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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Berechnung von Röhrenverstärkern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur Ein Verstärker ist eines der häufigsten Elemente elektronischer Geräte, aber warum beginnen wir seine Berechnung mit einem veralteten Röhrenverstärker? Dafür gibt es mehrere Gründe, und der Hauptgrund ist, dass das Interesse an der Röhrentechnik gerade bei Liebhabern hochwertiger Klänge wieder erwacht. Röhrenverstärker sind unprätentiös, zuverlässig und obwohl Überspannungen kurzfristige Ausfälle zwischen den Elektroden verursachen können, bleibt die Lampe danach meist betriebsbereit. Durch Überstrom erhitzen sich die Elektroden, aber es bleibt genügend Zeit, um die heiße Anode zu sehen und sich die Zeit zu nehmen, den Strom abzuschalten. Transistoren hingegen fallen selbst bei kurzzeitigen Überlastungen sofort, „still“ und für immer aus. Wir fügen außerdem hinzu, dass die Berechnungen von Verstärkern beispielsweise an Lampen und Feldeffekttransistoren sehr ähnlich sind. Die Berechnung eines jeden Verstärkers beginnt mit der Bestimmung seiner Parameter basierend auf dem Zweck des Verstärkers: verstärktes Frequenzband, Ausgangsspannung, Strom oder Leistung, Lastwiderstand, Eingangsspannung und Eingangswiderstand. Für UHF eines Heimfunkkomplexes kann die Ausgangsleistung beispielsweise 5 W bei einem Lastwiderstand (dynamischer Kopf) von 4 Ohm betragen, das Frequenzband beträgt 70 Hz ... 12,5 kHz, die Eingangsspannung beträgt 20 mV. . 1 V mit einem Eingangswiderstand von mindestens 500 kOhm. Der angegebene Eingangsspannungsbereich ermöglicht den Anschluss des Verstärkers an viele Programmquellen: einen Radioempfänger, einen Player mit piezoelektrischem Tonabnehmer, Line-Ausgänge anderer Geräte. Es empfiehlt sich, einen solchen Verstärker in zwei Teile zu unterteilen: einen Spannungsvorverstärker, der notwendigerweise einen Lautstärkeregler (Gain) und möglicherweise Klangregler (Frequenzgangformen) enthält, und einen Endleistungsverstärker. Letzteres wird auf der Grundlage eines konstanten Eingangssignalpegels berechnet, der dem Ausgangssignal des Vorverstärkers entspricht. Also berechnen wir den Verstärker an den Lampen. Ein Diagramm des einfachsten aperiodischen Triodenverstärkers ist in Abb. 48 dargestellt. XNUMX.
Für die Berechnung werden einige Referenzdaten benötigt: die Spannung und der Strom des Lampenfadens (Glühfadenkreise sind im Diagramm nicht dargestellt), die empfohlene Vorspannung, Anodenspannung und -strom, die Steigung der Kennlinie S und der Innenwiderstand der Lampe RI bzw. deren Verstärkung μ. Die letzten drei Parameter hängen durch eine einfache Beziehung zusammen: μ = SRI Die Lampenkaskade ist gut, weil sie bei niedrigen Frequenzen praktisch keinen Strom von der Signalquelle verbraucht – der Anodenstrom wird durch die Spannung im Netz gesteuert. Dennoch ist der Gitterableitwiderstand R1 mit einem Widerstandswert von 0,5 ... 4,7 MΩ weiterhin notwendig, damit die seltenen Elektronen, die sich auf dem Gitter niedergelassen haben, dieses nicht negativ aufladen, sondern über diesen Widerstand zur Kathode zurückkehren. Der gleiche Widerstand lässt sich bequem als Lautstärkeregler verwenden. Der Kondensator C1 wird benötigt, damit die konstante Komponente des Eingangssignals (falls vorhanden) nicht auf das Gitter fällt und den Lampenmodus nicht ändert. Seine Kapazität wird nach der Formel für die Grenzfrequenz des HPF berechnet, die kleiner als die niedrigste Durchlassfrequenz fn sein muss:
Damit kein Gitterstrom fließt, muss die Gitterspannung im Verhältnis zur Kathode immer negativ sein, daher ist eine gewisse Vorspannung erforderlich. Die Verwendung einer separaten negativen Spannungsquelle ist praktisch unpraktisch, daher ist in der Kathodenschaltung meist ein automatischer Vorspannungswiderstand R2 enthalten. Der Anodenstrom der Lampe ia erzeugt an ihr einen Spannungsabfall Uc, der über den Pluspol an die Kathode und über den Minuspol an das Steuergitter angelegt wird. Die Formel zur Berechnung ist einfach:
Es bleibt noch der Lastwiderstand zu berechnen, da etwa die halbe Spannung der Anodenstromquelle Ea darauf abfällt:
Unter den weit verbreiteten Doppeltrioden hat die 100N6P-Lampe mit den Parametern S – 2 mA/V, Ri = 2 kOhm, Uc = –50 V, Ua = 1,5 V, ia = 120 mA die höchste Verstärkung μ = 1 (letzte). Zwei unterscheiden sich von den in den Fachbüchern angegebenen 250 V und 1,8 mA, wir haben sie jedoch aus wirtschaftlichen Gründen entsprechend den Eigenschaften der Lampe ausgewählt. Unter der Annahme von Ea = 240 V ergibt sich R2 = 1,5 kOhm, R3 = 120 kOhm. Die Die Verstärkung der Kaskade an der Triode wird wie folgt berechnet:
Die Verstärkung ist nicht zu hoch und bei einem Eingangssignal von 20 mV beträgt die Ausgangsspannung nur 1,4 V, was möglicherweise nicht ausreicht, um die UMZCH-Ausgangslampe vollständig „aufbauen“ zu können. Sie müssen entweder zwei Kaskaden an Trioden verwenden (dann ist die Verstärkung überflüssig und muss beispielsweise mithilfe des OOS reduziert werden) oder eine Kaskade in einer anderen Lampe, die mehr Verstärkung bietet – die Pentode (Abb. 49). ).
