Содержание
Предисловие научного редактора............................22
Предисловие автора .....................................................24
Посвящение.....................................................................26
Благодарности................................................................27
1. Основы электрических цепей и сигналов ........28
1.1. Общие замечания ..........................................................28
1.2. Применяемые математические обозначения..................29
1.3. Электроны и заряженные частицы.
Электрический заряд .....................................................30
1.4. Электрический ток. Электродвижущая сила.
Работа электрического тока ...........................................31
1.5. Электрическая цепь. Электрическое сопротивление.
Закон Ома. Напряжение .................................................33
1.6. Электрическая мощность. Закон Джоуля%Ленца .............36
1.7. Законы Кирхгофа ...........................................................37
1.8. Единицы и множители физических величин. Децибелы ....39
Кратные и дольные приставки ............................................39
Децибелы ........................................................................41
1.9. Последовательное и параллельное соединение
электрических сопротивлений........................................42
1.10. Делители напряжения ...................................................47
1.11. Эквивалентные схемы. Источники напряжения и тока.
Метод эквивалентного источника .................................47
Эквивалентная схема с источником напряжения .................48
Эквивалентная схема с источником тока ............................53
1.12. Переменный ток ...........................................................54
Синусоидальное колебание ..............................................54
1.13. Действующее значение и мощность переменного тока ....57
1.14. Прямоугольное колебание (меандр) .............................58
1.15. Случайные колебания. Шумы ........................................59
1.16. Трансформаторы ..........................................................61
1.17. Конденсаторы и катушки индуктивности .......................63
1.18. Реактивные сопротивления ..........................................64
1.19. Полное комплексное сопротивление (импеданс) цепи ...66
1.20. RC и RL фильтры. Амплитудно%частотная характеристика ..68
1.21. Постоянные времени RC и RL цепей..............................71
1.22. Резонанс. Колебательные контуры ...............................72
1.23. Переходные процессы ..................................................74
1.24. Полупроводниковые диоды...........................................80
1.25. Стабилитроны. Диоды с запрещенной зоной.
Светодиоды ..................................................................83
Список используемой литературы ........................................84
Литература для углубленного изучения .................................84
2. Основы действия усилительных приборов .....85
2.1. Общие замечания ..........................................................85
2.2. Краткая историческая справка об электронных лампах ..85
2.3. Термоэлектронная эмиссия ...........................................87
2.4. Принцип действия и статические характеристики
вакуумного диода ...........................................................88
2.5. Скорость движения электронов ......................................93
2.6. Принцип действия и статические характеристики
вакуумного триода .........................................................95
2.7. Принцип действия и статические характеристики
многосеточных ламп .................................................... 103
2.8. Эквивалентные параметры электронных ламп
и их определение ......................................................... 113
2.9. Особенности применения тетродов и пентодов
в усилителях звуковой частоты ..................................... 119
2.10. Некоторые вопросы конструкции и эксплуатации
приемоусилительных ламп........................................ 122
2.10.1. Катод ............................................................... 122
2.10.2. Проблемы, связанные с накалом ламп ................. 117
2.10.2.1. Общие замечания .................................... 117
2.10.2.2. Проблемы электростатики ......................... 117
2.10.2.3. Электромагнитные проблемы и катоды
косвенного накала ............................................... 128
2.10.2.4. Изоляция катодподогреватель ................... 130
2.10.2.5. Тепловой режим катода ............................. 131
2.10.2.6. Подогреватели катодов и их источники питания .. 132
2.10.2.7. Напряжение и ток подогревателя катода ....... 134
2.10.3. Управляющая сетка ........................................... 137
2.10.3.1. Общие замечания .................................... 137
2.10.3.2. Сеточный ток .......................................... 138
2.10.3.3. Температурный дрейф, вызываемый
сеточным током................................................... 138
2.10.3.4. Сеточная эмиссия и борьба с ней ................ 139
2.10.3.5. Лампы с рамочными сетками ...................... 140
2.10.3.6. Сетки, определяющие переменное
значение усиления м, и связь с искажениями .............. 140
2.10.4. Другие виды сеток в лампах ................................ 142
2.10.5. Анод................................................................. 142
2.10.6. Вакуум и ионизационные шумы ........................... 146
2.10.7. Геттеры ............................................................ 148
2.10.8. Держатели из слюды и температура баллона ........ 149
2.10.9. Измерение температуры баллона
