Двухтактный усилитель низких частот 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Двухтактный усилитель низких частот



Двухтактный усилитель низких частот

Двухтактный транзисторный усилитель.

 

Паразитную ЭДС очень трудно контролировать. Чтобы лучше представлять ситуацию, необходимо понимать устройство обычного двухтактного транзисторного усилителя.

 

Для обеспечения хороших технических характеристик, большинство двухтактных усилителей изготовливают по топологии операционного усилителя: высокий коэффициент усиления и глубокая обратная связь. Целью такой схемы является уменьшение искажений и увеличение коэффициента демпфирования усилителя.

 

В принципе, эта концепция очень проста в настройке и, на первый взгляд, очень логична. При использовании нескольких каскадов усиления, входной сигнал сначала усиливается больше, чем это необходимо. Затем сигнал уменьшается до требуемого значения при помощи глубокой обратной связи. Обратная связь постоянно сравнивает усиленный выходной сигнал усилителя с входным сигналом, и при отклонениях производит корректировку. Искажения уменьшаются, а демпфирование увеличивается. Такие усилители отличаются очень хорошими техническими характеристиками. "Покупатели свято верят характеристикам в спецификациях, и очень удивляются, когда у них дома эти характеристики не работают", - продолжает Матиас Руфь. Топология операционного усилителя работает на бумаге. На практике же это приводит к дополнительным искажениям.

 

Чтобы понять, что происходит, необходимо рассмотреть схему усилителя. Для получения высокого коэффициента усиления сигнала, в операционных усилителях используется несколько последовательных каскадов усиления. Самые современные высококачественные усилители используют до 7 каскадов. Вдобавок, входному сигналу надо пройти не только последовательные каскады усиления, но и несколько параллельных силовых транзисторов, которымы оснащены большинство усилитетелей для достижения большего выходного тока. В некоторых устройствах используют до 20 параллельно подключенных силовых транзисторов.

 

У такой идеологии есть два отрицательных момента. Во-первых, любой транзистор - даже самой последней модели - будет искажать. Чем больше каскадов, тем больше искажений. А эти искажения не только плюсуются, но еще и умножаются. Это происходит потому, что в каждом каскаде усиливаются искажения предыдущего каскада, и на них накладываются созданные в этом каскаде новые искажения.

 

Вторая проблема относится к скорости, с которой обратная связь исправляет проблему на выходе. Чем больше каскадов имеет усилитель, тем медленнее распространяется в нем сигнал и тем больше отличается информация на входе и на выходе.

 

В лабораторных условиях искажения, возникающие при усилении усиления сигнала, могут быть устранены глубокой обратной связью. Но эта компенсация осуществляется с запаздыванием. Коррекция происходит с задержкой, то есть тогда, когда искажения уже исчезли. Таким образом, обратная связь создает новые искажения, которые опять усиливаются и опять исправляются обратной связью и т.д. и т. д.

 

Эта проблема становится намного серьезней при подключенных колонках, представляющих собой нерезистивную нагрузку. При работе динамиков за счет паразитной ЭДС на усилитель наводятся помехи. Обратная связь обнаруживает эти помехи и пытается компенсировать их. Так как уровень этих помех - в зависимости от частоты и уровня сигнала - меняется, обратная связь постоянно с задержкой вырабатывает сигнал компенсации.

 

Опытный слушатель достаточно легко различит сравнительно безобидные искажения, созданные усилителем, и искажения, вызванные колонками. В большинстве случаев эта проблема проявляется в механистическом, грубом звучании средних частот и в потере разрешения.

 

Двухкаскадное усиление

 

Преимущества этой концепции очевидны. Сигналу надо пройти только через два каскада усиления. Поэтому он очень быстро проходит через усилитель. "Чтобы достичь быстрого прохождения сигнала, нам пришлось сократить схему до минимума. Другого выхода нет. Меньше, в данном случае, означает больше. В каждом каскаде мы минимизировали искажения и увеличили полосу пропускания схемы", - объясняет Матиас Руфь. Полоса воспроизводимых частот в Model 5 превышает 220кГц. Это практически на четыре октавы выше частотной характеристики CD. Даже при использовании дисков SACD и DVD AUDIO нет проблем. Model 5 настолько быстрый, что даже самые высокие частоты вне аудио спектра усиливаются линейно.

