Выбор типа ламп для выходного каскада

Предварительный выбор типа ламп можно произвести, осно­вываясь на таком параметре лампы, как максимальная мощность, рассеиваемая анодом: Р_{а MAX}. Если вы выбрали однотактный вы­ходной каскад, то, учитывая, что КПД каскада не превысит 30-35%, можно определить, что выходная мощность Р_вых приблизительно равна Р_{а max}/3. Для двухтактного выходного каскада выходная мощ­ность может значительно превышать Р_{а 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

R_i — внутреннее Сопротивление лампы;

S     — крутизна характеристики;

µ- статический коэффициент усиления;

I_{а mах} — максимальный ток анода;

U_{а mах} —  максимальное напряжение анoд-катод;

P_{a max} — максимальная мощность анода.

Прежде всего определим оптимальное сопротивление анодной нагрузки R_a. Из теории усилителей мощности известно, что триод-ный каскад отдает в нагрузку наибольшую мощность при наимень ших искажениях, когда R_a=2R_i. Для пентодов и тетродов R_a должна быть примерно в 8-10 раз меньше R_i.

Теперь необходимо выбрать ток покоя лампы l₀ Для каскадов, работающих в режиме А, этот ток примерно равен половине мак­симально допустимого тока анода l_{a max}, l_o=l_amax/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

I_к=I_а + I_с, значит, для триодов можно считать I_{К max} = I_{a max} , так как  при работе в линейном режиме (без сеточных токов) ток управляющей сетки ничтожно мал, а у пентодов ток анода l_a=I_k-I_c2. где I_С2 -ток второй сетки или, если ток второй сетки не указан, I_а=I_к/(1,05-1,1).

Для каскадов, работающих в режиме АВ, ток покоя выбирают равным 5-15% от I_{a max}

От напряжения анодного питания каскада зависит максимальная неискаженная выходная мощность усилителя, поэтому напря­жение анодного питания U_a нужно выбирать максимально возмож­ным. Для надежной работы лампы должно соблюдаться условие P_amax≤U_a*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 Δi_a, P_выхa⁼Δi_a²*R_a.

Для режима A Δi_a-=l₀, для режима В Δi_a=l_amax-I₀. Учитывая КПД выходного трансформатора, выходная мощность в нагрузке Р_выхн 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 U_BX=Δu_вых/K, где Δu_вых-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*R_i 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+R_i/R_a). Так, для триодного выходного каскада, ко­гда R_a=2R_i К оказывается в 1,5 раза меньше статического коэф­фициента усиления µ.

Переменное напряжение сигнала в цепи анода выходной лам­пы Аи_вых определяется соотношением Δu_вых=Δi_а*R_а

Введение в выходной каскад отрицательной обратной связи по току через резистор R_K 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 U_BX.

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 R_i. Поэтому при расчетах следует пользоваться эк­вивалентным сопротивлением R_iэкв. Для двух параллельных ламп, работающих в режиме А, R_iэкв=R_i/2. для режима В R_iэкв =R_i/4. Соот­ветственно изменится оптимальное сопротивление анодной на­грузки R_а, 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.