Расчет каскада лампового усилителя

Произведем расчет каскада лампового усилителя на лампе 6н1п 

Данные лампы 6н1п:

На входе стоят два резистора – RC и второй номиналом на 1 МоМ.

Резистор на 1 Мом нужен чтобы слить электроны с сетки, которые там “застряли”, сопротивление утечки сетки.

Резистор RC нужен чтобы убрать высокочастотные помехи и/или самовозбуждение усилителя.

Резистор Rk (катодный резистор) задает рабочую точку усилителя (чтобы сдвинуть его в самый качественный по звучанию диапазон графика).

Конденсатор Ск стабилизирует напряжение, иначе оно из-за сетки (на которую идет звуковой сигнал) прыгало бы и не давало оставаться в нужном диапазоне графика ВАХ – вольтамперной характеристики.

Конденсатор Ср убирает постоянный ток из звукового усиленного сигнала.

РАСЧЕТЫ.

Сопротивление анодного резистора для триода используется равным 2-4 от внутреннего сопротивления лампы (6н1п) – данные берутся из документации.

Сопротивление внутреннее лампы 6Н1П = 11 кОм

РАСЧЕТ  АНОДНОГО РЕЗИСТОРА Ra

Анодный резистор считаем:

Ra = 11 * 2..4 = (возьмем между 2-4 пусть 3 ) = 11*3 = 33 кОм

 

РАСЧЕТ  КАТОДНОГО РЕЗИСТОРА Rk

Для расчета понадобится ВАХ – вольтамперная характеристика лампы 6Н1П.

Выберем точку на нижней шкале в соответствии с возможностями напряжения на анод:

250 вольт, это напряжение, что мы подадим на усилитель.

Первая точка 0 – 250.

Вторая точка выбирается в зависимости от анодного резистора по формуле 

Ia = Eп/Ra = напряжение питания / сопротивление анодного резистора = 250 В/33 кОм=  7,5 mA

Вторая точка 0 – 7,6 mA

Прямая не должна пересекать кривую мощности анода.

Далее выберем диапазон воспроизведения. Стандартно напряжение 2 вольта в аудио, поэтому выберем диапазон от 0 до -4 в, тогда -2 в окажется посередине этого диапазона. 2 вольта вверх и 2 волта вниз.

Первое значение диапазона не должно превышать 0.

Итого выбран диапазон от 0 до -4 В, и выбрана кривая на посередине между ними на  -2 В.

Поставим на графика точку покоя на кривой -2 В:

Получили значение точки покоя 110 вольт для Анода и 5 мА напряжение сетки .

Посмотрим максимальное анодное напряжения в диапазоне от 0 до -4 в. На -4 В получается 160 В, а напряжение 4 мА для сетки (смотрим глазами на графике – мысленно проводим линии от точки пересечения кривой -4В и проведенной ранее линии характеристик лампы 6Н1П).

Минимальное напряжение анода – около 50 В, пусть 48.

Посчитаем коэффициент усиления по формуле

Ку = (E max – E min) / Dk max  – Dk min = (160-48) / (-4-0)  = -28 

По документации коэф усиления 35 +-7, т.е. нормально всё выбрали.

 И теперь можем рассчитать катодный резистор.

 

РАСЧЕТ КАТОДНОГО РЕЗИСТОРА  Rk

Rk = -2 В /5 mA = 0.4 = конвертируем в Омы = 0,4*1000= 400 Ом 

Подбираем из существующего ряда резисторов подходящий – это или 390 Ом или 470:

 

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ АНОДНОГО РЕЗИСТОРА

Pa = 250 В напряжение питания

минус напряжение анода в точке покоя  (из графика где -2В кривая = 110 В)

умножить на ток сетки 5 мА

Pa = (Еп  – Еатп ) / E сетки = 250-110*5= 700 = конвертируем в ватты = 700/1000 = 0,7 Вт

Значит для анода возьмем резистор не менее ,7 ватт мощности – надо брать с запасом, т.е прим примерно на 1 Вт мощности нужен резистор.

 

РАСЧЕТ ЕМКОСТИ КАТОДНОГО КОНДЕНСАТОРА Ск

Сопротивление конденсатора должно быть сильно меньше катодного резистора, а наименьшая частота пусть будет у звука 20 Гц.

Rk/10 = 1 / 2Pi*Fн*С

из формулы получаем

C = 10/2Pi*Rk*Fн

С = 10/2Pi*470 Ом или 390 Ом * 20 = 1,693996476487329e-4 = 0,00016939 =0,00016939*1000=0.169 =169 мФ

Из стандартного ряда подбираем – это 220 мФ

РАСЧЕТ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА (который убирает постоянку на выходе и соединяет каскады)

Обычно 47 Ком сопротивление каскада.

Так как следующий каскад (Rн – это общее представление на схеме) имеет сопротивление, предположительно 47 кОм, а перед ним стоит конденсатор, то они образуют фильтр частот – хай пасс.

Посчитаем емкость конденсатора,

срез по частотам будет по формуле :

F среза = 1 / 2Pi*RC 

из нее выведем:

C = 1/2Pi*R*Fсреза

С= 1 / 3,14*2 * 47 * 20 = 169 нФ

из таблицы номиналов подойдет 220 нФ

---

Емкость лампы и Rc образует лоу-пас фильтр.

Fсреза = 1 / 2Pi*R*C

R = 1/ 2Pi*Fсреза *С

Rc = 1/ 2Pi * 25000 Гц * 52 пФ = 122 кОм