F.A.Q.
Главная ВАХи Софт Схемы Конструкции Полезные статьи
| Форум |
| Хотите помочь? |
| Обратная связь |
| Полезные ссылки |
| Распродажа электронных компонентов |
Ответы на часто задаваемые вопросы
Оглавление
1. Что такое Ra (Raa
>) или "приведёнка" ?3. Хочу повторить схему усилителя, но имеющийся у меня трансформатор, выдаёт другие напряжения.
4. Я видел в книгах способы построение нагрузочной прямой, но мне непонятно, почему
она строится именно так.
5. Почему при указанном на рисунке1 анодном напряжении 250В его максимум в точке «С» превышает 350В?
6. Почему усилитель выходит из строя при короткозамкнутой или оборванной нагрузке?
Что такое Ra (Raa) или "приведёнка" ?
При измерении омметром сопротивления первичной обмотки выходного трансформатора мы получаем значения, в зависимости от мощности трансформатора, в диапазоне от десятков до сотен Ом но при этом говорится, что приведённое сопротивление составит несколько килоом. Например, для ТВЗ1-9, нагруженного на динамик, имеющий сопротивление, измеренное на частоте 400 Гц, 4 Ом, сопротивление первичной обмотки, измеренное тестером (омметром) будет равно 220 Ом, а Ra для однотактного усилительного каскада составит 6266 Ом.
Это объясняется тем, что первичная обмотка нагруженного трансформатора имеет разное сопротивление для постоянного и переменного токов. Сопротивление постоянному току просто определяется омметром и называется активным сопротивлением или сопротивлением потерь. Т.е. это величина паразитная, обусловленная потерями на активном сопротивлении обмоточного провода, которым намотана обмотка.
Выходной трансформатор усилителя низкой частоты служит для работы только на переменном токе.
Рассмотрим в упрощённом виде работу ТВЗ1-9 в SE-усилителе.
Его первичная обмотка подключена к аноду усилительной лампы. При работе усилителя по ней протекает переменный ток, который создаёт переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. Магнитный поток индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков обмоток. Если пренебречь потерями на активных сопротивлениях обмоток, получим приближённое равенство отношений приложенных напряжений к обмоткам и отношения числа их витков:
U1 / U2 ≈ w1 / w2
где, U1 – напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора;
U2 – напряжение, приложенное к вторичной обмотке трансформатора:
w1 - число витков первичной обмотки:
w2 – число витков вторичной обмотки.
При этом мощность остаётся почти постоянной. Она несколько снижается из-за потерь
в трансформаторе.
P1 = U1 * I1 ≈ U2 * I2
Отсюда следуют соотношения между токами и напряжениями на первичной и вторичной обмотках трансформатора:
U1 / U2 = I2 / I1 = w1 / w2 = n
где n – коэффициент трансформации.
Следует обратить внимание на то, что при уменьшении вторичного напряжения в n раз по сравнению с первичным, ток I2 во вторичной обмотке соответственно увеличится в n раз.
Важным свойством трансформатора является его способность преобразовывать сопротивление нагрузки. . Если к источнику переменного тока подключить нагрузку с сопротивлением R через трансформатор с коэффициентом трансформации n, то для цепи источника:
Таким образом, трансформатор изменяет значение сопротивления нагрузки R в n2 раз.
Поэтому говорят, что к аноду лампы будет приведено сопротивление:
Ra = n2 * Rn,
где Ra – сопротивление нагрузки лампы для переменного тока или приведённое сопротивление анода;
n – коэффициент трансформации;
Rn – сопротивление нагрузки. В простейшем случае – сопротивление динамика (колон-
ки), измеренное на стандартной частоте и приводимое в паспортных данных.
Для ТВЗ1-9, имеющего первичную обмотку, состоящую из 2150 витков и вторичную,
состоящую из 58 витков коэффициент трансформации составит:
И без учёта потерь для 4-х Омного динамика:
Ra = n2 * Rn = 37,12 * 4 = 5505,64 Ом
Первичная обмотка ТВЗ1-9 намотана проводом марки ПЭЛ-1 Ø 0,14 мм, вторичная – проводом ПЭЛД Ø 0,62 и имеющими сопротивления, соответственно r1 = 220 Ом и r2 = 0,4 Ом.
