Лампи в підсилювачах звукових частот
Основним і найголовнішим активним компонентом електронних лампових пристроїв, є електронна лампа або радиолампа, як її звикли називати в радіоаматорського середовищі.
Отже - електронна лампа - це електротехнічне вакуумне або газонаповнені виріб з нелінійної вольт - амперної характеристикою, що використовує принцип управління потоком електронів у вакуумі або плазми в інертному газі, для отримання необхідних вихідних характеристик і параметрів.
Мал. 1. Ескіз до опису роботи електронної лампи
Основні параметри ламп
До загальних основним електричним параметрам приймально-підсилювач »- них ламп відносяться коефіцієнт посилення лампи, крутизна характеристики лампи і внутрішній опір лампи. Ці три параметри можна визначити графічним шляхом по анодним або анодно-сітковим характеристикам лампи.
Мал. 2. Зовнішній вигляд пальчикової лампи 6Е5П
Приймально-підсилювальні лампи різного призначення характеризуються ще і спеціальними для них параметрами. Ефективність роботи частотопреобразовательних ламп, наприклад, визначається крутизною перетворення. Для високочастотних ламп велике значення мають такі параметри, як вхідні, вихідна і прохідна міжелектродні місткості. Оцінкою підсилюючих властивостей цих ламп служить параметр, званий коефіцієнтом широкополосности. Рівень шумів підсилюючих ламп оцінюють величиною еквівалентного опору внутрілампових шумів. Лампи, призначені для посилення коливань низької частоти, характеризуються такими параметрами, як вихідна потужність і коефіцієнт нелінійних спотворень. Для кенотронов одним з основних параметрів є амплітуда зворотної напруги.
Коефіцієнт посилення - відношення збільшень напруги анода і напруги першої (керуючої) сітки, що викликають однакові зміни анодного струму при постійних напругах інших електродів лампи:
де ΔUa і ΔUc1 - значення збільшень напруг анода і першої сітки відповідно.
Звідси видно, що коефіцієнт посилення показує, у скільки разів дію на анодний струм одного вольта сіткового напруги ефективніше дії одного вольта анодного напруги. Найбільшим коефіцієнтом посилення володіють високочастотні пентоди.
Крутизна характеристики - відношення приросту анодного струму до викликав його приросту напруги першої (керуючої) сітки при незмінних напружених інших електродів лампи:
Отже, крутизна характеристики показує, на скільки міліампер зміниться анодний струм при зміні напруги керуючої сітки на один вольт. Найбільшою крутизною характеристики мають тріоди і пентоди, призначені для широкосмугового посилення.
Внутрішній опір - відношення зміни анодної напруги до відповідної зміни анодного струму при постійних напругах інших електродів лампи:
де ΔUa- приріст анодної напруги, в;
ΔIa - приріст анодного струму, а.
Найменша внутрішній опір мають вихідні тріоди, тетроди і пентоди.
Коефіцієнт посилення, крутизна характеристики і внутрішній опір пов'язані наступним співвідношенням:
При визначенні одного з цих трьох параметрів по двом відомим іншим внутрішній опір висловлюють в кілоомах (кОм), а крутизну характеристики - в міліампер на вольт мА / в.
На малюнку 3, як приклад, показані анодні характеристики тріода 6Н5С, з обраної робочої точкою А. і відповідними параметрами збільшень струмів і напруг.
Мал. 3. Анодні характеристики тріода 6Н5С, з обраної робочої точкою А, і відповідними параметрами збільшень струмів і напруг
Вибір режиму роботи лампи
Вибір режиму роботи лампи в каскаді на опорах зводиться до вибору опору анодного навантаження Ra і визначення напружень на аноді Ua. на керуючій сітці Ua0 і екранує сітці Uе.
Опір Ra для тріодів, вибирається зазвичай в 2 - 4 рази більше їх внутрішнього опору Ri;
Опір Ra для пентодов, вибирається в межах 50 - 500 ком.
Зі збільшенням Ra зростає коефіцієнт посилення, але разом з тим збільшуються частотні спотворення на високих частотах.
Для визначення величин Ua і Ua0 слід побудувати динамічну характеристику на сімействі статичних анодних характеристик. Побудова показано на рис. 4. Динамічна характеристика повинна з'єднувати на горизонтальній осі точку, що відповідає обраному напрузі джерела анодного живлення EА. і на вертикальній осі точку, де струм Im, визначається за формулою:
Для вибору робочої точки динамічна характеристика будується в гратчастої системі координат. Робоча точка вибирається в середині прямолінійної ділянки динамічної характеристики. З динамічної характеристики, побудованої на рис. 4, визначаються наступні параметри:
-Uc0 = -1 в; -Ua0 = 155 в; -Ia0 = 1,4 ма.
