Strona audioretro.pl jest stroną hobbystyczną, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze. Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.
audio retro >> o lampach elektronowych >
I o lampach cz. 1. I o lampach cz. 2 I o lampach cz. 3. I o lampach cz. 4. I o lampach cz. 5. I o lampach cz. 6. I
Punkt pracy, prosta obciążenia i charakterystyka robocza wzmacniacza lampowego (cz. II) W tej części: klasy pracy wzmacniacza i dynamiczne warunki pracy lampy mocy z obciążeniem reaktancyjnym.
Charakterystyka siatkowa lampy i klasa pracy wzmacniacza
Zanim przejdziemy do klasy pracy wzmacniacza lampowego, to jeszcze krótkie omówienie drugiej ważnej charakterystyki - charakterystyki siatkowej (przejściowej). Mówi nam ona, jak zmienia się prąd anodowy przy zmianie napięcia siatki ale przy stałej wartości napięcia anodowego. Parametr ten zwany jest transkonduktancją
(nachyleniem charakterystyki lampy) i oznaczany najczęściej literą S lub gm (jednostka mA/V) i podawany w katalogu lamp. Generalnie im większa transkonduktancja tym lepiej, bowiem mniejsze zmiany napięcia wejściowego na siatce powodują większe zmiany prądu anodowego. Ale zbyt duże nachylenie
charakterystyki lampy nie jest wskazane w układach audio, bowiem taka lampa ma skłonność do wpadania w oscylacje.
Zastosowanie praktyczne omówię krótko na rysunku poniżej.
 |
Rysunek 1. Charakterystyki siatkowa (z lewej) i anodowa wzmacniacza (z prawej) oraz zależności pomiędzy nimi i punktem pracy wzmacniacza |
Na rysunku 1 powyżej widzimy rodzinę charakterystyk: z lewej - siatkowa (przejściowa) triody małej mocy, natomiast po prawej, charakterystyka anodowa z wyrysowaną przykładową prostą obciążenia (linia zielona) i obliczonym punktem pracy PP. Z charakterystyki wynika, iż współrzędne punktu pracy to prąd anodowy Ia = 7,5 mA przy napięciu Ua = 75V, a taką wartość współrzędnych ustala napięcie na siatce lampy -2V i rezystor anodowy Ra, przy napięciu zasilania Uz=150 V.
Jeżeli skierujemy wzrok na lewą stronę rysunku, to zobaczymy iż na charakterystyce siatkowej ten punkt ma takie same parametry, tylko nieco inaczej pokazane.
Na charakterystyce siatkowej jest wykreślona dodatkowa charakterystyka robocza (pomarańczowa linia) która pokazuje, w jakim zakresie napięcia siatki będzie płynął prąd anodowy. W tym przykładzie jest to zakres od -6V do 0V, natomiast prąd anodowy będzie miał wartość 0 mA przy napięciu siatki -6V, a wartość maksymalną 10 mA osiągnie przy zerowym napięciu siatki, przy niezmiennym napięciu anodowym 75V.
Druga informacja to miejsce położenia punktu pracy na linii charakterystyki napięcia anodowego (na krzywej Ua=75V). Jest to szybka i łatwa do zinterpretowania informacja, bowiem jeśli punkt pracy leży zbyt nisko na linii charakterystyki (na tym przykładzie na linii Ua=75V), i jeśli zachodzi na część zakrzywioną, to wzmacniacz będzie generował zniekształcenia harmoniczne drugiego rzędu, gdy zbyt wysoko - trzeciego rzędu. Jeżeli punkt pracy PP leży pośrodku prostej części charakterystyki - możemy spodziewać się pracy bez zniekształceń (lub minimalnych). Zwykle jest wyrysowane kilka charakterystyk dla różnych napięć anodowych, więc można sprawdzić położenie punktu pracy dla różnych napięć na anodzie lampy naszego wzmacniacza. Są to łatwe do zinterpretowania informacje i nawet nie potrzebujemy wykreślać pomocniczej charakterystyki roboczej (pomarańczowej), jak na tym przykładzie.
Jest jeszcze jedna ważna rzecz związana z położeniem punktu pracy na charakterystyce siatkowej - położenie punktu pracy jest związane z klasą pracy wzmacniacza. A ten temat omówię poniżej na kolejnym rysunku.
Klasa pracy wzmacniacza lampowego
Rysunek 2. Charakterystyka siatkowa a klasy pracy wzmacniacza.
We wzmacniaczu audio, lampy pracują w klasie A, w stopniach przedwzmacniacza, drivera i odwracacza fazy.
