|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Трансформаторні каскади із парафазним збудженням. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності лампові У статті представлено оригінальні варіанти схем трансформаторних лампових каскадів. Комбінації двох однотактних каскадів із парафазним збудженням дозволяють отримати цікаві модифікації, аналогічні двотактним каскадам. Описано їх переваги та недоліки, наведено розрахункові формули та результати дослідження параметрів. Розглянуті у цій статті варіанти вихідних каскадів лампових підсилювачів ведуть свій родовід від звичайного однотактного вихідного каскаду [1,2]. Результат, що вийшов, - явний компроміс, але кожен з варіантів описуваних схем має деякі переваги, а наскільки вони цінні - судіть самі. Трансформаторні каскади з паралельним харчуванням Спочатку я використовував у підсилювачі вихідний каскад за схемою, показаною на рис. 1, вимушено, незважаючи на його недоліки [3]. Фактично, його головна перевага – відсутність постійного підмагнічування вихідного трансформатора. Це дозволяє покращити параметри каскаду за рахунок підвищення індуктивності обмоток та (або) зменшення паразитних параметрів трансформатора. У такому каскаді з паралельним навантаженням живленням перемагнічування магнітопроводу відбувається симетричною петлею. Це - "добре", тому що в ньому не виникають парні гармоніки, а допустимий розмах індукції збільшується; "погано" тому, що при переході індукції через нуль крива намагнічування суттєво нелінійна.
Якщо трансформатор працює по симетричній петлі перемагнічування, ніщо не заважає перетворити каскад у двотактний, додавши його переваги та недоліки до наявних. Звичайно, можна поставити резонне питання: навіщо це робити? Спробую відповісти. При розробці лампових УМЗЧ отримання максимально лінійного, без спотворень, посилення намагаються досягти насамперед методами, що дозволяють придушити небажану нелінійність без використання загального зворотного зв'язку. Двотактні каскади дають можливість параметричними методами без введення ООС підвищити лінійність потужних каскадів, використовуючи симетрію структури. Методи пригнічення парних гармонік в однотактних каскадах, що обговорюються в [4], шляхом підбору типів і режимів ламп менш універсальні в порівнянні з двотактною структурою. В результаті домінуючими у спектрі вихідного сигналу є непарні гармоніки, але їх рівень на порядок менший, ніж пригнічених парних, тому з ними набагато легше боротися іншими методами. Однотактний каскад важливо несиметричний. Наслідком цього є те, що швидкості наростання та спаду фронтів сигналів імпульсного характеру принципово різні. Також це призводить до підвищеного рівня фазових спотворень. У двотактних каскадах цей недолік менш виражений. Схему двотактного каскаду з вихідної (рис. 1) можна отримати включенням навантаження між виходами двох однотактних каскадів з паралельним живленням і, відповідно, збудженням цих каскадів парафазним сигналом (рис. 2). Для ламп з малою напругою зміщення зручніша схема, показана на рис. 3, тому що в цьому випадку не потрібно окремого джерела усунення. Фактично ця схема аналогічна звичайному диференційному каскаду. Нормальна робота цих каскадів можлива лише у класі А. Якщо лампи ідентичні, коефіцієнт посилення такого каскаду для парафазних сигналів
де (μ - коефіцієнт підсилення лампи; R, - її внутрішній опір; RH - опір навантаження, а вихідний опір
Роздільний конденсатор Ср при дотриманні деяких умов може бути відсутнім, але без підтримки рівної напруги на анодах ламп використовувати його необхідно. Крім того, наявність цього конденсатора дозволяє незалежно та в широких межах змінювати режим роботи кожної лампи каскаду. З'являється можливість встановити режим роботи каскаду з бажаним рівнем парних гармонік навіть для ламп з характеристиками, що істотно різняться.
