Читать книгу: «Hi-end-усилители на «военных» лампах», страница 3

Шрифт:

1.Расчет сосредоточенной цепи коррекции, рекомендованной RIAA в классической схеме усилителя-корректора

Это наиболее часто применяемая цепь коррекции, позволяющая формировать три постоянные времени коррекции. См. рис.7.

Рис.7. Принципиальная схема идеальной цепи коррекции.

Посмотрев на схему, можно увидеть, что постоянная времени τ₁ формируется цепочкой R1C1, а цепочка R1R2C2 формирует две постоянных времени: τ₂ и τ₃. В качестве примера расчета возьмем стандарт IEC N78 в котором:

τ₁=50 мкс

τ₂=450 мкс

τ₃=3180 мкс

И, вот, мы стоим перед уравнением с четырьмя неизвестными R1, R2, C1, C2. Извечный вопрос русской интеллигенции: « Что делать»? Извечный ответ ей русского народа: «Э-э, интеллигенция… Одно слово, узок их круг и страшно далеки они от народа. Принимаем волевое решение!» Правда, про круг сказал не народ. В общем, волюнтаристски назначаем (исходя из имеющихся в запасе номиналов) емкость конденсатора С2, так как расчет будет вестись от наибольшей потоянной времени t3=3180 мкс, а она связана с С2.

– Вычисляем сопротивление R2:

R2= τ₂ /C2

2.Вычисляем R1: R1= R2 (τ₃ -τ₂) (τ₂– τ₁) /τ₂²

3.Вычисляем С1: Если бы цепь R1С1 была отдельной, то С1=t1/R1. Но в реальности она включена в более сложную систему. Поэтому формула расчета С1 усложняется и принимает вид:

С1= τ₁ τ₃С2 / ((τ₃ -τ₂) (τ₂– τ₁))

Подставляем в формулы реальные значения элементов:

– Принимаем равным 0.03 мкф (постоянные времени берем в мкс, емкости в мкф), тогда:

R2=450/0,03 = 15000 Ом= 15 кОм,

R1= (3180—450) (450—50) *15/450²=80,88 кОм,

С1=0,00005*0,00318*0,03/ (0,00273*0,0004) =4368пф.

Рис.8 Принципиальная схема идеальной цепи коррекции стандарта IEC N78.

Все было бы хорошо с приведенным выше расчетом, если бы не: цепь коррекции, приведенная выше, представляет собой идеальный случай, когда цепь эта живет сама по себе, не включенная ни в какие другие каскады и цепи. В реальной жизни ее ставят между первым и вторым каскадами усилителя-корректора. См. рис.9.

Рис.9. Включение узла коррекции в реальную схему.

Первый каскад усиления на лампе Л1 имеет свое выходное сопротивление R_вых, последующий каскад на лампе Л2 имеет входное сопротивление R_вх (это сопротивление в цепи первой сетки Л2), которые становятся неотъемлемой частью узла коррекции и искажают всю, ранее рассчитанную, картину. В принципиальной схеме, учитывающей новые условия, сопротивление, обозначенное на рис.9 как R1, обозначим R_реал. Сделаем это, чтобы не путаться и помнить, что в макете будет впаян резистор с сопротивлением Rреал. См. рис 10.

Рис.10

Чтобы рассчитать сопротивление R_реал, которое необходимо установить в реальный макет усилителя, нужно составить эквивалентную схему цепи коррекции. Разделительный конденсатор С_р имеет сравнительно большую емкость (порядка 1 мкф), т.е. малое сопротивление по переменному току, поэтому при составлении эквивалентной схемы мы его игнорируем, считая, что он замкнут накоротко. См. рис. 11.

Рис.11

Далее полагаем, что цепочки С1, С2R2 сохраняют свои значения и их пересчитывать не надо (по постоянному току цепь разорвана). Значение R_вх мы задаем сами, исходя из имеющихся в запасе номиналов сопротивлений. В нашем случае выбираем R_вх=270кОм.