Natomiast stopień mocy, w zależności od konstrukcji, może pracować w czystej klasie A, jako pojedyncza lampa mocy, jak i pracujące w układzie przeciwsobnym (Push-Pull) para lamp mocy.
Praca w klasach AB lub B jest możliwa tylko w układach przeciwsobnych (Push-Pull).
Dla zwiększenia mocy wyjściowej wzmacniacza często łączy się równolegle dwie lub więcej lamp mocy, tak w układzie SE jak i Push-Pull.
|
Lampy zasadniczo pracują przy ujemnych napięciach siatki, ale zdarza się, że amplituda sygnału wejściowego jest tak duża, że po przekroczeniu napięcia siatki 0 V pojawia się dodatnie napięcie na siatce. Dodatnie napięcie powoduje przyciąganie elektronów z katody i zwiększenie ich emisji. Większy prąd katodowy, to większa moc dostarczana do anody lampy (mówiąc w skrócie). Niestety lampa traci na liniowości, stąd większe zniekształcenia.
Są lampy przystosowane do pracy także w zakresie dodatnich napięć siatki. | Posłużę się "podręcznikową" charakterystyką siatkową.
Co ona nam mówi? Na niebieskiej linii napięcia anodowego Ua, (to przykład) widzimy zaznaczone punkty od A do E. Przy pewnym odpowiednio ujemnym napięciu siatki lampa jest zatkana, (punkt A), prąd anodowy nie płynie. W miarę zmniejszania się ujemnego napięcia, linia łagodnie się wznosi aż do punktu B, by pomiędzy punktami B do C wznosić się liniowo. Przy dodatnim napięciu siatki w punkcie D osiąga maksimum a następnie opada, co jest związane z szybkim wzrostem prądu siatki.
Przy dodatnich napięciach siatki pojawia się prąd siatki (czerwona krzywa u dołu Is), który dodaje się do prądu anodowego, zwiększając wprawdzie moc oddawaną przez lampę, ale ze szkodą dla jakości sygnału.
Krótko przypomnę co to są klasy pracy wzmacniacza, nie tylko lampowego.
Klasa A - lampa (lub element półprzewodnikowy) pracuje ze stałym, większym lub mniejszym prądem podkładu. Ponieważ prąd płynie (czasem duży) bez względu na to czy jest podawany sygnał, czy nie, wzmacniacz ma małą sprawność. Po prostu całość dostarczanej mocy przekształcana jest na ciepło a nie na wzmacnianie sygnału. Sprawność wzmacniaczy klasy A teoretycznie dochodzi do 50%, w praktyce jest niższa 10-25%.
Zobaczmy na rysunek 2.
Jeżeli sygnał podany na wejście wzmacniacza ma amplitudę mniejszą niż zaznaczone strzałkami "klasa A", a punkt pracy jest w połowie prostego odcinka charakterystyki (tutaj pomarańczowy punkt PP) to wzmacniacz pracując w klasie A generuje minimalne zniekształcenia harmoniczne.
W klasie A może pracować tak wzmacniacz zbudowany z pojedynczego elementu (tzw. Single Ended, SE), jak wzmacniacz zbudowany z dwóch elementów pracujących przeciwsobnie (tzw. Push-Pull).
Można łączyć równolegle więcej elementów wzmacniających (lampa, tranzystor), co zwiększa moc wzmacniacza, ale nie zmienia klasy pracy.
Klasa B wzmacniacza polega na naprzemiennym wzmacnianiu połowy sygnału przez oddzielne dwa elementy (lampy, tranzystory).
Jak to się odbywa?
W czystej klasie B, punkt pracy ustawiony jest bardzo nisko (punkt "A"), podczas spoczynku prąd anodowy nie płynie, i wysterowana jest naprzemiennie tylko jedna lampa w danym półokresie. Sygnał wejściowy po wstępnym wzmocnieniu w przedwzmacniaczu jest rozdzielany na dwa sygnały odwrócone w fazie w odwracaczu fazy i dopiero wtedy podawany na przeciwsobny wzmacniacz mocy. Każdy element wzmacniający przejmuje na siebie tylko jedną połówkę sygnału - dodatnią lub ujemną. Obie połówki sumowane są na wyjściu, już po wzmocnieniu w transformatorze głośnikowym, skąd podawane są na głośniki.
Taka naprzemienna praca dwóch lamp pozwala na pełne wykorzystanie wzmocnienia każdej lampy, co nie tylko zwiększa moc wzmacniacza ale też i sprawność, która teoretycznie może dochodzić do 78%. W praktyce sprawność klasy B jest mniejsza.