и охлаждение ламп ............................................ 151
2.10.10. Ламповые цоколи серий OCTAL и LOCTAL –
влияние на потери и шумы ................................ 152
2.10.11. Стеклянный баллон и выводы лампы .................. 154
2.11. Полупроводниковые активные приборы
(транзисторы) ............................................................. 155
2.11.1. Общие замечания .............................................. 155
2.11.2. Биполярные плоскостные транзисторы (БПТ)
и принцип их работы .......................................... 156
2.11.3. Простейший усилитель с общим эмиттером
на биполярном тарнзисторе................................ 157
2.11.4. Входное и выходное сопротивления и статические
характеристики биполярного транзистора ............ 160
2.11.5. Эмиттерный повторитель ................................... 162
2.11.6. Составной транзистор........................................ 163
2.11.7. Общие замечания о свойствах биполярных
транзиторов ...................................................... 164
2.11.8. Краткие сведения о полевых транзисторах ........... 164
2.12. Обратная связь в активных устройствах.
Уравнение обратной связи ......................................... 165
2.12.1. Общие замечания. Определение обратной связи..... 165
2.12.2. Уравнение обратной связи.................................. 166
2.12.3. Практические ограничения уравнения обратной
связи ............................................................... 167
2.12.4. Терминология обратной связи, полные входное
и выходное сопротивления ................................. 167
2.13. Операционные усилители ........................................... 169
2.13.1. Общие сведения................................................ 169
2.13.2. Инвертор и «виртуальная» земля ......................... 170
2.13.3. Неинвертирующий усилитель
и повторитель напряжения.................................. 171
2.13.4. Интегратор ....................................................... 173
2.13.5. Смещение постоянного тока в операционном
усилителе ......................................................... 174
Список используемой литературы ...................................... 175
Литература для углубленного изучения ............................... 175
3. Основы схемотехники ламповых
усилителей..................................................................... 176
3.1. Общие замечания ........................................................ 176
3.2. Усилитель на триоде с общим катодом ......................... 176
3.3. Ограничения по выбору рабочей точки.
Принципиальная схема простейшего резисторного
каскада ........................................................................ 179
3.4. Режим в рабочей точке ................................................. 182
3.5. Катодное смещение ..................................................... 185
3.6. Выбор величины сопротивления резистора
в цепи сетки ................................................................. 191
3.7. Выбор выходного разделительного конденсатора ........ 194
3.8. Вредное влияние проходной емкости лампы
и пути его уменьшения. Эффект Миллера..................... 195
3.9. Применение экранированных ламп .............................. 197
3.10. Каскод (каскодная схема) ........................................... 205
3.11. Катодный повторитель ................................................ 212
3.12. Источники и потребители (приемники) энергии:
определения............................................................... 217
3.13. Каскад с общим катодом как приемник
неизменяющегося тока ............................................... 218
3.14. Пентоды в качестве приемников неизменяющегося
тока ............................................................................ 220
3.15. Катодный повторитель с активной нагрузкой .............. 223
3.16. Катодный повторитель Уайта ...................................... 224
3.17. Катодный повторитель Уайта в качестве выходного
каскада ....................................................................... 227
3.18. м%повторитель ............................................................ 229
3.19. Учет эквивалентных сопротивлений
предшествующего и последующего каскадов ............. 232
3.20. Выбор верхней лампы для м%повторителя ................... 233
3.21. Ограничения м%повторителя ....................................... 234
3.22. Параллельно управляемый двухламповый
усилитель (SRPP) ........................................................ 236
3.23. в%повторитель ............................................................ 240
3.24. Дифференциальная пара (дифференциальный каскад)... 243
3.25. Коэффициент усиления дифференциальной пары ...... 244
3.26. Выходное сопротивление дифференциальной пары ... 244
3.27. Коэффициент ослабления синфазного сигнала
(CMRR) в дифференциальной паре ............................. 246
3.28. Коэффициент реакции питающего напряжения
(PSRR) дифференциальной пары ................................ 247
3.29. Полупроводниковые приемники неизменяющегося
тока для дифференциальной пары .............................. 249
3.30. Использование транзисторов в качестве активной
нагрузки для электронных ламп .................................. 251
3.31. Приемник неизменяющегося тока
на интегральной схеме ............................................... 257
Список используемой литературы ...................................... 257
Литература для углубленного изучения ............................... 257
4. Искажения в усилителях, их измерение,
меры по снижению искажений ................................ 259
4.1. Общие замечания ........................................................ 259
4.2. Классификация искажений.