Мал. 4. Динамічна лінія навантаження, побудована на анодно - сіткових характеристиках тріода 6Н2П
Максимальна амплітуда змінної напруги на керуючій сітці, при якій практично відсутні сіткові струми і спотворення при посиленні невеликі, Umc = Uc0 - (0,3 ÷ 0,5) в. При виборі режиму для пентода при великих значеннях Ra (більше 200-300 кому) доводиться знижувати напругу на екранує сітці в порівнянні з наведеними в довідниках. В іншому випадку динамічна характеристика виходить пологої, і режим стає невигідним, тому що знижується посилення і збільшуються спотворення. Для побудови динамічної характеристики при зниженому значенні напруги на екранує сітці Uе потрібно мати сімейство анодних характеристик для такої величини Uе. Таке сімейство характеристик можна зняти або побудувати шляхом перерахунку з наявного сімейства. В останньому випадку потрібно знати залежність анодного струму від напруги на екранує сітці.
Крутизна перетворення - відношення змінної складової анодного струму проміжної частоти до змінної напруги сигнальної сітки при заданому змінній напрузі гетеродинної сітки.
Це параметр, який виражається в міліампер на вольт, показує, яку амплітуду струму проміжної частоти в анодному ланцюзі лампи створює напругу сигналу амплітудою в один вольт. Крутизна перетворення зазвичай в 3 - 4. рази менше крутизни характеристики лампи! Її значення зростає при збільшенні напруги гетеродина.
Вхідна ємність - статична ємність керуючої сітки по відношенню до тих електродів, на яких в робочому режимі лампи немає змінних потенціалів частоти напруги, прикладеного до ланцюга керуючої сітки.
Для тріода вхідна ємність дорівнює ємності між його сіткою і катодом. Для пентода вона дорівнює ємності між першою (керуючої) його сіткою і катодом, сполученим з другої і третьої сітками. Для гептода вхідна ємність дорівнює ємності між його сигнальної сіткою і катодом, сполученим з іншими сітками і анодом.
Вихідна ємність - статична ємність анода по відношенню до тих електродів, на яких в робочому режимі лампи немає змінних потенціалів тієї ж частоти, яку має змінну напругу на опорі навантаження лампи.
Для тріода вихідна ємність дорівнює ємності між його анодом і катодом. Для пентода вона дорівнює ємності між його анодом і катодом, сполученим з другої і третьої сітками. Для гептода вихідна ємність дорівнює ємності між його анодом і катодом, сполученим зі всіма п'ятьма сітками.
Чим менше сумарне значення вхідний і вихідний междуелектродних ємностей лампи і більше крутизна її характеристики, тим більше посилення вона дає на високих частотах.
Прохідна ємність - ємність між анодом і сіткою лампи.Отношеніе крутизни характеристики лампи до її прохідний ємності служить показником стійкості посилення.
Коефіцієнт широкополосности. - являє собою відношення крутизни характеристики лампи в міліампер на вольт (мА / в), до суми вхідний і вихідний ємностей лампи в пікофарад (ПФ).
Чим менше сумарне значення вхідний і вихідний ємностей лампи і більше крутизна її характеристики, тим більше посилення можна отримати на високих частотах.
Еквівалентний опір внутрілампових шумів - це активний опір, на кінцях якого при кімнатній температурі під впливом власних теплових коливань електронів виникає напруга шумів, що дорівнює напрузі шумів лампи, перерахованим в ланцюг її сітки.
Можна вважати, що для тріода еквівалентний опір шумів, з достатньою точністю розраховується за формулою:
а для пентода еквівалентний опір шумів розраховується за більш складною формулою, з якої явно видно, що шуми пентода перевищують тріодних шуми:
Тут струми I а і Ic2 повинні бути виражені в міліампер (мА), крутизна S - в міліампер на вольт (мА / в) і сопротівленіеRm - в кілоомах (кОм).
Еквівалентний опір шумів лампи, отже, тим менше, чим більше крутість її характеристики, причому у тріодів воно значно нижче, ніж у тетродов і пентодов (чим більше сіток у лампи, тим вище рівень її шумів). Цей параметр необхідно враховувати при виборі лампи для перших каскадів підсилювачів.
Вихідна потужність - потужність змінної складової анодного струму, що віддається в навантаження.
Чим більше крутизна характеристики вихідної лампи, тим при меншій напрузі сигналу на вході кінцевого каскаду можна отримати необхідну вихідну потужність. Для отримання максимальної потужності при найменших нелінійних спотвореннях опір анодного навантаження у тріодів має бути в 2 - 3 рази більше, а у пентодов і променевих тетродов приблизно в 10 разів менше їх внутрішнього опору.
Коефіцієнт нелінійних спотворень - відношення квадратного кореня з суми квадратів вихідних напруг всіх вищих гармонік (практично можна враховувати тільки другу і третю гармоніки), що виникають при посиленні, до напруги посиленого сигналу. Як і вихідна потужність, цей параметр залежить від того чи іншого режиму роботи вихідної лампи.
Амплітуда зворотної напруги - амплітуда різниці потенціалів між катодом і анодом лампи при появі на катоді більш високого потенціалу щодо анода.
Найбільші значення амплітуди зворотного напруги характерні для високовольтних кенотронов.