 

 

Для получения большого коэффициента усиления обычно используют последовательное включение нескольких каскадов. Определим параметры двухкаскадного усилителя напряжения, принципиальная схема которого изображена на рис. 14.

Рис. 14

Транзисторы и внешние элементы каждого каскада имеют одинаковые параметры.

При использовании цепочки из нескольких каскадов с ОЭ в качестве усилителей напряжения следует выполнять условия согласования для ИНУН, а именно: входное сопротивление последующего каскада должно быть больше выходного сопротивления предыдущего и выходное сопротивление последнего каскада должно быть много меньше сопротивления нагрузки. Только в этом случае от цепочки можно получить максимальное усиление, равное произведению собственных коэффициентов передачи каждого каскада.

Полоса пропускания многокаскадного усилителя определяется произведением АЧХ всех каскадов. Если постоянные времени в области нижних и верхних частот каждого каскада цепочки одинаковы, то полоса пропускания цепочки сужается в (2 1/ n - 1)1/2раз, где n - число каскадов цепочки. Если какой-либо из каскадов цепочки имеет самую большую нижнюю граничную частоту, а другой - самую малую верхнюю граничную частоту, то полоса частот цепочки будет определяться именно этими каскадами.

 

 

Термоэлектронные катоды

Термоэлектронный катод должен быть долговечным и обеспечивать устойчивую (стабильную) эмиссию при возможно меньших затратах энергии на накал Поверхность катода не должна разрушаться от ионной бомбардировки. Даже в высоком вакууме имеется некоторое число положительных ионов. Они ускоренно летят к катоду. Чем выше анодное напряжение, тем с большей силой ионы ударяют в катод.

 

Экономичность катода характеризуется его эффективностью. Она показывает, какой ток эмиссии можно получить на 1 Вт мощности накала. У современных катодов в режиме непрерывной работы эффективность может быть от единиц до сотен миллиампер на ватт.

 

Рабочая температура у разных катодов примерно от 700 до 2300 °С. Долговечность катода определяется сроком, по истечении которого выход электронов уменьшается на 10 %. Катоды имеют долговечность от сотен до десятков тысяч часов.

 

При увеличении рабочей температуры повышается эффективность, и поэтому для усиления эмиссии иногда несколько повышают накал, но при этом сокращается долговечность.

 

Простые катоды, т. е. катоды из чистых металлов, делаются почти исключительно из вольфрама (редко из тантала) и имеют прямой накал. Рабочая температура вольфрамовых катодов 2100-2300 °С, что соответствует накалу до светло-желтого или белого цвета. Долговечность этих катодов определяется ослаблением эмиссии из-за уменьшения толщины катода вследствие распыления вольфрама.

 

Достоинство вольфрамового катода - устойчивость эмиссии. После временного перекала она не уменьшается. Стойкость вольфрамового катода к ионной бомбардировке делает его особенно пригодным для мощных ламп, работающих с высокими анодными напряжениями. Катоды из вольфрама применяются также в специальных электрометрических лампах, в которых важна стабильность эмиссии. Основной недостаток вольфрамового катода - низкая эффективность (единицы миллиампер на ватт). Вследствие высокой температуры интенсивно испускаются тепловые и световые лучи, на что бесполезно расходуется почти вся мощность накала.

 

У многих типов сложных катодов на поверхность чистого металла наносится активирующий слой, который обеспечивает интенсивную эмиссию при сравнительно невысоких температурах.

 

Достоинство сложных катодов - экономичность. Они обладают эффективностью до десятков и даже сотен миллиампер на ватт. Рабочая температура у некоторых катодов составляет 700 °C. Долговечность достигает тысяч и десятков тысяч часов. К концу этого срока снижается выход электронов из-за уменьшения количества активирующих примесей (например, за счет их испарения). Некоторые сложные катоды обеспечивают сверхвысокую эмиссию в импульсном режиме, т. е. в течение коротких (единицы микросекунд) промежутков времени, разделенных значительно более длительными паузами.

