = 100 має лампа 6Н2П з параметрами S - 2 мА/В, Ri = 50 кОм, Uc = -1,5 В, Ua = 120 В, ia = = 1 мА (останні два відрізняються від наведених у довідниках 250 В і 1,8 мА, але ми вибрали їх за характеристиками лампи з міркувань економічності.Прийнявши Еа = 240 В, знаходимо R2 = 1,5 кОм, R3 = 120 кОм.

Посилення не надто велике, і при вхідному сигналі 20 мВ вихідна напруга виявиться тільки 1,4 В, чого може бути недостатньо для повного "розгойдування" вихідної лампи УМЗЧ. Прийде використовувати або два каскади на тріодах (тоді посилення буде зайвим і його доведеться зменшити, наприклад, за допомогою ООС), або один каскад нв іншій лампі, що дає більше посилення, - пентоде (рис. 49).

Він відрізняється лише ланцюгом живлення сітки R3C3. Опір резистора, що гасить, R3 визначають за формулою

де Ug2 та ig2 - напруга та струм екранної сітки.

Внутрішній опір пентода велике, тому посилення розраховують за більш простою формулою

Виберемо пентод 6Ж1П як найбільш економічний. Його параметри Ua = Ug2 = 120 В, S = 5 мА / В, ia = 7 мА і ig2 = = 3 мА при Uc = - 1,5 В, що дає R2 = = 150 Ом. R3 = 40 кОм, R4 = 17 кОм і Кμ = 85. Практично режими з таким великим анодним струмом у попередніх каскадах не використовують. Вигідно збільшити опори всіх резисторів у кілька разів, суттєво зменшивши анодний струм. І хоча крутість характеристики в такому режимі зменшиться, посилення зросте і становитиме 150...200. Для розрахунку нових параметрів за меншого анодного струму лампи слід скористатися її характеристиками. Втім, лампи мало чутливі до змін режиму та його легко підібрати експериментально.

Перейдемо тепер до УМЗЛ. Для них випускають спеціальні потужні вихідні променеві тетроди та пентоди. У прикладі підійде тетрод 6П14П з параметрами Ua = Ug2 = 250 В, S = 11,5 мА/В, ia = 50 мА і ig2 = 5 мА при Uc = - 6 В. Наш вихідний каскад буде однотактний, що працює в класі А Це означає, що струм спокою лампи буде дорівнювати номінальному, 50 мА, а при зміні напруги на сітці, що управляє, буде змінюватися, в межах від нуля (лампа закрита) до подвійного номінального 100 мА (лампа відкрита).

Знайдемо потрібну напругу ЗЧ на сітці, користуючись формулою Δia = SΔUBX:

ΔUBx = Δia/S = 50/11,5 = 4,35 В (амплітудне значення).

Опір резистора автоматичного зміщення в ланцюзі катода має скласти

Якщо попередній підсилювач на пентаді, розрахований вище, забезпечить Кμ = 150, то для отримання на сітці вихідного каскаду амплітуди 4,35 Вхідний сигнал повинен дорівнювати 4,35/150 = 0,029 В (амплітудне значення), або близько 20 мВ (ефективне значення), що відповідає заданим вимогам.

Схемотехнічний розрахунок УЗЧ закінчено, можемо намалювати його принципову схему (рис. 50). Опір резисторів розрахований, залишилося вибрати ємності конденсаторів. Їх розраховують так само, як і ємність С1 (див. вище) для нижчої частоти смуги пропускання, яку треба взяти із запасом, нижче 70 Гц.

Зрозуміло, формулу треба підставляти опір відповідного резистора. Наприклад, якщо ланцюжок R1C1 має частоту зрізу 16 Гц при ємності 0,01 мкФ, то ланцюжок R2C2 матиме ту саму частоту зрізу при ємності 10 мкФ. Корисно перевірити і верхню частоту смуги пропускання попереднього підсилювача, взявши суму вихідної ємності лампи VL1, вхідної ємності лампи VL2 (береться з довідників) та ємності монтажу С∑ рівною 3 + 13,5 + 20 - 40 пФ:

Як бачимо, вона вище за потрібну.

Декілька слів треба сказати про призначення розв'язуючого ланцюжка R5C5. Значні коливання струму вихідної лампи неминуче призведуть і до змін анодної напруги живлення, адже лампові підсилювачі зазвичай живляться від нестабілізованих джерел. Щоб вони не позначалися на роботі попереднього каскаду (а нам це зовсім не потрібно), і встановлений ланцюжок. Конденсатор С5 просто не встигає перезаряджатися в такт із змінами анодної напруги. Крім того, ланцюжок додатково фільтрує тло змінного струму при недостатньому згладжуванні пульсацій у фільтрі випрямляча.

