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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cálculo de amplificadores de válvulas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante Un amplificador es uno de los elementos más comunes de los dispositivos electrónicos, pero ¿por qué empezamos su cálculo con un amplificador de válvulas obsoleto? Hay varias razones, y la principal es que el interés por la tecnología de válvulas está volviendo a resurgir, especialmente entre los amantes del sonido de alta calidad. Los amplificadores de válvulas son sencillos, fiables y, aunque las sobretensiones pueden provocar averías breves entre los electrodos, después de ellos la mayoría de las veces la lámpara sigue funcionando. La sobrecorriente hace que los electrodos se calienten, pero hay tiempo suficiente para ver el ánodo caliente y tomarse el tiempo para apagar la alimentación. Los transistores, por el contrario, fallan incluso con sobrecargas de corta duración, de forma instantánea, "silenciosa" y para siempre. Añadimos, además, que los cálculos de amplificadores sobre lámparas y transistores de efecto de campo, por ejemplo, son muy similares. El cálculo de cualquier amplificador comienza con la determinación de sus parámetros en función del propósito del amplificador: banda de frecuencia amplificada, voltaje de salida, corriente o potencia, resistencia de carga, voltaje de entrada y resistencia de entrada. Para UHF de un complejo de radio doméstico, por ejemplo, la potencia de salida puede ser de 5 W con una resistencia de carga (cabeza dinámica) de 4 ohmios, la banda de frecuencia es de 70 Hz ... 12,5 kHz, el voltaje de entrada es de 20 mV. 1 V con una resistencia de entrada no inferior a 500 kOhm. El rango de voltaje de entrada especificado le permitirá conectar el amplificador a muchas fuentes de programas: un receptor de radio, un reproductor con pastilla piezoeléctrica, salidas de línea de otros dispositivos. Es aconsejable dividir dicho amplificador en dos partes: un preamplificador de voltaje, que necesariamente incluirá un control de volumen (ganancia) y, posiblemente, controles de tono (formas de respuesta de frecuencia) y un amplificador de potencia final. Este último se calcula sobre un nivel de señal de entrada constante correspondiente a la señal de salida del preamplificador. Entonces, calculamos el amplificador de las lámparas. En la fig. se muestra un diagrama del amplificador triodo aperiódico más simple. 48.
Para el cálculo, se necesitarán algunos datos de referencia: el voltaje y la corriente del filamento de la lámpara (los circuitos de filamentos no se muestran en el diagrama), el voltaje de polarización recomendado, el voltaje y la corriente del ánodo, la pendiente de la característica S y la resistencia interna. de la lámpara RI o su ganancia μ. Los últimos tres parámetros están relacionados por una relación simple: μ = SRI La cascada de lámparas es buena porque a bajas frecuencias prácticamente no consume energía de la fuente de señal: la corriente del ánodo está controlada por el voltaje de la red. Sin embargo, la resistencia de fuga de red R1 con una resistencia de 0,5 ... 4,7 MΩ sigue siendo necesaria para que los raros electrones que se han asentado en la red no la carguen negativamente, sino que regresen a través de esta resistencia al cátodo. La misma resistencia es conveniente para usar como control de volumen. El condensador C1 es necesario para que el componente constante de la señal de entrada (si lo hay) no caiga en la red y no cambie el modo de la lámpara. Su capacitancia se calcula mediante la fórmula para la frecuencia de corte del HPF, que debe ser menor que la frecuencia de banda de paso más baja fn:
Para que no haya corriente de red, el voltaje de la red siempre debe ser negativo con respecto al cátodo, por lo que se necesita algo de voltaje de polarización. Es prácticamente inconveniente utilizar una fuente separada de voltaje negativo, por lo que la mayoría de las veces se incluye una resistencia de polarización automática R2 en el circuito del cátodo. La corriente del ánodo de la lámpara ia crea en ella una caída de voltaje Uc, aplicada por el más al cátodo y por el menos a la rejilla de control. La fórmula para calcularlo es sencilla:
Queda por calcular la resistencia de carga, dado que sobre ella caerá aproximadamente la mitad del voltaje de la fuente de alimentación del ánodo Ea:
Entre los triodos dobles ampliamente utilizados, la lámpara 100N6P con parámetros S - 2 mA / V, Ri = 2 kOhm, Uc = -50 V, Ua = 1,5 V, ia = 120 mA tiene la mayor ganancia μ = 1 (la última dos difieren de los 250 V y 1,8 mA que figuran en los libros de referencia, pero los elegimos según las características de la lámpara por razones de economía. Suponiendo Ea = 240 V, encontramos R2 = 1,5 kOhm, R3 = 120 kOhm. La ganancia de la cascada en el triodo se calcula de la siguiente manera:
La ganancia no es demasiado alta, y con una señal de entrada de 20 mV, el voltaje de salida será de solo 1,4 V, lo que puede no ser suficiente para "construir" completamente la lámpara de salida UMZCH. Tendrá que usar dos cascadas en triodos (entonces la ganancia será redundante y tendrá que reducirse, por ejemplo, usando OOS), o una cascada en otra lámpara que proporcione más ganancia: el pentodo (Fig. 49 ).