 

Основной недостаток сложных катодов - невысокая устойчивость эмиссии. Выход электронов снижается от временного перекала, что объясняется испарением активирующих веществ при повышенной температуре. Кроме того, сложные катоды разрушаются от ионной бомбардировки, поэтому в лампах важно поддерживать высокий вакуум. Это достигается применением специального газопоглотителя (геттера).

 

Сложные катоды могут быть пленочными или полупроводниковыми. К первым относится, например, торированный карбидированный катод. Он представляет собой вольфрамовую проволочку с пленкой тория и с примесью углерода. Активный слой этих катодов трудно разрушить ионной бомбардировкой. Их применяют при анодных напряжениях до 15 кВ.

 

К полупроводниковым относится оксидный катод. В нем на основание из никеля или вольфрама наносится смесь оксидов щелочноземельных металлов - бария, кальция и стронция. У оксидного катода электронная эмиссия происходит главным образом из атомов бария. Перекал катода усиливает испарение бария и снижает выход электронов. Долговечность оксидного катода определяется тем, что оксидный слой постепенно обедняется атомами бария. Для хорошей работы оксидного катода очень важен высокий вакуум, так как оксидный слой разрушается от ионной бомбардировки. Во избежание чрезмерной ионной бомбардировки нельзя допускать слишком высокое анодное напряжение при работе катода в непрерывном режиме.

 

Для оксидного катода опасен не только перекал, но и недокал, при котором могут возникнуть очаги перегрева. Катод прямого накала при этом нередко "перегорает", т. е. вблизи одного из очагов перегрева основной металл катода плавится. Это явление объясняется следующими особенностями:

У оксидного слоя, как и у всех полупроводников, при повышении температуры сопротивление уменьшается.

Вследствие большого сопротивления оксидного слоя его нагрев катодным током соизмерим с нагревом от тока накала.

Различные участки оксидного слоя неодинаковы по сопротивлению и эмиссионной способности. Катодный ток распределяется так, что на участки с меньшим сопротивлением и большей эмиссионной способностью идут большие токи. На этих участках нагрев усиливается, уменьшается сопротивление, увеличивается выход электронов и происходит дальнейшее возрастание тока. Такое явление наблюдается при недокале, если катодный ток велик. Возникновению очагов перегрева также способствует ионная бомбардировка катода.

 

При нормальном режиме накала и без перегрузки катодным током оксидный катод обладает большой долговечностью. Его широко используют в приемно-усилительных и генераторных лампах малой и средней мощности, в электронно-лучевых трубках, в лампах для импульсной работы и многих других приборах.

 

В импульсном режиме эмиссия оксидного катода может быть во много раз сильнее, нежели в режиме непрерывной работы. Она происходит под действием сильного внешнего электрического поля, т. е. представляет собой сочетание электростатической эмиссии с термоэлектронной. Однако с течением времени такая эмиссия быстро ослабевает (рис. 1). Говорят, не совсем удачно, что сверхвысокая эмиссия «отравляет»1 оксидный катод. «Отравление» прекращается, если катод «отдохнет». Тогда он восстанавливает свою эмиссионную способность и может снова дать на короткое время большой выход электронов. Это объясняется тем, что в оксидном слое должно накопиться достаточное число электронов. Длительность импульсов эмиссионного тока обычно не более 20 мкс.

Оксидный катод в импульсном режиме имеет эффективность до 104 мА/Вт. Импульсы катодного тока могут достигать единиц и даже десятков ампер. При коротких импульсах катод почти не подвергается ионной бомбардировке, и поэтому допустимо анодное напряжение 10-20 кВ.

 

Помимо оксидных катодов в последнее время применяются сложные катоды новых типов: ториево-оксидные, синтерированные (губчатые) и др.

 

Катоды прямого накала представляют собой проволоку или ленту. Достоинство таких катодов - простота устройства и возможность их изготовления для самых маломощных ламп на ток накала 10 мА и меньше.

 

Катод в виде тонкой проволоки после включения накала быстро разогревается (за время менее 1 с), что весьма удобно. Недостаток этих катодов - паразитные пульсации анодного тока при питании цепи накала переменным током. Если, например, ток накала имеет частоту 50 Гц, то в анодном токе будут пульсации с частотой 50, 100, 150 Гц и т. д. Они создают помехи, искажая и заглушая полезный сигнал. При слуховом приеме эти пульсации проявляют себя характерным гудением - фоном переменного тока. Имеются две основные причины этого фона.