Принципы оценки линейных искажений ........................ 259
4.3. Принципы измерения нелинейных искажений .............. 261
4.4. Измерение и интерпретация искажений ....................... 263
4.5. Выбор измерений ........................................................ 264
4.6. Совершенствование измерений нелинейных
гармонических искажений ............................................ 265
4.6.1. Общие замечания ................................................ 265
4.6.2. Весовая оценка гармоник ..................................... 265
4.6.3. Особенности детектирования гармоник.................. 266
4.6.4. Учет шумовой составляющей при измерении
нелинейных искажений ......................................... 268
4.7. Спектральные анализаторы.......................................... 269
4.8. Цифровая обработка сигналов ..................................... 270
4.8.1. Общие сведения о цифровом представлении
сигналов и аналого%цифровом преобразовании ...... 270
4.8.2. Дискретизация. Теорема Котельникова – Найквиста... 270
4.8.3. Масштабирование, квантование, кодирование ........ 271
4.8.4. Системы счисления и кодовые слова...................... 272
4.8.5. Быстрое преобразование Фурье (БПФ) .................. 274
4.9. Как автор проводит измерения искажений ................... 276
4.10. Особенности проектирования усилителей
с малыми искажениями .............................................. 276
4.10.1. Классификация способов снижения нелинейных
искажений ........................................................ 276
4.10.2. Влияние рабочей точки по переменному току ........ 277
4.10.3. Влияние рабочей точки по постоянному току ......... 280
4.10.4. Искажения из%за сеточного тока .......................... 280
4.10.5. Искажения из%за сеточного тока и регулировки
громкости ......................................................... 282
4.10.6. Работа с сеточным током и нелинейные
искажения ........................................................ 283
4.10.7. Уменьшение искажений ограничением
эквивалентной нагрузки ..................................... 286
4.10.8. Уменьшение искажений подавлением
(компенсацией) ................................................. 289
4.10.9. Подавление искажений в двухтактном каскаде ...... 290
4.10.10. Подавление искажений в дифференциальной
паре ............................................................... 291
4.11. Проблемы смещения по постоянному току.................. 291
4.11.1. Общие замечания .............................................. 291
4.11.2. Автосмещение катодным резистором .................. 293
4.11.3. Сеточное смещение ........................................... 295
4.11.4. Катодное смещение с помощью перезаряжаемого
аккумулятора .................................................... 296
4.11.5. Диодно%катодное смещение ............................... 297
4.11.6. Смещение с помощью приемника
неизменяющегося тока ...................................... 300
4.12. Выбор электронной лампы по критерию
низких искажений....................................................... 301
4.12.1. Общие замечания .............................................. 301
4.12.2. Специальные разработки ламп с малыми
искажениями .................................................... 301
4.12.3. Проблема карбонирования баллонов ламп ........... 303
4.12.4. Проблема размагничивания ламп ........................ 304
4.12.5. Необходимость тестирования для отбора
электронных ламп с малыми искажениями ........... 304
4.12.6. Схема проверки................................................. 305
4.12.7. Уровни и частоты проверочной схемы .................. 306
4.12.8. Результаты испытаний ....................................... 307
4.12.9. Интерпретация измерений ................................. 307
4.12.10. Альтернативные электронные лампы
со средним м .................................................... 310
4.12.11. Взвешенные результаты искажений ................... 311
4.12.12. Общие выводы................................................. 312
4.13. Проблема сопряжения одного каскада со следующим ... 312
4.13.1. Общие замечания .............................................. 312
4.13.2. Проблема блокировки разделительным
конденсатором .................................................. 312
4.13.3. Трансформаторная связь между каскадами .......... 314
4.13.3. Смещение уровня и связи по постоянному току ..... 315
4.13.4. Усилитель класса А для электромагнитных