Розглянемо тепер анодний ланцюг вихідного каскаду. Максимальну потужність лампа віддасть, якщо зміни струму від 0 до 100 мА супроводжуватимуться максимально можливими змінами напруги на аноді, причому максимальному струму буде відповідати мінімальна напруга, яка повинна бути принаймні 20...30 В (інакше виникнуть спотворення на піках) сигналу). Врахуємо ще вольт падіння напруги на активному опорі первинної обмотки вихідного трансформатора і отримаємо амплітуду змінної напруги на аноді 10 - 250 - 10 = 30 В. Змінна напруга складається з постійною напругою живлення. Зверніть увагу, що при зменшенні анодного струму до нуля (на негативній напівхвилі вхідного сигналу) миттєва анодна напруга підвищуватиметься до 210 + 250 = 210 В. Як уже згадувалося, лампи легко переносять таку напругу.

Коливальна потужність сигналу ЗЧ в анодному ланцюзі становитиме

Р = Um · im / 2 = 210 · 0,05 / 2 = 5,25 Вт.

З урахуванням невеликих втрат у вихідному трансформаторі, ми виконали поставлену умову (забезпечили 5 Вт у навантаженні). Знайдемо необхідний опір первинної обмотки для струмів ЗЧ RH:

RH = Um/im = 210/50 = 4,2 кОм.

Знаючи RH і опір головки Rг, тепер можна знайти і коефіцієнт трансформації вихідного трансформатора Т1 з урахуванням наступного: якщо трансформатор знижує напругу в n разів, то стільки ж разів він збільшує струм в ланцюзі вторинної обмотки, тоді опір трансформується в n² разів:

На вищих частотах звукового спектру посилення УМЗЧ зростає, оскільки до активного опору навантаження RH додається індуктивний опір звукової котушки головки, перерахований в первинну обмотку, і опір індуктивності розсіювання первинної обмотки трансформатора Т1. Для компенсації підйому паралельно первинній обмотці підключають конденсатор С7, ємність якого важко піддається розрахунку через невизначеність названих параметрів і тому підбирається експериментально за бажаною формою АЧХ.

Запитання для самоперевірки. Можливо, вам уже набридли теоретичні розрахунки? Якщо ні, то розрахуйте підсилювач виходячи із заданих вами самими вимог, а якщо так, знайдіть, наприклад, непотрібний ламповий телевізор і розберіть його. З дерев'яного корпусу виходить непогана акустична система, якщо ДСП вирізати передню панель і обтягнути її тканиною. На панелі розмістіть головку, краще не в центрі і краще дві або більше, з'єднані послідовно або паралельно, залежно від їхнього опору. Зберіть підсилювач, подібний до описаного, і насолоджуйтесь "ламповим" звуком. Усі деталі, необхідні для реалізації проекту, у старому телевізорі знайдуться.

Автор: В.Поляков, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Початківцю радіоаматору.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву Радіолокація ґрунту 05.01.2003 Група мексиканських учених під керівництвом Клавдії Олешко використовує для вимірювання пористості ґрунту радіолокатор. Промінь радара проникає в землю на глибину до 10 метрів, і за його відображенням ґрунтознавці визначають структуру ґрунту, розміри ґрунтових частинок та пор між ними. Знати це потрібно для правильного підбору сільськогосподарських культур до кожного типу ґрунту. Дослідження структури ґрунту на полі розміром з одну десяту гектара зайняло півгодини. Отримати такі ж дані старими методами можна лише за кілька місяців.

Інші цікаві новини:

▪ Ефективні керамічні світлодіоди XLamp XH від Cree

▪ Камера в масці

▪ Алмаз розповідає про походження життя

▪ Вплив укусів комарів на організм

▪ Мікроконтролер Toshiba TMPM372 із блоком векторних обчислень

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Ефектні фокуси та їх розгадки. Добірка статей

▪ стаття Чудеса у решеті. Крилатий вислів

▪ стаття Як спочатку хотів назвати автомобіль Tesla Model 3 Ілон Маск? Детальна відповідь

▪ стаття Обвалювальник м'яса. Посадова інструкція

▪ стаття Зварювальний апарат з вольтодобавкою та плавним регулюванням струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Індикатор рівня електроліту в автомобільному акумуляторі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024