Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Сайт "Cner"

Воскресенье, 22.04.2018
Главная » Статьи » Другие статьи » Статьи из литературы

Усилители НЧ без выходного трансформатора
В настоящее время радиолюбители ведут интенсивную работу по созданию  усилителей НЧ, обеспечивающих усиление в воспроизведение звука с очень малыми искажениями.

В предварительных каскадах усилителей НЧ нелинейные искажения невелики в связи с малыми уровнями сигнала, а частотные искажения могут быть значительно снижены правильным выбором элементов усилителя. Наибольшие искажения возникают в выходном каскаде усилителя, причем основной причиной искажений в большинстве случаев является выходной трансформатор. Выходной трансформатор ограничивает диапазон воспроизводимых усилителем частот как со стороны низших, так и со стороны высших частот.

Для расширения частотной характеристики в сторону низших частот требуется значительное увеличение индуктивности первичной обмотки трансформатора, однако при этом возрастает индуктивность рассеяния, ограничивающая частотный диапазон в области высших частот. Зависимость величины магнитной проницаемости материала сердечника трансформатора от величины тока через обмотки приводит к нелинейным искажениям воспроизводимого сигнала.

Одним из основных способов уменьшения как частотных, так и нелинейных искажений является отрицательная обратная связь.

Однако беспредельно увеличивать глубину обратной связи нельзя, так как наличие фазовых искажений на крайних частотах уменьшает стабильность работы усилителя и может даже привести к его самовозбуждению. Для улучшения фазовой характеристики усилителя стараются исключить из него элементы, создающие фазовые сдвиги. Одним из таких элементов и является выходной трансформатор.

Если еще учесть, что выходной трансформатор является довольно дорогостоящей в производстве деталью, то становится понятным стремление конструкторов к созданию схем выходных каскадов усилителей НЧ без выходных трансформаторов. При использовании громкоговорителей с сопротивлением звуковой катушки 5—10 ом осуществить бестрансформаторный выход довольно трудно, так как для получения выходной мощности порядка 5—10 Вт выходные лампы должны обеспечивать ток через нагрузку около 1 —1,5 а. Создание таких ламп представляет довольно трудную задачу, поэтому более удачным решением оказалось увеличение сопротивления звуковой катушки громкоговорителя до 400—800 ом и создание выходных каскадов, обеспечивающих согласование с такими громкоговорителями. Наибольшее распространение получил так называемый последовательный двухтактный каскад, описание которого приводится ниже.

В обычной двухтактной схеме (рис.1,а) нагрузка Rн состоит из двух частей, включенных последовательно. Если использовать в качестве нагрузки высокоомную звуковую катушку громкоговорителя, то она должна иметь сопротивление Rн, вывод от средней точки и, кроме того, должна быть изолирована от корпуса усилителя.
Рис. 1. а) Обычный двухтактный усилитель; б) двухтактный усилитель с параллельно включенными частями нагрузки; в) последовательный двухтактный усилитель

Части нагрузки, имеющие сопротивление Rн/2 каждая, могут быть включены и параллельно (рис. 1,6). Очевидно, что в этом случае результирующее сопротивление нагрузки будет равно Rн/4. Вывод от средней точки катушки становится ненужным. Недостатком схемы рис. 1,б является необходимость иметь два отдельных источника анодного питания. Поскольку постоянные составляющие анодного тока через обе лампы равны, то, источники питания могут быть объединены (рис. 1,в). Так как в этом случае через нагрузку протекают только переменные составляющие анодных токов ламп, то она может быть включена через разделительный конденсатор и один вывод ее может быть заземлен. Усилитель по схеме рис. 1,в и представляет собой последовательный двухтактный каскад, который имеет следующие преимущества перед обычным двухтактным каскадом: приведенное сопротивление нагрузки оказывается в четыре раза меньше, не нужен вывод от средней точки нагрузки, один из концов нагрузки может быть заземлен. Эти достоинства облегчают применение высокоомных громкоговорителей в качестве нагрузки.

Недостатком последовательного двухтактного каскада является необходимость удвоенного напряжения анодного питания, так как по постоянному току лампы включены последовательно. Поэтому, чтобы осуществить бестрансформаторный усилитель с обычным напряжением источника питания (250—300 в), необходимо иметь лампы, которые при низком анодном напряжении (100-150 в) имели бы малое внутреннее сопротивление и отдавали достаточную мощность.

