Устройство и работа усилителей

Предлагаем ознакомиться с ответами на вопросы по теме: "Устройство и работа усилителей" от профессионалов для людей. Если в статье не найдете ответ на свой вопрос, то можно обратиться к дежурному специалисту.

II.2. Принцип работы усилителя

Усиление электрических колебаний в радиоэлектронных устройствах осуществляется с помощью электронных ламп и транзисторов. Здесь важно понять, почему лампа или транзистор могут усиливать.

Принцип усиления поясняет схема на рис.2.3.

Рис. 2.3. Принцип усиления электрических сигналов.

Последовательно с источником питания с напряжением Епит включены два сопротивления: постоянное сопротивление нагрузки RН и изменяемое сопротивление R

. Роль изменяемого сопротивления играет транзистор или лампа, которые под воздействием управляющего напряжения (в лампе или полевом транзисторе) или тока (в биполярном транзисторе), подводимого к входу усилителя, изменяют своё внутреннее сопротивление постоянному току. Изменение внутреннего сопротивления может осуществляться в очень широких пределах практически без затраты энергии или при очень малой её трате. В то же время мощность, выделяющаяся в нагрузке, может быть значительной. Чтобы выходное напряжение было похожим по форме на входное, требуется плавное изменение внутреннего сопротивления лампы или транзистора, т.е. необходим так называемый усилительный режим их работы.

Рассмотрим принцип работы резистивного усилителя на транзисторе с общим эмиттером, применяя метод графического анализа процессов и используя статические характеристики транзистора. Схема усилителя изображена на рис.2.4.

Рис. 2.4. Графический анализ работы транзисторного усилителя.

1. Обратимся к семейству статических коллекторных характеристик транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером (ОЭ), где параметром является ток базы iБ.При iБ =const ток коллектора является функцией только коллекторного напряжения:

В реальных условиях, т.е. при наличии нагрузки в цепи коллектора, изменение коллекторного тока приводит к изменению коллекторного напряжения, причём çUКç= çЕКç- IК × RК, откуда следует

Выражение (2.2) представляет собой уравнение прямой линии в отрезках на осях в системе координат UК, IК. Проанализируем это уравнение.

· при IК = 0 ½UК½ = ½ЕК½, что соответствует режиму холостого хода;

что соответствует режиму короткого замыкания.

Значения ЕК и UK взяты по абсолютной величине, потому что рассуждения справедливы для транзисторов любой структуры.

Соединив точки, отложенные на осях координат, получим прямую, называемую нагрузочной прямой постоянного тока.

В выражениях (2.1) и (2.2) ток IК и напряжение UК имеют одинаковое значение, поэтому эти выражения можно рассматривать как систему двух уравнений с двумя неизвестными: IК и UК. Уравнение (2.1) выражено графически, а уравнение (2.2) – задано аналитически. Решение этой системы уравнений проще выполнить графическим способом, т.е. найти точку пересечения нагрузочной прямой с коллекторной статической характеристикой, соответствующей току iБ, протекающему в цепи базы. Назовём эту точку изображающей точкой (М). При отсутствии сигнала на входе усилителя изображающая точка определяет положение рабочей точки (Р.Т.) на пересечении нагрузочной прямой со статической выходной характеристикой транзистора при определённом токе базы и называется точкой покоя (М ). Её координаты определяют ток коллектора покоя (IКП ) и напряжение коллектора покоя (UКП ) и связаны уравнением:

Для определения параметров выходного сигнала в динамическом режиме

(с подключённым входным сигналом и нагрузкой) используют нагрузочную прямую переменного тока (динамическую линию нагрузки). Для этого определяют сопротивление нагрузки переменному току, которое определяется параллельно включёнными сопротивлением в цепи коллектора (RК) и сопротивлением нагрузки (RН), на которую работает данный усилительный каскад:

Подробнее об этом в разделе «IV. Работа усилительного элемента в схеме».

2. Обратимся теперь к входным характеристикам транзистора. При отсутствии сигнала на входе в цепи базы действует только напряжение смещения ЕБП, соответствующее состоянию покоя транзистора. При этом в цепи базы будет протекать ток базы покоя (IБП ).