Es unterscheidet sich lediglich in der Stromversorgungsschaltung des Abschirmgitters R3C3. Der Widerstandswert des Löschwiderstands R3 wird durch die Formel bestimmt
wobei Ug2 und ig2 die Spannung und der Strom des Schirmgitters sind. Der Innenwiderstand der Pentode ist groß, daher wird die Verstärkung mit einer einfacheren Formel berechnet
Wir werden die Pentode 6Zh1P als die wirtschaftlichste wählen. Seine Parameter Ua = = Ug2 = 120 V, S = 5 mA/V, ia = 7 mA und ig2 = = 3 mA bei Uc = - 1,5 V, was R2 = = 150 Ohm ergibt. R3 = 40 kOhm, R4 = 17 kOhm und Kμ = 85. In der Praxis werden Moden mit einem so großen Anodenstrom in Vorstufen nicht verwendet. Vorteilhaft ist es, den Widerstand aller Widerstände um ein Vielfaches zu erhöhen, wodurch der Anodenstrom deutlich reduziert wird. Und obwohl die Steigung der Kennlinie in diesem Modus abnimmt, nimmt die Verstärkung zu und beträgt 150 ... 200. Um neue Parameter bei einem niedrigeren Anodenstrom der Lampe zu berechnen, sollten Sie deren Eigenschaften verwenden. Allerdings reagieren die Lampen nicht sehr empfindlich auf Modusänderungen und es ist einfach, sie experimentell auszuwählen. Kommen wir nun zu UMZCH. Für sie werden spezielle leistungsstarke Ausgangsstrahl-Tetroden und -Pentoden hergestellt. In unserem Beispiel eignet sich eine 6P14P-Tetrode mit den Parametern Ua = Ug2 = 250 V, S = 11,5 mA/V, ia = 50 mA und ig2 = 5 mA bei Uc = - 6 V. Unsere Ausgangsstufe wird Single-Ended sein, Betrieb in Klasse A. Dies bedeutet, dass der Ruhestrom der Lampe dem Nennstrom von 50 mA entspricht und bei einer Änderung der Spannung am Steuergitter von Null (die Lampe ist geschlossen) bis zum Doppelten des Nennstroms von 100 mA schwankt (Die Lampe ist offen). Lassen Sie uns die erforderliche NF-Spannung auf dem Gitter mit der Formel Δia = SΔUBX finden: ΔUBx = Δia/S = 50/11,5 = 4,35 V (Spitzenwert). Der Widerstand des Auto-Bias-Widerstands im Kathodenkreis sollte sein
Wenn der oben berechnete Pentodenvorverstärker Kμ = 150 liefert, muss das Eingangssignal, um eine Amplitude von 4,35 V am Gitter der Ausgangsstufe zu erhalten, gleich 4,35 / 150 = 0,029 V (Spitzenwert) oder etwa 20 mV sein ( Effektivwert), der den spezifizierten Anforderungen entspricht. Der Schaltungsentwurf des UZCH ist abgeschlossen, wir können sein schematisches Diagramm zeichnen (Abb. 50). Die Widerstände der Widerstände werden berechnet, es müssen noch die Kapazitäten der Kondensatoren ausgewählt werden. Sie werden auf die gleiche Weise berechnet wie die Kapazität C1 (siehe oben) für die niedrigste Durchlassfrequenz, die mit einem Spielraum angenommen werden muss, unter 70 Hz.