С учётом потерь на обмотках трансформатора формула вычисления приведённого сопротивления выглядит следующим образом:
и будет равно:
Ra = 37,12 * (4 + 0,4) + 220 = 6276,2 Ом.Чтобы не делать эти вычисления вручную, я написал простые калькуляторы. Их можно скачать по ссылкам:
«Расчёт Raa существующего выходного трансформатора по количеству витков обмоток»
Напряжение на конденсаторе при неподключенной нагрузке обычно составляет:
=
Uвх * 1,41
При подключении нагрузки (в нашем случае усилителя) напряжение уменьшится и будет равным:
Uc = (1.2÷1.3) * Uвх.
Это весьма упрощённый способ определения выходного напряжения выпрямителя.
Хочу повторить схему усилителя, но имеющийся у меня трансформатор, выдаёт другие напряжения.
Если использовать силовой трансформатор с анодным напряжением, отличающимся от
анодного напряжения, указанного на существующей схеме, то изменятся выходная мощность и приведённое сопротивление нагрузки усилителя мощности. Поэтому, применять готовый выходной трансформатор или рассчитывать его под указанное на схеме приведённое сопротивление неправильно. Наилучшим способом в таком случае будет произвести перерасчёт усилителя мощности под те напряжения, которые сможет обеспечить имеющийся у вас трансформатор. Наиболее точным является графический метод определения параметров по вольт-амперным характеристикам выходных ламп (ВАХ).
Я видел в книгах способы построение нагрузочной прямой, но мне не понятно, почему
она строится именно так.
Допустим, у нас имеется выпрямитель, дающий анодное напряжение 250В под нагрузкой и лампа 6П1П, которую мы будем использовать в триодном включении в однотактном усилителе мощности (SE). Для того, чтобы построить нагрузочную прямую для SE-усилителя, на ВАХ лампы из точки, соответствующей анодному напряжению проведём вертикальную линию вверх (на рис. 1 изображена синим цветом). Эта линия пересекает
несколько линий ВАХ, соответствующих разным напряжениям управляющей сетки. Выберем напряжение управляющей сетки -15В и поставим на точке пересечения этих линий точку (на рис.1 изображена красным цветом). Это будет т.н. рабочая точка с параметрами: Ua – напряжение анода, Ia0 – ток покоя лампы (точка «В»). Следует отметить, что мы взяли напряжение анода равным напряжению источника анодного напряжения, считая, что падение напряжения на первичной обмотке выходного трансформатора, подключеного к аноду лампы, невелико. На самом деле, чем меньше мощность усилителя, тем меньший анодный ток протекает через первичную обмотку выходного трансформатора и тем меньше требуемый диаметр провода для её намотки. Но чем меньше диаметр провода, тем больше его сопротивление и тем больше падение напряжения на обмотке. У маломощных усилителей порядка 1- 5 Вт, падение напряжения на первичной обмотке выходного трансформатора достигает 10В, что следует учитывать при расчётеПри выборе рабочей точки для SE-усилителя рабочая точка не должна находиться на линии Pamax или превышаеть её.
Проведём прямую линию через точку «В» до соприкосновения с линией ВАХ для Uc1=0В с одной стороны и линией ВАХ, соответствующей удвоенному напряжению смещения рабочей точки с другой стороны. В нашем случае: 2 * (-15) = -30 В. На рисунке
Красная линия «АВС». Так как при работе усилителя ток анода будет изменяться от его значения в рабочей точке при усилении одного полупериода в направлении «ВА», а при усилении другого полупериода в сторону «ВС», линия «AD» будет соответствовать удвоенному значению амплитуды анодного тока, а линия «DC» - удвоенной амплитуде анодного напряжения. Проведённая линия «АС» соответствует удвоенному сопротивлению Ra. Т.о.
Амплитуда анодного тока:
Амплитуда анодного напряжения:
При этом площадь треугольника «АВС» соответствует учетверённой мощности, отдаваемой в нагрузку.
Мощность, отдаваемая в нагрузку, будет равна:
Где η – К.П.Д. выходного трансформатора.
Коэффициент нелинейных искажений определяется соотношением длин нагрузочной прямой:
Поэтому, для получения минимальных искажений, необходимо провести нагрузочную прямую таким образом, чтобы длины «АВ» и «ВС» были равны.