Niestety, wzmacniacz pracujący w klasie B ma większy poziom zniekształceń, dlatego w czystej klasie B (lub B2 z prądem siatki) produkuje się wzmacniacze estradowe (gitarowe) czy nagłośnieniowe, gdzie zniekształcenia nie mają takiego znaczenia.
Klasa AB łączy ze sobą zalety obu klas A i B przy ograniczeniu wad każdej z nich, a polega polega na tym, że początkowo, przy mniejszych amplitudach podawanego sygnału wzmacniacz pracuje w "dobrej" klasie A a potem przechodzi w klasę B.
W tej klasie produkuje się większość wzmacniaczy audio, także Hi-End.
Jeżeli za pomocą zmiany napięcia siatki ustalimy punkt pracy gdzieś pomiędzy punktami A' a punktem B i amplituda sygnału wejściowego będzie się mieścić jak na schemacie odpowiednio w klasie AB1 lub z prądem siatki w klasie AB2.
W klasie AB i B pracują tylko wzmacniacze typu Push-Pull.
| | | |
Lampowe wzmacniacze mocy i ich charakterystyki W poprzednim rozdziale omówiliśmy charakterystyki wzmacniaczy lampowych małej lub średniej mocy z obciążeniem rezystancyjnym, pracujących w klasie A, które pracują najczęściej w stopniach przedwzmacniacza, odwracacza fazy, drivera czy bufora. Stopnie te służą do wzmocnienia sygnału i wysterowania lamp stopnia mocy. Natomiast ostateczne wzmocnienie mocy i skierowanie jej do głośnika odbywa się w stopniu końcowym, gdzie pracuje jedna lub więcej lamp większej mocy - triody, tetrody lub pentody średniej lub dużej mocy.
By wzmacniacz napędził głośniki które wymagają większej mocy trzeba zastosować lampy mocy, które dla dopasowania należy obciążyć nie rezystorem, lecz transformatorem głośnikowym.
Lampy są zasilane wysokim napięciem, płynie przez nie stosunkowo mały prąd i mają wysoką impedancję wewnętrzną. Głośniki (kolumny głośnikowe) odwrotnie - potrzebują prądu do napędzenia głośników o niskiej impedancji (4-16 omów). Dlatego pomiędzy lampami a głośnikami musi być dodatkowy element który "przetransformuje" wysokie napięcie i mały prąd na duży prąd i małą impedancję.
Transformator głośnikowy.
Transformator głośnikowy ma budowę podobną do zwykłego transformatora zasilającego - na rdzeniu z blach ze specjalnej stali nawinięte są zwoje z izolowanego miedzianego drutu o przekroju dopasowanym do przepływającego prądu. Uzwojenie pierwotne nawinięte jest z cieńszego drutu, ale z dużą ilością zwojów, natomiast uzwojenie (uzwojenia) wtórne z grubszego, ale o mniejszej ilości zwojów.
Wśród danych które podają producenci, transformator głośnikowy ma kilka istotnych cech których znajomość potrzebna będzie do właściwego dopasowania transformatora do konkretnej lampy mocy w określonych warunkach jej pracy.
Są to: praca w stopniu pojedynczym lub w układzie przeciwsobnym, moc przenoszona przez transformator, impedancja uzwojeń: anodowego i głośnikowego (głośnikowych) oraz przekładnia transformatora.
Przekładnia transformatora
Przekładnia transformatora jest to stosunek ilości zwojów w uzwojeniu wtórnym ("n2") do ilości zwojów w uzwojeniu pierwotnym ("n1"). Często oznaczany literką "p", czasem Knn). Przekładnię zwojową można powiązać z przekładnią napięciową transformatora (U2/U1), a także z impedancją uzwojeń - anodowego (Ra) i głośnikowego (Rgł).
Czyli:
Oczywiście, jeśli uzwojeń (pierwotnych czy wtórnych) jest więcej, przekładnia może być inna dla każdej pary uzwojeń. Transformator o wielu różnych uzwojeniach ma wiele przekładni i zwykle producenci podają wszystkie przekładnie.
Jeżeli mamy transformator głośnikowy i nie znamy ani przekładni, ani liczby zwojów transformatora, możemy łatwo obliczyć przekładnię napięciową. Po podłączeniu badanego transformatora do źródła napięcia sinusoidalnego (np. do transformatora sieciowego lub generatora sinusa) mierzymy napięcia poszczególnych uzwojeń i obliczamy przekładnie według wzoru:
p = U2/U1
gdzie "p" to przekładnia napięciowa pomiędzy poszczególnymi uzwojeniami, U1 to napięcie na uzwojeniu pierwotnym a U2 - na wtórnym.
