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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 paraphase excitation이 있는 Transformer cascades. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
이 기사는 변압기 램프 캐스케이드 회로의 원래 버전을 제시합니다. XNUMX개의 단일 주기 캐스케이드와 역상 여기를 조합하면 푸시-풀 캐스케이드와 유사한 흥미로운 수정을 얻을 수 있습니다. 장단점을 설명하고 계산 공식과 매개변수 연구 결과를 제공합니다. 이 기사에서 고려한 진공관 증폭기의 출력단 변형은 일반적인 단일 주기 출력단에 대한 계보를 추적합니다[1,2]. 그 결과는 분명한 절충안이지만 설명된 계획에 대한 각 옵션에는 몇 가지 장점이 있으며 얼마나 가치가 있는지 스스로 판단하십시오. 병렬 전원이 있는 변압기 스테이지 처음에는 그림에 표시된 회로에 따라 앰프의 출력단을 사용했습니다. 1, 단점에도 불구하고 강제로 [3]. 실제로 주요 이점은 출력 변압기의 영구 자화가 없다는 것입니다. 이를 통해 권선의 인덕턴스를 높이고(또는) 변압기의 기생 매개변수를 줄임으로써 캐스케이드의 매개변수를 개선할 수 있습니다. 병렬 부하가 있는 이러한 캐스케이드에서 자기 회로의 자화 반전은 대칭 루프에서 발생합니다. 고조파도 나타나지 않고 허용 가능한 유도 범위가 증가하기 때문에 이것은 "양호"합니다. "나쁜" 이유는 유도가 XNUMX을 통과할 때 자화 곡선이 본질적으로 비선형이기 때문입니다.
변압기가 대칭 재자화 루프에서 작동하는 경우 캐스케이드가 푸시 풀로 변환되는 것을 방해하는 것은 없으며 이미 사용 가능한 장점과 단점이 추가됩니다. 당연히 합리적인 질문을 할 수 있습니다. 왜 이것을합니까? 나는 대답하려고 노력할 것이다. 튜브 UMZCH를 개발할 때 일반적인 피드백을 사용하지 않고 원치 않는 비선형성을 억제할 수 있는 방법을 통해 왜곡, 증폭 없이 가장 선형적인 것을 달성하려고 합니다. 푸시 풀 캐스케이드는 구조의 대칭을 사용하여 피드백을 도입하지 않고 파라메트릭 방법을 사용하여 강력한 캐스케이드의 선형성을 높일 수 있습니다. 램프의 유형과 모드를 선택하여 단일 사이클 캐스케이드에서 짝수 고조파를 억제하기 위해 [4]에서 논의된 방법은 푸시-풀 구조와 비교하여 덜 보편적입니다. 결과적으로 홀수 고조파는 출력 신호 스펙트럼에서 우세하지만 그 레벨은 억제된 짝수 고조파보다 훨씬 낮기 때문에 다른 방법으로 처리하기가 훨씬 쉽습니다. 단일 주기 캐스케이드는 기본적으로 비대칭입니다. 이것의 결과는 펄스 특성의 신호 전면의 상승 및 하강 속도가 근본적으로 다르다는 것입니다. 또한 위상 왜곡 수준이 높아집니다. 푸시 풀 캐스케이드에서는 이러한 단점이 덜 두드러집니다. 원래의 푸시 풀 캐스케이드 회로 (그림 1에 따름)는 병렬 공급이있는 두 개의 단일 사이클 캐스케이드 출력 사이의 부하를 켜고 그에 따라 paraphase 신호로 이러한 캐스케이드를 여기함으로써 얻을 수 있습니다 ( 그림 2). 바이어스 전압이 낮은 램프의 경우 그림에 표시된 회로. 3, 이 경우 별도의 바이어스 소스가 필요하지 않기 때문입니다. 실제로 이 회로는 기존의 차동 캐스케이드와 유사합니다. 이러한 캐스케이드의 정상적인 작동은 클래스 A에서만 가능합니다. 램프가 동일하면 XNUMX상 신호에 대한 이러한 단계의 이득
여기서 (μ는 램프 이득, R은 내부 저항, RH는 부하 저항, 출력 저항
특정 조건에서는 절연 커패시터 Cp가 없을 수 있지만 램프의 양극에서 동일한 전압을 유지하지 않고 사용해야 합니다. 또한이 커패시터가 있으면 캐스케이드의 각 램프 작동 모드를 독립적으로 광범위하게 변경할 수 있습니다. 특성이 크게 다른 램프의 경우에도 고조파를 원하는 수준으로 캐스케이드 작동 모드를 설정할 수 있습니다.