 

Во-первых, у тонких катодов возникают пульсации температуры, так как масса и теплоемкость этих катодов малы. Когда ток достигает амплитудного значения, температура наивысшая, а при переходе тока через нуль температура наиболее низкая (рис. 1). Частота пульсаций температуры равна удвоенной частоте тока накала. С такой же частотой пульсирует эмиссия и анодный ток.

 

Рис. 1 - Пульсации температуры катода прямого накала при питании переменным током

 

Вторая причина фона переменного тока - неэквипотенциальность поверхности катода. Разные точки поверхности катода прямого накала имеют разные потенциалы, и анодное напряжение для этих точек различно. Поэтому при питании катода переменным током анодное напряжение пульсирует с частотой тока накала.

 

Недостаток ламп с тонкими катодами прямого накала - так называемый микрофонный эффект. Он состоит в том, что внешние толчки вызывают вибрацию катода. Это приводит к пульсациям анодного тока. За счет микрофонного эффекта нередко возникает акустическая генерация. В этом случае звуковые волны от громкоговорителя вызывают механические колебания лампы и соответственно колебания анодного тока, которые после усиления попадают в громкоговоритель. Возникшие звуковые волны снова воздействуют на лампу. Происходит генерация незатухающих звуковых колебаний, заглушающих полезный сигнал.

 

Широко применяются катоды косвенного накала (подогревные). Обычно такой катод представляет собой никелевый цилиндрик с оксидным поверхностным слоем. Внутрь вставлен вольфрамовый подогреватель (рис. 2). Для изоляции от катода подогреватель покрывается керамической массой из оксида алюминия - алундом.

 

a)

б)

 

Рис. 2 - Катоды косвенного накала:

а) - цилиндрический;

б) - дисковый.

 

Главное достоинство этих катодов - отсутствие вредных пульсаций анодного тока при питании цепи накала переменным током. Колебаний температуры практически нет, так как масса, а следовательно, и теплоемкость у подогревных катодов значительно больше, нежели у катодов прямого накала. Катод косвенного накала обладает большой тепловой инерцией. От момента включения (выключения) тока накала до полного разогрева (остывания) катода нужны десятки секунд. За четверть периода (0,005 с при частоте 50 Гц) температура катода не успевает заметно измениться и эмиссия не пульсирует.

 

Поверхность катода косвенного накала является эквипотенциальной. Вдоль катода нет падения напряжения от тока накала. Анодное напряжение для всех точек поверхности катода одно и то же и не пульсирует при колебаниях напряжения накала.

 

Достоинство ламп с катодами кос ценного накала, кроме того, - ослабление микрофонного эффекта. Масса катода сравнительно велика, и его трудно привести в состояние колебаний.

 

По сравнению с катодами прямого накала катоды косвенного накала сложнее, и их трудно сконструировать на очень малые токи. Поэтому они менее пригодны для маломощных экономичных ламп, рассчитанных на питание от батарей.

 

В аппаратуре (например, для двусторонней связи), которая работает с перерывами и после очередного включения должна сразу же действовать, приходится лампы с катодами косвенного накала держать все время под накалом. Это приводит к лишним затратам энергии и сокращению срока службы ламп. В переносных радиостанциях с батарейным питанием применение ламп с катодом косвенного накала неудобно. Для экономии энергии источников питания в этом случае надо выключать накал ламп приемника при работе передатчика и наоборот. Но тогда после включения накала надо ждать 10-20 с, пока не разогреются катоды, что значительно замедляет связь.

 

Накаленная алундовая изоляция между катодом и подогревателем не выдерживает высоких напряжений. Предельное напряжение между катодом и подогревателем составляет обычно 100 В и лишь для некоторых ламп 200-300 В. В ряде схем катод и подогреватель имеют весьма различные потенциалы. Если их разность превысит предельное напряжение, то может произойти пробой изоляции катод - подогреватель и лампа выйдет из строя. Опасность пробоя исчезает, если катод соединен с одним из выводов подогревателя.

 

Электровакумные диоды

 

Электровакуумный диод представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого откачан воздух и внутри которого находятся катод и анод. От этих электродов сквозь стенки баллона проходят выводы. Если баллон стеклянный, то выводы впаиваются в стекло. Если же баллон металлический, то выводы выходят через стеклянные или керамические бусинки, впаянные в металл.