В результаті такої модифікації досягається подвоєння вихідної потужності, а також компенсація парних гармонік ламп та трансформатора. З'являється можливість регулювати спектр спотворень сигналу. Габарити трансформатора допустимо зменшити або за тих же розмірів поліпшити його параметри. За відсутності підмагнічування трансформатора спрощується його конструкція. При цьому, однак, буде потрібна більш висока напруга живлення, хоча ККД навіть теоретично не перевищить 25%. Вихідний опір модифікованого каскаду вдвічі більший, а рівень непарних гармонік вищий, оскільки струм сигналу протікає через дві лампи. Звичайно, найнеприємнішим із недоліків є непарні гармоніки, для придушення яких доцільно ввести місцевий зворотний зв'язок у вихідний каскад. Найбільш оптимально використовувати тут катодний зворотний зв'язок, як показано на рис. 4. Подивимося, що вийде при введенні зворотного зв'язку на реальному прикладі Відповідно до теорії зворотного зв'язку [3] зменшення рівня гармонійних складових Un спотворень пропорційно глибині зворотного зв'язку А:
де Un ос – рівень n-ї гармонійної складової в підсилювачі з ООС. В області середніх частот цілком допустимо розглядати не комплексні величини, а їх модулі, що ми надалі робитимемо. ООС в катодному ланцюзі лампи є послідовним зворотним зв'язком за напругою, в цьому випадку коефіцієнт посилення Кoс підсилювача, охопленого зворотним зв'язком, дорівнює:
де К - коефіцієнт посилення підсилювача без зворотного зв'язку; β - коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку. Знаменник виразу (4) відповідає потрібній нам величині А:
Для даного каскаду бажано використовувати лампу з максимальним посиленням та мінімальним рівнем третьої гармоніки. Вибравши променевий тетрод 6П1П, задамо бажане посилення Кос = 3 (це значення в реальному підсилювачі зазвичай визначають за можливостями каскаду-фазоінвертора). Підставивши величину Кос у рівняння (4), обчислимо глибину зворотний зв'язок А.
Тепер відповідно до виразу (3) перерахуємо рівні гармонійних складових, вважаючи, що парні гармоніки повністю скомпенсовані (див. табл. 1).
Для експериментів використаний вихідний каскад, зібраний за схемою на рис. 5 (відповідає структурі схеми на рис. 3).
На рис. 6 показаний спектр вихідного сигналу. Експериментальні результати виміру спотворень від розрахункових значень на 20...25 % (у бік погіршення). Це і неповною компенсацією парних гармонік - використані лампи без попереднього підбору. Лінійність нового варіанта підсилювача значно вища; особливо привабливий каскад з катодним зворотним зв'язком [5, 6], у цьому випадку покращуються всі його параметри.
Основним обмеженням практичного використання такого каскаду є його низька ефективність; із поширеними лампами можна отримати вихідну потужність до 2...3 Вт. Застосування такої схеми каскаду доцільно, в першу чергу, за наявності готових вихідних трансформаторів, що використовувалися в однотактних каскадах старої радіоапаратури (зазор трансформатора слід усунути). Також вона підходить для вихідного каскаду високоякісного телефонного підсилювача, особливо якщо для нього спеціально виготовлений трансформатор. На рис. 7 показаний спектр вихідного сигналу такого підсилювача, при максимальній потужності 0,6 Вт загальний коефіцієнт гармонік всього тракту не перевищує 0,06%. Запропонований підхід можна застосувати і до інших варіантів каскаду з паралельним живленням, замінивши джерела струму в анодах ламп на дросель із двома магнітосв'язаними обмотками. В результаті введення другого моточного вузла вийде симетричний каскад з дросельним навантаженням (рис. 8) та ефективністю, що досягає вже 50%.