Выходное R_вых сопротивление первого каскада равно (внутреннее сопротивление лампы R_i соединяется параллельно с сопротивлением в цепи анода R_a через источник питания)

R_вых= R_i R_a/ (R_i+ R_a)

Сопротивление R_a в цепи анода Л1 выбирается по нагрузочной прямой построенной на ВАХ лампы и в нашем случае для лампы 12Ж1Л равно 62 кОм. Значение R_i берется из справочника и составляет 800 кОм. Итак, подставляя эти значения в формулу получаем:

R_вых= 62*800/ (800+62) =57.5 кОм.

Для сохранения расчетных характеристик цепи коррекции необходимо, чтобы сопротивление цепочки RвхRвыхRреал равнялось R1

Рис 12.

Рис.13

По эквивалентной схеме, составляем уравнение:

R1= (R_реал+R_вых) R_вх/ (R_реал+R_вых+ R_вх)

В рассматриваемом случае вычисленное ранее значение R1 составляет 80,88 кОм. В итоге, подставив известные значения сопротивлений в формулу, получаем уравнение: 80,88= (R_реал+57,5) 270/ (R_реал+57,5+270) (Все сопротивления даны в килоомах). Решив его, получаем значение R_реал=57.97 кОм. В итоге принципиальная схема цепи корректора на лампе 12Ж1Л для стандарта IEC78 приобретает вид, показанный на рис.14:

Рис.14

При сборке макета можно попытаться точно подобрать вычисленные значения элементов цепи, но на практике это лишь усложнит работу. Мало того, в реальном макете присутствуют такие неприятные вещи как паразитные емкости, индуктивности и сопротивления монтажа. Они, безусловно, малы, но в некоторых случаях ощутимы. Так, например, паразитная емкость монтажа находится в диапазоне 50—200 пф. Что уже ощутимо для постоянной времени τ₁ =50 мкс. Значит, при подборе емкости С1 можно выбрать конденсатор с меньшей, чем расчетная, емкостью. Примерно 4368—68=4300 пф. Т.е. стандартный номинал. Сопротивление R1 близко к 58 кОм, но выбор в сторону увеличения от вычисленного номинала, как показывает практика, вреднее, чем в сторону уменьшения. Ближайший стандартный номинал – 56 кОм. При выборе такого номинала расхождение с расчетными характеристиками составит:

R1= (R_реал+R_вых) R_вх/ (R_реал+R_вых+ R_вх) =

(57,5+56) *270/ (57,5+56+270) =79.9 кОм

Что составляет 98,7% от 80.88 кОм расчетных. Учитывая, что внутреннее сопротивление ламп величина справочная и не является точной, то допуск 1.3% на практике вполне приемлем. Принципиальная схема тогда принимает привычный для радиолюбителя-пионера вид (рис.15)

Рис.15. Принципиальная схема узла коррекции IEC N78 со стандартными значениями номиналов радиокомпонентов.

2. Расчет сосредоточенной цепи коррекции, рекомендованной RIAA в схеме усилителя-корректора с непосредственными связями

Начальные условия:

Расчет идеальной цепи (не включенной в устройство) рассмотрен главой выше. Все расчеты производятся применительно к стандарту грамзаписи IEC N78, ламповому каскаду на лампе 12Ж1Л. Принципиальная схема приведена на рис.16

Рис.16

Поскольку резистор в цепи первой сетки лампы Л2 отсутствует, то Rвх=бесконечность. Эквивалентная схема упрощается см. рис.17.

Рис.17

Значение R1 вычислено ранее и равно 80,88 кОм. Формула для вычисления Rреал, исходя из эквивалентной схемы, приобретает вид:

R_реал= R1-R_вых, где R_вых=R_iR_a/ (R_i+R_a)

вычислено ранее и составляет 57.5 кОм

в схеме R_реал=80,88—57,5=23,38. Ближайший к 23,38 кОм типовой номинал сопротивления – 24 кОм. В результате полная принципиальная схема примет вид, показанный на рис.18.

Рис.18.Винил-корректор с непосредственными связями для стандарта грамзаписи IEC N78.

3.Расчет усилителя-корректора с формированием постоянной времени τ₁ на собственной индуктивности головки звукоснимателя

На рис.19 представлена принципиальная схема корректора постоянная времени τ₁ которого формируется при помощи собственной индуктивности головки звукоснимателя и сопротивления в цепи первой сетки лампы Л1 усилителя.