головных телефонов с непосредственной
междукаскадной связью ..................................... 317
4.13.5. Использование схемы сдвига уровня
с источником тока.............................................. 321
Список используемой литературы ...................................... 324
Литература для углубленного изучения ................................. 325
5. Основные сведения о радиокомпонентах ..... 326
5.1. Общие сведения ........................................................... 326
5.2. Резисторы .................................................................... 327
5.2.1. Ряды стандартизованных значений сопротивлений ... 327
5.2.2. Тепловые параметры резисторов ............................ 328
5.2.3. Металлизированные пленочные резисторы .............. 330
5.2.4. Проволочные резисторы ........................................ 333
5.2.5. Процесс старения проволочных резисторов ............. 334
5.2.6. Шумы и индуктивность проволочных резисторов ...... 335
5.2.7. Основные критерии подбора резисторов для схемы ... 337
Точность изготовления........................................... 337
Температурный режим ........................................... 338
Рабочее напряжение .............................................. 338
Мощность рассеяния резистора.............................. 338
5.3. Конденсаторы .............................................................. 338
5.3.1. Общие сведения ................................................... 338
5.3.2. Плоский конденсатор............................................. 339
5.3.3. Уменьшение зазора между пластинами
и увеличение количества пластин ............................ 340
5.3.4. Свойства диэлектрика. Эквивалентная схема
конденсатора ........................................................ 341
5.3.5. Типы конденсаторов .............................................. 342
5.3.6. Металлические конденсаторы с воздушным
диэлектриком ....................................................... 343
5.3.7. Пленочные пластиковые фольговые конденсаторы.... 344
5.3.8. Пленочные конденсаторы, изготовленные
металлизацией диэлектрика ................................... 348
5.3.9. Металлизированные бумажные конденсаторы .......... 348
5.3.10. Слюдяные посеребренные конденсаторы ............... 349
5.3.11. Керамические конденсаторы................................. 349
5.3.12. Алюминиевые электролитические конденсаторы ..... 350
5.3.13. Танталовые электролитические конденсаторы ........ 355
5.3.14. Основные вопросы, возникающие при выборе
конденсатора ...................................................... 355
Рабочее напряжение ............................................ 355
Требуемая точность изготовления ......................... 356
Температурный режим ......................................... 356
Значение номинальной емкости конденсатора ........ 356
Токи утечки и величина tgд .................................... 356
Микрофонный эффект ......................................... 357
Шунтирование ..................................................... 358
5.4. Катушки индуктивности и Трансформаторы .................. 359
5.4.1. Общие сведения о катушках индуктивности .............. 360
5.4.2. Катушка индуктивности без магнитного сердечника.... 361
5.4.3. Броневые сердечники с зазором ............................. 364
5.4.4. Собственная емкость катушек индуктивности ........... 365
5.4.5. Трансформаторы .................................................. 366
5.4.5.1. Общие сведения ........................................... 366
5.4.5.2. Потери, вызванные сердечником
трансформатора. Индуктивность рассеяния........ 366
5.4.5.3. Намагничивание постоянным током .................. 372
5.4.5.4. Потери, вызванные сопротивлением обмоток
трансформатора ........................................... 372
5.4.5.5. Электростатические экраны ............................ 373
5.4.5.6. Магнитострикция .......................................... 373
5.4.5.7. Выходные трансформаторы, обратная связь
и громкоговорители ...................................... 374
5.4.5.8. Модели трансформаторов .............................. 376
5.4.5.9. Влияние нагрузки входного трансформатора
звукоснимателя ............................................ 379
5.4.5.10. Почему необходимо использовать
трансформаторы? ....................................... 381
5.4.5.11. Основные критерии выбора трансформаторов ... 382
5.4.5.12. Определение параметров неизвестного