Динамической входной характеристикой

транзистора называется зависимость тока базы от напряжения на базе в схеме с ОЭ при действии входного сигнала и наличии сопротивления нагрузки в цепи коллектора (RK). Обратим внимание, что напряжение на коллекторе при наличии нагрузки не будет величиной постоянной. Это следует из выражения (2.2).

Динамическая входная характеристика транзистора может быть построена по его динамической выходной характеристике. Однако особенности работы транзистора позволяют сделать вывод, что его динамическая входная характеристика практически совпадает со статической. Поэтому определение входных данных транзисторного каскада без большой погрешности производят по статической характеристике. На рис.2.5 показано семейство входных статических характеристик для схемы с ОЭ.

Рис.2.5. Семейство входных статических характеристик транзистора.

Видно, что при изменении напряжения на коллекторе в довольно больших пределах (0,2 ¸ 10) В, т.е. во всём рабочем диапазоне коллекторных напряжений, входная характеристика изменяется очень мало, что характерно для большинства маломощных транзисторов. Поэтому для расчёта транзисторных усилительных каскадов используют справочные данные входных статических характеристик для значений напряжения на коллекторе ½UК½> 0.

3. Выбрав на входной динамической характеристике точку, находящуюся приблизительно на середине относительно прямолинейного участка, можно определить, какой величине тока базы IБП соответствует точка покоя М и соответствующее этой величине напряжение смещения на базе ЕБП.

При линейном режиме работы, т.е. при усилении сигнала без искажений, максимальная амплитуда ЭДС источника входного сигнала е = Еm× Sin wt не должна превышать половины значения прямолинейного участка входной характеристики. Изменение положения изображающей точки на входной характеристике при действии сигнала на входе будет происходить в пределах отрезка АВ.

Читайте так же:  Образец заявления на выплату алиментов

Зная величину базового тока покоя IБП, можно найти рабочую точку на семействе выходных характеристик, соответствующую состоянию покоя транзистора. Она лежит на пересечении нагрузочной прямой со статической коллекторной характеристикой, соответствующей базовому току IБП.

Изменение базового тока по закону входного напряжения обусловливает соответствующее перемещение изображающей точки М в системе координат UK, IK выходных характеристик по нагрузочной прямой также в пределах отрезка АВ и соответствующее изменение коллекторного тока IK и коллекторного напряжения UK.. Переменная составляющая напряжения на коллекторе представляет собой усиленное выходное напряжение.

Из графического анализа работы усилителя можно сделать следующие выводы:

1. При линейном усилении двухполярного сигнала, например, синусоиды, рабочая точка М (точка покоя) выбирается на середине прямолинейного участка входной характеристики транзистора;

2. При усилении сигнала появляются постоянные составляющие токов в цепи базы и коллектора;

3. В усилителе с ОЭ фаза выходного напряжения противоположна фазе входного напряжения.

4. Весьма малые изменения тока базы во входной цепи приводят к сильному изменению тока коллектора. В этом проявляется эффект усиления электрического сигнала.

Путём изменения тока покоя базы IБП, называемого током смещения, можно смещать рабочую точку по нагрузочной прямой в ту или иную область коллекторных характеристик, меняя тем самым режим работы усилителя.

Управлять током коллектора с помощью изменения тока базы можно только в пределах 0 £ IБ £ IБН (где IБН – ток насыщения базы), т.е. когда изображающая точка (М) находится на участке NC нагрузочной прямой (см. рис. «Графический анализ»). Соответствующий этим условиям режим работы транзистора называется активным. В точке С ток через транзистор не проходит, и этот режим называется режимом отсечки. В точке N рабочая точка достигнет линии критического режима транзистора. Дальнейшее увеличение базового тока не вызывает увеличения тока коллектора; транзистор, как говорят, находится в режиме насыщения. В режиме насыщения напряжение на коллекторе и на базе составляет сотые доли вольта. На этом основании при анализе процессов в импульсных устройствах на транзисторах удобно с небольшой погрешностью принимать насыщенный транзистор за короткозамкнутую цепь.