Przeglądając karty katalogowe transformatorów głośnikowych, zauważymy, że zwykle producenci (lub sprzedawcy) podają impedancję anodową, impedancje wyjść głośnikowych oraz przekładnię. Przekładnia bywa podawana w różny sposób. 1. Producent podaje: "przekładnia napięciowa = 28.72:1, Ra=6,6 k, Rgł=8 omów ", 2. inny podaje: "impedancja wejściowa 6,6k , przekładnia 0,0348 dla 8 omów" W pierwszym przypadku przekładnię można policzyć ze wzoru: 
Wynik: p = 28,72 >1. |
W drugim przekładnię podano w postaci dziesiętnej: 0,0348 (1:28,72=0,0384) przekładnia ma wartość p<1,
Do czego potrzebna jest przekładnia?
Wartość przekładni jest nam potrzebna do obliczenia impedancji anodowej transformatora głośnikowego w zależności od obciążenia tak, by transformator dopasować do konkretnej lampy i dobrać najlepsze warunki pracy lampy. Ważna uwaga: Jeżeli, do uzwojenia wtórnego transformatora głośnikowego dołączymy głośniki o impedancji np. 8 omów, to impedancja głośników zostanie " przeniesiona" do uzwojenia anodowego zgodnie z przekładnią "p" transformatora. Taką przeniesioną impedancję "zobaczy" anoda lampy wzmacniacza. I taką impedancję powinna mieć też lampa, by dopasowanie lampa-transformator było idealne.
Uwaga - nie mówimy tutaj o przenoszeniu napięcia czy mocy, ale o wpływie obciążenia impedancji zewnętrznej (tutaj głośników) na impedancję widzianą przez lampę po stronie uzwojenia anodowego transformatora.
Na logikę jest to trudno uchwytne do zrozumienia, ale tak przyjmijmy: anoda lampy mocy "widzi" jakąś określoną impedancję transformatora, a my mamy zapewnić, by w wybranym przez nas punkcie pracy, lampa i transformator wzajemnie "widzieli" takie same impedancje.
|
Jak obliczyć impedancję którą widzi anoda lampy?
Znając przekładnię transformatora głośnikowego możemy obliczyć jaką impedancję "zobaczy" lampa gdy obciążymy transformator głośnikami o określonej impedancji.
Ra = Rgł * p2
gdzie:
- Ra - to impedancja uzwojenia anodowego transformatora w warunkach dynamicznych, którą widzi lampa mocy,
- p - przekładnia transformatora (we wzorach podniesiona jest do kwadratu), powyższy wzór stosujemy gdy p >1
- Rgł - impedancja głośnika.
Gdy podana jest przekładnia p < 1, użyjemy wzoru:
Ra = Rgł/p2
Obliczmy:
Transformator głośnikowy o przekładni p=28,72 (p>1, więc p2 = 28,72 * 28,72 = 824,48,
obciążamy głośnikiem o impedancji Zg=8 omów, tak więc Ra = 824,83 * 8 = 6599 omów = 6,6 kiloomów w zaokrągleniu.
Drugi przykład:
Producent podał w karcie wartość przekładni n=0.0348 (p<1), oraz Ra=8 k dla głośników 8-omowych.
Sprawdzamy:
Ra=Rgł/p2= 8 / (0.0348)2 = 8 / 0,0001211 = 6605 omów czyli 6,6 kiloomów w zaokrągleniu.
Jeżeli do tego samego transformatora, o wyjściu 8-omowym, dołączymy głośniki 4-omowe, impedancja uzwojenia anodowego transformatora zmieni się:
Ra = 4 x 824,48 = 3298 omów, czyli 3,3k w zaokrągleniu, więc będzie o połowę mniejsza.
Żeby transformator był uniwersalny, producenci oferują transformatory głośnikowe z uzwojeniami wtórnymi 4 i 8 omów (lub więcej), wystarczy podłączyć do właściwego wyjścia by impedancja widziana przez lampę nie zmieniła się (bo przekładnia dla każdej pary uzwojeń jest inna).
W podsumowaniu:
a) - ponieważ głośniki mają różną impedancję zależną od częstotliwości, więc producenci podają średnią (nominalną) impedancję głośników, zaokrąglając do pewnej wartości.
Na rysunkach 3 i 4 (z prawej) widzimy rzeczywiste, zmierzone, (Audio 5/98) impedancje podłogowych kolumn głośnikowych, 3-drożnych (z trzema głośnikami).
