Особенности схемотехники предварительных ламповых УНЧ

Особенности построения структурной и принципиальной схемы усилителя низкой частоты, в первую очередь, зависят от его назначения и требований, предъявляемых к его параметрам.

Каскады, входящие в состав предварительного усилителя, должны обеспечивать усиление входного сигнала до значения, необходимого для возбуждения входной цепи оконечного или выходного усилителя. Особенности схемотехники предварительных усилителей или усилителей напряжения низкой частоты определяются их назначением, режимами работы и характеристиками применяемых в них элементов, в первую очередь, электронных ламп.

Как уже отмечалось, в ламповой звуковоспроизводящей аппаратуре наибольшее распространение получили реостатные усилители, в которых в качестве нагрузки используется сопротивление, а также трансформаторные усилители, в которых нагрузкой служит трансформатор. К тому же довольно часто в состав предварительных усилителей включаются каскады, содержащие схемы регулировок. Такие усилители часто называют корректирующими усилителями или усилителями с коррекцией.

Реостатный усилитель

Как уже отмечалось, реостатным усилителем принято называть усилитель, в котором в качестве нагрузки используется активное сопротивление, включенное в анодную цепь лампы. Упрощенная принципиальная схема реостатного усилителя или усилителя на сопротивлениях приведена на рис. 3.18.

В рассматриваемой схеме сигнал от внешнего источника, являющийся переменным напряжением UBX, подается на управляющую сетку лампы Л1. Под действием этого напряжения

в анодной цепи лампы возникает пульсирующий ток, а на сопротивлении нагрузки RA1 формируется напряжение усиливаемого сигнала. Падение напряжения на резисторе RA1 с возрастанием анодного тока увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения на аноде лампы. При подаче максимального значения напряжения UBX на сетку лампы напряжение на аноде лампы Л1 минимально, и, наоборот, при минимальном входном напряжении напряжение на аноде максимально. В результате подаваемое на сетку лампы переменное напряжение НЧ сигнала обеспечивает не только изменение анодного тока, но и изменение падения напряжения на резисторе RA1 (сопротивление нагрузки), а также изменение напряжения на аноде лампы. При этом переменное напряжение на аноде лампы оказывается сдвинутым по фазе на 180° по отношению к переменному напряжению входного сигнала.

Переменная составляющая падения напряжения на резисторе Ra1, являющаяся выходным напряжением (UBbIxl) первого усилительного каскада, подается на вход следующего каскада через разделительный конденсатор Ср1, который позволяет оградить сетку следующей лампы от попадания на нее постоянного анодного напряжения с лампы предыдущего каскада. Резистор RC1, называемый сопротивлением утечки сетки,

Таким образом, главным недостатком реостатного усилителя можно считать необходимость применения повышенного анодного напряжения, поскольку на сопротивлении нагрузки падение напряжения весьма значительно.

Дроссельный усилитель

От главного недостатка реостатного усилителя, заключающегося в необходимости использования повышенного анодного напряжения, свободен дроссельный усилитель НЧ, или усилитель на дросселе. Упрощенная принципиальная схема такого усилительного каскада приведена на рис. 3.19.

Нетрудно заметить, что принципиальная схема дроссельного усилителя почти аналогична схеме реостатного усилителя. Отличие заключается лишь в том, что в рассматриваемой схеме в анодную цепь лампы Л1 вместо нагрузочного резистора RA1 включен дроссель Др1. В результате такой замены переменная составляющая анодного тока, проходя через дроссель, формирует на нем падение напряжения, которое через конденсатор Ср1 подается на сетку следующей лампы. При этом конденсатор Ср1 и резистор RC2 выполняют ту же роль, что и в реостатном усилителе.

Поскольку для постоянной составляющей анодного тока сопротивление дросселя весьма незначительно, на анод лампы поступает практически все напряжение от источника питания. Поэтому напряжение источника анодного питания может быть значительно меньше, чем для реостатного усилителя. Однако полное сопротивление дросселя зависит от частоты усиливаемого сигнала. В результате частотная характеристика дроссельного усилителя оказывается неравномерной и имеет завал как в области низких, так и в области высоких частот. Именно поэтому дроссельные УНЧ применяются сравнительно редко.

Трансформаторный усилитель

В трансформаторном усилителе низкой частоты (усилителе на трансформаторе) в качестве нагрузки в анодной цепи лампы используется трансформатор. При этом в анодную цепь лампы включена первичная обмотка трансформатора, которая обычно имеет в несколько раз меньшее количество витков, чем вторичная обмотка. Таким образом, в усилительных каскадах такого типа усиление обеспечивается не только за счет усилительных свойств лампы, но и благодаря применению повышающего трансформатора. Упрощенная принципиальная схема трансформаторного усилительного каскада приведена на рис. 3.20.

Поступающий на сетку лампы Л1 сигнал UBX низкой частоты обеспечивает формирование в ее анодной цепи переменной составляющей тока. При прохождении этой переменной составляющей тока через первичную обмотку трансформатора Тр1 вокруг ее витков образуется переменное магнитное поле. Это поле, взаимодействуя с витками вторичной обмотки, инициирует в ней ток индукции, обеспечивающий соответствующее падение напряжения на выводах этой обмотки. Данное напряжение подается на вход лампы следующего каскада.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора Тр1 электрически изолированы друг от друга, поэтому нет необходимости устанавливать разделительный конденсатор между каскадами. Сопротивление первичной обмотки трансформатора Тр1 сравнительно невелико, благодаря чему на анод лампы подается почти все напряжение источника анодного питания. По этой причине напряжение источника анодного питания трансформаторного усилителя может быть значительно меньше, чем реостатного усилителя, выполненного на той же лампе.

Главной особенностью частотной характеристики трансформаторного усилителя является повышение коэффициента усиления с повышением частоты входного сигнала. При этом минимальный коэффициент усиления получается на самых низших частотах, что объясняется малым индуктивным сопротивлением первичной обмотки трансформатора.

Особенностью трансформаторного усилителя является и то, что он имеет две резонансные частоты, влияющие на форму частотной характеристики. Первая резонансная частота соответствует резонансу в контуре, образованном индуктивностью вторичной обмотки трансформатора Тр1 и входной емкостью лампы следующего каскада. Этот резонанс наступает на частотах в несколько сотен герц, обеспечивая увеличение коэффициента усиления на этих частотах. Второй резонанс (на частоте F2) наступает в области сравнительно высоких частот. Его причиной является тот факт, что обычно индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора больше сопротивления входной емкости лампы. В результате, общее сопротивление имеет индуктивный характер, и в первичную обмотку трансформатора вносится сопротивление противоположного, то есть емкостного характера, которое образует с индуктивностью первичной обмотки контур. При этом коэффициент усиления на частоте второго резонанса в несколько раз больше, чем на частоте первого.

С целью улучшения формы частотной характеристики усилительного каскада и повышения устойчивости работы усилителя часто параллельно вторичной обмотке трансформатора включают шунтирующий резистор RU1. За счет внесения определенного затухания этот резистор понижает коэффициент

усиления на всех частотах в полосе пропускания, и, в первую очередь, на частотах первого и второго резонанса.

Усилитель напряжения с трансформатором рекомендуется применять, когда анодный источник имеет малое напряжение, а используемые лампы имеют сравнительно малое значение коэффициента jli. Однако необходимо отметить, что трансформатор вносит нелинейные искажения, значительно ухудшающие качество звука