이 수정의 결과로 램프와 변압기의 균일한 고조파에 대한 보상뿐만 아니라 출력 전력이 두 배가 됩니다. 신호 왜곡의 스펙트럼을 조정할 수 있게 됩니다. 변압기의 크기를 줄이거 나 동일한 크기로 매개 변수를 개선하는 것이 허용됩니다. 변압기의 자화가 없으면 설계가 단순화됩니다. 그러나이 경우 효율이 이론적으로 25 %를 초과하지 않더라도 더 높은 공급 전압이 필요합니다. 수정된 단의 출력 임피던스는 XNUMX배가 되고 홀수 고조파의 레벨은 신호 전류가 XNUMX개의 램프를 통해 흐르기 때문에 더 높습니다. 물론 가장 불쾌한 단점은 홀수 고조파로, 이를 억제하기 위해 출력 단계에 로컬 피드백을 도입하는 것이 좋습니다. 여기에서 음극 피드백을 사용하는 것이 가장 최적입니다. 4. 실제 사례에서 피드백이 도입되면 어떤 일이 발생하는지 살펴보겠습니다 피드백 이론 [3]에 따라 왜곡의 고조파 성분 Un의 감소는 피드백 깊이 A에 비례합니다.
여기서 Un os는 OOS가 있는 증폭기의 n차 고조파 구성 요소의 레벨입니다. 중간 주파수 영역에서는 복잡한 양이 아닌 모듈을 고려하는 것이 허용되며 계속해서 수행할 것입니다. 램프 음극 회로의 FOS는 직렬 전압 피드백이며, 이 경우 피드백이 적용되는 증폭기의 이득 KOS는 다음과 같습니다.
여기서 K는 피드백이 없는 증폭기의 이득입니다. β는 피드백 루프 게인입니다. 식 (4)의 분모는 필요한 값 A에 해당합니다.
이 단계에서는 게인이 최대이고 6차 고조파가 최소 수준인 램프를 사용하는 것이 바람직하다. 빔 테트로드 1P3P를 선택한 후 원하는 게인 Kos = 4을 설정합니다(실제 증폭기의 이 값은 일반적으로 프런트 엔드 위상 인버터 스테이지의 기능에 의해 결정됨). Kos 값을 방정식 (XNUMX)에 대입하여 피드백 깊이 A를 계산합니다.
이제 식 (3)에 따라 짝수 고조파가 완전히 보상되었다고 가정하여 고조파 구성 요소의 레벨을 다시 계산합니다(표 1 참조).
실험을 위해 그림 5의 방식에 따라 조립된 출력 스테이지가 사용되었습니다. 3(그림 XNUMX의 회로 구성에 해당).
무화과. 6은 출력 신호의 스펙트럼을 보여줍니다. 왜곡 측정의 실험 결과는 계산된 값과 20~25%(열화 방향으로) 차이가 납니다. 이것은 짝수 고조파의 불완전한 보상으로도 설명됩니다. 예비 선택이없는 램프가 사용되었습니다. 새 버전의 증폭기의 선형성은 훨씬 더 높습니다. 음극 피드백이 있는 캐스케이드는 특히 매력적이며 [5, 6] 이 경우 모든 매개변수가 개선됩니다.
이러한 캐스케이드의 실제 사용에 있어 주요 제한 사항은 효율성이 낮다는 것입니다. 일반 램프를 사용하면 최대 2~3와트의 출력을 얻을 수 있습니다. 오래된 무선 장비의 단일 주기 캐스케이드에 사용되는 기성품 출력 변압기가 있는 경우 먼저 이러한 캐스케이드 방식을 사용하는 것이 좋습니다(변압기의 간격을 제거해야 함). 특히 변압기를 위해 특별히 제작된 경우 고품질 전화 증폭기의 출력 단계에도 매우 적합합니다. 무화과. 그림 7은 이러한 증폭기의 출력 신호 스펙트럼을 보여주며 최대 전력 0,6W에서 전체 경로의 총 고조파 계수는 0,06%를 초과하지 않습니다. 제안된 접근법은 두 개의 자기적으로 결합된 권선이 있는 초크로 램프의 양극에 있는 전류 소스를 대체하여 병렬 전원 캐스케이드의 다른 버전에 적용할 수 있습니다. 두 번째 권선 어셈블리를 도입한 결과 스로틀 부하(그림 8)와 이미 50%에 도달한 효율을 가진 대칭 캐스케이드가 얻어집니다.