В схеме усилителя с ОЭ входными являются: переменные составляющие базового тока IБ

= UВЫХ. Поэтому коэффициенты усиления по току и напряжению определяются соотношениями

Источник: http://helpiks.org/4-18296.html

Электронные усилители

Термин усилитель весьма многозначен. Это может быть гидроусилитель, хорошо известный автомобилистам, магнитный усилитель, применявшийся когда-то в системах автоматики. Также известны электромеханические и релейные усилители.

Принцип работы всех усилителей одинаков: под воздействием слабого управляющего сигнала на выходе усилителя появляется мощный выходной сигнал. Естественно, что для получения выходного сигнала большой мощности требуется внешний источник энергии.

Например, на управление катушкой реле требуется мощность в доли ватта, в то время, как контакты могут коммутировать нагрузку в несколько киловатт. Что называется, налицо усиление по мощности. Но в этой статье будут вкратце рассмотрены только электронные усилители.

Электронные усилители

Именно они являются наиболее распространенным узлом различных приборов и устройств. В зависимости от выполняемой функции, от природы входного сигнала, усилители разделяются на несколько типов. В одном случае это, например, сигнал термопары, а в другом музыка, речь или сигнал телевизионной антенны, работающей в дециметровом диапазоне волн.

Но все электронные усилители объединяет то, что они используют явление электропроводимости в различных средах. Прежде всего это вакуум (электронные лампы) и полупроводники (транзисторы и микросхемы).

Большая часть электронных усилителей в настоящее время выполнена на полупроводниках, конструкции на лампах используются любителями очень качественного звука, меломанами, и еще там, где без ламп обойтись невозможно.

Усилители конструктивно могут быть как отдельным устройством, так и составной частью какого-либо прибора, например измерительного.

Усилители постоянного тока (УПТ)

Эти усилители работают в диапазоне частот от нуля до некоторой верхней частоты. Другими словами они способны усиливать постоянное напряжение. При этом, конечно же, усиливается и переменная составляющая сигнала. Схема, если не всего, то какой-то части УПТ показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема усилителя постоянного тока

Для того, чтобы иметь возможность усиливать «постоянку», связь между каскадами выполняется с помощью резисторов, диодов, стабилитронов или вовсе непосредственно. Именно этот вариант и показан на рисунке 1. Наиболее широкое применение УПТ находят в системах автоматики, преобразователях неэлектрических величин, в измерительных приборах, в усилителях сигналов разных датчиков.

УПТ являются также основой для создания операционных усилителей (ОУ), которые широко применяются в различных приборах. Собственно, все УПТ в настоящее время строятся на основе ОУ, достоинства которых широко известны и не подлежат никакому сомнению.

На рисунке 2 показана схема УПТ на базе операционного усилителя. Как видно, она намного проще предыдущей, хотя параметры ее намного лучше.

Рисунок 2. УПТ на основе ОУ

Усилители переменного тока

Усилители переменного тока отличаются от УПТ тем, что усиливают лишь переменную составляющую входного сигнала. В качестве примера на рисунке 3 показан микрофонный усилитель для динамического микрофона типа МД-52 или ему подобным, которым комплектовались отечественные магнитофоны.

Читайте так же:  Не плачу кредит истории

Рисунок 3. Микрофонный усилитель

На входе и выходе усилителя, выполненного на микросхеме, установлены разделительные конденсаторы, что позволяет пропустить через усилитель только переменную составляющую сигнала.

Такая схема называется также микрофонным усилителем. Будучи подключенной к звуковой карте компьютера упомянутый микрофон позволяет получить прекрасный звук, гораздо лучший, нежели при помощи китайского компьютерного микрофона.

Усилитель прекрасно работает даже от +5В, поэтому запитать его можно от разъема USB, или вывести 12 вольт из компьютера. Налаживания устройство не требует, начинает работать сразу. Малое количество деталей позволяет собрать эту схему навесным монтажом, используя выводы деталей. При этом следует стремиться, чтобы соединения были как можно короче. Это спасет от наводок и помех.

Усилители высокой частоты

Применяются в основном в радиоприемниках и телевизорах. Их назначение несколько усилить входной сигнал, например, от антенны. Далее происходит супергетеродинное преобразование, и дальнейшее основное усиление происходит на промежуточной частоте. Спецификой таких усилителей является применение ВЧ транзисторов, а также особенности монтажа устройства. Подобный монтаж можно увидеть, если открыть радиочастотный блок любого современного телевизора.