Из выпускаемых нашей промышленностью ламп в бестрансформаторных усилителях может быть использована лампа 6П18П (в ближайшее время будет выпущена специально разработанная для этих целей лампа). Последовательный двухтактный каскад, собранный на этих лампах при напряжении источника питания 310 в, отдает мощность порядка 6—8 Вт и согласовывается с нагрузкой, имеющей сопротивление около 800 ом. При намотке звуковых катушек громкоговорителей проводом диаметром 0,05 мм можно получить сопротивление звуковой катушки порядка 300—400 ом.

Так как современные усилители НЧ, как правило, используют систему из нескольких громкоговорителей, то сопротивление звуковой катушки громкоговорителя такой величины оказывается в большинстве случаев достаточным. Ниже приводится таблица параметров отечественных высокоомных громкоговорителей для бестрансформаторных схем. Громкоговорители отличаются от аналогичных низкоомных только моточными данными звуковой катушки, которая при необходимости может быть изготовлена самим радиолюбителем.
Особенностью двухтактного последовательного каскада является то, что если для обычного двухтактного каскада, при отсутствии сигнала, напряжения на анодах равны, а токи ламп могут несколько отличаться, то для последовательного двухтактного каскада в начальной рабочей точке токи ламп равны, а анодные напряжения могут отличаться друг от друга.
Одна из наиболее простых практических схем бестрансформаторного усилителя изображена на рис. 2. Предварительный усилитель выполнен на лампе 6Н2П и имеет раздельные плавные регуляторы тембра. Частотные характеристики усилителя при крайних положениях регуляторов приведены на рис. 3. Как видно из рисунка, усилитель не содержит специального фазоинверсного каскада. Напряжение возбуждения подается только на лампу Л3, а на лампе Л2 это напряжение образуется за счет падения напряжения на сопротивлении R22. Выбранная величина этого сопротивления (180 ом) обеспечивает симметричную работу обеих ламп. Усилитель охвачен отрицательной обратной связью глубиной 19 дБ, напряжение которой подается с нагрузки усилителя в цепь катода предоконечного каскада через сопротивление R18. Низкое выходное сопротивление усилителя (90 ом) достаточно хорошо демпфирует акустическую систему. Выходная мощность усилителя — 2 Вт. При коэффициенте нелинейных искажений около 1,5%, что соответствует требованиям, предъявляемым к радиоприемникам первого класса. Чувствительность усилителя 230 мВ, среднее звуковое давление, развиваемое акустической системой, более 10 бар.
Недостатком усилителя без фазоинверсного каскада является несимметричность напряжений, поступающих на сетки оконечных ламп, так как на управляющую сетку лампы Л2 поступает напряжение с нелинейными искажениями, возникшими в лампе Л3. В результате не происходит характерной для двухтактного каскада компенсации четных гармоник. Кроме того, такой усилитель может работать только в классе А.

В усилителе применены два низкочастотных громкоговорителя типа 2ГД-6 (Гр1 и Гр2) и два высокочастотных — типа 1ГД-17 (Гр3 и Гр4). Полное сопротивление нагрузки на частоте 1000 Гц равно 960 ом.

