Пояснения к графикам.

Кое-что о двухтакте

С о д е р ж а н и е

Стр.

1. Предисловие. Разностный ток в первичной обмотке …… 1

2. Методика расчёта анодного тока в двухтакте…………… 2

3. А всё-таки, 2Ra или 4Ra? …………………………………. 8

4. Литература …………………………………………………….. 9

5. Приложения ……………………………………………….10, 11

- 1 –

Предисловие. Разностный ток в первичной обмотке.

Каждое плечо двухтакта работает на свою полуобмотку. Токи плеч i1 и i2 ( Рис.1) всегда идут в одном направлении, указанном на рисунке: от плюса источника питания через половину обмотки к аноду лампы, не меняя направления, изменяясь при этом только по величине:

- от максимального значения до минимального – в режиме класса А;

- от максимального значения до нуля в режимах классов АВ и В.

Намагничивающий ток id,идущий через всю

обмотку, равен РАЗНОСТИ мгновенных значений

токовплеч:

id = i1 – i2

id - разностный (англ. differential) ток.

В режиме покоя токи i1 и i2 равны между собой, а так как обмотки относительно этих токов включены противофазно, то намагничивающий

ток id равен нулю, сердечник не намагничен.

Смена направления тока id происходитпри переходе мгновенных значений токов i1 и i2

через точку, в которой i1 = i2. Рис.1

Таким образом, анодные токи плеч создают в обмотке ОДИН разностный ток, именно он и производит намагничивание сердечника и вызывает передачу энергии во вторичную цепь. Характеристикой этого тока является нагрузочная прямая MQ на рис.2, где приведён (для сведения и напоминания) совмещённый график для обоих плеч двухтакта

Рис.2

На практике, при проведении расчётов, достаточно верхней половины такого графика.

Но помнить, как выглядит этот график, расчётчику весьма желательно.

- 2 –

Методика расчёта анодного тока в двухтактах.

Вашему вниманию предлагается известный, но редко применяемый в практике метод расчёта анодного тока лампового каскада в двухтакте.

При рассмотрении метода следует учитывать следующее:

1. Одно тактная схема выходного каскада – одноконтурная. Лампа, первичная обмотка и источник питания, включены последовательно, и образуют один замкнутый контур, и очевидно, что ток через лампу и первичку один и тот же. Поэтому линия нагрузки на расчётном графике однотакта отображает одновременно и ток через нагрузку, и ток через лампу.

2. В двух тактной схеме – два таких контура, в общую ветвь которых включен источник питания.

Ток через полуобмотку и анодный ток через лампу плеча, безусловно, один и тот же. Но так как полуобмотки относительно источника питания включены встречно, намагничивающее действие и передачу энергии во вторичную цепь (в нагрузку) оказывает разность токов плеч, называемая разностным током.

Поэтому нагрузочная прямая на расчётном графике для двухтакта, отображающая разностный ток в нагрузке, и линия анодного тока, в общем случае, не совпадают.

Далее переходим к рассмотрению расчётных графиков.

Пояснения к графикам.

Выбрана конкретная лампа с питающими напряжениями Еа=Еэ=250 В.

Выбрано сопротивление нагрузки плеча Raп = 2000 Ом.

Нагрузочная прямая MQ проведена из этих условий.

- 3 -

Рис.3.

Ток покоя равен нулю (точка Q), идеальный режим В.

Лампы работают строго поочерёдно: в первый полупериод одна лампа открыта, другая – закрыта. Закрывание одной лампы и открывание другой происходит одновременно. Разностный ток всегда равен току одного плеча.

Это тот случай, когда ток в нагрузке и ток через лампу совпадают (линия MQ), и среднее значение анодного тока можно вычислить, считая, что этот ток протекает в течение ровно половины периода сигнала.

Для строго одного полупериода синусоидального сигнала среднее значение тока одного плеча равно [Л. 3, стр.78, формула 4.34]:

Iср = (1 / π)*Im = 0,318*Im = 0,318*106 = 33,7 мА. (1)

для всего каскада (два плеча):

Iср = (2/π)*Im = 0,637*Im

Именно эта формула приведена в книгах для режима В, или близкого к нему.

Полезную мощность, развиваемую всем каскадом, можно определить, как площадь треугольника МQD.

Рис. 4.

Снизим напряжение смещения от Ucо = -16 В до -10 В. Ток покоя станет равным 10 мА.

Получили довольно глубокий режим АВ.

Линия анодного тока лампы не будет совпадать с нагрузочной прямой, т.к. должна проходить через точку покоя 3.

Методом, описанным в [Л.1, 2], построим кривую анодного тока для одного плеча двухтакта (кривая синего цвета).

Характерные точки этой кривой соответствуют мгновенным значениям:

1 и 5 - амплитуде анодного напряжения и тока обоих полуволн сигнала,

3 – точке покоя,

2 и 4 – половине амплитуды сеточного напряжения по обе стороны от Ucо.

- 4 -

Обратим внимание, что амплитуда анодного тока лампы I1 уменьшилась, но амплитуда разностного тока Id не изменилась.

Среднее значение тока можно определить методом пяти ординат [Л.3, п.4.2.1.]:

Iср = [ I1 + I5 + 2(I2+I4)] / 6 = [106 + 0 + 2(60 + 0)] / 6 = 37,7 мА. (2)

Значение тока Iср возросло, хотя и не очень значительно. Именно этот факт позволил “классикам” рекомендовать для расчёта этого тока формулу (1).