Полосовые усилители

Полосовые усилители предназначены для усиления сигналов в узком диапазоне частот. В качестве примера можно привести усилители промежуточной частоты (УПЧ). Полоса частот в таких усилителях обеспечивается за счет колебательных контуров и фильтров сосредоточенной селекции (ФСС) или пьезокерамических фильтров (ПКФ). Ведь усилить сигнал в узкой полосе частот намного проще, чем создавать очень широкополосный усилитель.

Кроме уже упомянутых усилителей существует весьма большое количество из разновидностей, вот еще некоторые из них.

Предварительные усилители

Их назначение усилить сигнал от слабого источника до уровня, приемлемого для дальнейших каскадов. Например, поднять уровень магнитофонной приставки до входного уровня оконечного усилителя звуковой частоты. Предварительный усилитель также может включать в себя регуляторы тембра и громкости.

Для воспроизведения грамзаписи с виниловых дисков применяются специальные предварительные усилители-корректоры, формирующие частотную характеристику для работы с головкой звукоснимателя. Когда музыку записывали и слушали на магнитофонах, в ходу были усилители записи и воспроизведения. Назначение таких усилителей состояло в формировании требуемой частотной характеристики канала запись – воспроизведение.

Измерительные усилители

Чаще всего применяются в измерительных приборах, средствах автоматики, контроллерах управления промышленным оборудованием. Эти усилители также называют инструментальными. Они обладают очень малым собственным шумом, очень большим коэффициентом усиления (при разорванной цепи ОС) и очень большим коэффициентом подавления синфазных помех. Такие очень высокие характеристики достигаются применением определенного соединения нескольких ОУ. Вот, как много всяких «очень» у измерительных усилителей. На рисунке 4 показана классическая схема инструментального усилителя.

Рисунок 4. Схема инструментального усилителя

Наряду с этой схемой широкое применения находят также схемы на одном ОУ или двух. Встречаются и более сложные конструкции. В последнее время измерительные усилители выпускаются в интегральном варианте,- все что показано на рисунке 4 умещается в одном корпусе, при этом количество подстроечных элементов минимально, как правило, один внешний резистор. На рисунке 4 это R1, а на рисунке 5 резистор RG (GAIN).

Внутреннее устройство интегрального измерительного усилителя типа AD623, естественно, упрощенная схема показано на рисунке 5 . Отличительная особенность этого усилителя малая цена и способность работать с однополярным питанием.

Рисунок 5. Схема интегрального измерительного усилителя типа AD623

Более подробно про электронные усилители вы можете узнать здесь.

Источник: http://electrik.info/main/praktika/713-elektronnye-usiliteli.html

Основные параметры усилителей.

Усилители электрических сигналов

1. Классификация, основные пара­метры и характеристики усилителей

Классификация усилителей

— по роду уси­лительных элементов:

— по характеру усиливаемых сигналов:

усилители аналоговых сигналов,

усилители импульсных сигналов;

— по роду усиливаемой величины:

o усилители напряжения,

— по числу каскадов:

— по диапазону частот усиливаемых сиг­налов:

Видео (кликните для воспроизведения).

§ усилители постоянного тока,

§ усилители переменного тока:

· усилители низкой частоты (звуковой, f 300 МГц);

Усилители низкой частоты (УНЧ) служат для усиления непрерывных периоди­ческих сигналов в диапазоне низких частот (от десят­ков герц до десятков килогерц). Особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты к нижней велико и имеет значение от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления медленно меняющихся напряжений и токов в диапазоне частот от нуля до некоторой наибольшей частоты.

Широкополосные усилители усиливают сигналы в единицы и десятки мегагерц.

Избирательные усилители, характери­зующие небольшими значениями отношения верхней и нижней частот. (1-1,1). Как правило, это усилители высокой частоты (УВЧ).

Импульсные, или широкополосные, усилители работают в диапазоне от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц и исполь­зуются в устройствах импульсной связи, радиолока­ции и телевидения.

Основные параметры усилителей.