 

Анод имеет один вывод. В зависимости от конструкции выделяют катоды прямого накала и подогревные катоды. Катод прямого накала греется за счёт проходящего через него тока имеет два вывода. Для подогревного катода (который греется за счет близко расположенной нити накала) делают два вывода от подогревающей нити и один от, собственно, катода.

 

В практических конструкциях диодов анод обычно имеет форму цилиндра или коробки без двух стенок (часто с закругленными углами), окружающей катод. В последнем случае нить имеет вид латинской буквы V или W. При таких конструкциях анодов все излучаемые катодами электроны с одинаковой силой притягиваются анодами.

 

Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают рёбрами или крылышками, которые способствуют лучшему отводу от него тепла.

 

[править]

Принцип работы

 

При разогреве катода электроны начнут покидать поверхность последнего за счёт термоэлектронной эмиссии. Покинувшие поверхность электроны будут препятствовать вылету других электронов, в результате вокруг катода образуется своего рода облако электронов. Часть электронов с наименьшими скоростями из облака падает обратно на катод. При заданной температуре катода облако стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает.

 

При подаче на катод отрицательного напряжения, а на анод — положительного возникает электрическое поле, которое заставляет электроны двигаться от катода к аноду. Тем самым в цепи появляется ток.

 

Если же на катод подан «+», а на анод «-», электрическое поле препятствует движению электронов, которые покидают катод и ток (практически) не течёт.

 

[править]

ВАХ

 

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода.

 

Вольт-амперная характеристика электровакуумнуго диода имеет 3 участка:

Нелинейный участок. На начальном участке ВАХ ток медленно возрастает при увеличении напряжения на аноде, что объясняется противодействием полю анода объёмного отрицательного заряда электронного облака. По сравнению с током насыщения, анодный ток при Ua = 0 очень мал (и не показан на схеме). Его зависимость от напряжения растет экспоненциально, что обуславливается разбросом начальных скоростей электронов. Для полного прекращения анодного тока необходимо приложить некоторое анодное напряжение меньше нуля, называемое запирающим.

Участок закона «трех вторых». Зависимость анодного тока от напряжения характеризуется законом Ричардсона-Дешмана (так же называемым законом "трех вторых"), где - универсальная термоэлектронная постоянная Зоммерфельда.

Участок насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения на аноде рост тока замедляется, а затем полностью прекращается так как все электроны, вылетающие из катода, достигают анода. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно, поскольку для этого нужны дополнительные электроны, а их взять негде, так как вся эмиссия катода исчерпана. Установившейся в этом режиме анодный ток называется током насыщения.

 

ВАХ анода зависит от напряжения накала — чем больше накал, тем больше крутизна ВАХ и тем больше ток насыщения. Однако увеличение напряжения накала приводит к уменьшению срока службы лампы.

 

[править]

Основные параметры

 

К основным параметрам электровакуумнуго диода относятся:

Крутизна ВАХ: — изменение анодного тока в мА на 1 В изменения напряжения.

Дифференциальное сопротивление:

Максимально допустимое обратное напряжение. При некотором напряжении, приложенном в обратном направлении (тоесть изменена полярность катода и анода), происходит пробой диода — проскакивает искра между катодом и анодом, что сопровождается резким возростанием силы тока.

Запирающее напряжение — напряжение, необходимое для прекращения тока в диоде.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

 

Крутизна и внутреннее сопротивление являются функциями от анодного напряжения и температуры катода, в пределах участка «трех вторых» они являются постоянными.

 

История

1904 г. Ли де Форрест на основе созданной электронной лампы - триода разработал устройство усиления электрических сигналов (усилитель), состоящий из нелинейного элемента (лампы) и статического сопротивления Ra, включенного в анодную цепь.

1932 г. Гарри Найквист определил условия устойчивости (способности работать без самовозбуждения) усилителей, охваченных отрицательной обратной связью.

1942 г. В США построен первый операционный усилитель - усилитель постоянного тока с симметричным (дифференциальным) входом и значительным собственным коэффициентом усиления (более 1000) как самостоятельное изделие. Основным назначением данного класса усилителей стало его использование в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций над электрическими сигналами. Отсюда его первоначальное название - решающий.