Нагрузочная прямая МQ осталась в том же положении, т.к. условия её построения (напряжения Ea, Eэ и сопротивление нагрузки Rап) не изменились.

Рис. 5.

Уменьшим смещение до Ucm = -8 В, ток покоя повысится до 30 мА.

Построим кривую анодного тока лампы (кривая синего цвета). Режим остался по-прежнему в классе АВ, т.к. точка 5 и отрезок кривой левее её показывают ноль анодного тока, значит, отсечка тока по-прежнему присутствует.

По формуле (2) сосчитаем среднее значение анодного тока лампы:

Iср = [ I1 + I5 + 2(I2+I4)] / 6 = [106 + 0 + 2(70+4)] / 6 = 42,3 мА.

Анодный ток Iср по сравнению с режимом В возрос существенно, следовательно, при больших значениях тока покоя формула (1) даст заметную погрешность.

Рис. 6.

Ещё уменьшим смещение, до Ucм = – 6 В, ток покоя Iao возрос до 52 мА.

Построив кривую анодного тока, мы увидим, что режим вошёл в класс А, т.к. точка 5 поднялась над осью абсцисс, амплитуда анодного тока не достигает нуля, отсечки анодного тока нет.

Одновременно точка 1 “оторвалась” от точки М, и сместилась вверх (настолько же, как и точка 5).

- 5 -

В этом случае:

Iср = [ I1 + I5 + 2(I2+I4)] / 6 = [111 + 5 + 2(86+2)] / 6 = 55,3 мА.

Здесь формула (1) уже неприменима, а сравнить ток Icр актуальнее с током покоя. Получается, что средний ток анода 55,3 мА превышает ток покоя 52 мА на 3,3 мА.

Совсем немного. Не абсолютно “чистый”, но явно не плохой для пентода класс A.

Во всех приведённых примерах положение нагрузочной прямой MQ не изменяется.

Полезная, развиваемая всем каскадом (двумя плечами) мощность во всех случаях определяется, как площадь треугольника МQD, которая практически неизменна.

Потребляемая же мощность возрастает при движении от класса В к классу А, т.к. растёт средний ток анода Iср.

Выводы.

Приведённый метод расчёта анодных токов в двухтактах очень трудоёмок, особенно это касается графической части расчётов для классов А и АВ. Поэтому большинство авторов книг по усилителям излагают упрощённые методики:

- для двухтакта в режиме класса А – графическое построение по методу расчёта однотакта с последующим удвоением полученных значений Icр и Рвых;

- для двухтакта в режиме класса АВ – по формуле (1).

Это облегчает работу расчётчика, и погрешность во многих случаях не выходит за рамки обусловленные разбросом параметров ламп.

Моё мнение:

1. Упрощённые методики в ряде случаев дают значительную погрешность (рис.3).

2. Главный их недостаток: они совершенно сбивают с толку в отношении принципа работы двухтакта в режимах А и АВ (особенно в А!), чему много примеров на форумах.

Пример: на форуме “АудиоПортал” дважды возникали очень горячие дебаты про двухтакт в режиме А: чему равно Raa - 2*Ra, или 4*Ra?

3. Представленный метод требует от расчётчика соответствующей подготовки. Но он

позволяет легче ориентироваться в процессах распределения токов в двухтакте,

позволяет однотипно подходить к расчёту двухтактов всех классов.

- 6 -

Практика.

На практике вычислять среднее значение анодного тока Iср плеча двухтакта гораздо проще методом, предложенным А.И.Бергом, [Л.4, п. 4.2.5]. Метод предназначен для расчёта токов с отсечкой, т.е., в нашем случае, для режимов В и АВ.

Суть метода в том, что кривая апроксимируется ломаной прямой линией MCF, наклонный участок которой проходит через точку покоя 3 (рис.7).

Рис.7. Построение линии МСF.

Таким образом, при расчётах нет необходимости строить кривую анодного тока, не нужно также наносить расчётные точки для метода пяти ординат.

Порядок расчёта такой:

- как обычно, строим нагрузочную прямую MQ и выбираем ток покоя – точка 3;

- через точку покоя проводим прямую МС;

- определяем длину отрезка QC = U’ (на рис.5 U’= 80 В);

- вычисляем отношение U’/ Um, (80 / 210 = 0,38), и по графику рис.8 находим коэффициент постоянной составляющей (среднего значения) анодного тока αο = 0,387.

- вычисляем средний ток анода:

Iср = αο*Im = 0,387*106 = 41,0 мА.

Как видим, значения, полученные разными методами, несколько различаются (на 3 %), но это естественно: оба метода приближённые, и свою погрешность вносят построения на графике.

- 7 -

Рис.8. Определение коэффициента αο

Очевидно, что для режима А метод не подходит по определению (нет отсечки анодного тока).

В режиме А, близком к «чистому», считают, что Iср=Iao в точке покоя. В другом случае применяют метод пяти ординат со всеми построениями.

Либо расчёт ведут по упрощённому методу – через построение однотакта.

Во всех случаях полезно помнить, как выглядит в действительности кривая анодного тока в двухтакте.

Приложения.

В приложениях на стр.10,11 приведены два примера с результатами расчёта Iср по приведённой методике.

Результаты расчётов сопоставлены с конкретными режимами из зарубежных даташитов.

Вычисленные значения Iср очень близки к приведённым в этих даташитах.

Может возникнуть вопрос, почему такой простой метод даёт такую точность?

Ответ прост: график рис.8 построен по заранее вычисленным значениям коэффициента αο, как функцииугла θ, так называемого «угла отсечки» анодного тока при синусоидальном сигнале.

- 8 -