Основным количественным параметром усилителя яв­ляется коэффициент усиления. В зависимости от функци­онального назначения усилителя различают коэффициен­ты усиления по напряжению К u, току K i или мощности Кр:

, ,

где

— амплитудные значения переменных состав­ляющих соответственно напряжения и тока на входе;

амплитудные значения переменных сос­тавляющих соответственно напряжения и тока на выходе;

— мощности сигналов соответственно на вхо­де и выходе.

Коэффициенты усиления часто выражают в логарифмических единицах — децибелах:

Кu (дБ)= 201gKu; Кi (дБ) = 201gKi; Кр(дБ) = lOlgKp.

Читайте так же:  Выручка и отсрочка платежа

Усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов. Для многокаскадных усилителей его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиле­ния отдельных его каскадов:

К = K1

К2Кn.

Если ко­эффициенты усиления каскадов выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления равен сумме коэффициен­тов усиления отдельных каскадов:

Обычно в усилителе содержатся реактивные элементы, в том числе и «паразитные», а используемые усилительные элементы обладают инерционностью. В силу этого коэффициент усиления является комплексной величиной:

где

— модуль коэффициента усиления;

сдвиг фаз между входным и выходным напряже­ниями.

Помимо коэффициента усиления важным количест­венным показателем является коэффициент полезного действия

где

мощность, потребляемая усилителем от источ­ника питания.

К количественным показателям усилителя относятся также входное и выходное сопротивления усили­теля:

,

где

и амплитудные значения напряжения и тока на входе усилителя;

, приращения амплитудных значений напряжения и тока на выходе усилителя, вызванные изменением сопротивления нагрузки.

1.3. Основные характеристики усилите­лей.

Амплитудная характеристика

это зависимость амп­литуды выходного напряжения (тока) от амплитуды входного напряжения (тока).

Идеальная

Точка 1 соответствует напряжению шумов, измеряемому при

, точка 2 — минимальному входному напряжению, при котором на выходе усилителя можно различать сигнал на фоне шумов. Участок 2—3 — это рабочий участок, на котором сохраня­ется пропорциональность между входным и выходным на­пряжениями усилителя. После точки 3 наблюдаются не­линейные искажения входного сигнала.

Степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом не­линейных искажений (или коэффициентом гармоник):

Рассмотрим пример возникновения нелинейных иска­жений.

При подаче на базу транзистора относительно эмитте­ра напряжения синусоидальной формы

в силу нели­нейности входной характеристики транзистора входной ток транзистора (а следовательно, и выходной — ток коллектора) отличен от синусоиды, т. е. в нем по­является ряд высших гармоник. Из приведенного приме­ра видно, что нелинейные искажения зависят от ампли­туды входного сигнала и положения рабочей точки транзистора и не связаны с частотой входного сигнала, т. е. для уменьшения искажения формы выходного сигнала входной должен быть низкоуровневым. Поэтому в много­каскадных усилителях нелинейные искажения в основном появляются в оконечных каскадах, на вход которых посту­пают сигналы с большой амплитудой.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя

— это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты, а ФЧХ — это зависимость угла сдвига фаз между входным и выходным напряжениями от частоты. Типовая АЧХ при­ведена на рис.

Частоты

и называются нижней и верхней граничными частотами, а их разность ( ) — полосой пропускания усилителя.

При усилении гармонического сигнала достаточно ма­лой амплитуды искажения формы усиленного сигнала не возникает. При усилении сложного входного сигнала, со­держащего ряд гармоник, эти гармоники усиливаются уси­лителем неодинаково, так как реактивные сопротивления схемы по-разному зависят от частоты, и в результате это приводит к искажению формы усиленного сигнала. Такие искажения называются частотными и характеризуются коэффициентом частотных искажений:

,

где

— модуль коэффициента усиления усилителя на заданной частоте.

Коэффициенты частотных искажений

и называются соответственно коэффициентами искажений на нижней и верхней граничных частотах.

АЧХ может быть построена и в логарифмическом мас­штабе.

В этом случае она называется ЛАЧХ, ко­эффициент усиления усилителя выражают в децибелах, а по оси абсцисс откладывают частоты через декаду (интер­вал частот между 10f и f . Обычно в качестве точек отсче­та выбирают частоты, соответствующие

. Кривые ЛАЧХ имеют в каждой частотной области определенный наклон. Его измеряют в децибелах на декаду.