Рис.19. Винил-корректор стандарта RIAA с формированием τ₁ на собственной индуктивности ГЗМ.

Указанные на схеме R_гзм и L_гзм – это собственные сопротивление и емкость головки звукоснимателя.

Сразу следует оговориться (ссылаясь на И. Гапонова и Е. Бабиченко), что делать такой корректор имеет смысл при следующих ограничивающих условиях:

1. R1/ (R1+Rгзм)> 0,5

2. Емкость С_п (см. рис20) должна быть минимальна, т. е. если параллельно выходу проигрывателя включен конденсатор (такое бывает в промышленной аппаратуре), его надо удалить, или сделать отключаемым. С_п – суммарная ёмкость «кабель+ катушка+ усилитель+ монтаж+ и т.д.», имеющаяся на входе усилителя-корректора.

рис.20

В качестве примера проведем расчет для стандарта RIAA (RCA Victor):

τ₁=75мкс, τ₂=318мкс, τ₃= 3180мкс.

Постоянные времени τ₂ и τ₃ формируются цепочкой R6R7C7 R8. Значения С7 и R8 задаем волевым решением и считаем:

R8 = 270 кОм, С7= 0.0318 мкф

Далее расчет ведется по методике, изложенной в главе «Сосредоточенная цепь коррекции, рекомендованная RIAA в классической схеме усилителя-корректора».

R_вых=57.5 кОм (посчитано ранее),

R_вх=R8=270 кОм (задано).

Сопротивление R7 по постоянному току отключено и потому входное сопротивление второго каскада и выходное сопротивление первого каскада на него не влияют. Без всяких оглядок находим его значение:

R7= τ₂/C7= 3.18*10^—4/31.8*10^—9= 10000 Ом=10 кОм.

Для не включенной в реальный усилитель цепи коррекции сопротивление R6 рассчитывают по формуле

R6= τ₃/C7-R7.

R6=τ₃/C7-R7= 3.18*10^—4/31.8*10^—9—10000=

=90000 Ом= 90 кОм.

Теперь рассчитываем реальное значение R6_реал с учетом влияния R8 и R_вых. Применив формулу:

R6= (R_вых+ R6_реал) R8/ (Rвых+ R6_реал+R8)

И, подставив известные величины, получим уравнение:

90= (57,5+ R6_реал) *270/ (57,5+ R6_реал+270).

Решив его, получим R6_реал=77,5 кОм. Стандартный номинал – 75 кОм. При сборке корректора ставим R6=75 кОм.

Собственно говоря, на этом расчет можно было бы и закончить, а величину сопротивления R1 установить экспериментально, собрав установку, описанную у Гапонова И. и Бабиченко Е. в [7].

Ниже предлагается другой способ, на практике дающий такой же результат. Для этого необходимо иметь измеритель индуктивности (например, Е7—22) и омметр (измеряющий сопротивление постоянному току, подойдет любой мультиметр). Почему, спросите, нельзя использовать в качестве омметра тот же Е7—22. Потому, что он измеряет сопротивление на переменном токе и покажет большее значение из-за влияния индуктивности головки звукоснимателя.

Переходим к расчету цепи, формирующей τ₁=75 мкс. Собственно вычисляем значение R1.

Постоянная времени τ₁ цепи R1R_гзмL_гзм определяется по формуле

τ₁=L_гзм / (R1+R_гзм), где

R_гзм – активное сопротивление головки звукоснимателя,

L_гзм – собственная индуктивность головки звукоснимателя.

1.При помощи мультиметра измеряем активное сопротивление катушки ГЗМ, и индуктивность ее прибором Е7—22 (на частоте 1 кГц). Значения запоминаем.

2.Используя вышеприведенную формулу вычисляем R1.

Пример:

τ₁=75 мкс, имеется ГЗМ Корвет-008. L_гзм= 0,62 Гн,

R_гзм= 1002 Ом.

R1= (L_гзм – R_гзмτ₁) /τ₁=

= (0.62—1002*0.000075) /0.000075=7264 Ом.