Перенесення джерел струму чи дроселя в катодну ланцюг ламп дає симетричний катодний повторювач (рис. 9). Останній варіант схеми є практичним інтересом для застосування у вихідних каскадах попередніх підсилювачів з трансформаторним виходом, а також для телефонних підсилювачів. У каскаді за схемою, показаною на рис. 4, можна з успіхом використовувати пентоди та променеві тетроди, виключивши резистор Rk і застосувавши фіксоване зміщення. Вихідний каскад із розділеним навантаженням При пошуку корисної модифікації симетричної структури бажано було поєднати переваги однотактного і двотактного каскадів без їх недоліків, а саме: мати параметричну компенсацію парних гармонік під час роботи магнітопроводу трансформатора, що узгоджує, на приватній петлі перемагнічування. У зв'язку з цим до уваги читачів запропоную новий варіант кінцевого каскаду з розділеним навантаженням - з двома вихідними трансформаторами (рис. 10, 11). На мій погляд, застосування двох трансформаторів - допустима ціна за винятково добрі властивості та високу гнучкість.
Структура двотактного каскаду виходить при поєднанні вторинних обмоток вихідних трансформаторів двох однотактних каскадів та збудженні цих каскадів парафазним сигналом. В результаті завдяки пара-фазності роботи каскаду пригнічуються парні гармонічні спотворення (звісно, з урахуванням реального коефіцієнта асиметрії плечей). Його можна збуджувати від фазоінверсного каскаду будь-якого типу, у ньому допускається використовувати будь-які лампи та вводити різні види місцевого зворотного зв'язку у кожне плече як незалежно, так і перехресно. Нормальна робота підсилювача можлива лише у класі А. Як видно з цих двох схем, можливі два варіанти реалізації каскаду, що істотно відрізняються за властивостями. Якщо по постійному струму в обох варіантах лампи включені паралельно, то змінного струму включення ламп залежить від того, як з'єднані вторинні обмотки вихідних трансформаторів і як підключене до них навантаження. В підсилювачі два вихідні трансформатори, і їх магнітопроводи працюють у приватній петлі перемагнічування. Досвідчений читач скаже - це недолік. Так, з позицій зменшення вартості, габаритів конструкції і складності це так, але якщо на чільне місце ставиться питання якості - це гідність. По-перше, усувається перехід індукції в трансформаторі через нуль і відповідно характерні нелінійності трансформатора на малих рівнях сигналу. По-друге, струми спокою в плечах каскаду можна встановити різними свідомо, щоб мати можливість регулювати рівень парних гармонік у вихідному сигналі та використовувати лампи з великим розкидом характеристик. Відмінністю від звичайного двотактного каскаду є місце, де відбувається компенсація парних гармонік. У класичному двотактному підсилювачі компенсація відбувається у магнітному полі вихідного трансформатора; а в такому комбінованому каскаді – безпосередньо на опорі навантаження. Для отримання основних розрахункових співвідношень та кращого з'ясування властивостей каскадів представимо їх у вигляді еквівалентних схем, припустивши, що лампи та трансформатори однакові. Для цього представимо лампи як еквівалентне джерело ЕРС Е з вихідним опором Ri або як еквівалентне джерело струму I, зашунтоване опором Ri
де μ - коефіцієнт підсилення лампи; S – крутість лампи; Uc – напруга на керуючій сітці лампи; Ri – вихідний опір лампи. Каскаду, показаному на рис. 10 відповідає еквівалентна схема на рис. 12, а, а каскаду на рис. 11 - 13,а. Подальше спрощення призводить до схем, зображених на рис. 12,6, 13,6, 13, відповідно.
У схемі, що показана на рис. 10 лампи з'єднані по змінному струму послідовно - назвемо цей каскад послідовним (із загальним струмом по вторинних обмотках). У схемі на рис. 11 лампи та по змінному струму з'єднані паралельно навантаженню, назвемо цей каскад паралельним (із загальною напругою на вторинних обмотках). З отриманих еквівалентних схем досить легко отримати основні розрахункові співвідношення [7], які зведені у табл. 2.
