Источники и потребители (приемники) энергии: определения (стр. 6 )

1/0,001 = 1k

Отметим, что эта схема может не работать, если Re находится в области менее приблизительно 400 Ом, поскольку напряжение база-эмиттер Vbe возрастает с током. Если необходимо принять ток более 2 мА, лучше увеличить напряжение на базе с помощью стабилитрона или светодиода с более высоким падением «прямого» напряжения.

Сопротивление схемы переменному току будет примерно равно:

r(ccs) = Re * (2 * hfe) + 1 / hoe

Где:

Re - сопротивление эмиттерного резистора

hfe - номинальный коэффициент усиления ("2" в формуле стоит потому, что при токе база-эмиттер Ibe<10 мА hfe имеет тенденцию удваиваться)

hoe - сопротивление транзистора переменному току

Но hoe, как правило, на самом деле очень мало, поэтому в первом приближении:

r(ccs) = Re * (2 * hfe)

На схеме показано, как этот CCS может быть использован в «хвосте» дифференциального фазоинвертора. Q1 может быть любой транзистор, с возможно более высоким коэффициентом усиления (автор использовал ZTX615 с hfe=170). R1 должен быть такого величины, чтобы дать на диоды ток в пару миллиампер. Данная схема была испытана, и разбаланс выходных сигналов составил менее 5%, что эквивалентно использованию в «хвосте» обычного резистора номиналом свыше 100к!

При использовании данной схемы в катодном повторителе, к транзистору будут приложены большие напряжения сигнала, поэтому необходимо выбирать транзистор с высоким допустимым напряжением коллектор-эмиттер Vce. Возможные варианты - MPSA42 (0.6W), полезный для постоянных токов менее 2 мА, и MJE340 (20W), который справится со всем. Оба они рассчитаны на Vce(max)=300 В.

Проблемы смещения по постоянному току

http://tubeamplifier. narod. ru/mess099.htm

Рис. 4.14 Проверяемые схемы для сравнения искажений

Обратимся теперь к различным способам создания напряжения смещения и сравним их с точки зрения нелинейных искажений, возникающих в усилительных каскадах в следствие неидеальности цепей смещения. Итак, выбрав с большой тщательностью наилучшую топологию каскада, выбираем рабочую точку, которая искусно максимизирует размах выходного напряжения, минимизирует искажения, использует стандартные значения компонентов, и, разумеется режим каскада при этом таков, что легко обеспечивается реальным источником питания. Теперь необходимо выбрать способ создания напряжения смещения каскада, что может быть осуществлено несколькими способами:

с помощью катодного резистора автосмещения; внешнее сеточное смещение; катодное смещение с перезаряжаемым аккумулятором; катодное смещение с диодом; катодное смещение с приемником неизменяющегося тока.

Автосмещение катодным резистором

Очень часто в усилительных каскадах небольшой мощности напряжение смещения получают установкой резистора в цепь катода. Схема такого каскада усиления приведена на рис. 4.15.

При отсутствии тока управляющей сетки, ее потенциал по постоянному току равен нулю. Если анодный ток лампы увеличивается, то катодный ток, протекающий через резистор автосмещения RK, также повышается, делая потенциал катода более положительным по отношению к сетке, поскольку на катодном резисторе при протекании тока всегда будет падать определенное напряжение согласно закону Ома. Таким образом, при возрастании анодного тока будет увеличиваться потенциал катода, а поскольку потенциал сетки постоянный и нулевой, то нулевое сеточное напряжение относительно положительного катодного оказывается существенно ниже. Это

Рис. 4.15 Катодное смещение с использованием резистора

эквивалентно отрицательному запирающему напряжению смещения на сетке, благодаря чему лампа будет закрываться, и анодный ток снижаться. Таким образом, с ростом тока, падение напряжения на катодном резисторе будет возрастать, потенциал сетки относительно потенциала катода будет уменьшаться, лампа будет запираться, что приведет к падению анодного тока. Это значит, что включение катодного резистора приводит к возникновению отрицательной обратной связи по току. Этот метод автоматического смещения имеет наименьшую чувствительность к разбросу между лампами, что делает его наиболее популярным. Зная величину анодного тока Ia и требуемое напряжение смещения Vск, применяя закон Ома, легко определить требуемый катодный резистор, поскольку сеточный ток, как правило, отсутствует.

Тем не менее, введение сопротивления в цепь катода усилителя с общим катодом создает отрицательную обратную связь и по переменному току, которая уменьшает коэффициент усиления, что может быть неприемлемо. Традиционное решение — шунтировать катодный резистор конденсатором большой емкости, который является коротким замыканием на звуковых частотах. Тогда катод окажется соединен с общим проводом по переменному току, и отрицательная обратная связь по переменному току предотвращается. Обычно приводятся доводы, что звуковой диапазон частот лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, и что аудио электроника должна быть близка к совершенству в пределах этой полосы. Электролитический развязывающий конденсатор большой емкости, шунтирующий катодный резистор автосмещения не должен оказывать фильтрующее действие в звуковом диапазоне, по этой причине его значение обычно выбирается, чтобы обеспечить частоту среза RC цепи f-3дБ = 1 Гц.