Рассмотрим параметры усилителя при разных наклонах нагрузочной прямой. Возьмём для примера рисунок [1, стр. 187]:
На рис.2 проведены три нагрузочных прямых, соответствующих разным величинам приведённого сопротивления Ra, Ra1 и Ra2. На каждой характеристике указаны рабочая точка (Т1, Т2 и Т), соответствующая рабочему смещению Ес1=-4В, и рабочий участок (А1Б1, А2Б2 и АБ), соответствующий переменному напряжению управляющей сетки с амплитудой 4В.
Сопротивления нагрузки Ra1 достаточно велико. Для этого случая рабочий участок получился сравнительно небольшим поэтому, малы амплитуды анодного тока и напряжения. Усиление по напряжению получается недостаточным и мала отдаваемая мощность из-за малой площади треугольника. Кроме этого из-за большой разницы длин участков Т1А1 и Т1Б1 величины положительной и отрицательной полуволн анодного тока Кг будет очень большим..
Если взять сопротивление нагрузки слишком малым (Ra2), увеличится амплитуда анодного тока, но амплитуда анодного напряжения возрастёт незначительно из-за того, что рабочая характеристика проходит очень круто. Увеличится полезная мощность, но она не будет максимально возможной. Снизится Кг, но его величина будет высокой из-за того, что длина участка Т2А2 больше, чем длина участка Т2Б2.
Наивыгоднейшим (оптимальным) сопротивлением будет Ra, при котором рабочая точка делит рабочий участок пополам. При этом Кг минимален. Такому значению Raсоответствует средняя рабочая характеристика на рис.2 . Для неё отрезки ТА и ТБ равны, амплитуда анодного тока ненамного меньше, чем при сопротивлении Ra2.Зато амплитуда
Анодного напряжения значительно больше, чем в предыдущих случаях. Возросла и полезная мощность, т.к. увеличилась площадь треугольника мощности. Практически полезная мощность соответствует такому значению Ra, которое даёт минимальные искажения.
Почему при указанном на рисунке №1 анодном напряжении 250В его максимум в точке «С» превышает 350В?
Это странное, на первый взгляд, явление объясняется наличием в анодной цепи накопителя энергии – индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора.
При возрастании тока анода ЭДС самоиндукции направлена навстречу анодному току и противодействует его росту. Она направлена навстречу ЭДС источника питания и напряжение анода становится меньше.
При уменьшении анодного тока происходит обратное явление. ЭДС самоиндукции меняет свой знак и поддерживает ток. Она складывается с ЭДС источника питания и напряжения анода возрастает. Т.е.
Почему усилитель выходит из строя при короткозамкнутой или оборванной нагрузке?
Наилучшей иллюстрацией предельных режимов будет рассмотрение ВАХ экранированной лампы, работающего в классе «А». Возьмём 6П3С и выберем Ua=Uэ=250В (см. Рис.3).
Проведём вертикальную линию из точки ВАХ, соответствующей Ua = 250В и выберем для выбранного анодного напряжения рабочую точку «В» при смещении -15В.
Как указывалось ранее, при работе оконечного каскада напряжение на управляющей сетке будет изменяться от напряжения рабочей точки (-15В) до ноля вольт в одну сторону и до удвоенного его значения 2 * -15В = -30В, в другую.
Режим короткого замыкания
Изменение анодного напряжения трансформаторного усилителя происходит по принципу, описанному формулой:
Для Ra = n2 * Rn = n2 * 0 = 0 Ом, нагрузочная прямая будет совпадать с вертикалью, проведённой из точки ВАХ, соответствующей анодному напряжению и будет ограничена точками «А» для Uc1 = 0В и точкой «С» для Uc1 = -30В. Получим нагрузочную прямую для режима короткого замыкания «АВС».
Как видим, половину периода лампа будет работать в зоне превышения максимально-допустимой мощности рассеяния анодом Pamax (отрезок «АВ»). Как уже говорилось ранее, даже небольшой заход в эту область нежелателен, т.к. может привести к выходу лампы из строя. Мы же имеем значительное превышение Pamax, что неизбежно приведёт к выходу лампы из строя при длительной работе в таком режиме или к ухудшению параметров лампы при кратковременной работе на замкнутую нагрузку
Рис.3
Режим обрыва в нагрузке
При обрыве нагрузки (Rn = ∞) нагрузочная прямая пройдёт параллельно оси Ua.
