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无线电电子与电气工程百科全书 具有顺相励磁的变压器级联。 无线电电子电气工程百科全书
本文介绍了变压器灯级联电路的原始版本。 两个单循环级联与顺相激励的组合允许获得有趣的修改，类似于推拉级联。 阐述了它们的优缺点，给出了计算公式和参数研究结果。 本文中考虑的电子管放大器输出级的变体可将其谱系追溯到普通的单周期输出级[1,2]。 最终的结果是一个明显的妥协，但所描述的方案的每个选项都有一些优点，并自行判断它们的价值有多大。 并联供电的变压器级 最初，我根据图 1 所示的电路在放大器中使用输出级。 3、强行，尽管有其缺点[XNUMX]。 事实上，它的主要优点是输出变压器无需永磁化。 这允许您通过增加绕组的电感和（或）减少变压器的寄生参数来改善级联的参数。 在这种具有并联负载的级联中，磁路的磁化反转发生在对称环路中。 这是“好”的，因为其中不会出现偶次谐波，并且感应的允许范围增加； “不好”是因为当感应强度过零时，磁化曲线本质上是非线性的。
如果变压器在对称重磁化回路上运行，则没有什么可以阻止级联转换为推挽式变压器，从而将其优点和缺点添加到现有的变压器中。 自然地，人们可以提出一个合理的问题：为什么要这样做？ 我会尝试回答。 在开发管 UMZCH 时，他们首先尝试通过无需使用一般反馈即可抑制不需要的非线性的方法来实现最线性、无失真的放大。 推挽级联可以使用参数方法增加强大级联的线性度，而无需引入反馈，利用结构的对称性。 文献[4]中讨论的通过选择灯的类型和模式来抑制单周期级联中偶次谐波的方法与推挽结构相比不太通用。 因此，奇次谐波在输出信号频谱中占主导地位，但其电平比抑制的偶次谐波低一个数量级，因此更容易通过其他方法处理。 单循环级联基本上是不对称的。 其结果是脉冲信号前沿的上升和下降速率根本不同。 它还会导致相位失真程度增加。 在推拉级联中，这个缺点不太明显。 通过打开并联电源的两个单周期级联的输出之间的负载，可以得到原始推挽级联电路（根据图 1），并相应地用顺相信号激励这些级联（图2）。 对于低偏置电压的灯，可以使用图 3 所示的电路。 XNUMX，因为在这种情况下不需要单独的偏置源。 事实上，该电路类似于传统的差分级联。 这些级联只能在 A 类中正常运行。 如果灯相同，则该级对于两相信号的增益
其中（μ是灯增益；R是其内阻；RH是负载电阻；输出电阻
在某些条件下，可以不使用隔离电容器 Cp，但如果无法在灯的阳极保持相等的电压，则必须使用隔离电容器 Cp。 此外，该电容器的存在使您可以在大范围内独立地改变级联中每个灯的操作模式。 即使对于具有显着不同特性的灯，也可以设置具有所需偶次谐波水平的级联操作模式。
这一修改的结果是，输出功率增加了一倍，并且补偿了灯和变压器的偶次谐波。 可以调整信号失真的频谱。 允许减小变压器的尺寸，或者在相同尺寸的情况下改进其参数。 由于变压器没有磁化，其设计得以简化。 然而，在这种情况下，将需要更高的电源电压，尽管理论上效率也不会超过 25%。 由于信号电流流过两个灯，因此改进级的输出阻抗是原来的两倍，并且奇次谐波的水平更高。 当然，最令人不快的缺点是奇次谐波，为了抑制奇次谐波，建议在输出级引入本地反馈。 此处使用阴极反馈是最佳的，如图 4 所示。 XNUMX. 我们来看看引入反馈后会发生什么，根据反馈理论[3]，失真谐波分量Un的下降程度与反馈深度A成正比：
其中 Un os 是具有 OOS 的放大器中的 n 次谐波分量的电平。 在中频区域，不考虑复杂的数量，而是考虑它们的模块是完全可以接受的，我们将继续这样做。 灯管阴极电路中的FOS是串联电压反馈，此时反馈所覆盖的放大器的增益KOS等于：
