СПОСОБ УСИЛЕНИЯ СИГНАЛА И КАСКАД УСИЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H03F3/02 

Изобретение относится к технике звукоусиления и может использоваться в усилителях мощности и каскадах предварительного усиления, собранных на электронных лампах, в том числе на вакуумных триодах с непосредственным накалом.

Известен способ включения прямонакального триода, при котором катод прямонакального триода питается от источника переменного напряжения (US 1724965, 09.20.1929). Недостатком известного способа является наличие сигнала питающего напряжения и его гармоник в усиливаемом сигнале.

Наиболее близким по техническому решению является способ включения прямонакального триода (US 2411362, 11.19.1946), при котором катод прямонакального триода питается от источника переменного напряжения частотой 800 Гц. Недостатком известного каскада усиления является ограниченный частотный диапазон усиливаемого сигнала.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, расширение частотного диапазона усиливаемого сигнала и возможность максимально использовать эффективную площадь электродов лампы.

Поставленная цель достигается тем, что каскад усиления на прямонакальном триоде, содержащий входной и выходной трансформаторы, содержит первый высокочастотный трансформатор с обмоткой, подключенной непосредственно к заземленному катоду триода, и обмотками, нагруженными на однополупериодный выпрямитель на вакуумном диоде с конденсатором фильтра и питающий сетку триода через вторичную обмотку входного трансформатора, а также второй высокочастотный трансформатор с обмотками, нагруженными на однополупериодный выпрямитель на вакуумном диоде с конденсатором фильтра и питающий анод триода через первичную обмотку выходного трансформатора, при этом сигнал подают на первичную обмотку входного трансформатора, снимают сигнал со вторичной обмотки выходного трансформатора, а первичные обмотки высокочастотных транформаторов питаются через усилитель мощности от высокочастотного генератора синусоидального напряжения с частотой, находящейся за пределами полосы усиливаемого сигнала.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что каскад усиления на прямонакальном триоде дополнительно содержит высокочастотные трансформаторы со вторичными обмотками для непосредственного питания заземленного накала вакуумного триода и накалов вакуумных диодов в схемах выпрямления анодного и сеточного напряжения с конденсаторами в качестве фильтров, источник синусоидального напряжения, состоящий из высокочастотного генератора и усилителя мощности, выход которого соединен с первичными обмотками высокочастотных трансформаторов и питающий их с частотой, находящейся за пределами полосы усиливаемого сигнала, например от 192 до 500 кГц.

По данным научно-технической и патентной литературы, автору не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема каскада усиления на прямонакальном триоде.

Каскад усиления на прямонакальном триоде (далее усилитель) содержит вакуумный триод с непосредственным накалом 1, включенный по схеме с заземленным накалом, входной звуковой трансформатор 2, первичная обмотка которого заземлена, а вторичная обмотка включена между сеткой триода и источником отрицательного напряжения смещения на вакуумном диоде 3, включенном по схеме однополупериодного выпрямителя с конденсатором 4 в качестве фильтра, выводы которого включены между анодом диода 3, выводом вторичной обмотки входного трансформатора и землей, выходной звуковой трансформатор 5, вторичная обмотка которого заземлена, а первичная обмотка включена между анодом триода и источником положительного напряжения на вакуумном диоде 6, включенном по схеме однополупериодного выпрямителя с конденсатором 7 в качестве фильтра, выводы которого подключены между катодом диода 6, выводом первичной обмотки выходного трансформатора и землей, первый высокочастотный трансформатор 8, одна из вторичных обмоток которого питает катод триода 1, другая питает катод диода 3, а третья включена между катодом диода 3 и землей, второй высокочастотный трансформатор 9, одна из вторичных обмоток которого питает катод диода 6, а другая включена между анодом диода 6 и землей, причем первичная обмотка первого высокочастотного трансформатора 8 соединена с выходом усилителя мощности 10 напрямую, в то время как первичная обмотка второго высокочастотного трансформатора 9 - через выключатель 11, на вход же усилителя мощности 10 поступает сигнал с высокочастотного генератора 12.

В качестве высокочастотных трансформаторов используются трансформаторы, намотанные на сердечниках серий ETD и RM с ферритом марки N 87 производства фирмы EPCOS (www.epcos.com).

В качестве усилителя мощности используются интегральная микросхема TDA7560 компании STMicroelectronics (www.st.com) или гибридная микросборка МР111 FD компании APEX Microtechnology (www.apexmicrotech.com). В качестве высокочастотного генератора используется микросхема МАХ038 компании Maxim Integrated Product (www.maxim-ic.com)

Усилитель работает следующим образом.