램프의 음극 회로에 대한 전류 소스 또는 초크의 전송은 대칭 음극 팔로워를 제공합니다(그림 9). 회로의 후자 버전은 전화 증폭기뿐만 아니라 변압기 출력이 있는 전치 증폭기의 출력 단계에서 사용하기 위한 실질적인 관심 대상입니다. 그림에 표시된 계획에 따라 캐스케이드에서. 4, XNUMX극관 및 빔 XNUMX극관은 Rk 저항을 제거하고 고정 바이어스를 적용하여 성공적으로 사용할 수 있습니다. 분할 부하 출력 단계 대칭 구조의 유용한 수정을 찾을 때 단일 주기 및 푸시-풀 캐스케이드의 장점을 단점 없이 결합하는 것이 바람직했습니다. 즉, 정합 변압기의 자기 코어가 개인 재자화 루프. 이와 관련하여 두 개의 출력 변압기가있는 분할 부하가있는 최종 단계의 새 버전을 독자에게 제공 할 것입니다 (그림 10, 11). 제 생각에는 두 개의 변압기를 사용하는 것이 매우 우수한 특성과 높은 유연성을 위해 합리적인 가격입니다.
푸시-풀 캐스케이드의 구조는 두 개의 단일 사이클 캐스케이드의 출력 변압기의 XNUMX차 권선과 이러한 캐스케이드의 여기를 paraphase 신호와 결합하여 얻습니다. 결과적으로 캐스케이드의 역 위상 작동으로 인해 고조파 왜곡도 억제됩니다 (물론 팔의 실제 비대칭 계수를 고려함). 모든 유형의 위상 반전 스테이지에서 구동할 수 있으며, 모든 램프를 사용할 수 있으며 독립적으로 또는 교차적으로 각 팔에 다양한 유형의 로컬 피드백을 도입할 수 있습니다. 앰프의 정상적인 작동은 클래스 A에서만 가능합니다. 이 두 구성표에서 알 수 있듯이 속성이 크게 다른 캐스케이드 구현에는 두 가지 옵션이 있습니다. 두 버전 모두에서 직류의 경우 램프가 병렬로 연결되고 교류의 경우 램프 켜짐은 출력 변압기의 XNUMX차 권선이 연결되는 방식과 부하가 연결되는 방식에 따라 달라집니다. 증폭기에는 두 개의 출력 변압기가 있으며 자기 코어는 전용 반전 루프에서 작동합니다. 정교한 독자는 말할 것입니다. 이것은 단점입니다. 예, 비용, 구조의 치수 및 복잡성을 줄이는 관점에서 볼 때 이것은 사실이지만 품질 문제가 최전선에 있다면 이것은 이점입니다. 첫째, XNUMX을 통한 변압기의 유도 전환과 그에 따라 낮은 신호 레벨에서 변압기의 특징적인 비선형성이 제거됩니다. 둘째, 캐스케이드 암의 대기 전류를 의도적으로 다르게 설정하여 출력 신호의 균일한 고조파 수준을 조정하고 다양한 특성을 가진 램프를 사용할 수 있습니다. 일반적인 푸시-풀 캐스케이드와의 차이점은 고조파도 보상되는 부분입니다. 고전적인 푸시풀 앰프에서는 출력 트랜스포머의 자기장에서 보상이 발생합니다. 그리고 이러한 결합 된 캐스케이드에서-부하 저항에 직접. 기본 설계 관계를 얻고 캐스케이드의 특성을 더 잘 이해하기 위해 램프와 변압기가 동일하다고 가정하여 등가 회로의 형태로 제시합니다. 이를 위해 램프를 출력 저항 Ri가 있는 EMF E의 등가 소스 또는 등가 전류 소스 I로 상상해 봅시다.
여기서 μ는 램프 이득입니다. S는 램프의 가파른 정도입니다. Uc - 램프 제어 그리드의 전압; Ri는 램프의 출력 임피던스입니다. 그림에 표시된 캐스케이드. 10은 그림의 등가 회로에 해당합니다. 12a 및 그림의 캐스케이드. 11-13, 가. 추가 단순화는 그림 12,6 및 13,6에 표시된 회로로 이어집니다. 각각 13, XNUMX, XNUMX.