Типовая ФЧХ приведена на рис.

fН fВ

f

Она также может быть построена в логарифмическом масштабе. В области средних частот дополнительные фазовые искажения ми­нимальны. ФЧХ позволяет оценить фазовые искажения, возникающие в усилителях по тем же причинам, что и частотные.

Пример возникновения фазовых искажений приведен на рис., где показано усиление входного сигнала, со­стоящего из двух гармоник (пунктир), которые при уси­лении претерпевают фазовые сдвиги.

Переходная характеристика усилителя

это зависи­мость выходного сигнала (тока, напряжения) от времени при скачкообразном входном воздействии (рис. ).

Частотная, фазовая и переходная характеристики усилителя однозначно связаны друг с другом. Области верхних частот соответствует переходная .характеристика в области малых времен, области нижних частот — переход­ная характеристика в области больших времен.

— выброс фронта импульса — спад вершины импульса

Источник: http://helpiks.org/6-52085.html

Как работают ламповые усилители, или Особенности теплого звука

Классы усиления — вполне логичный и понятный способ отличить одну типовую схему от другой. Однако, применительно к ламповой схемотехнике такого подхода оказалось недостаточно. В зависимости от типа, лампы способны работать в различных режимах, которые при этом одинаково применимы в усилителях разных классов. Этот факт кратно увеличивает количество возможных сочетаний, не говоря уже о том, что режимы работы ламп можно модифицировать, комбинировать и объединять. Столь глубоко в схемотехнику мы, конечно, погружаться не будем, но постараемся разобраться в базовых понятиях.

История

Радиолампы, как и другие электронные компоненты, имеют богатую историю, в ходе которой произошла заметная эволюция. Началось все в нулевых годах прошлого века, а закатом ламповой эры можно считать шестидесятые годы, когда свет увидела последняя фундаментальная разработка — миниатюрные радиолампы нувисторы, а транзисторы уже начали активно завоевывать рынок. Но из всей истории нас интересуют лишь ключевые этапы, когда были созданы основные типы радиоламп и разработаны основные схемы их включения.

Читайте так же:  Помесячный расчет задолженности по алиментам

Первый в мире триод изобретателя Ли де Фореста, 1908 год

Первой разновидностью радиоламп, разработанной для создания усилителей, были триоды. Цифра 3 слышится в названии не случайно — именно столько активных выводов имеет триод. Принцип работы триода предельно прост. Между анодом и катодом лампы последовательно включаются источник питания и первичная обмотка выходного трансформатора (ко вторичной обмотке которого подключается акустика). Полезный сигнал подается на сетку лампы. При подаче напряжения в схему усилителя между катодом и анодом протекает поток электронов, а расположенная между ними сетка модулирует этот поток соответственно изменениям уровня входящего сигнала.

В ходе использования триодов в различных отраслях промышленности потребовалось улучшить их характеристики. Одной из таких характеристик была проходная емкость, величина которой ограничивала максимальную рабочую частоту лампы. В процессе решения этой проблемы появились тетроды — радиолампы, имеющие внутри не три, а четыре электрода. Четвертым стала экранирующая сетка, установленная между управляющей сеткой и анодом. Задачу повышения рабочей частоты это решало в полной мере, что вполне удовлетворило создателей технологии, разрабатывавших тетроды для того, чтобы радиостанции и радиоприемники работали в коротковолновом диапазоне, имеющим более высокие несущие частоты нежели средне- и длинноволновый.

Строение триода

С точки зрения качества воспроизведения звука тетрод не превзошел триод принципиально, поэтому другая группа ученых, озадаченная вопросами воспроизведения звуковых частот, усовершенствовала тетрод, используя, по сути, тот же подход — просто добавив в конструкцию лампы еще одну дополнительную сетку, располагающуюся между экранирующей сеткой и анодом. Это было необходимо для того, чтобы подавить динатронный эффект — обратную эмиссию электронов от анода к экранирующей сетке. Подключение дополнительной сетки к катоду препятствовало этому процессу, делая выходную характеристику лампы более линейной и повышая выходную мощность. Так появился новый тип ламп: пентод.