Se diferencia únicamente en el circuito de alimentación de la rejilla de protección R3C3. La resistencia de la resistencia de extinción R3 está determinada por la fórmula
donde Ug2 e ig2 son la tensión y la corriente de la rejilla de la pantalla. La resistencia interna del pentodo es grande, por lo que la ganancia se calcula mediante una fórmula más sencilla.
Elegiremos el pentodo 6Zh1P como el más económico. Sus parámetros Ua = = Ug2 = 120 V, S = 5 mA/V, ia = 7 mA e ig2 = = 3 mA en Uc = - 1,5 V, lo que da R2 = = 150 Ohm. R3 = 40 kOhm, R4 = 17 kOhm y Kμ = 85. En la práctica, los modos con una corriente anódica tan grande no se utilizan en las etapas preliminares. Es ventajoso aumentar varias veces la resistencia de todas las resistencias, reduciendo significativamente la corriente del ánodo. Y aunque la pendiente de la característica en este modo disminuirá, la ganancia aumentará y ascenderá a 150 ... 200. Para calcular nuevos parámetros con una corriente de ánodo más baja de la lámpara, se deben utilizar sus características. Sin embargo, las lámparas no son muy sensibles a los cambios de modo y es fácil elegirlas de forma experimental. Ahora pasemos a UMZCH. Para ellos, se producen tetrodos y pentodos de haz de salida potentes y especiales. En nuestro ejemplo, es adecuado un tetrodo 6P14P con parámetros Ua = Ug2 = 250 V, S = 11,5 mA / V, ia = 50 mA e ig2 = 5 mA en Uc = - 6 V. Nuestra etapa de salida será de un solo extremo, operando en clase A Esto significa que la corriente de reposo de la lámpara será igual a la nominal, 50 mA, y cuando cambie el voltaje en la rejilla de control, variará de cero (la lámpara está cerrada) al doble de la nominal 100 mA. (la lámpara está abierta). Encontremos el voltaje AF requerido en la red usando la fórmula Δia = SΔUBX: ΔUBx = Δia/S = 50/11,5 = 4,35 V (valor pico). La resistencia de la resistencia de polarización automática en el circuito del cátodo debe ser
Si el preamplificador de pentodo calculado anteriormente proporciona Kμ = 150, entonces para obtener una amplitud de 4,35 V en la rejilla de la etapa de salida, la señal de entrada debe ser igual a 4,35 / 150 = 0,029 V (valor pico), o aproximadamente 20 mV ( valor efectivo) que cumpla con los requisitos especificados. El diseño del circuito del UZCH está completo, podemos dibujar su diagrama esquemático (Fig. 50). Se calculan las resistencias de las resistencias, queda por elegir las capacitancias de los condensadores. Se calculan de la misma manera que la capacitancia C1 (ver arriba) para la frecuencia de banda de paso más baja, que debe tomarse con un margen, por debajo de 70 Hz.