Вибір типу каскаду залежить від використовуваних ламп. Для вихідних ламп із відносно великим вихідним опором та високим μ доцільно використовувати паралельний каскад. Для потужних вихідних тріодів може бути доцільним використання послідовного каскаду. Так як у цьому випадку μе вдвічі більше, це полегшує збудження вихідних ламп. У симетричних каскадах з розділеним навантаженням можна успішно використовувати стандартні вихідні трансформатори, призначені для однотактних каскадів. Зворотній зв'язок у каскаді з розділеним навантаженням Невелика модифікація послідовного каскаду показана на рис. 14 дозволяє покращити його загальні параметри. Перенесення вихідних обмоток та навантаження в ланцюги катодів ламп дає низку переваг. Зростає загальна індуктивність намагнічування, оскільки послідовно з первинною обмоткою додатково вмикається вихідна. Вихідний трансформатор стає автотрансформатором, що дозволяє зменшити його габарити. У цьому каскаді можна використовувати стандартні трансформатори без додаткової обмотки.
Крім того, у катодному ланцюзі каскаду з'являється місцевий зворотний зв'язок з відповідною зміною параметрів каскаду. Звичайно, використовуючи стандартні трансформатори, ми не можемо довільно регулювати глибину цього зворотного зв'язку, зате вона "безкоштовна". Тут перспективно використання трансформаторів з великою кількістю відводів на вторинній обмотці, тоді катоди ламп підключають до висновків, призначених для найбільш високоомного навантаження, а фактичне навантаження, залежно від його опору, однойменних проміжних відводів. У каскаді за цією схемою стала складова напруги на навантаженні практично дуже мала. Це обумовлено низьким активним опором вихідних обмоток (не більше кількох ом) та фактичною різницею струму спокою ламп. Фактично ця напруга вбирається у 5... 15 мВ. Ще одним побічним результатом такого включення навантаження є диференціальний вихід, хоча послідовний варіант каскаду також забезпечує цю властивість. Як було сказано вище, у каскадах з розділеним навантаженням можна використовувати будь-які типи ламп та різні типи місцевого зворотного зв'язку. Як приклад на рис. 15 показано включення пентодів з катодним зворотним зв'язком, а на рис. 16 та 17 - варіанти ультралінійного включення (променевих тетродів) пентодів [8, 9]. Завдяки місцевому зворотному зв'язку в каскаді з екранованими лампами можна суттєво підвищити лінійність характеристик ламп та трансформаторів.
Перевірку теоретичних припущень проведено на трьох макетах, зібраних за схемами, показаними на рис. 10, 11 та 14. Базовий однотактний каскад на лампі 6П1П відповідає схемі, показаній на рис. 1; у всіх випадках використовувалися ті самі лампи і вихідні трансформатори. Опір навантаження та режим ламп були обрані виходячи з отримання мінімального рівня гармонік при заданій потужності. Чисельні результати вимірювань наведено у табл. 3 а спектри вихідного сигналу - на рис. 18-21 відповідно.
Як видно з результатів, навіть використання випадково вибраних ламп та трансформаторів дозволяє різко знизити рівень парних гармонік та підвищити лінійність каскаду. Спектр вихідного сигналу трансформаторного каскаду з розділеним навантаженням подібний до спектру звичайного двотактного каскаду. Найкращі результати, як і передбачалося, забезпечує каскад, охоплений місцевим зворотним зв'язком, що ефективно знижує непарні гармоніки спотворень.
література
Автор: Є. Карпов, м. Одеса, Україна
Спиртуознавство теплого пива
07.05.2024 Основний фактор ризику ігроманії
07.05.2024 Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024
▪ Одношаровий сенсор розпізнає кілька одночасних дотиків
▪ Розділ сайту Альтернативні джерела енергії. Добірка статей ▪ стаття Вільям Джеймс. Знамениті афоризми ▪ стаття Функціональний склад телевізорів Saba/Salora. Довідник ▪ стаття Копаловий масляний лак. Прості рецепти та поради
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page