그림에 표시된 계획에서. 10, 램프는 직렬로 교류로 연결됩니다. 이 캐스케이드 직렬(11차 권선을 통한 공통 전류 포함)이라고 합시다. 그림의 다이어그램에서. 7개의 램프와 교류가 부하에 병렬로 연결됩니다. 이 병렬 연결을 캐스케이드 병렬(2차 권선에 공통 전압이 있음)라고 합니다. 얻어진 등가 회로로부터 표에 요약된 주요 계산 관계[XNUMX]를 얻는 것은 매우 간단합니다. XNUMX.
캐스케이드 유형의 선택은 주로 사용되는 램프에 따라 다릅니다. 상대적으로 출력 임피던스가 크고 μ가 높은 출력관의 경우 병렬 스테이지를 사용하는 것이 좋습니다. 고출력 삼극관의 경우 직렬 스테이지를 사용하는 것이 적절할 수 있습니다. 이 경우 μe가 두 배 크기 때문에 출력 튜브를 구동하기가 더 쉬워집니다. 대칭형 공유 부하 스테이지에서는 단일 종단 스테이지용으로 설계된 표준 출력 변압기를 성공적으로 사용할 수 있습니다. 공유 부하 캐스케이드의 피드백 그림에 표시된 직렬 스테이지의 약간의 수정. 14는 일반 매개변수를 개선할 수 있습니다. 램프의 음극 회로에서 출력 권선과 부하를 전달하면 여러 가지 이점이 있습니다. 총 자화 인덕턴스는 출력 권선이 추가로 XNUMX차 권선과 직렬로 연결되기 때문에 증가합니다. 출력 변압기는 자동 변압기가 되어 일반적으로 크기가 줄어듭니다. 이 캐스케이드에서는 추가 권선 없이 표준 변압기를 사용할 수 있습니다.
또한 캐스케이드 매개 변수의 해당 변경과 함께 캐스케이드의 음극 회로에 로컬 피드백이 나타납니다. 물론 표준 트랜스포머를 사용하여 이 피드백의 깊이를 임의로 조정할 수는 없지만 "무료"입니다. 여기에서 XNUMX 차 권선에 탭이 많은 변압기를 사용하는 것이 유망한 다음 램프의 음극은 가장 높은 저항 부하를위한 단자에 연결되고 저항에 따라 실제 부하는 같은 이름의 중간 탭. 이 체계에 따른 캐스케이드에서 부하에 걸리는 전압의 일정한 성분은 실질적으로 매우 작습니다. 이는 출력 권선의 활성 저항이 낮고(몇 옴 이하) 램프 대기 전류의 실제 차이 때문입니다. 실제로 이 전압은 5 ... 15 mV를 초과하지 않습니다. 캐스케이드의 직렬 버전도 이 기능을 제공하지만 이 부하 전환의 또 다른 부산물은 차동 출력입니다. 위에서 언급했듯이 모든 유형의 램프와 다양한 유형의 로컬 피드백은 공유 부하가 있는 캐스케이드에서 사용할 수 있습니다. 예를 들어 그림에서. 도 15는 음극 피드백을 갖는 16극관의 포함을 나타내고, 도 17는 음극 피드백을 갖는다. 8 및 9 - XNUMX극관의 초선형 포함(빔 XNUMX극관)의 변형[XNUMX, XNUMX]. 차폐 램프가 있는 캐스케이드의 로컬 피드백 덕분에 램프와 변압기의 선형성이 크게 향상될 수 있습니다.
이론적 가정은 Fig. 10, 11 및 14. 6P1P 램프의 기본 단일 사이클 캐스케이드는 그림 1에 표시된 회로에 해당합니다. 3; 모든 경우에 동일한 램프와 출력 변압기가 사용되었습니다. 부하 임피던스와 램프 모드는 주어진 전력에서 최소 수준의 고조파를 얻는 것을 기반으로 선택되었습니다. 수치 측정 결과는 표에 나와 있습니다. 18 및 출력 신호의 스펙트럼 - 그림. 각각 21-XNUMX.
결과에서 알 수 있듯이 무작위로 선택된 램프와 변압기를 사용하더라도 균일한 고조파 수준을 크게 줄이고 캐스케이드의 선형성을 높일 수 있습니다. 공유 부하 변압기 스테이지의 출력 신호 스펙트럼은 기존 푸시풀 스테이지의 출력 신호 스펙트럼과 유사합니다. 예상대로 최상의 결과는 왜곡의 홀수 고조파를 효과적으로 줄이는 로컬 피드백이 적용되는 단계에서 제공됩니다.
문학
저자: E. Karpov, 오데사, 우크라이나
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