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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Calcul des amplificateurs à tubes. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant Un amplificateur est l'un des éléments les plus courants des appareils radioélectroniques, mais pourquoi commençons-nous à le calculer avec un amplificateur à tube obsolète ? Il y a plusieurs raisons, et la principale est que l'intérêt pour la technologie à lampes renaît à nouveau, notamment chez les amateurs de son de haute qualité. Les amplificateurs à tubes sont sans prétention, fiables, et bien que les surtensions puissent provoquer des pannes à court terme entre les électrodes, après quoi la lampe reste le plus souvent opérationnelle. Les surcharges de courant provoquent un échauffement des électrodes, mais il reste suffisamment de temps pour voir l'anode chaude et couper lentement l'alimentation. Les transistors tombent en panne même lors de surcharges à court terme, instantanément, « silencieusement » et pour toujours. Ajoutons également que les calculs pour les amplificateurs utilisant des tubes et des transistors à effet de champ par exemple sont très similaires. Le calcul de tout amplificateur commence par la détermination de ses paramètres en fonction de l'objectif de l'amplificateur : bande de fréquence amplifiée, tension de sortie, courant ou puissance, résistance de charge, tension d'entrée et résistance d'entrée. Pour un complexe radio domestique à ultrasons, par exemple, la puissance de sortie peut être de 5 W pour une résistance de charge (tête dynamique) de 4 Ohms, bande de fréquence - 70 Hz...12,5 kHz, tension d'entrée - 20 mV...1 V. avec une résistance d'entrée inférieure à 500 kOhm. La plage spécifiée de tensions d'entrée vous permettra de connecter l'amplificateur à de nombreuses sources de programme : un récepteur radio, un lecteur avec un capteur piézoélectrique, des sorties linéaires d'autres appareils. Il est conseillé de diviser un tel amplificateur en deux parties : un amplificateur de pré-tension, qui comprendra nécessairement un contrôle de volume (gain) et, éventuellement, des contrôles de tonalité (formes de réponse en fréquence) et un amplificateur de puissance final. Ce dernier est conçu pour un niveau de signal d'entrée constant correspondant au signal de sortie du préamplificateur. Calculons donc l'amplificateur à l'aide de tubes. Le circuit de l’amplificateur triode apériodique le plus simple est illustré à la Fig. 48.
Pour le calcul, vous aurez besoin de quelques données de référence : la tension et le courant du filament de la lampe (les circuits du filament ne sont pas représentés dans le schéma), la tension de polarisation recommandée, la tension et le courant de l'anode, la pente de la caractéristique S et la résistance interne. de la lampe RI ou son gain µ. Les trois derniers paramètres sont liés par une relation simple : μ = SRI L'avantage d'une cascade de tubes est qu'aux basses fréquences, elle ne consomme pratiquement aucune énergie de la source de signal - le courant anodique est contrôlé par la tension du réseau. Néanmoins, une résistance de fuite de grille R1 d'une résistance de 0,5...4,7 MOhm est toujours nécessaire pour que les rares électrons déposés sur la grille ne la chargent pas négativement, mais reviennent à travers cette résistance vers la cathode. La même résistance peut être facilement utilisée comme contrôle de volume. Le condensateur C1 est nécessaire pour que la composante constante du signal d'entrée (le cas échéant) ne tombe pas sur la grille et ne change pas le mode de la lampe. Sa capacité est calculée à l'aide de la formule de la fréquence de coupure du filtre passe-haut, qui doit être inférieure à la fréquence la plus basse de la bande passante fn :
Pour qu’il n’y ait pas de courant de grille, la tension de grille doit toujours être négative par rapport à la cathode, une certaine tension de polarisation est donc nécessaire. Il est pratiquement peu pratique d'utiliser une source de tension négative séparée, c'est pourquoi le plus souvent une résistance de polarisation automatique R2 est incluse dans le circuit cathodique. Le courant anodique de la lampe ia crée une chute de tension Uс à ses bornes, appliquée par le plus à la cathode et le moins à la grille de commande. La formule pour le calculer est simple :
Il reste à calculer la résistance de charge, en tenant compte du fait qu'environ la moitié de la tension de la source d'alimentation anodique Ea chutera à ses bornes :
Parmi les doubles triodes répandues, la lampe 100N6P avec les paramètres S - 2 mA/V, Ri = 2 kOhm, Uc = -50 V, Ua = 1,5 V, ia = 120 mA a le gain le plus élevé μ = 1 (les deux dernières sont différentes de celles données dans les ouvrages de référence sont 250 V et 1,8 mA, mais nous les avons choisies en fonction des caractéristiques de la lampe pour des raisons d'économie. En prenant Ea = 240 V, on trouve R2 = 1,5 kOhm, R3 = 120 kOhm. Le gain de la cascade triode est calculé comme suit :
Le gain n'est pas trop élevé et avec un signal d'entrée de 20 mV, la tension de sortie ne sera que de 1,4 V, ce qui peut ne pas suffire pour « piloter » complètement la lampe de sortie UMZCH. Vous devrez utiliser soit deux étages sur triodes (le gain sera alors excessif et devra être réduit, par exemple, en utilisant OOS), soit un étage dans une autre lampe qui donne un gain plus important - une pentode (Fig. 49).