Принцип работы

Все вышеупомянутые типы ламп в том или ином виде нашли применение в аудиотехнике. При этом пытливые умы аудиоинженеров постоянно искали пути наиболее эффективного их использования. Довольно быстро они пришли к выводу, что место включения экранирующей сетки пентода в схему усилителя — это инструмент, с помощью которого можно принципиально изменить режим его работы. При подключении сетки к катоду мы имеем классический пентодный режим, если же переключить сетку на анод — пентод начинает работать в режиме триода. Это позволяет объединить два типа усилителя в одном с возможностью смены режима с помощью простого переключателя.

Так работает тетрод

Но и этим дело не ограничилось. В 1951 году американские инженеры Дэвид Хафлер и Харберт Керос предложили подключать сетку пентода совершенно иным способом: к промежуточным отводам первичной обмотки выходного трансформатора. Такое подключение является чем-то средним между чистым триодным и чистым пентодным включением, давая возможность комбинировать свойства обоих режимов.

Таким образом, с режимами ламп произошла та же история, что и с классами усиления, когда вслед за «чистыми» классами А и В появился комбинированный класс АВ, сочетающий сильные стороны двух предыдущих.

Обозначение разных типов ламп по ГОСТу

В том, что касается сочетания режимов работы ламп и классов усиления, они могут комбинироваться произвольным образом, что приводит к изрядной путанице и даже жарким спорам в рядах неофитов. Не добавляет ясности и тот факт, что разработчики ламповых усилителей в большинстве случаев указывают не класс усилителя, а принцип схемотехники: однотактный — SE (Single Ended) или двухтактный — PP (Push-Pull). В итоге, пентоды и тетроды нередко ассоциируют исключительно с классом АВ и двухтактной схемой в целом, а триод, напротив, считают синонимом класса А и сугубо однотактного включения. На самом же деле, ни что не препятствует переключить усилитель, работающий в классе А, в пентодный или ультралинейный режим, а на паре триодов можно собрать двухтактный усилитель, работающий в классе В или АВ.

Предпосылкой к неверным ассоциациям является частота использования тех или иных режимов в различных классах усиления. Триоды чаще используют в однотактных схемах и классе А. В свою очередь, пентоды и тетроды лучше подходят для работы в двухтактных схемах, хотя переключение их в триодный режим — реальная опция, встречающаяся на усилителях, работающих в классе АВ, и не имеющая ровным счетом никакого отношения к классу А.

Плюсы

Традиционный триодный режим работы лампы имеет как минимум одно значимое преимущество: способность работать без обратной связи. Пентодный режим имеет свои плюсы: большую линейность работы и возможность достигать более высокой мощности. Ультралинейный режим дает возможность отказаться от общей обратной связи и при этом сохранить мощность, близкую к пентодному включению. При этом триод при прочих равных обходит оба варианта по уровню собственного шума лампы.

Минусы

Слабые места одних режимов ламп вполне закономерно можно обнаружить там, где проявляются сильные места других. Триодный режим имеет меньший КПД и меньшую линейность, хуже переносит динамические нагрузки. Пентодный и ультралинейный режимы проигрывают по уровню шумов, к тому же на практике оказываются более зависимы от качества выходных трансформаторов. Пентодный усилитель невозможен без общей обратной связи, и она может понадобиться в некоторых вариантах ультралинейного режима.

Читайте так же:  Частный займ наличными при личной

Особенности

С точки зрения качества и характера звучания каждый тип ламп и каждый режим включения имеет свои особенности, настолько очевидные на слух, что даже ультралинейный режим, по факту, не стал золотой серединой. Триоды в чистом виде и триодное включение пентодов обеспечивают наиболее чистый и объемный звук до тех пор, пока дело не дойдет до энергичной музыки с быстрыми и значительными по амплитуде перепадами громкости. Иными словами — для спокойного джаза триоды подходят куда лучше, чем для прослушивания рока.

Пентодный и ультралинейный режимы, напротив, больше подходят для энергичной музыки, но в ряде случаев звучат недостаточно чисто, точно и детально. Особенно часто эти претензии относятся к пентодному режиму, а в целом характер звучания и пентодного, и ультралинейного режимов нередко сравнивают с транзисторными усилителями.