其中K是无反馈放大器的增益； β 是反馈环路增益。 表达式(4)的分母对应于我们需要的值A：
对于这个阶段，需要使用具有最大增益和最小三次谐波水平的灯。 选择束四极管 6P1P 后，我们设置所需增益 Kos = 3（实际放大器中的该值通常由前端反相器级的能力确定）。 将Kos的值代入式(4)，计算出反馈深度A。
现在，根据式（3），我们重新计算谐波分量的水平，假设偶次谐波得到完全补偿（见表1）。
在实验中，使用了根据图 5 中的方案组装的输出级。 图3(对应图XNUMX的电路结构)。
上图。 图6显示了其输出信号的频谱。 变形测量的实验结果与计算值相差 20...25%（在恶化方向）。 这也可以通过偶次谐波补偿不完全来解释——使用了未经初步选择的灯。 新版本放大器的线性度明显更高； 具有阴极反馈的级联特别有吸引力[5, 6]；在这种情况下，其所有参数都得到了改进。
这种级联在实际使用中的主要限制是其效率低。 使用普通灯，您可以获得高达 2 ... 3 瓦的输出功率。 建议使用这种级联方案，首先，如果有现成的输出变压器用于旧无线电设备的单周期级联（应消除变压器中的间隙）。 它也非常适合高质量电话放大器的输出级，特别是如果变压器是专门为其制造的。 上图。 图7显示了此类放大器的输出信号频谱；在最大功率0,6W时，整个路径的总谐波系数不超过0,06%。 通过用具有两个磁耦合绕组的扼流圈替换灯阳极中的电流源，所提出的方法可以应用于并联供电级联的其他版本。 由于引入了第二绕组组件，将获得具有节流负载的对称级联（图8）并且效率已达到50%。
将电流源或扼流圈转移到灯的阴极电路，形成对称的阴极跟随器（图 9）。 该电路的后一版本对于用于具有变压器输出的前置放大器的输出级以及电话放大器具有实际意义。 按照如图所示的方案进行级联。 4、通过消除Rk电阻并施加固定偏压，可以成功使用五极管和束四极管。 分离负载输出级 在寻找对称结构的有用修改时，希望结合单周期和推挽级联的优点而没有它们的缺点，即：当匹配变压器的磁芯工作时对偶次谐波进行参数补偿私人重磁化回路。 在这方面，我将为读者提供带有分负载的末级的新版本 - 带有两个输出变压器（图 10、11）。 在我看来，使用两个变压器是一个合理的价格，具有非常好的性能和高灵活性。
推挽式级联的结构是通过将两个单周期级联的输出变压器的次级绕组组合起来并用顺相信号激励这些级联而获得的。 结果，由于级联的顺相操作，偶次谐波失真被抑制（当然，考虑到臂的实际不对称系数）。 它可以从任何类型的反相级驱动，允许使用任何灯并将各种类型的本地反馈引入每个臂，无论是独立的还是交叉的。 放大器只能在 A 类中正常运行。 从这两种方案可以看出，级联的实现有两种选择，它们在性质上有很大不同。 如果对于直流电，两个版本中的灯都是并联连接的，那么对于交流电，灯的开启取决于输出变压器的次级绕组如何连接以及负载如何连接到它们。 该放大器有两个输出变压器，它们的磁芯在专用反转环路中运行。 经验丰富的读者会说——这是一个缺点。 是的，从降低成本、结构尺寸和复杂性的角度来看，这是事实，但如果质量问题处于首位，这就是一个优势。 首先，变压器中的感应通过零的转变，因此消除了变压器在低信号电平下的特征非线性。 其次，可以故意将级联臂中的静态电流设置为不同的，以便能够调整输出信号中的偶次谐波的水平并使用具有广泛特性的灯。 与通常的推挽级联的区别在于偶次谐波得到补偿的地方。 在经典的推挽放大器中，补偿发生在输出变压器的磁场中； 在这样的组合级联中 - 直接作用在负载电阻上。 为了获得基本的设计关系并更好地理解级联的特性，我们假设灯和变压器相同，以等效电路的形式呈现它们。 为此，我们将灯想象为具有输出电阻 Ri 的 EMF E 的等效源，或者作为与电阻 Ri 分流的等效电流源 I
