Источники и потребители (приемники) энергии: определения (стр. 7 )

И наоборот, в каскадах предусилителя или предоконечных каскадах усилителя мощности, электронная лампа редко работает с более, чем половиной максимальной мощности рассеяния на аноде, и роль анодная нагрузки обычно выполняет резистор, который значительно ограничивает анодный ток при его попытках резко возрасти вследствие перегрузок или неполадки.

Катодное смещение с помощью перезаряжаемого аккумулятора

Рис. 4.17 Катодное смещение с помощью перезаряжаемого аккумулятора, работающего на малом токе

Как альтернатива катодному автосмещению, создаваемому катодным резистором за счет катодного тока, может быть использован аккумулятор, включаемый в катодную цепь. Вследствие отсутствия катодного резистора, при этом способе смещения также снимается проблема сдвига напряжения смещения при перегрузках каскада. В то же время, катодный ток, протекающий через аккумулятор смещения встречно, будет его заряжать. Перезаряжаемые элементы имеют крайне низкое внутренне сопротивление, таким образом, если они включены в цепь катода (рис. 4.17), то они не вызывают падения переменного напряжения и возникновения обратной связи.

Хотя на схеме показан только один аккумуляторный элемент, несколько (идентичных) элементов могут быть соединены последовательно, чтобы установить требуемое напряжение, хотя это было бы довольно громоздко. При условии, что катодный, текущий через аккумулятор Iк ≤ С/10 (где С — емкость аккумуляторного элемента в ампер-часах), самонагрев, вызванный непрерывной зарядкой не разрушит элемент. Тем не менее, поскольку элемент установлен в ламповых усилителях, возможен его нагрев до более высокой температуры, чем предполагалось изготовителем аккумулятора, по этой причине может быть разумно ограничение тока до С/20. Никелевый металлогидридный элемент (NiMh) типоразмера АА дает напряжение = 1,38 В когда непрерывно заряжается зарядным током 15 мА.

Диодно-катодное смещение

Альтернативой применению резистора катодного автосмещения является использование полупроводникового диода (рис. 4.18а).

Преимущество такого решения заключается в том, что внутренне сопротивление диода намного ниже, чем традиционных катодных резисторов, поэтому больше не нужно шунтировать его конденсатором, что снимает проблему переходных процессов в нем при восстановлении каскада после перегрузок. Хотя внутренне сопротивление диода на переменном токе невелико, необходимо учесть его вклад во внутреннее сопротивление анодной цепи rа. В табл. 4.5. показано прямое падение напряжения и внутренне сопротивление (rдиода) для различных типов полупроводниковых диодов.

Таблица 4.5
Тип диода	Прямое падение напряжения при 10 мА	Типовое rдиода при 10м А
Кремниевый диод слабых сигналов (1N4148)	0,75 В	6,0 Ом
Германиевый диод слабых сигналов (ОА91)	1,0 В	59 Ом
Инфракрасный светодиод (950 нм)	1,2 В	5,4 Ом
Дешевый красный светодиод	1,7 В	4,3 Ом
Дешевый желтый, желто/зеленый светодиод	2,0 В	10 Ом
EZ81	2,3 В	195 Ом
Истинно зеленый светодиод (525 нм)	3,6 В	30 Ом
Голубой светодиод (426 нм)	3,7 В	26 Ом
EZ80	5,5 В	485 Ом

Рис. 4.18 Катодное смещение с диодом

В отличие от обычных выпрямительных и детекторных полупроводниковых диодов, светоизлучающие диоды (СИД) обеспечивают большее прямое падение напряжения за счет более высокого внутреннего сопротивления, поэтому лучше использовать пару дешевых красных СИД, соединенных последовательно, чем дорогостоящий монохромный зеленый или голубой светодиод. Маловероятно, что будет использоваться германиевый диод, потому что при почти равном падении напряжения, инфракрасный светодиод имеет одну десятую внутреннего сопротивления по сравнению с обычным диодом. Термоионные диоды вряд ли улучшат показатель внутреннего сопротивления, по этой причине их также вряд ли целесообразно использовать.

Обратное смещение порождает больше шумов в диоде, чем прямое смещение, но дает возможность иметь более высокий потенциал источника опорного напряжения, что делает целесообразным использование стабилитронов (рис. 4.18).

В стабилитронах низкого напряжения используется истинный эффект Зенера, но диоды высокого напряжения в действительности используют лавинный эффект. При напряжении порядка 6,2 В, присутствуют оба эффекта, их противоположный температурный коэффициент подавляется, внутреннее сопротивление rдиода при этом минимальное, шум тоже минимальный, поэтому удобнее всего стабилитроны на напряжение 6,2 В. Если требуется идеальный источник высокого опорного напряжения, то лучше включить последовательно несколько стабилитронов на 6,2 В и светодиодов, чем один стабилитрон высокого напряжения.

Диодное смещение является идеальным для смещения нижней лампы м-повторителя или параллельно управляемого SRPP усилителя, потому что анодный ток этих ламп Ia стабилизирован работой цепей смещения верхней электронной лампы.

Так как внутренне сопротивление rдиода ≠ 0, изменение тока сигнала вызывает изменение напряжения на диоде. Ток сигнала также порождает падение напряжения на нагрузке каскада RH, поэтому:

получаем:

Рис. 4.19 Изменение тока в зависимости от приложенного напряжения для дешевого красного светодиода (вольтамперная характеристика диода)

Смысл этого уравнения в том, что внутреннее сопротивление диода rдиода меняется при изменении тока: вольтамперная характеристика диода приведена на рис. 4.19.

Так как внутреннее сопротивление диода rдиода не постоянно, напряжение сигнала на нем искажается. Так как наличие сопротивления в катодной цепи, как было показано выше, приводит к возникновению отрицательной обратной связи по току, то искаженное нелинейной вольтамперной характеристикой диод, падающее на нем напряжение оказывается приложено последовательно с сигналом во входную цепь. Это иллюстрируется простейшей эквивалентной схемой (рис. 4.20).

Тем не менее, приведенные выше уравнения и вольтамперная характеристика диода дают основания считать, что искажения, вносимые за счет диода катодного смещения могут быть уменьшены следующими способами:

исключая диодное смещение как таковое для каскадов с малыми анодными токами Iа < 10 мА, поскольку внутреннее сопротивление rдиода особенно нелинейно при малых токах;

Рис. 4.20 Внутренне сопротивление нелинейного диода добавляет искажения последовательно с источником

максимизируя нагрузочное сопротивление каскада RH уменьшая напряжение выходного сигнала VRH.

Эти условия подразумевают, что диодное смещение подходит наилучшим образом для:

входных каскадов предусилителей и корректоров АЧХ граммофонных пластинок по стандарту RIAA: у этих каскадов как правило анодный ток Ia большой и уровень сигнала низкий. Кроме того, каскад может немедленно восстанавливаться в случае перегрузки из-за интенсивных помех, на высоких частотах, вызванных пылью и т. п. на пластинке; каскадов м-повторителей: активная нагрузка максимизирует RH и анодный ток Iа при этом достаточно большой.

Рис. 4.21 Катодное смещение с использованием приемника неизменяющегося тока

Смещение с помощью приемника неизменяющегося тока

Для поддержания величины катодного тока лампы неизменным при воздействии перегрузок, неисправностей и т. п., неплохим решением является использование каскада — приемника неизменного (стабильного) тока в качестве устройства катодного смещения (рис. 4.21).

Так как приемник неизменяющегося тока является разомкнутой цепью по переменному току, он вызывает 100% отрицательную обратную связь в несимметричном каскаде, но он является непревзойденным для смещения дифференциальной пары.