Natürlich muss der Widerstandswert des entsprechenden Widerstands in die Formel eingesetzt werden. Wenn beispielsweise ein R1C1-String eine Grenzfrequenz von 16 Hz und eine Kapazität von 0,01 uF hat, dann hat ein R2C2-String dieselbe Grenzfrequenz mit einer Kapazität von 10 uF. Es ist auch nützlich, die obere Frequenz der Vorverstärkerbandbreite zu überprüfen, indem man die Summe der Ausgangskapazität der VL1-Lampe, der Eingangskapazität der VL2-Lampe (aus Nachschlagewerken) und der Montagekapazität С∑ gleich 3 + 13,5 nimmt + 20 - 40 pF:
Wie Sie sehen können, ist es höher als erforderlich. Zum Zweck der Entkopplungskette R5C5 müssen noch einige Worte gesagt werden. Starke Schwankungen im Röhrenausgangsstrom führen unweigerlich zu Änderungen der Anodenversorgungsspannung, da Röhrenverstärker normalerweise aus unstabilisierten Quellen gespeist werden. Damit sie den Betrieb der Vorkaskade nicht beeinträchtigen (und das brauchen wir absolut nicht), ist eine Kette eingebaut. Der Kondensator C5 hat einfach keine Zeit, sich bei Änderungen der Anodenspannung rechtzeitig wieder aufzuladen. Darüber hinaus filtert die Schaltung zusätzlich den Wechselstromhintergrund bei unzureichender Glättung der Welligkeit im Gleichrichterfilter. Betrachten Sie nun den Anodenkreis der Ausgangsstufe. Die Lampe liefert maximale Leistung, wenn Stromänderungen von 0 auf 100 mA mit maximal möglichen Spannungsänderungen an der Anode einhergehen und der maximale Strom der minimalen Spannung entspricht, die mindestens 20 ... 30 V betragen sollte (andernfalls). es kommt zu Verzerrungen im Spitzensignal). Berücksichtigen wir weitere 10 Volt Spannungsabfall am aktiven Widerstand der Primärwicklung des Ausgangstransformators und erhalten die Amplitude der Wechselspannung an der Anode 250 - 10 - 30 = 210 V. Die Wechselspannung wird zum Gleichstrom addiert Versorgungsspannung. Bitte beachten Sie, dass, wenn der Anodenstrom auf Null sinkt (auf der negativen Halbwelle des Eingangssignals), die momentane Anodenspannung auf 250 + 210 = 460 V ansteigt. Wie bereits erwähnt, tolerieren Lampen solche Spannungen problemlos. Die Schwingungsleistung des NF-Signals im Anodenkreis wird P \u2d Ähm im / 210 \u0,05d 2 5,25 / XNUMX \uXNUMXd XNUMX W. Unter Berücksichtigung kleiner Verluste im Ausgangstransformator haben wir die eingestellte Bedingung erfüllt (bei 5 W in der Last). Ermitteln wir den erforderlichen Widerstand der Primärwicklung für die NF-Ströme RH: RH \u210d Um / im \u50d 4,2/XNUMX \uXNUMXd XNUMX kOhm. Wenn RH und Kopfwiderstand Rg bekannt sind, ist es nun möglich, das Übersetzungsverhältnis des Ausgangstransformators T1 zu ermitteln, wobei Folgendes zu berücksichtigen ist: Wenn der Transformator die Spannung um das n-fache senkt, erhöht er den Strom im Sekundärwicklungskreis um das gleichen Betrag, dann wird der Widerstand in n umgewandelt2 einmal: Bei höheren Frequenzen des Audiospektrums erhöht sich die UMZCH-Verstärkung, da der induktive Widerstand der Schwingspule des Kopfes, umgewandelt in die Primärwicklung, und der Streuinduktivitätswiderstand der Primärwicklung des Transformators T1 zur aktiven Last addiert werden Widerstand RH. Um den Anstieg zu kompensieren, ist parallel zur Primärwicklung ein Kondensator C7 geschaltet, dessen Kapazität aufgrund der Unsicherheit der genannten Parameter schwer zu berechnen ist und daher experimentell entsprechend der gewünschten Form des Frequenzgangs ausgewählt wird. Frage zum Selbsttest. Vielleicht haben Sie die theoretischen Berechnungen schon satt? Wenn nicht, dann berechnen Sie den Verstärker anhand der von Ihnen selbst gestellten Anforderungen, und wenn ja, suchen Sie sich beispielsweise einen unnötigen Röhrenfernseher und zerlegen Sie ihn. Ein gutes Akustiksystem erhält man aus einem Holzgehäuse, wenn man die Frontplatte aus Spanplatten ausschneidet und mit einem Stoff bespannt. Platzieren Sie einen Kopf auf dem Panel, vorzugsweise nicht in der Mitte und vorzugsweise zwei oder mehr, je nach Widerstand in Reihe oder parallel geschaltet. Bauen Sie einen Verstärker wie beschrieben zusammen und genießen Sie den „Röhren“-Sound. Alle für die Umsetzung des Projekts notwendigen Details finden Sie im alten Fernseher. Autor: V.Polyakov, Moskau
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Kommentare zum Artikel: Vlad Der Artikel hat sehr geholfen. Vielen Dank! [;)] Alexander Und wer ist V. Polyakov? Ist es nicht Vladimir Timofeevich, der Autor vieler Artikel und mehrerer Bücher über synchronen Empfang und PLL? Alexander Aber was ist mit der 6P14P-Pentode (im Artikel als Tetrode bezeichnet) ohne OOS? Können Sie das in diesem Fall tun?
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