Jak widzimy impedancja zmienia się i to znacznie, w zależności od częstotliwości przetwarzanego na dźwięk sygnału.
Przebieg częstotliwości zależy od konstrukcji kolumny, od podziału częstotliwości na zwrotnicy, czy od strojenia bass-reflexu. W każdej konstrukcji przebieg krzywej będzie inny.
Ideałem byłaby linia prosta, ale niestety, zwykle do ideału jest daleko, czy to będą tanie czy drogie kolumny.
Ostre szczyty poniżej 100 Hz wynikają ze strojenia bass-reflexu i rezonansu głośnika niskotonowego z obudową, natomiast nierównomierności powyżej 100 Hz, wynikają z różnych konstrukcji zwrotnicy - jej skomplikowania i częstotliwości podziału.
Już pobieżny rzut oka na charakterystyki każe nam się zastanowić, czy w każdym przypadku deklarowana przez producenta nominalna impedancja kolumny głośnikowej odpowiada rzeczywistej średniej.
No, ale skoro producent tak twierdzi....
b) - dołączając głośniki o różnej impedancji do tego samego uzwojenia wtórnego, zmieniamy impedancję widzianą przez lampę a tym samym wpływa to na warunki pracy lampy.
c) - wpływ obciążenia na punkt pracy lampy, ze względu na zmienną impedancję głośników i inne czynniki będzie dość trudny do przewidzenia, tak więc prosta obciążenia będzie prostą "nieco rozmytą".
Jaka wartość Ra transformatora będzie optymalna?
Sprawdzamy to w pierwszej kolejności w danych katalogowych konkretnej lampy. Zwykle producent lampy w danych katalogowych podaje kilka wartości Ra obciążenia, zależne od napięcia zasilania, trybu pracy i klasy pracy wzmacniacza lampowego.
|  |
| Rys. 3. Charakterystyka impedancji 3-drożnej, podłogowej kolumny głośnikowej. Producent deklaruje nominalną impedancję 4 omy. |  | | Rys. 4. Charakterystyka impedancji 3-drożnej, podłogowej kolumny głośnikowej. Producent deklaruje nominalną impedancję 6 omów. |
Rys. 5. Wzmacniacz mocy SE, klasa A, obciążenie reaktancyjne (transformator). | Pentoda obciążona transformatorem (obciążenie reaktancyjne)
We wzmacniaczach mocy lampy, tak w układzie z pojedynczym stopniem (SE) jak i w układzie przeciwsobnym lampy są obciążane transformatorem głośnikowym, który ze względu na indukcyjność - dla sygnałów zmiennych - jest dla lampy obciążeniem reaktancyjnym.
Gdy na wejście wzmacniacza nie jest podawany żaden sygnał, przez lampę i transformator płynie tylko prąd stały (prąd podkładu, bias), którego wartość ustalona jest przez spadek napięcia na rezystorze Rk (automatyczna polaryzacja siatki zależna jest od spadku napięcia na Rk - zobacz schemat z lewej).
Ze względu na niewielką rezystancję uzwojeń anodowych transformatora, na anodzie lampy jest napięcie zbliżone do napięcia zasilania +Uz. Anoda "nie widzi" żadnej impedancji (bo nie płynie prąd zmienny), i żaden sygnał nie jest przesyłany na wyjście transformatora.
Sytuacja zmieni się, gdy na wejście wzmacniacza podamy sygnał zmienny. Indukcyjność uzwojenia będzie stanowić reaktancję dla sygnałów zmiennych, anoda "zobaczy" impedancję transformatora a sygnał, którego wartość jest zależna od przekładni transformatora, będzie przesyłany (transformowany) na uzwojenie wtórne, do wyjścia głośnikowego wzmacniacza.
Uzwojenie pierwotne ma ustaloną przez producenta transformatora impedancję, którą oznacza się w katalogach lamp jako "Ra". Wartość tej impedancji powinna być dopasowana do impedancji wyjściowej lampy mocy na etapie projektowania wzmacniacza. Producenci lamp proponują zwykle kilka wartości impedancji anodowej dla konkretnej lampy i napięcia zasilania wzmacniacza tak, by uzyskać możliwie dużą moc i niskie zniekształcenia,
Załóżmy, że kupiliśmy transformator o impedancji uzwojenia anodowego Ra=4000 omów, natomiast impedancja wyjścia transformatora ma wartość 8 omów - bo taką wartość mają kolumny głośnikowe.