Некоторые трудности в бестрансформаторных усилителях вызывает питание экранной сетки верхней (по схеме) лампы. Для получения пентодного режима экранная сетка должна быть по переменному току замкнута на катод (через конденсатор С13). Однако при этом сопротивление оказывается включенным (по переменному току) параллельно нагрузке и на нем бесполезно рассеивается часть выходной мощности. Увеличение сопротивления R23 уменьшает постоянное напряжение на экранной сетке, в результате чего уменьшается мощность, отдаваемая лампами. Компромиссной оказывается величина 6,8 ком, которая, с одной стороны, обеспечивает достаточно высокое постоянное напряжение на экранной сетке и, с другой стороны, не приводит к заметным потерям мощности. Вместо сопротивления R23 может быть включен низкочастотный дроссель, который обладает большим сопротивлением переменному току и малым — для постоянного тока. Однако это усложняет усилитель и не всегда может быть рекомендовано.
На рис. 4 показана схема более совершенного усилителя НЧ, предназначенного для радиоприемников и радиол высшего класса. Усилитель выполнен по двухканальной схеме. Каскад предварительного усиления на лампе Л1 является общим для обоих каналов. Разделение каналов после каскада предварительного усиления производится с помощью цепочек C5R8C6R9 в канале высших частот и R28С21R29С22 в канале низших частот. Введение фазоинвертора позволило значительно повысить выходную мощность усилителя при незначительных нелинейных искажениях. Фазоинверсные каскады выполнены по схеме с разделенной нагрузкой. Следует отметить, что напряжение возбуждения на лампы Л4 и Л6 не может быть снято со всей анодной нагрузки фазоинвертора, ибо тогда оно окажется приложенным не между управляющей сеткой и катодом, а между управляющей сеткой и анодом оконечной лампы. В данном усилителе это напряжение снимается с сопротивлений R18 и R35, включенных между анодами фазоинверторов и экранными сетками ламп Л4 и Л6.
Выходная мощность обоих усилителей равна 6 Вт, при этом коэффициент нелинейных искажений в НЧ канале не превышает 1%, а в ВЧ канале — 2%. Чувствительность усилителя равна 0,2 в. Больший уровень нелинейных искажений в ВЧ канале объясняется более слабой обратной связью, равной в ВЧ канале 21 дБ, а в НЧ канале 28 дБ. Выходные сопротивления усилителя равны: в канале ВЧ — 80 ом и в канале НЧ —20 ом. Частотные характеристики усилителя приведены на рис. 5. В качестве нагрузки усилителя канала НЧ использованы два громкоговорителя типа 5ГД-16, а в канале ВЧ — три громкоговорителя типа ВГД-2.
Рис. 6. Принципиальная схема бестрансформаторного усилителя. Рвых—7 Вт. Данные Tp1 сердечник Ш25X50, обмотки: I—595 витков ПЭЛ 0,68, II—2х474 витков ПЭЛ 0,47, III— 18 витков ПЭЛ 0,82, IV— 18 витков ПЭЛ 1,45

Схема наиболее совершенного бестрансформаторного усилителя показана на рис. 6. На схеме не показан предварительный усилитель, который может быть выполнен по любой схеме, обеспечивающей малые частотные и нелинейные искажения. В усилителе применена комбинированная обратная связь, имеются цепи из положительной обратной связи, охватывающей предоконечный каскад, и отрицательной обратной связи, охватывающей предоконечный и оконечный каскады. Такая комбинированная обратная связь дает возможность резко уменьшить нелинейные искажения в усилителе.
 
 
Положительная обратная связь в усилителе осуществлена подачей части напряжения из катодной цепи Л1а в цепь катода Л1б, через сопротивление R7. Напряжение отрицательной обратной связи подается с выхода усилителя в цепь катода Л1а через сопротивление R11. Между анодом фазоинвертора и управляющей сеткой лампы выходного каскада Л2 осуществлена связь но постоянному току. Величина отрицательного смещения на управляющей сетке этой лампы определяется разностью между напряжением на катоде и напряжением, снимаемым на управляющую сетку с делителя R8, R13. Как видно из графика, приведенного на рис. 7, частотная характеристика усилителя прямолинейна от 2О Гц до частот свыше 100 кГц, что является характерным для бестрансформаторных усилителей. При выходной мощности 7 Вт (см. рис. 8) нелинейные искажения не превышают 0,5%. Все это обеспечивает воспроизведение всего звукового диапазона частот практически без искажений.

В заключение следует отметить, что бестрансформаторные усилители, построенные по последовательной двухтактной схеме, могут как и обычные трансформаторные двухтактные усилители работать не только в классе А,а также в классах АВ и В. Так, например, для работы в режиме, близком к классу В, и схеме рис. 6 нужно исключить R17С12 и, отключив R12, от корпуса, подать через него на управляющую сетку Л3 отрицательное смещение порядка 15 в от постороннего источника. При этом будет достигнут дополнительный выигрыш в мощности (10-20%).

Бестрансформаторные усилители являются весьма перспективными для выходного тракта радиовещательного приемника, а также различных звукоусилительных агрегатов высокого качества звучания. Следует ожидать, что в ближайшее время в продаже появятся отечественные радиовещательные приемники первого и высшего классов с трактом низкой частоты, построенным по бестрансформаторной схеме. Особенно перспективными являются бестрансформаторные схемы для радиолюбителей, избавляя их от трудоемкой работы по расчету и изготовлению выходных трансформаторов.

Автор: Л. Кононович

Источник публикации: ж. Радио, 1959, № 6, с. 41 - 44
Категория: Статьи из литературы | Добавил: cner (25.07.2017)
Просмотров: 327 | Рейтинг: 0.0/0