При расчете автосмещения каскада, мы делаем предположение, что напряжение сигнала достаточно небольшое, чтобы оно не влияло на режим каскада постоянного тока. Тем не менее, при приближении к отсечке, пик-пиковое напряжение сигнала на аноде триода может быть сотни вольт, и искажения (делающие форму анодного напряжения несимметричной) приводят к снижению среднего значения анодного напряжения Va. Изменение среднего значения анодного напряжения, неизбежно приведет и к изменению постоянной составляющей анодного тока.

В качестве примера, был испытан усилитель на триоде с общим катодом. Когда сигнал на входе отсутствовал, среднее значение анодного напряжения, измеряемого вольтметром постоянного напряжения, подключенным к аноду лампы, составляло Va= 117,1 В, но когда на каскад подавался чрезмерно большой уровень входного сигнала, вызывавший нелинейные искажения 5% СКГ + Ш, среднее значение анодного напряжения падало до 114,2 В, и изменялось среднее значение тока анода. Изменение среднего значения тока анода также частично вызывается и шунтирующим катодным конденсатором. Поскольку частота среза катодной КС-цепи f-3дБ ≈ 1 Гц, это означает постоянную времени ф ≈ 160 мс. Когда происходит перегрузка усилителя, конденсатору требуется время 5 ф ≈ 1 с для восстановления предыдущего значения (то есть до перегрузки) точки смещения с точностью 99%. За это время внутренне сопротивление лампы rа (которое зависит от Iа) изменится, немного изменяя и эквивалентное выходное сопротивление каскада rвых. Если каскад нагружен на пассивную компенсационную схему, то изменение выходного эквивалентного сопротивления rвых вызывает также и ошибку в частотной характеристике (то есть линейные искажения). Хотя незначительное искажение частотной характеристики может считаться несущественным, когда усилитель создает 5% СКГ + Ш, длительная ошибка частотной характеристики, которая восстанавливается только спустя 1 с после перегрузки, может быть неприемлемой.

Можно наблюдать эффект сдвига смещения при перегрузке усилителя, измеряя постоянное напряжение на цепи катодного автосмещения при большом и малом уровнях усиливаемого сигнала. Этот метод измерения удобен, поскольку может использоваться обычный вольтметр, тогда как для измерения анодных напряжений требуется хороший цифровой вольтметр, который может точно измерять постоянное напряжение в присутствии переменного напряжения и тока значительной величины.

В идеальном случае, никогда не должно быть сдвига рабочей точки (напряжения смещения) лампы, какой бы ни был уровень сигнала. Любые изменения напряжения смещения каскада, возникающие в процессе его работы крайне нежелательны, поскольку приводят к изменению положения рабочей точки, что при больших уровнях сигнала всегда опасно появлением дополнительных нелинейных искажений из-за перехода в режим с отсечкой выходного тока и т. п. При условии, что лампа работает в высококачественном усилителе, нелинейные искажения которого никогда не превышают 1 % СКГ, создание напряжение смещения в цепи катода является вполне достаточным, но если сильная перегрузка усилителя с отсечкой анодного напряжения возможна, то должны быть рассмотрены альтернативные варианты схем смещения.

Сеточное смещение

Рис. 4.16 Внешнее сеточное смещение с использованием вспомогательного источника питания или литиевого аккумулятора

Если смещение каскада осуществляется не за счет катодного резистора, то изменения постоянной составляющей анодного тока, вследствие нелинейных искажений, порождаемых перегрузками усилителя, не могут вызывать сдвиг напряжения смещения, негативные последствия которого рассмотрены выше.

Внешнее сеточное смещение, организуемое с помощью вспомогательного источника слаботочного питания отрицательной полярности, является характерным в выходных каскадах усилителей мощности, тогда как внешнее сеточное смещение, получаемое при помощи литиевых аккумуляторов, лишь ограниченно применяются в предусилителях (рис. 4.16).

Поскольку при внешнем сеточном смещении напряжение между сеткой является фиксированным и ток лампы определяется исключительно видом статических характеристик самой лампы, то такая система смещения никак не реагирует на перегрузки или изменения характеристик лампы при ее старении.

Защита от повышенного тока при перегрузках очень важна в выходных каскадах, потому что сопротивление обмоток выходных трансформаторов незначительно и выходные электронные лампы почти всегда работают с максимальной мощностью рассеяния на аноде. Ток источника питания почти не ограничен, и неполадка быстро приведет к повреждению дорогостоящей электронной лампы. При катодном автосмещении с ростом анодного тока увеличивается и запирающее смещение, что частично решает проблему. При внешнем сеточном смещении всегда необходимо отдельно побеспокоиться о способах ограничения тока при перегрузках.