 

[править]

Структура усилителя

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями

В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики

Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного

Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.

Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

 

[править]

Каскады усиления

Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая усилительный элемент, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями

В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченый усилитель

В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, эмиттером, коллектором (у биполярного транзистора), с общим затвором, истоком, стоком (у полевого транзистора) и с общей сеткой, катодом, анодом (у ламп)

Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее рапространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, т. е. является инвертором.

Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, фазу не сдвигает

Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает

Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой). Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от сращивания слов КАтОД и СетКа

Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными

Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно

Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°

 

Специальные виды усилителей

Дифференциальный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого пропорционален разности двух входных сигналов, имеет два входа и, как правило, симметричный выход. Основная статья — Дифференциальный усилитель

Операционный усилитель — многокаскадный усилитель постоянного тока с большими коэффициентом усиления и входным сопротивлением, дифференциальным входом и несимметричным выходом с малым выходным сопротивлением, предназначенный для работы в устройствах с глубокой отрицательной обратной связью. Основная статья — Операционный усилитель

Масштабный усилитель — усилитель, изменяющий уровень аналового сигнала в заданное число раз с высокой точностью

Логарифмический усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален логарифму входного сигнала

Квадратичный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален квадрату входного сигнала

Интегрирующий усилитель — усилитель, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала

Инвертирующий усилитель — усилитель, изменяющий фазу гармонического сигнала на 180° или полярность импульсного сигнала на противоположную (инвертор)

Парафазный (фазоинверсный) усилитель — усилитель, применяемый для формирования двух противофазных напряжений

Малошумящий усилитель — усилитель, в котором приняты специальные меры для снижения уровня собственных шумов, способных вуалировать усиливаемый слабый сигнал

 

[править]

Ламповый УНЧ

 

 

[править]

Электро вакуумный тетрод

Тетро́д — электронная лампа, имеющая 4 электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), 2 сетки (управляющую и экранирующую) и анод. Изобретён Вальтером Шоттки в 1919. Приёмо-усилительные тетроды применялись в радиоприёмных трактах до массового распространения пентодов. Генераторные и модуляторные тетроды применяются по сей день в силовых каскадах радиопередатчиков. Лучевые тетроды нашли применение в выходных каскадах УНЧ и до сих пор широко используются в гитарных усилителях (реже — в высококачественных УНЧ). Особый класс приборов — электрометрические тетроды также имеют две сетки, но принципиально отличаются от обычных тетродов и конструктивно, и в практическом применении.Содержание [показать]

 

 

[править]

История

 

Недостатки триода — большая проходная ёмкость анод-сетка (единицы пикофарад), препятствующая устойчивому усилению на коротких волнах, а также низкий коэффициент усиления (до нескольких десятков). Первоначально, конструкторы планировали поместить между сеткой и анодом заземлённый экран. В этом случае ёмкость между анодом и сеткой как бы разбивалась на две отдельные, последовательно соединённые ёмкости: анод-экран и экран-сетка. Общая ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов всегда меньше наименьшей из них.

 

Конструкция экрана должна была быть такой, чтобы он не препятствовал свободному пролёту электронов от катода к аноду. Таким образом, между управляющей сеткой и анодом появилась вторая — экранирующая. При соединении её с катодом низкий отрицательный потенциал тормозит электронный поток, снижая и без того небольшой коэффициент усиления лампы. А при подаче на экранирующую сетку положительного напряжения электронный поток не только не тормозился, но и получал дополнительный разгон, увеличивая анодный ток. Заземление экранирующей сетки по переменному току устраняло частотные ограничения, связанные с проходной ёмкостью.

 

Один из самых первых тетродов отечественного производства СБ-154 (или 2Э1 по новой классификации) имел фантастические по тем временам параметры. Проходная ёмкость уменьшилась с 5 до 0,005(!) пФ, внутреннее сопротивление возросло с 30 кОм до 1,3 мОм, а коэффициент усиления превысил 1000. Экранированная лампа сразу же и бесповоротно вытеснила триоды из радиочастотного тракта и сделала возможным массовое производство радиоприёмников прямого усиления на диапазоны длинных и средних волн (ЭКЛ, ЭЧС-2, ЭЧС-3, СИ-235), ставшие относительно массовыми в СССР середины 1930-х годов. Буква «Э» в названиях этих приёмников означала именно «экранированный», а полностью название расшифровывалось так: экранированный, четырёхламповый, сетевой.