Te dane będą podstawą do wyrysowania prostej obciążenia dla przebiegów zmiennych (prosta dla pracy w warunkach dynamicznych). | | | |
Zobaczmy na rysunek 6, gdzie mamy przykładową charakterystykę jakiejś pentody mocy z zaznaczonymi prostymi obciążenia. Prosta przerywana w kolorze niebieskim jest prostą pomocniczą dla ustalenia kąta nachylenia dla prądu podkładu (stałego), dla obciążenia 4000 omów.
Założenia: Ra = 4000 omów, +Uz=300 V, -Us1= 22,2V
Jak wspominałem przy napięciu zasilania 300V, w warunkach statycznych (bez sygnału na wejściu wzmacniacza) przez lampę płynie tylko prąd podkładu o wartości ustalonej wstępnie przez ujemne napięcie siatki, (w tym przypadku ok. -22,2V), co daje nam prąd anodowy 20 mA (punkt zielony).
Ustalamy początek prostej obciążenia (linia niebieska przerywana) - na osi X, Uz = 300V.
A a na osi Y?
Pamiętamy, że w warunkach statycznych, oporu na transformatorze praktycznie nie ma, czyli Ra=0, więc na anodzie jest pełne napięcie 300V.
Robimy symulację jaki prąd anodowy by płynął dla wartości Ra=4000 omów (Ra transformatora).
Liczymy: I = Uz/Ra = 300V/4000 omów = 0,075 = 75 mA. Na osi Y zaznaczamy 75 mA (punkt czerwony) i od tego punktu prowadzimy niebieską prostą obciążenia do czerwonego punktu na osi X=300V.
W warunkach dynamicznych punkt pracy wzmacniacza znamy z góry - będzie to zielony punkt PP na przecięciu osi XY dla napięcia 300V (X) i prądu 20 mA (Y).
Od wstępnie wyrysowanej pomocniczej prostej (niebieska przerywana) prowadzimy prostą równoległą tak, by przechodziła przez aktywny punkt pracy PP. I to jest prosta obciążenia (zielona linia) dla reaktancyjnego obciążenia lampy (czyli po podaniu sygnału, gdy występuje impedancja uzwojenia anodowego transformatora głośnikowego).
Gdy przyjrzymy się zielonej linii, możemy mieć zastrzeżenia - dlaczego zielona prosta dochodzi do osi X w punkcie 375V, czyli większym niż napięcie zasilania 300V (punkt żółty)?
Otóż, indukcyjność uzwojenia anodowego transformatora gromadzi a następnie oddaje energię elektryczną na zasadzie samoindukcji, stąd pojawia się praca z napięciami wyższymi niż napięcie zasilania 300V uzyskane z zasilacza. | 
Rys. 6. Wykreślanie prostej obciążenia reaktancyjnego dla pojedynczej pentody mocy w klasie A.
Założenia: Transformator głośnikowy ma uzwojenie anodowe o impedancji Ra=4000 omów. Napięcie zasilania +Uz=300V.
Napięcie siatki wstępnie ustalono za pomocą rezystora katodowego Rk na Us=-22V.
W związku z tak przyjętymi parametrami punkt pracy dynamicznej prostej obciążenia określony jest w punkcie PP.
Ten rysunek jest rysunkiem poglądowym, na rzeczywistych charakterystykach konkretnej lampy będzie to wyglądało inaczej, ale zasada wykreślania jest takka sama. |
Podobnie, jak w pracy z obciążeniem rezystancyjnym, wokół punktu pracy PP wartość prądu anodowego i napięcia zmienia po prostej obciążenia się zgodnie z sygnałem zmiennym na wejściu wzmacniacza (żółta strzałka).
Prosta wykreślona, i co dalej?
Jeśli prosta została wykreślona zgodnie z danymi podanymi w karcie katalogowej to w zasadzie nie musimy nic robić... albo poświęcić chwilę czasu na analizę położenia punku pracy, możliwej do uzyskania mocy wyjściowej wzmacniacza i określenie wartości zniekształceń, także wtedy gdy przyjęliśmy własne wartości.
Zawsze warto sprawdzić, czy prosta z innymi parametrami nie będzie bardziej dla nas optymalna.
