Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Полонников Д.Е. Электронные усилители автоматических компенсаторов

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
9.9 Mб
Скачать

9 8 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [ГЛ. IV

бы сложная система магнитной экранировки, состоящая из многих пермаллоевых экранов, находящихся один внутри другого. По этой причине входные трансформаторы выполняют либо на торо- | идальном сердечнике, либо на сердечнике П-образной I формы. В последнем случае все обмотки трансформатора раз­ биваются на две равные части, каждая из которых распола­ гается на своем керне (рис. 36). Такая конструкция при полной симметрии позволяет устранить влияние внешних по­ лей. Практически внешние поля всегда бывают несимметрич-

Рис. 36. Расположение обмоток

Рис. 37. Схема, поясняющая влн-

входного трансформатора.

яние места включения конден­

 

сатора С 1

на

величину

помехи.

ными и неоднородными, поэтому

происходит

лишь частичное

|

обычно,

в

5 -т -10

раз по

ослабление паразитного сигнала,

сравнению с обычной намоткой. Для дальнейшего ослабления помехи необходимо применение пермаллоевых экранов.

Степень

экранировки

может быть

определена методом, при­

веденным

в книге Г.

С.

Цыкина

[35].

Как показывает

опыт,

в большинстве

случаев

оказывается

достаточным

двой­

ной пермаллоевый экран (например,

из

листового

пер­

маллоя Н79М5

толщиной

0,3 мм)

с зазорами

2,5 мм

между

экранами, экраном и трансформатором, что ослабляет помеху

более

чем в 1000 раз. Тройной экран оказывается необ­

ходим

только

в случае очень

высокой

чувствительности

(£/т

5 мкв) и

значительной напряженности магнитного поля

(более 5 эрстед).

 

 

 

 

Если трансформатор

настроен

в резонанс, конденсатор Сг

(рис.

37)

целесообразно

помещать внутрь

пермаллоевого эк­

рана.

Это

объясняется

тем, что

вследствие резонанса пара­

§ ' 1 2 |

ИСТОЧНИКИ

ПОМЕХ

И МЕТОДЫ БОРЬБЫ с ними

99

зитная-э. д. с., наведенная

магнитным полем в контуре

БВГД,

создает

напряжение

на

емкости в Q раз большее

самой

э. д. с. (Q — добротность

контура). Поэтому особенно

важно

защитить

от магнитного

поля именно этот контур.

Э. д. с.,

наведенная в контуре АБДЕ, прикладывается к сетке лампы не возрастая.

При правильно выполненной конструкции и надлежащей

магнитной экранировке паразитное напряжение

на

входе

трансформатора, наведенное внешними полями,

может быть

уменьшено до уровня тепловых шумов или до

величин по­

рядка

1(Г8 в при

входном сопротивлении порядка

100 ом.

в.

По м е х и ,

в ы з в а н н ы е в ы с о к о ч а с т о т н ы м и

э л е к т р о м а г н и т н ы м и п о л я ми и м и к р о ф о н н ы м

э ф ф е к т о м ; п о м е х и и м п у л ь с н о г о х а р а к т е р а

Эти помехи практически не влияют на работу усилителя автокомпенсатора, поскольку двигатель на выходе усилителя реагирует только на 50-периодную составляющую. Если уровень помехи настолько велик, что выходит за пределы линейной области работы усилителя, происходит резкое па­ дение чувствительности всего устройства. Поэтому в тех случаях, когда прибор должен работать вблизи мощных источников указанных помех, необходимы специальные меры по защите измерительной схемы и входных цепей, а именно: применение фильтров на входе, проходных конденсаторов для всех проводов, заходящих внутрь прибора, тщательной экранировки (из металла с хорошей проводимостью) и суже­ ние полосы пропускания усилителя. Однако к таким мерам приходится прибегать в исключительно редких случаях.

г.

По м е х и ,

в ы з в а н н ы е р е о с т а т н ы м и с в я з я м и

Помехи, вызванные реостатными связями, возникают глас­

ным

образом

при неправильном монтаже. Например, если

для цепи накала использовать провод, служащий для за­ земления входной цепи (рис. 38), то на участке АБ соз­

дается

напряжение

за

счет тока

накала, которое полностью'

прикладывается

к

сетке лампы. При этом даже небольшой

длины

провод

АБ

 

достаточен,

чтобы возникла помеха

в несколько милливольт.

 

1 0 0

ВХОДНЫЕ

УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА

 

[ г л .

IV

 

Для устранения

реостатных

связей

необходимо использо­

вать отдельные провода

для токовых и входных цепей, сое­

 

 

 

 

 

диняя их при необходимости толь­

 

 

 

 

 

ко в одной точке. По этой

же

 

 

 

 

 

причине в одной точке следует

 

 

 

 

 

делать соединение с шасси.

 

 

 

 

 

 

 

При

правильно

выполненном

 

 

 

 

 

монтаже рассматриваемый вид по­

 

 

 

 

 

мехи

практически

удается

свести

 

 

 

 

 

к нулю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д.

 

По м е х а ,

в ы з в а н н а я

 

 

 

 

 

и у л ь с а ц и е й н а п р я ж е н и я

Рис.

3S. Неправильное

зазе­

п и т а н и я а н о д н ы х ц е п е й

Помеха

устраняется

выбором

 

мление цепи накала.

