Итак! Расчёт при сохранении режима работы каскада, указанного на схеме.
Фактически имеем следующий каскад:
Простейшие вычисления из закона Ома:
1. Ток через R23: Ir23=40/2,7=14,8мА. Этот ток распределяется на 2 каскада (верхний и нижний) равномерно. Т.о., ток каждого каскада Ia=7,4мА.
2. Напряжение питания=450В, напряжение на аноде=365В, ток через R24 = Ia. Т.о. R24=(450-365)/Ia = 11,5к. Это - Ra.
3. Напряжение сетка-катод Ugk=22-40=-18В
Теперь рассмотрим анодные характеристики:
12BH7A-ge
Нарисуем примерную характеристику -18В. Определим рабочую точку (например, на пересечении с уровнем анодного тока). Теперь определим основные параметры лампы:
1. мю=dUa/dUg (при Ia=const) =32,5В/2В=16,25
2. ra=dUa/dIa (при Ug=const) = 32,5В/4мА=8,1кОм
3. gm=dIa/dUg (при Ua=const) = 4мА/2В=2мА/В
Максимальное изменение тока не может превышать 7,4мА, поскольку лампа не может работать в обратном токе. Зная параметры лампы, можно рассчитать, какое изменение напряжения на сетке вызовет такое изменение тока:
dUg=dIa/gm=7,4мА/2мА/В=3,7В
Это напряжение не превышает напряжения смещения (Ugk), поэтому изменения в положительную сторону также не превысят нормальных значений (должно быть меньше 0).
Усиление каскада определяется формулой:
A=-мю*(Ra||Rн)/((Ra||Rн)+ra)
Параллельное сопротивление резисторов Ra||Rн определяется формулой:
Ra||Rн=Ra*Rн/(Ra+Rн)=11,5*220/(11,5+220)=10,9кОм
Амплитуда выходного напряжения:
Uвых=dUg*A=-3,7В * 16,25 * 10,9кОм / (10,9кОм + 8,1кОм) = -34,5В
К несчастью, как минимум 10% нужно оставить на разброс параметров и 10% - на уменьшение нелинейных искажений от нелинейных эффектов. Таким образом, выходная амплитуда будет примерно 34,5В - 20% = 27,6В.
Второй раз к несчастью - нам нужна амплитуда 35В, а лучше - 40В. Значит, в тех параметрах, что есть, данный каскад использовать невозможно.
Это не приговор. Можно изменить параметры каскада. Для увеличения выходной амплитуды можно увеличить сопротивление Ra. Это приведёт к уменьшению напряжения Ua. Для исключения нелинейностей (возможно!) придётся увеличить ток через лампу.
Второй путь состоит в применении V4 в режиме источника тока. Так называемое "активное" сопротивление в цепи анода позволит сохранить Ua и значительно увеличить усиление. Но об этом - завтра.
Допишу сегодня...
Анодный ток имеет ограничения:
- с нижней стороны он не может быть меньше нуля (этот факт мы использовали для определения максимальной амплитуды тока на выходе);
- с верхней стороны он ограничен наименьшим из трёх событий: 1) максимальным током катода применяемой лампы; 2) максимальным током, способным протекать по цепи при заданном анодном напряжении; 3) нежелательностью ухода потенциала сетка-катод в положительную область (т.е., должно выполняться условие Ugk<0).
Максимальный ток катода для выбранной лампы (DC Cathode Current) равен 20мА. Т.о., при максимальном токе (при изменении тока в положительную сторону таком же, как в отрицательную - 7,4мА) 14,8мА мы укладываемся в эту норму.
Максимальный ток, который может протекать по цепи определяется из простейшего закона Ома. Анодное напряжение у нас - 450В. В цепи последовательно стоят резисторы 2,7к (катодный), ra лампы (8,1к), анодный резистор R24 (11,5к). Таким образом, максимальный ток через эту связку будет 450/(2,7+8,1+11,5)=20,1мА, что снова больше 14,8мА.
Как мы уже выяснили ранее, изменение анодного тока на 7,4мА вызывается изменением потенциала сетка-катод на 3,7В. Наш потенциал Ugk=-18В. Т.о., -18В+3,7В=-14,3В <0, т.е., выполняется и это условие.
Иногда указывается ограничение по максимальной мгновенной мощности рассеяния на аноде, для этой лампы таких ограничений нет, поэтому проверять не будем.
Напряжение на аноде также имеет ограничения. В частности, постоянное напряжение на аноде (DC Plate Voltage) для усилителя класса А не должно превышать 300В. Как мы видим, в нашей схеме это не соблюдается. Связано это с тем, что переделываемый усилитель работает в классе B, а мы пытаемся заставить работать его в классе A. Это ещё одна причина (помимо недостаточного размаха выходного напряжения) для полного пересчёта параметров каскада.
Последние ограничения - мощность, рассеиваемая на аноде (Plate Dissipation), в данном случае равная 3,5Вт. Она рассчитывается как
P=Ua*Ia=325*7,4=2405мВт=2,4Вт - укладываемся.
Бывают ещё ограничения на максимальное отрицательное напряжение сетка-катод; очень важным ограничением в схемах с многоэтажным размещением ламп (не наш случай пока) является напряжение катод-накал; также необходимо ограничивать рост сопротивления утечки в цепи сетки (в нашем случае - R21) - предел указывается в параметре Grid Circuit Resistance в данном случае. Наше сопротивление 220к вписывается в предел 250к, указанный при фиксированном смещении (With Fixed Bias).