К первичной обмотке входного звукового трансформатора 2 подключается источник сигнала, который через вторичную обмотку управляет пространственным потоком электронов в триоде 1 путем изменения напряжения на сетке. Промодулированный таким образом ток с анода триода 1 проходит через первичную обмотку выходного звукового трансформатора 5 и наводит ЭДС во вторичной обмотке, подключаемой к нагрузке.

Высокочастотный генератор 12 вырабатывает синусоидальный сигнал частотой 192-500 кГц и подает его на усилитель мощности 10, к выходу которого подключены высокочастотные трансформаторы. Высокочастотное синусоидальное напряжение амплитудой порядка 15-25 В на первичной обмотке первого высокочастотного трансформатора 8 создает на вторичных обмотках напряжение для накала триода 1 и диода 3 порядка 5 В и требуемое напряжение для смещение сетки триода 1 порядка 50-70 В, которое после выпрямления диодом 3 и фильтрацией конденсатором 4, типовое значение емкости для которого будет порядка 5-2 нФ, составит около 40-60 В постоянного напряжения. Такое же высокочастотное напряжение на первичной обмотке второго высокочастотного трансформатора 9 создает на вторичных обмотках напряжение для накала диода 6 порядка 5 В и требуемое напряжение для анода триода 1 амплитудой порядка 280-330 В, которое после выпрямления диодом 6 и фильтрацией конденсатором 7, типовое значение емкости для которого будет порядка 50-20 нФ, составит около 260-310 В постоянного напряжения. Необходимые напряжения для конкретных режимов работы вакуумных ламп, например триод WE300B в качестве усилителя и кенотрон WE274B в качестве выпрямителя, приведены в документации производителей (www.westernelectric.com) и получают их путем подбора коэффициентов трансформации. Выключатель 11 позволяет корректно, с задержкой по времени относительно других электродов подавать анодное напряжение на триод 1.

Предлагаемый способ имеет следующие достоинства:

1. Имеется возможность максимально использовать эффективные площади электродов вакуумных ламп с непосредственным накалом.

2. В усиливаемый сигнал не добавляется паразитный сигнал в виде фона, его гармоник или помехи.

Изобретение относится к технике звукоусиления и может использоваться в усилителях мощности и каскадах предварительного усиления, собранных на электронных лампах, в том числе на вакуумных триодах с непосредственным накалом. Это достигается за счет того, что необходимые для работы вакуумной электронной лампы переменные и постоянные напряжения создаются путем подачи через высокочастотные трансформаторы от единого источника высокочастотного синусоидального напряжения, рабочая частота которого находится за пределами возможного диапазона рабочих частот усиливаемого сигнала. При этом существенно снижаются номиналы и количество линейных и нелинейных элементов тракта усиления или совсем исключаются из него. Кроме того обеспечивается возможность максимального использования эффективных площадей электродов вакуумных ламп с непосредственным накалом, снижается уровень помех, так как в усиливаемый сигнал не добавляется паразитный сигнал в виде фона или его гармоник, и расширяется частотный диапазон усиливаемого сигнала. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ усиления сигнала, при котором сигнал на прямонакальный триод подают через входной трансформатор и снимают усиленный сигнал с выходного трансформатора, отличающийся тем, что накальное, сеточное и анодное питание для триода получают через высокочастотные трансформаторы, накальное напряжение подают непосредственно, сеточное и анодное напряжения создают с помощью однополупериодных выпрямителей на вакуумных диодах с конденсаторами в качестве фильтров, а высокочастотное напряжение для питания высокочастотных трансформаторов формируют генератором и усиливают усилителем мощности.2. Каскад усиления на прямоканальном триоде, содержащий входной и выходной трансформаторы, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый высокочастотный трансформатор со вторичной обмоткой, подключенной непосредственно к заземленному катоду триода, и вторичными обмотками, нагруженными на однополупериодный выпрямитель на вакуумном диоде с конденсатором фильтра, питающий сетку триода через вторичную обмотку входного трансформатора, а также второй высокочастотный трансформатор с обмотками, нагруженными на однополупериодный выпрямитель на вакуумном диоде с конденсатором фильтра, питающий анод триода через первичную обмотку выходного трансформатора, при этом сигнал подают на первичную обмотку входного трансформатора, снимают сигнал со вторичной обмотки выходного трансформатора, а первичные обмотки высокочастотных трансформаторов питаются через усилитель мощности от высокочастотного генератора синусоидального напряжения с частотой, находящейся за пределами полосы усиливаемого сигнала.