трансформатора ......................................... 384
5.4.5.13. Основные причины выхода из строя
трансформаторов, в тракте звуковых частот ...... 389
5.5. Материалы, используемые для печатных плат .............. 391
Список используемой литературы ...................................... 392
Литература для углубленного изучения ............................... 393
6. Источники питания ............................................... 394
6.1. Общие сведения ........................................................... 394
6.2. Основные виды источников питания ............................. 394
6.3. Выпрямление переменного тока .................................. 396
6.3.1. Общие сведения о выпрямителях ............................ 396
6.3.2. Выбор ламповых или полупроводниковых
выпрямительных диодов ........................................ 396
6.3.3. Ртутные выпрямители ............................................ 401
6.3.4. ВЧ шумы выпрямителей ......................................... 402
6.4. Сглаживающие цепи (фильтры) выпрямителей ............ 403
6.4.1. Назначение сглаживающих элементов ..................... 403
6.4.2. Одиночный накопительный конденсатор в роли
сглаживающего элемента....................................... 404
6.4.3. Влияние напряжения пульсаций на выходное
напряжение .......................................................... 406
6.4.4. Пульсирующая составляющая постоянного тока
и угол проводимости ............................................. 407
6.4.5. Насыщение сердечника трансформатора ................. 410
6.4.6. Критерии выбора силового трансформатора
и накопительного (сглаживающего) конденсатора..... 413
6.4.7. Источник питания со сглаживающим дросселем ....... 416
6.4.8. Минимальный ток нагрузки для источника питания
со сглаживающим дросселем ................................. 418
6.4.9. Номинальное значение тока дросселя ..................... 419
6.4.10. Номинальный ток трансформатора, используемого
в источнике питания со сглаживающим дросселем..... 422
6.4.11. Выбросы тока и демпфирующие элементы ............. 422
6.4.12. Использование накопительного конденсатора
для снижения высоковольтного напряжения ........... 426
6.4.13. Частотные характеристики используемых
на практике LC%фильтров ...................................... 428
6.4.14. Широкополосная фильтрация ............................... 432
6.4.15. Секционированный резистивно%емкостный (RC)
фильтр ............................................................... 433
6.5. Выпрямители с умножением (умножители) напряжения ... 435
6.6. Стабилизаторы ............................................................ 437
6.6.1. Общие сведения о последовательных
и параллельных стабилизаторах напряжения ............ 437
6.6.2. Классическая схема последовательного
стабилизатора ...................................................... 438
6.6.3. Двухтранзисторная схема последовательного
стабилизатора ...................................................... 441
6.6.4. Ускоряющий конденсатор ...................................... 442
6.6.5. Компенсация выходного индуктивного
сопротивления стабилизатора ................................ 445
6.6.6. Стабилизатор цепи сеточного смещения
с регулируемым выходным напряжением ................. 445
6.6.7. Стабилизатор напряжения на интегральной
микросхеме 317 серии ........................................... 447
6.6.8. Источники питания низкого напряжения
и синфазный шум .................................................. 450
6.6.9. Источники синфазного шума в низковольтном
источнике питания ................................................. 453
6.6.10. Использование интегральной микросхемы
317 серии в качестве стабилизатора
высоковольтного источника питания ...................... 454
6.6.11. Ламповый стабилизатор напряжения ..................... 455
6.6.12. Пути совершенствования схемы лампового
стабилизатора напряжения ................................... 457
6.6.13. Применение схемы с входной экранирующей сеткой
для нейтрализации фонового шума переменного
тока .................................................................... 458
6.6.14. Способы увеличения выходного тока
стабилизатора ..................................................... 459
6.6.15. Коэффициент режекции источника питания
применительно к отдельным каскадам
и устойчивость схемы ........................................... 462
6.6.16. «Пение» стабилизатора напряжения ....................... 466