Il ne diffère que par le circuit d'alimentation de la grille de blindage R3C3. La résistance de la résistance d'extinction R3 est déterminée par la formule
où Ug2 et ig2 sont la tension et le courant de la grille de l'écran. La résistance interne de la pentode est élevée, le gain est donc calculé à l'aide d'une formule plus simple
Choisissons la pentode 6ZH1P comme la plus économique. Ses paramètres sont Ua = = Ug2 = 120 V, S = 5 mA/V, ia = 7 mA et ig2 = = 3 mA à Uc = - 1,5 V, ce qui donne R2 = = 150 Ohm. R3 = 40 kOhm, R4 = 17 kOhm et Kμ = 85. En pratique, les modes avec un courant anodique aussi important ne sont pas utilisés dans les étapes préliminaires. Il est avantageux d'augmenter plusieurs fois la résistance de toutes les résistances, réduisant ainsi considérablement le courant anodique. Et bien que la pente de la caractéristique dans ce mode diminue, le gain augmentera et s'élèvera à 150...200. Pour calculer de nouveaux paramètres à un courant anodique inférieur de la lampe, vous devez utiliser ses caractéristiques. Cependant, les lampes sont peu sensibles aux changements de mode et celui-ci peut être facilement sélectionné expérimentalement. Passons maintenant à UMZCH. Des tétrodes et pentodes à faisceau de sortie puissants et spéciaux sont produites pour eux. Dans notre exemple, une tétrode 6P14P convient avec les paramètres Ua = Ug2 = 250 V, S = 11,5 mA/V, ia = 50 mA et ig2 = 5 mA à Uc = - 6 V. Notre étage de sortie sera asymétrique, fonctionnant en classe A Cela signifie que le courant de repos de la lampe sera égal au nominal 50 mA, et lorsque la tension sur la grille de contrôle change, il variera de zéro (la lampe est fermée) à deux fois le nominal 100 mA ( la lampe est ouverte). Trouvons la tension AF requise sur le réseau à l'aide de la formule Δia = SΔUBX : ΔUBx = Δia/S = 50/11,5 = 4,35 V (valeur crête). La résistance de la résistance de polarisation automatique dans le circuit cathodique doit être
Si le préamplificateur pentode calculé ci-dessus fournit Kμ = 150, alors pour obtenir une amplitude de 4,35 V sur la grille de l'étage de sortie, le signal d'entrée doit être égal à 4,35/150 = 0,029 V (valeur d'amplitude), soit environ 20 mV ( valeur efficace), qui répond aux exigences spécifiées. La conception du circuit du sondeur à ultrasons est terminée, nous pouvons dessiner son schéma de circuit (Fig. 50). Les résistances des résistances ont été calculées, il ne reste plus qu'à sélectionner les capacités des condensateurs. Elles sont calculées de la même manière que la capacité C1 (voir ci-dessus) pour la fréquence la plus basse de la bande passante, qui doit être prise avec une marge, inférieure à 70 Hz.