Практика

Ламповая схемотехника — дело тонкое, поэтому большинство производителей упражняются в совершенствовании какого-то одного сочетания режима работы ламп и класса усиления. Стремление разработчиков получать идеальный (согласно их представлениям) звук и следующий за этим отказ от любых альтернативных способов включения ламп вполне понятны, но при поиске испытуемого наша задача состояла как раз в обратном: иметь возможность сравнить один и тот же набор ламп как минимум в двух вариантах включения.

Это существенно сократило выбор кандидатов, однако, подходящий вариант был найден. Им стал Cayin CS-100A — аппарат, буквально созданный для разного рода экспериментов. Его конструкция допускает использование выходных ламп двух типов: тетродов KT88 и пентодов EL34. При этом есть возможность выбора между триодным и ультралинейным режимом с выходной мощностью 50 или 80 Вт на канал, соответственно. При этом схемотехника усилителя в обоих случаях двухтактная, и работает он в классе АВ.

Кроме прочего, Cayin CS-100A является хорошим примером современной реализации традиционного лампового усилителя. Он имеет классическую компоновку со съемной решеткой закрывающей лампы, несет на борту выходные трансформаторы солидных размеров, обеспечивающие не только достаточную мощность, но и широкий диапазон воспроизводимых частот. Комплектующие соответствуют современным требованиям качества: в усилителе применяются угольные резисторы, аудиофильские конденсаторы, тороидальный трансформатор питания и проводка серебряным кабелем. Монтаж при этом реализован навесным способом — так же, как это делали более полувека назад. Это является не столько данью истории, сколько способом сокращения путей сигнала. В целом, Cayin CS-100A — это аппарат, в полной мере попадающий под определение лампового High End.

Когда речь идет о High End-компонентах, особенно ламповых, не всегда удается четко провести грань между «усилитель не справился» и «так и было задумано». В конце концов, аудиоинженер в мире High End — это тоже в некотором роде художник и он имеет право на свое собственное представление о том, как должна звучать система. Избежать такого рода недоразумений помогло использование в процессе тестирования двух пар акустических систем, обладающих принципиально разными характеристиками. Специфические признаки недостатка мощности и роста искажений можно было заметить на тяжелой нагрузке и на громкости выше средней, что в общем соответствует заявленным характеристикам. С крупными полочниками или напольниками средних размеров со столь же среднестатистическими параметрами мощности, импеданса и чувствительности Cayin CS-100A вполне справится.

В триодном режиме усилитель выдает красивое, тембрально насыщенное звучание с богатым верхним и средним басом. Лучше всего звучала спокойная медленная музыка, вокал, аудиофильский джаз, камерная классика малых составов. Вполне можно было получить удовольствие от ранних Beatles и Led Zeppelin. При этом попытки послушать современный рок и металл не увенчались успехом. Звучание гитар было очень густое, тягучее, округлое и не особенно агрессивное. Самый злющий металл подавался так, словно его записывали в начале семидесятых.

Переключение в ультралинейный режим производится одним нажатием кнопки и меняет картину полностью: рок, металл, танцевальная электроника сбрасывают налет винтажности и начинают звучать не менее энергично, чем на транзисторных усилителях, работающих в классе АВ. В характере остается некоторая теплота и приятная округлость басовых нот, но в весьма умеренных количествах. На медленной музыке и малых составах ультралинейный режим не столь красив и выразителен, как триодный, музыка подается более спокойно и ровно.

Выводы

Каждый режим работы лампы в усилителе имеет свои плюсы и минусы, которые дают хорошо различимые на слух отличия в звучании. Учитывая, что ламповая техника — это всегда техника с характером, выбор усилителя, работающего в том или ином режиме (или переключение режимов на самом усилителе), является инструментом пользователя, позволяющим подобрать усилитель согласно индивидуальным предпочтениям.

Другие материалы цикла:

Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://stereo.ru/to/dtkl9-kak-rabotayut-lampovye-usiliteli-ili-osobennosti-teplogo-zvuka

Устройство и работа усилителей
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here