6.7. Применяемые на практике схемы источников питания ... 467
6.7.1. Общие сведения ................................................... 467
6.7.2. Выбор высоковольтного напряжения ....................... 467
6.7.3. Включение сглаживающих конденсаторов
при повышенном высоком напряжении .................... 468
6.7.4. Необходимость разряда высоковольтных
конденсаторов ...................................................... 469
6.7.5. Перенапряжения, возникающие при включении
схемы .................................................................. 471
6.7.6. Низковольтные источники питания .......................... 472
6.7.7. Радиопомехи от внешних источников....................... 472
6.7.8. Составление предварительной схемы блока питания ... 473
6.7.9. Расчет низковольтных источников питания ............... 474
6.7.10. Высоковольтный выпрямитель и стабилизатор ........ 478
6.7.11. Особенности источников смещения подогревателей
ламп, находящихся под повышенным потенциалом
относительно корпуса .......................................... 482
6.7.12. Составление окончательной схемы блока питания ... 485
6.8. Схема улучшенного источника питания ........................ 487
6.8.1. Общие замечания.................................................. 487
6.8.2. Низковольтная часть улучшенного блока питания ...... 488
6.8.3. Схема стабилизатора тока ...................................... 489
6.8.4. Режим пониженного энергопотребления .................. 491
6.8.5. Рабочий режим ..................................................... 492
6.8.6. Погрешности и неисправности................................ 492
6.8.7. Выбор силового трансформатора и дросселя
низковольтного источника питания для схем
с последовательным накалом ламп ......................... 493
6.8.8. Требования к трансформатору и дросселю
высоковольтного источника питания ........................ 495
6.8.9. Высоковольтный стабилизатор ............................... 495
6.8.10. Увеличение максимально допустимого обратного
напряжения VRRM при последовательном включении
выпрямительных диодов ....................................... 496
6.8.11. Компенсация разбаланса сопротивлений
полуобмоток трансформатора, имеющих отвод
от средней точки .................................................. 498
6.8.12. Схема задержки включения высоковольтного
напряжения......................................................... 499
Список используемой литературы ...................................... 500
Литература для углубленного изучения ............................... 501
7. Каскады усиления мощности............................. 502
7.1. Требования к усилителю мощности .............................. 502
7.2. Выходной каскад .......................................................... 502
7.2.1. Общие замечания.................................................. 502
7.2.2. Выходной каскад класса А с несимметричным
выходом ............................................................... 503
7.2.3. Особенности акустических систем .......................... 507
7.2.4. Неидеальности трансформаторов ........................... 508
7.3. Режимы работы усилительных приборов.
Классы усилителей....................................................... 510
7.3.1. Режим класса А...................................................... 511
7.3.2. Режим класса В ..................................................... 511
7.3.3. Режим класса С ..................................................... 511
7.3.4. Угол отсечки. Режим класса АВ ................................ 512
7.3.5. Режимы классов АВ1 и АВ2 ..................................... 512
7.4. Двухтактный выходной каскад ...................................... 514
7.5. Выходной каскад по ультралинейной схеме.................. 517
7.6. Трансформаторный катодный повторитель
в качестве выходного каскада ...................................... 518
7.7. Усилители без выходного трансформатора .................. 521
7.8. Составляющие блока усилителя мощности .................. 523
7.9. Предоконечный каскад блока усилителя мощности ...... 524
7.10. Фазоинверсный каскад ............................................... 525
7.10.1. Общие замечания............................................... 525
7.10.2. Дифференциальный усилитель или пара
с катодной связью в качестве фазоинвертора ........ 528
Схемотехническое решение Rk >> RL ........................ 528
Схемотехническое компенсированное решение Rk . RL ... 529
Схемотехническое решение Rk