Bien entendu, la résistance correspondante doit être remplacée dans la formule. Par exemple, si R1C1 a une fréquence de coupure de 16 Hz avec une capacité de 0,01 µF, alors R2C2 aura la même fréquence de coupure avec une capacité de 10 µF. Il est utile de vérifier la fréquence supérieure de la bande passante du préamplificateur en prenant la somme de la capacité de sortie de la lampe VL1, de la capacité d'entrée de la lampe VL2 (tirée des ouvrages de référence) et de la capacité de montage C∑ égale à 3 + 13,5 + 20 à 40 pF :
Comme vous pouvez le voir, il est plus élevé que nécessaire. Il faut dire quelques mots sur la finalité de la chaîne de découplage R5C5. Des fluctuations importantes du courant du tube de sortie entraîneront inévitablement des changements dans la tension d'alimentation de l'anode, car les amplificateurs à tube sont généralement alimentés par des sources non stabilisées. Pour qu'ils n'affectent pas le fonctionnement de la cascade préliminaire (et nous n'en avons pas du tout besoin), la chaîne est installée. Le condensateur C5 n'a tout simplement pas le temps de se recharger à temps avec les changements de tension anodique. De plus, la chaîne filtre en outre le fond AC lorsque le lissage des ondulations dans le filtre redresseur est insuffisant. Considérons maintenant le circuit anodique de l'étage de sortie. La lampe donnera une puissance maximale si les changements de courant de 0 à 100 mA sont accompagnés des changements de tension maximum possibles à l'anode, et le courant maximum correspondra à la tension minimale, qui doit être d'au moins 20...30 V. (sinon une distorsion se produira au niveau des pics du signal). Prenons en compte une autre chute de tension de 10 volts aux bornes de la résistance active de l'enroulement primaire du transformateur de sortie et obtenons l'amplitude de la tension alternative à l'anode 250 - 10 - 30 = 210 V. La tension alternative est ajoutée à l'alimentation constante tension. Veuillez noter que lorsque le courant anodique diminue jusqu'à zéro (à la demi-onde négative du signal d'entrée), la tension anodique instantanée augmente jusqu'à 250 + 210 = 460 V. Comme déjà mentionné, les lampes tolèrent facilement de telles tensions. La puissance oscillatoire du signal AF dans le circuit anodique sera P \u2d Um im / 210 \u0,05d 2 5,25 / XNUMX \uXNUMXd XNUMX W. Compte tenu des faibles pertes dans le transformateur de sortie, nous avons rempli la condition indiquée (fournir 5 W dans la charge). Trouvons la résistance requise de l'enroulement primaire pour les courants AF RH : HR \u210d Um / im \u50d 4,2/XNUMX \uXNUMXd XNUMX kOhm. Connaissant RH et la résistance de tête Rg, nous pouvons maintenant trouver le coefficient de transformation du transformateur de sortie T1, en tenant compte des éléments suivants : si le transformateur réduit la tension n fois, alors il augmente le courant dans le circuit de l'enroulement secondaire du même montant, alors la résistance se transforme en n2 une fois que: Aux fréquences plus élevées du spectre audio, le gain de l'UMZCH augmente, puisque la résistance inductive de la bobine mobile de tête, convertie en enroulement primaire, et la résistance d'inductance de fuite de l'enroulement primaire du transformateur T1 sont ajoutées à la charge active résistance RH. Pour compenser l'augmentation, un condensateur C7 est connecté parallèlement à l'enroulement primaire, dont la capacité est difficile à calculer en raison de l'incertitude des paramètres nommés et est donc sélectionnée expérimentalement, en fonction de la forme souhaitée de la réponse en fréquence. Question d'auto-test. Peut-être en avez-vous déjà marre des calculs théoriques ? Sinon, calculez l'amplificateur en fonction des exigences que vous vous êtes fixées et, si tel est le cas, recherchez, par exemple, un téléviseur à tube inutile et démontez-le. Une caisse en bois constitue un bon système acoustique si vous découpez le panneau avant dans des panneaux de particules et le recouvrez de tissu. Placez une tête sur le panneau, de préférence pas au centre et de préférence deux ou plus, connectées en série ou en parallèle, en fonction de leur résistance. Construisez un amplificateur similaire à celui décrit ci-dessus et profitez du son du tube. Toutes les pièces nécessaires à la mise en œuvre du projet se trouvent dans l'ancien téléviseur. Auteur : V. Polyakov, Moscou
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Commentaires sur l'article : Vlad L'article a beaucoup aidé. Merci beaucoup! [;)] Alexander Et qui est V. Polyakov? N'est-ce pas Vladimir Timofeevich, l'auteur de nombreux articles et de plusieurs livres sur la réception synchrone et la PLL ? Alexander Mais qu'en est-il de la pentode 6P14P (appelée tétrode dans l'article) sans OOS ? Dans ce cas, pouvez-vous le faire ?
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