 

Своё название «экранированная лампа» новые тетроды оправдывали еще и тем, что для уменьшения влияния внешних полей на внутреннюю часть баллона напылялась плёнка металла или покрывалась тонкой металлической сеткой, соединённой внутри баллона с катодом. Эта традиция сохранилась и в дальнейшем, и самые современные отечественные тетроды (6Э5П, 6Э6П, 6Э15П) имеют, помимо экранной сетки, внутренний статический экран, соединённый внутри лампы с катодом либо имеющий отдельный самостоятельный вывод (6Э6П).

 

[править]

Динатронный эффект

 

Распределение электрического потенциала на участке катод-анод

 

[править]

Лучевой тетрод

Устройство лучевого тетрода

 

Другим новшеством стал так называемый лучевой принцип формирования потока электронов: управляющая и экранная сетки тетрода выполнялись идентичными, то есть из одинаковой проволоки, с одинаковым шагом и числом витков, различаясь только диаметрами эллипса. При этом сетки устанавливались на крепящих траверсах таким образом, что витки экранной сетки располагались точно против витков управляющей сетки и как бы «прятались» за её витками. В результате электроны по пути к аноду «огибали» витки экранной сетки, не оседая на ней и не создавая постоянного экранного тока. Одновременно «сжатые» в узкие лучи электроны увеличивали плотность электронного потока настолько, что в промежутке между экранной сеткой и анодом образовывалась, виртуальная область, имеющая потенциал ниже анодного и препятствующая возникновению встречного («динатронного») потока электронов.

 

В местах крепления сеток траверсы как бы преграждают путь электронному потоку, искажая тем самым общий «лучевой» характер анодного тока. Чтобы исключить это влияние на общую анодную характеристику, в местах установки траверс между ними и анодом устанавливают специальные сплошные металлические пластины, отгораживающие траверсы от анода, а сам анод в этих местах выполняют с П-образным изгибом, чтобы увеличить расстояние между ним и траверсами экранной сетки. Такая своеобразная форма анода является верным признаком лучевых ламп. Эти дополнительные экранирующие пластины всегда соединяются внутри лампы с катодом, имеющим нулевой потенциал, что дополнительно способствует созданию виртуальной области между анодом и экранной сеткой.

 

Лучевые тетроды создавались специально для каскадов усиления мощности и использовались в оконечных каскадах УНЧ, телевизионных развёртках и передатчиках. В современной промышленной и любительской практике наиболее распространены выходные лучевые тетроды, разработанные специально для УНЧ — 6П6С (аналог 6V6) и 6П3С (аналог 6L6). 6П27С, советский функциональный аналог знаменитого пентода EL34, является лучевым тетродом. Особые типы лучевых тетродов (6П7С, 6П13С)были оптимизированы для мощных каскадов строчной развёртки и также могут работать в выходных каскадах УНЧ. Отдельные маломощные лучевые тетроды были предназначены для усиления высоких частот и могут эффективно работать в триодном включении (6Ж5П).

 

[править]

Электрометрический тетрод

 

Особый тип четырёхэлектродной лампы, в котором четвёртый электрод — катодная, или защитная, сетка — предназначен для увеличения крутизны анодной характеристики при предельно низких анодных напряжениях.

 

Электрометрические лампы предназначены для регистрации и усиления крайне малых (10-15..10-10 А) токов, например, выходных токов масс-спектрометров, звёздных фотометров и т. п. сверхчувствительной измерительной аппаратуры. Наилучшие гальванометры регистрируют токи от 10-12 А. Обычные лампы также бесполезны в диапазоне столь малых токов, так как собственный сеточный ток приёмно-усилительных ламп в наилучших условиях составляет порядка 10-9 А. Для снижения сеточных токов был разработан целый ряд технологических приёмов:

сопротивление утечки снижается путём вывода сетки через купол лампы



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 716; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.229.123.80 (0.137 с.)