Układ przeciwsobny wzmacniacza lampowego
Rys. 7. Schemat pentodowego ultralinearnego wzmacniacza przeciwsobnego (Push-Pull).
| Na rysunku 7 z lewej uproszczony schemat wzmacniacza pentodowego pracującego w układzie przeciwsobnym, w trybie ultralinearnym. Lampy L1 i L2 mają wspólny rezystor katodowy Rk, który ustala ujemne napięcie na siatkach S1 obu lamp. Rezystory Rs to rezystory siatkowe o dużej oporności. Transformator głośnikowy posiada dwie oddzielne sekcje anodowe, każdą sekcję zasila jedną z lamp pracujących przeciwsobnie. Sygnał wejściowy podawany jest na wejście każdej z lamp z odwracacza fazy (odwracacz nie jest pokazany na schemacie), sygnały są identyczne, ale odwrócone w fazie o 180 stopni. Po wzmocnieniu łączone są w transformatorze w uzwojeniu anodowym i po przetransformowaniu do uzwojenia wtórnego, dalej podawane do głośników. Transformator ma dwa wyjścia 4-omowe i 8-omowe.
Uzwojenie anodowe ma z każdej połówki wyprowadzony odczep Ul (najczęściej w 43% zwojów), do którego podłączone są siatki ekranujące S2 każdej lampy, tworząc obwód lokalnego, ujemnego, sprzężenia zwrotnego, dzięki czemu radykalnie są zmniejszane zniekształcenia sygnału, kosztem niewielkiego zmniejszenia mocy wzmacniacza.
Oczywiście, jeśli zależy nam na maksymalnej mocy wzmacniacza, nie musimy zamawiać transformatora z odczepami Ul, siatki drugie wtedy łączy się poprzez rezystor do napięcia zasilania +Uz, lub do oddzielnego zasilacza. Wzmacniacz będzie wtedy pracował w trybie pentodowym.
Tryb ultralinearny jest możliwy dla pentod i tetrod, triody nie mają siatki drugiej, więc, co zrozumiałe, nie mogą pracować w tym trybie - ale oczywiście mogą pracować w układzie przeciwsobnym.
Zwróćmy uwagę, że układ przeciwsobny tworzą dwa oddzielne wzmacniacze z obciążeniem reaktancyjnym Ra, zasilane poprzez dwa uzwojenia anodowe wspólnym napięciem +Uz.
|
Taki transformator ma dwa uzwojenia o łącznej impedancji 2*Ra. W kartach katalogowych lamp i transformatorów ta podwójna wartość impedancji oznaczana jest najczęściej jako Ra-a lub Raa (R anoda-anoda).
Jakie są zalety układów przeciwsobnych?
1. Dzięki zasilaniu +Uz uzwojenia anodowego w połowie uzwojeń, prąd przepływa w przeciwnych kierunkach przez dwie połowy transformatora co niweluje działanie elektromagnetyczne drugiego. Rdzeń transformatora nie nasyca się, dzięki temu transformator może być mniejszy i nie musi mieć szczeliny powietrznej.
2. Dysponujemy większą mocą wzmacniacza, ponieważ lampy w klasie AB i B mogą pracować z większymi amplitudami. Ponieważ każda lampa wzmacnia cały sygnał, ale odwrócony w fazie, tak więc, gdy duża amplituda zostanie obcięta na skraju na jednej lampie, dzięki pracy w przeciwfazie, po połączeniu w transformatorze zostanie prawidłowy sygnał, a wygenerowane zniekształcenia parzyste harmoniczne zostaną mocno ograniczone. |
Prosta obciążenia dla układów przeciwsobnych
Praca w klasie AB łączy w sobie pracę w klasie A i B. Przy niższych poziomach sygnału wejściowego, wzmacniacz pracuje w klasie A, czyli cały sygnał wzmacniany jest na liniowej części charakterystyki lampy, by po przekroczeniu pewnego poziomu sygnału wejściowego płynnie przejść w klasę B. Gdy amplituda sygnału staje się zbyt duża (jak na klasę A), jedna lub druga lampa zaczyna się wyłączać i wzmacniacz wchodzi w klasę B.
Transformator do układów przeciwsobnych ma dwie oddzielne sekcje uzwojeń anodowych, każde dla jednej z lamp, z punktem wspólnym uzwojeń dla zasilania +Uz. (zobacz rys. 7, powyżej).
Dla transformatorów przeciwsobnych impedancję uzwojenia anodowego podaje się dla skrajnych uzwojeń czyli Ra-a=2*Ra. (np. dla 2 lamp EL84, Ra-a= 2 * 4k=8k).
W klasie AB, gdy obie lampy przewodzą (np. gdy obie lampy pracują jeszcze w klasie A, lub jeszcze przewodzą) każda z lamp "widzi" swoją połówkę uzwojenia (tutaj będzie to 4k), tak więc impedancja anodowa dla każdej z lamp jest o połowę niższa niż impedancja całkowita transformatora (Ra-a/2).