На рис.3 получим прямую с началом в точке «D», проходящую через точку рабочего режима «В» и ничем не ограниченную с правой стороны, т.к. нагрузочная прямая не пересечётся с линией ВАХ для Uc1 = -30В из-за незначительного роста анодного тока при больших отрицательных напряжениях на управляющей сетке лампы (1мА на 150В). Т.о. напряжение на аноде лампы будет стремиться к бесконечности, что вызовет пробой изоляции выходного трансформатора и он выйдет из строя. Всплеск напряжения превысит предельно-допустимое напряжение анода лампы и в лампе возникнет пробой, что приведёт к выходу её из строя, как и трансформатор.
Казалось бы, что при отсутствии изменения тока анода ΔIa = 0, результатом его умножения на бесконечность будет ноль, а, значит, и неоткуда взяться изменению Ua и вместо нагрузочной прямой, мы должны получить неизменяющуюся точку покоя. Это в идеальном случае. В реальном усилителе достаточно произойти «скачку» сетевого напряжения или ток изменится из-за флуктуации эмиссии лампы, такая прямая немедленно возникнет и т.к. результатом умножения даже микроскопического тока на бесконечность будет бесконечность, произойдут, описанные выше, явления.
При работе усилителя в классах «АВ» и «В» рабочая точка берётся при гораздо больших значениях Uc1, чем при работе в классе «А».
Как было видно из рис.2 наивыгоднейшим положением верхней точки нагрузочной прямой будет её расположение на сгибе линии ВАХ для Uc1=0В.
Нижняя точка соответствует напряжению источника анодного напряжения.
Например, возьмём ВАХ 6П6С при напряжении экранной сетки 300В (рис.4):
Допустим, наш источник анодного напряжения обеспечивает под нагрузкой напряжение 400В. Предположим, что в цепи экранной сетки будет установлен резистор 510 Ом для подавления возможного возбуждения ламп на ВЧ.Отметим на ВАХ точку «А» на сгибе линии ВАХ при Uc1=0В и Rэ=510 Ом. Отметим точку «В» на оси «Ua», соответствующую напряжению 400В. Проведём прямую линию из точки «А» в точку «В». Это и будет нагрузочная прямая для нашего случая.
Из точки «А» опустим вертикальную линию до пересечения с осью «Ua» и в месте пересечения поставим точку «С», которая будет соответствовать минимальному анодному напряжению. Получится треугольник мощности «АВС».
Рис.4
Для PP-усилителя, работающего в классах «АВ» и «В» наименьшие искажения получаются при токе в точке пересечения нагрузочной характеристики линии для половины напряжения управляющей сетки, равном половине максимального анодного тока. В нашем случае максимальный анодный ток определяет точка «А». (Iam = 112 mA).
Половина от его значения:
Проведем горизонтальную линию из точки, соответствующей анодному току 56mA, параллельную линии «Ua» до пересечения с линией «АВ» и поставим в месте пересечения точку «D». Эта точка соответствует линии смещения -15В при Rэ = 510 Ом. Т.о. Uc0,5 = 0,5 * Uc0. Необходимое смещение, при котором будут получены минимальные искажения, будет равно его удвоенному его значению -15 * 2 = -30В. Проведём вертикальную линию из точки «В» до пересечения с линией ВАХ при Uc1 = -30В и поставим в месте пересечения точку «Е». Она будет соответствовать минимальному анодному току.
Мы получили все необходимые значения для расчёта выходного каскада. Теперь осталось скачать программу расчёта:
«Расчёт
двухтактного выходного каскада на тетродах (пентодах), работающего в
классе "В"
и выходного трансформатора для него (с описанием)»
Ознакомиться с описанием, подставить полученные значения в программу и получить результат!
Удачи! С уважением,
Использованная литература:
1. И.П.Жеребцов «Основы электроники» «Энергия». 1967 г.
2. Г.В.Войшвилло "Усилители низкой частоты на электронных лампах", 1959 год
