Входной каскад

Задачей входного каскада является обеспечение заданной чувствительности усилителя, т.е; усиление входного сигнала до уровня, необходимого для работы фазоинвертора или выходного каскада. Кроме того, входной каскад определяет уровень шумов всего усилителя, так как шумы первого каскада могут быть сопоставимы с уровнем входного сигнала и усиливаются последующими каскадами. Поэтому во входных каскадах нужно применять малошумящие лампы и принимать дополнительные меры по снижению шумов: экранировать входную лампу, удалять ее от выходных ламп и трансформаторов и т.д.
Обычно входной каскад строится на одном триоде по схеме с общим катодом (рис.1).

Рис.1. Усилительный каскад с общим катодом

Резистор автоматического смещения R_к определяет ток покоя триода I_o и рассчитывается с помощью семейства анодных характеристик лампы. Падение напряжения на этом резисторе не должно быть меньше амплитуды входного сигнала, т.к. в противном случае на пиках сигнала появится сеточный ток, что ведет к увеличению нелинейных искажений.
На резисторе анодной нагрузки R_a выделяется напряжение выходного сигнала. От значения сопротивления этого резистора зависит коэффициент усиления каскада и полоса пропускания.
Амплитуда переменного тока сигнала в анодной цепи определяется по формуле , где Ug- напряжение сигнала на сетке.
Переменное напряжение сигнала на сопротивлении анодной нагрузки , поэтому коэффициент усиления .
Полоса пропускания частот Af зависит от сопротивления анодной нагрузки и емкостей лампы. Для обеспечения заданной полосы пропускания Af значение сопротивления нагрузки не должно превышать максимального значения , где С_вх и С_вых - входная и выходная емкости лампы. Значение Ramax уменьшается при учете емкости монтажа, входной емкости следующего каскада и других паразитных емкостей, подключенных параллельно нагрузке. Для триодов входная емкость равна емкости между сеткой и катодом, а для пентодов она равна емкости между первой сеткой и катодом, соединенным со второй и третьей сетками. Выходная емкость триодов равна емкости анод-катод, для пентодов она равна емкости между анодом и катодом, соединенным со второй и третьей сетками. Емкость монтажа можно принять равной 5-10 пФ.
Пентоды имеют гораздо больший коэффициент усиления, но обладают в несколько раз большим, по сравнению с триодами, уровнем шумов, поэтому не рекомендуется их применение во входных каскадах.
В случае необходимости получения большого коэффициента усиления, например для усиления сигнала от магнитных звукоснимателей, лучше применять каскодный усилитель на триодах. Типичная схема каскодного усилителя приведена на рис.2.
В приведенной на рис.2 схеме лампа ЛИ включена по схеме с общим катодом, а лампа Л1.2-по схеме с общей сеткой. Сетка лампы Л1.2 заземлена по переменному току через конденсатор СЗ. Смещение на сетке лампы ЛИ создается за счет падения напряжения на резисторе автоматического смещения R2, а на сетке Л1.2-жестко задано делителем анодного напряжения R4R5. Так как в этой схеме обе лампы включены последовательно по постоянному току, они работают при пониженном анодном напряжении, что следует учитывать при выборе типа ламп. Обычно в каскодных

Рис.2. Каскадный усилительный каскад

усилителях применяют сдвоенные триоды, специально разработанные для этих целей. Примером такой лампы является двойной триод 6Н23П.
Все приведенные выше уравнения для триодного каскада справедливы и для каскодного усилителя при условии введения эквивалентных параметров R_Iэ, µ_э, S_э.
В частном случае, когда каскад собран на двойном триоде или одинаковых лампах, µ_э=µ(µ+1)~µ₂, R_Iэ=R_I(µ+2)~R_i*µ, S_э=S*(µ+1)/ (µ+2)~S.
Собственные шумы каскодного усилителя соответствуют шумам одного триода (лампы Л 1.1).
Ток покоя входного каскада I_o выбирают, как правило, в 2-3 раза больше амплитуды тока сигнала в анодной цепи , в пределах 0,5-5 мА. Рассчитав падение напряжения на сопротивлении нагрузки, определяют напряжение анодного питания и далее по графикам анодной характеристики находят напряжение падения на катодном резисторе автоматического смещения и рассчитывают его значение.
Очень часто возникает необходимость согласования выходного сопротивления одного каскада с входом другого каскада или устройства через длинный соединительный кабель. Для такого согласования на выходе каскада с высоким выходным сопротивлением ставят катодный повторитель, обладающий высоким входным и низким выходным сопротивлением, обеспечивая усиление сигнала по току. Простейшая схема катодного повторителя приведена на рис.3.

Рис.3. Катодный повторитель

Рис.4. Катодный повторитель с активной нагрузкой

Входное сопротивление катодного повторителя на низких частотах определяется величиной сеточного резистора R_c. На высоких частотах входное сопротивление снижается из-за шунтирующего действия внутриламповых емкостей. Катодный резистор R_k задает напряжение смещения и ток покоя лампы Л1. Падение напряжения на этом резисторе должно быть больше амплитуды выходного сигнала, чтобы не возникло ограничения отрицательной полуволны сигнала.
Основным параметром катодного повторителя является выходное сопротивление R_вых. Для приведенной на рис.3 схемы оно составляет R_вых=1/S. Для уменьшения выходного сопротивления можно включить параллельно два триода, что приведет к уменьшению выходного сопротивления в два раза. Коэффициент усиления катодного повторителя составляет K=µ*R_k/(R_I+(1+µ)*R_k). Обычно коэффициент усиления катодного повторителя составляет 0,8-0,9.
Увеличить коэффициент усиления катодного повторителя можно, применив в качестве нагрузки ламповый каскад. Такая схема приведена на рис.4.
Коэффициент усиления такого катодного повторителя определяется по формуле K=1/(1+1/µ+(1/S*(R_k2(1+µ)+R_I2))) и может достигать 0,99. Кроме того, схема на рис.4 отличается высокой линейностью входной характеристики. Объясняется это тем, что коэффициент усиления ц триодов практически не зависит от напряжения анод-катод при постоянном анодном токе. Так как в данной схеме анодный ток лампы Л1 стабилизирован лампой Л2, такой катодный повторитель будет иметь постоянный коэффициент усиления в значительном диапазоне изменений входного сигнала. Выходное сопротивление катодного повторителя с активной нагрузкой, такой же, как и у обычного катодного повторителя R_вых=1/S.
Катодные повторители, подобные приведенным на рис.3 и 4, в последнее время часто применяют в выходных каскадах CD-плейеров для согласования с межблочным кабелем. Модернизировать таким образом можно практически любой готовый CD-плейер. Для этой задачи более всего подходят сверхминиатюрные низковольтные двойные триоды 6Н16Б, 6Н25Г, 6Н28Б и особенно 6Н27П, имеющий напряжение анодного питания не более 30 В, что позволяет обойтись штатным трансформатором, имеющимся в CD-проигрывателе.

Д.А. Климов "Ламповые усилители", 2002