Inna sytuacja jest, gdy sygnał wejściowy jest na tyle wysoki, że nastąpi odcięcie jednej z lamp - wzmacniacz przechodzi do pracy w klasie B. W klasie B jedna z lamp może przestać przewodzić gdy druga przewodzi i odwrotnie. W tym przypadku używana jest tylko jedna połowa transformatora co zmienia wartość impedancji dwukrotnie, więc przetransformowana impedancja obciążenia maleje czterokrotnie, bo transformuje się przez kwadrat przekładni (Ra-a/4). Tak więc, w naszym przykładzie, impedancja obciążenia jednej z lamp będzie wynosić 2 kiloomy .
|
Rys. 8. Wykreślanie linii obciążenia dla układów przeciwsobnych, klasa AB. Napięcie zasilania Uz=300V, ujemne napięcie siatki S1 pentody wynosi
-22.2V, prąd anodowy w punkcie PP
Io=20 mA. |
Podsumowując:
- w układzie przeciwsobnym
całkowita impedancja uzwojenia anodowego wynosi:
Ra-a=2*Ra
- w takim wzmacniaczu, dopóki lampy pracują w klasie A (obie lampy przewodzą),
impedancja widziana przez
jedną lampę jest o
połowę mniejsza niż Ra-a:
(Ra-a/2),
- gdy wzmacniacz wchodzi w klasę B pracy i jedna z lamp jest odcięta (nie pracuje), to oporność obciążenia maleje czterokrotnie: (Ra-a/4).
Dlatego prosta obciążenia w układzie przeciwsobnym w klasie AB nie jest prostą... lecz krzywą!
|
Prosta obciążenia w klasie AB
Dane: +Uz=300V, Io=20mA, jego wartość ustalona ujemnym napięciem siatki Us=-22,2V,
Ra-a=8 kiloomów.
Zakładając, że obie lampy są identyczne i mają jednakowe punkty pracy, wykreśla się
jedną prostą, jak dla jednej lampy pracującej w układzie SE. Druga pracuje przecież identycznie, wzmacnia tylko sygnał w
odwróconej fazie.
Jak ją wykreślić?
Należy na charakterystykach wykreślić dwie proste (patrz
rysunek 8 powyżej z prawej):
1. Najpierw rysujemy jak dla klasy B, dla impedancji obciążenia
Ra-a/4,
2. Potem drugą, dla klasy A, dla impedancji
Ra-a/2 z uwzględnieniem punktu pracy dla wybranego prądu spoczynkowego
Io (20 mA), przy ustalonym, ujemnym napięciu siatki lampy (-22,2V).
Ad. 1.
Wykreślamy prostą dla klasy B:
punkt pracy
leży na osi X=300V (pamiętamy, że w klasie B, Io=0 mA),
na osi Y obliczamy maksymalny prąd dla obciążenia
Ra=Ra-a/4=8k/4=2k - kreślimy linię (pomarańczowa).
Ad. 2. Rysujemy drugą linię przez wybrany przez nas punkt
PP (20 mA na linii napięcia siatki -22.2V).
Korzystamy z linii pomocniczej (niebieska przerywana) zgodnie z opisem na rys 4 i przesuwamy ją równolegle do wybranego punktu pracy PP (linia zielona). Obie proste przecinają się w punkcie odpowiadającym prądowi anodowemu około
2*Io (rys. 8).
Na rysunku
8 brązowa strzałka wskazuje jak wzdłuż linii obciążenia porusza się sygnał - początkowo wzdłuż linii zielonej (klasa A) potem, gdy jedna z lamp ulegnie odcięciu i przestanie przewodzić - wzdłuż linii pomarańczowej - o większym nachyleniu.
|
Na przykładowym rysunku
9 (z prawej) pokazany jest ostateczny kształt linii obciążenia (zielona
linia) wzmacniacza przeciwsobnego w klasie AB.
W rzeczywistości załamanie
(zielonej) prostej obciążenia nie przebiega tak gwałtownie jak na rys. 9, zmiany prądu są bardziej
łagodne.
Obszerny katalog lamp elektronowych znajdziemy na stronie Franka Philippe.
Są tam dane setek lamp (alfabetycznie), wiele z pełnymi charakterystykami:
https://tubedata.tubes.se/
- lub na którymś z mirrorów (kliknąć na flagę). |
Rys. 9. Właściwy kształt linii obciążenia dla układów przeciwsobnych, klasa AB (przykład).
|
Bibliografia
audio retro >> o lampach elektronowych >
I o lampach cz. 1. I o lampach cz. 2 I o lampach cz. 3. I o lampach cz. 4. I o lampach cz. 5. I o lampach cz. 6. I
|