其中 μ 是灯增益； S是灯的陡度； Uc——灯控制栅极上的电压； Ri 是灯的输出阻抗。 级联如图所示图10对应于图12的等效电路。 图 11a 和图 13a 中的级联12,6-13,6，a. 进一步简化后得到图 13 和 XNUMX 所示的电路。 分别为 XNUMX、XNUMX、XNUMX。
在图所示的方案中。 10、灯以交流电串联连接——我们称之为级联串联（共同电流通过次级绕组）。 在图中。 11个灯和交流电并联到负载上，我们称这种级联并联（次级绕组上有公共电压）。 从获得的等效电路中，很容易获得主要的计算关系[7]，总结在表中。 2.
级联类型的选择很大程度上取决于所使用的灯。 对于输出阻抗较大、μ较高的输出管，建议采用并联级。 对于高功率输出三极管，使用串联级可能是合适的。 由于在这种情况下 μe 是两倍大，因此更容易驱动输出管。 在对称、共享负载级中，可以成功使用为单端级设计的标准输出变压器。 共享负载级联中的反馈 对串行级稍作修改，如图 14 所示。 XNUMX允许改进其一般参数。 输出绕组和负载在灯的阴极电路中的转移提供了许多优点。 由于输出绕组另外与初级绕组串联接通，因此总磁化电感增加。 输出变压器变成自耦变压器，通常会减小其尺寸。 在该级联中，您可以使用标准变压器而无需额外的绕组。
另外，级联的阴极电路中出现局部反馈，级联的参数也相应变化。 当然，使用标准变压器，我们不能任意调整这种反馈的深度，但它是“自由”的。 在这里，有希望使用次级绕组上有大量抽头的变压器，然后将灯的阴极连接到用于最高电阻负载的端子，而实际负载则根据其电阻来连接。同名的中间抽头。 在根据该方案的级联中，负载两端的电压的恒定分量实际上非常小。 这是由于输出绕组的有源电阻较低（不超过几欧姆）和灯的静态电流的实际差异造成的。 实际上，该电压不会超过 5 ... 15 mV。 这种负载切换的另一个副产品是差分输出，尽管串联版本也提供了此功能。 如上所述，任何类型的灯和各种类型的本地反馈都可以与共享负载级联使用。 举个例子，如图所示。 图 15 显示了包含具有阴极反馈的五极管，并且在图 16 中显示了包含具有阴极反馈的五极管。 17 和 8 - 五极管的超线性包含（束四极管）的变体 [9, XNUMX]。 借助屏蔽灯级联中的本地反馈，可以显着改善灯和变压器的线性度。
理论假设在根据图 10 所示方案组装的三个模型上进行了测试。 11P14P 灯上的基本单周期级联对应于图 6、1 和 1 所示的电路。 3; 在所有情况下，都使用相同的灯和输出变压器。 根据在给定功率下获得最小谐波水平来选择负载阻抗和灯模式。 数值测量结果在表中给出。 18，以及输出信号的频谱 - 图 21。 分别为XNUMX-XNUMX。
从结果中可以看出，即使使用随机选择的灯和变压器也可以显着降低偶次谐波的水平并提高级联的线性度。 共享负载变压器级的输出信号频谱与传统推挽级的输出信号频谱相似。 正如预期的那样，最好的结果是由本地反馈覆盖的级提供的，这有效地减少了失真的奇次谐波。
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作者：E. Karpov，乌克兰敖德萨
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