Por supuesto, la resistencia de la resistencia correspondiente debe sustituirse en la fórmula. Por ejemplo, si una cadena R1C1 tiene una frecuencia de corte de 16 Hz con una capacitancia de 0,01 uF, entonces una cadena R2C2 tendrá la misma frecuencia de corte con una capacitancia de 10 uF. También es útil verificar la frecuencia superior del ancho de banda del preamplificador tomando la suma de la capacitancia de salida de la lámpara VL1, la capacitancia de entrada de la lámpara VL2 (tomada de los libros de referencia) y la capacitancia de montaje С∑ igual a 3 + 13,5. + 20 - 40 pF:
Como puede ver, es más alto de lo requerido. Hay que decir algunas palabras sobre el propósito de la cadena de desacoplamiento R5C5. Las fluctuaciones significativas en la corriente del tubo de salida conducirán inevitablemente a cambios en el voltaje de suministro del ánodo, porque los amplificadores de tubo generalmente se alimentan de fuentes no estabilizadas. Para que no afecten el funcionamiento de la cascada preliminar (y no lo necesitamos en absoluto), se instala una cadena. El condensador C5 simplemente no tiene tiempo de recargarse a tiempo cuando cambia el voltaje del ánodo. Además, el circuito filtra adicionalmente el fondo de CA en caso de un suavizado insuficiente de las ondulaciones en el filtro rectificador. Consideremos ahora el circuito anódico de la etapa de salida. La lámpara dará la máxima potencia si los cambios de corriente de 0 a 100 mA van acompañados de los cambios máximos posibles en el voltaje en el ánodo, y la corriente máxima corresponderá al voltaje mínimo, que debe ser de al menos 20 ... 30 V. (De lo contrario se producirá distorsión en los picos de la señal). Tengamos en cuenta otros 10 voltios de caída de voltaje a través de la resistencia activa del devanado primario del transformador de salida y obtengamos la amplitud del voltaje de CA en el ánodo 250 - 10 - 30 = 210 V. El voltaje de CA se suma al voltaje de CC tensión de alimentación. Tenga en cuenta que cuando la corriente del ánodo disminuye a cero (en la media onda negativa de la señal de entrada), el voltaje instantáneo del ánodo aumentará a 250 + 210 = 460 V. Como ya se mencionó, las lámparas toleran fácilmente tales voltajes. La potencia oscilatoria de la señal AF en el circuito del ánodo será P \u2d Um im / 210 \u0,05d 2 5,25 / XNUMX \uXNUMXd XNUMX W. Teniendo en cuenta pequeñas pérdidas en el transformador de salida, cumplimos la condición establecida (siempre que la carga tenga 5 W). Encontremos la resistencia requerida del devanado primario para las corrientes AF RH: RH \u210d Um / im \u50d 4,2/XNUMX \uXNUMXd XNUMX kOhm. Conociendo RH y la resistencia de cabeza Rg, ahora es posible encontrar la relación de transformación del transformador de salida T1, teniendo en cuenta lo siguiente: si el transformador reduce el voltaje n veces, entonces aumenta la corriente en el circuito del devanado secundario en el misma cantidad, entonces la resistencia se transforma en n2 una vez: A frecuencias más altas del espectro de audio, la ganancia UMZCH aumenta, ya que a la carga activa se suman la resistencia inductiva de la bobina móvil del cabezal, convertida en el devanado primario, y la resistencia de inductancia de fuga del devanado primario del transformador T1. resistencia HR. Para compensar el aumento, se conecta un condensador C7 en paralelo al devanado primario, cuya capacitancia es difícil de calcular debido a la incertidumbre de los parámetros mencionados y, por lo tanto, se selecciona experimentalmente, de acuerdo con la forma deseada de la respuesta de frecuencia. Pregunta para el autoexamen. ¿Quizás ya estás cansado de los cálculos teóricos? De lo contrario, calcule el amplificador en función de los requisitos que usted mismo establezca y, de ser así, busque, por ejemplo, un televisor de tubo innecesario y desmóntelo. Se obtiene un buen sistema acústico a partir de una caja de madera si el panel frontal está cortado de aglomerado y cubierto con un paño. Colocar un cabezal sobre el panel, preferiblemente no en el centro y preferiblemente dos o más, conectados en serie o en paralelo, dependiendo de su resistencia. Monta un amplificador como el descrito y disfruta del sonido "a válvulas". Todos los detalles necesarios para la implementación del proyecto se pueden encontrar en el antiguo televisor. Autor: V.Polyakov, Moscú
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Comentarios sobre el artículo: Vlad El artículo ayudó mucho. ¡Muchas gracias! [;)] Alejandro ¿Y quién es V. Polyakov? ¿No es Vladimir Timofeevich, autor de muchos artículos y varios libros sobre recepción síncrona y PLL? Alejandro Pero, ¿qué pasa con el pentodo 6P14P (llamado tetrodo en el artículo) sin OOS? En este caso, ¿puedes hacerlo?
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