Предварительный выбор типа ламп можно произвести, основываясь на таком параметре лампы, как максимальная мощность, рассеиваемая анодом: Ра MAX. Если вы выбрали однотактный выходной каскад, то, учитывая, что КПД каскада не превысит 30-35%, можно определить, что выходная мощность Рвых приблизительно равна Ра max/3. Для двухтактного выходного каскада выходная мощность может значительно превышать Ра max, но не более чем в 2-3 раза. Повторяю, что такая приблизительная оценка годится только для предварительной оценки выходной лампы по мощности. Выбрав лампу, мы получаем для расчета необходимые данные
Ri — внутреннее Сопротивление лампы;
S — крутизна характеристики;
µ- статический коэффициент усиления;
Iа mах — максимальный ток анода;
Uа mах — максимальное напряжение анoд-катод;
Pa max — максимальная мощность анода.
Прежде всего определим оптимальное сопротивление анодной нагрузки Ra. Из теории усилителей мощности известно, что триод-ный каскад отдает в нагрузку наибольшую мощность при наимень ших искажениях, когда Ra=2Ri. Для пентодов и тетродов Ra должна быть примерно в 8-10 раз меньше Ri.
Теперь необходимо выбрать ток покоя лампы l0 Для каскадов, работающих в режиме А, этот ток примерно равен половине максимально допустимого тока анода la max, lo=lamax/2 Следует отметить, что для многих ламп в справочниках указывается не максимальный ток анода, а максимально допустимый ток катода Ток катода равен алгебраической сумме токов анода и всех сеток лампы
Iк=Iа + Iс, значит, для триодов можно считать IК max = Ia max , так как при работе в линейном режиме (без сеточных токов) ток управляющей сетки ничтожно мал, а у пентодов ток анода la=Ik-Ic2. где IС2 -ток второй сетки или, если ток второй сетки не указан, Iа=Iк/(1,05-1,1).
Для каскадов, работающих в режиме АВ, ток покоя выбирают равным 5-15% от Ia max
От напряжения анодного питания каскада зависит максимальная неискаженная выходная мощность усилителя, поэтому напряжение анодного питания Ua нужно выбирать максимально возможным. Для надежной работы лампы должно соблюдаться условие Pamax≤Ua*I0. Конечно, превышение максимальных напряжений и токов у лампы не вызывает мгновенного разрушения, как у транзистора. Вакуумные приборы могут довольно долго работать в форсированном режиме, но превышение максимально допустимого тока или напряжения анода, а тем более обоих этих параметров приведет к перегреву баллона лампы и повышенному выделению газов из материалов баллона. Скопление газов ионизируется при работе лампы и, произвольно перемещаясь внутри баллона, вызывает «уханье» в колонках. Поэтому, если максимально допустимая мощность рассеивания анода оказалась слишком низкой, нужно уменьшить напряжение питания или ток покоя, хотя это и приведет к уменьшению выходной мощности, или же придется подобрать другую лампу для выходного каскада.
Выходная мощность в цепи анода определяется амплитудой переменного тока сигнала Δia, Pвыхa=Δia2*Ra.
Для режима A Δia-=l0, для режима В Δia=lamax-I0. Учитывая КПД выходного трансформатора, выходная мощность в нагрузке Рвыхн будет на 5-15% меньше. Если расчетная выходная мощность окажется меньше ожидаемой, следует подобрать другую лампу для выходного каскада и повторить расчет.
Напряжение сигнала, необходимое для раскачки выходного каскада, определяется соотношением UBX=Δuвых/K, где Δuвых-переменное напряжение сигнала в цепи анода лампы; К-коэффициент усиления лампы.
Статический коэффициент усиления лампы ц, указываемый в справочниках или вычисляемый по формуле µ=S*Ri справедлив лишь при неизменных напряжениях на электродах лампы. При работе с переменным сигналом, из-за падения напряжения на сопротивлении нагрузки, происходит соответствующее изменение напряжения анода. В результате динамический коэффициент усиления лампы К оказывается несколько меньше µ и определяется по формуле K=µ/(1+Ri/Ra). Так, для триодного выходного каскада, когда Ra=2Ri К оказывается в 1,5 раза меньше статического коэффициента усиления µ.
Переменное напряжение сигнала в цепи анода выходной лампы Аивых определяется соотношением Δuвых=Δiа*Rа
Введение в выходной каскад отрицательной обратной связи по току через резистор RK а также использование ультралинейной схемы включения пентодов и тетродов, приводит к уменьшению чувствительности выходного каскада дополнительно в 1,2-1,5 раза, что также следует учитывать при расчете UBX.
Если расчетная выходная мощность каскада недостаточна, можно прибегнуть к параллельному включению двух выходных ламп, что приведет к изменению некоторых параметров выходного каскада. У параллельно включенных ламп изменяется внутреннее сопротивление Ri. Поэтому при расчетах следует пользоваться эквивалентным сопротивлением Riэкв. Для двух параллельных ламп, работающих в режиме А, Riэкв=Ri/2. для режима В Riэкв =Ri/4. Соответственно изменится оптимальное сопротивление анодной нагрузки Rа, а также увеличится в два раза максимальное значение анодного тока, что и позволит увеличить выходную мощность. На практике мощность увеличивается не в два раза, а немного меньше из-за неравномерного распределения токов между лампами. Для выравнивания токов можно включить в катодную цепь каждой лампы небольшое сопротивление порядка десятков-сотен Ом.
Д.А. Климов «Ламповые усилители» Москва Радио и связь 2002.