 

 

 

 

 

соответствующих параметров сгла­

живающих или развязывающих фильтров.

Расчет фильтров про­

изводится

общеизвестными методами.

 

 

 

 

 

 

 

За допустимый

уровень пульсации

Еа~

можно

принять

величину,

определяемую

формулой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Еа~ <

1

В Д Я аЬ

 

 

 

(4-6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

р! -— статический коэффициент

усиления

первой

лампы,

Ra1

— ее

сопротивление

нагрузки, R n — внутреннее

сопро­

тивление,

Sj — крутизна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формула

(4.6)

получается

из

условия равенства

уровня

помехи, приведенной к сетке, величине напряжения трогания. Для последующего каскада уровень пульсаций допустим

приблизительно в К\ раз больший

— коэффициент усиле­

ния

первого каскада).

 

Соответствующим выбором фильтров пульсации питающего

напряжения, приведенные ко входу,

всегда могут быть сде­

ланы ниже уровня флюктуационных шумов.

е.

По м е х и , в о з н и к а ю щ и е

при р а з д е л е н и и

 

в х о д н ы х ц е п е й

В ряде случаев оказывается необходимым заземление входа усилителя при недопустимости заземлять собственно усилитель (например, при бестрансформаторном питании аиод-

§ 1 2 ]

ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ

И

МЕТОДЫ

ЁОРЬБЫ с

н и м и

10 1

ных цепей), или,

наоборот,

недопустимо заземлять

вход при

заземленной схеме

усилителя.

В этих

случаях

целесообразно

применять разделительный входной трансформатор. (Примене­ ние дифференциальных каскадов в усилителях автокомпенса­ торов оказывается менее выгодным.) Однако применение раз­

делительного трансформатора

с

обычным

 

С,

 

электростатическим экраном между обмот­

 

 

 

 

 

 

ками часто

не

дает

желаемого

резуль­

 

 

 

 

тата. Рассмотрим простой пример.

Пусть

 

 

 

 

требуется осуществить входное устройство

 

 

 

 

в усилителе

с заземленным

входом и пита­

 

 

 

 

нием непосредственно от силовой

сети без

 

 

 

 

трансформатора.

При

этом

первичная

об­

 

 

 

 

мотка входного трансформатора

заземляет­

 

 

 

 

ся, а вторичная находится под

фазовым

Рис.

39.

Паразит­

напряжением

относительно земли.

Заменим

ные емкости (Ci, Со)

распределенную

емкость между обмотками

между

Обмотками

двумя эквивалентными емкостями С) и Со,

входного трансфор­

 

матора.

 

приложенными к концам обмотки

(рис. 39).

 

 

 

 

Нетрудно заметить, что на

выходе

трансформатора

появится

паразитное

напряжение

вследствие

протекания

тока

через

обмотку

II,

емкость

 

и обмотку I на землю. Его

величину

можно

приближенно

оценить

по

формуле

(предполагается

U < L u

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U ^ E ^ C . L n ,

 

 

 

 

(4.7)

где

Е — напряжение

(частоты со) обмотки

II

относительно

земли, С ,—-эквивалентная емкость

между концами

обмоток,

Ьц — индуктивность

вторичной

обмотки.

 

 

 

 

 

Если принять часто встречающиеся во входных транс­

форматорах

значения

£ц =

500 г«,

Cj = 50 пф,

а £ = 1 2 7 в,

то

Un^

300 мв.

Столь

большой паразитный сигнал на

входе

усилителя автокомпенсатора совершенно недопустим. Не помо­ жет в данном случае применение обычного . заземленного электростатического экрана между обмотками, так как остается емкость между обмоткой II и экраном, а значит, по обмотке будет протекать ток, создающий паразитный сигнал.

Если соединить экран с обмоткой II (рис. 40), то

oo-L„C\

1 0 2 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ НЕРЕМЕННОГО ТОКА [ г л . IV

где п — коэффициент трансформации. Если п'^> 1, что обычно имеет место, такое соединение дает ослабление наводки в п

раз

(предполагаем Ct ^

С]).

 

 

 

Для полного устранения этого вида помехи

можно пред­

ложить метод двойной

экранировки

(см. Д.

Е. Подойни­

ков

[25]). Каждая обмотка помещается

в спой

электростати­

ческий экран, причем каждый экран соединяется с точкой схемы, находящейся под тем же потенциалом относительно земли, что и соответствующая обмотка (рис. 41). При этом

Рис. 40. Схема

входного

Рис.

41. Схема двой­

трансформатора

при нс-

ной экранировки обмо­

заземленном одинарном

ток

трансформатора.

экране.

 

 

 

емкостные токи протекают только между экранами и не создают помех.

Таким методом

экспериментально

удалось

получить

ослабление помехи

более чем в

10в

раз

по

сравнению

с обычным трансформатором. При

Е = 127 в помеха, приве­

денная к первичной обмотке, была

менее

1 лиев.

 

Система двойной

экранировки

может

быть

использована

не только в усилительных устройствах, но и в любых других случаях, где требуется устранить вредное влияние емкостных токов между обмотками, например в источниках питания раз­ личных мостовых схем.

ж. По м е х и , в ы з в а н н ы е п и т а н и е м ц е п и д а к а л а п е р е м е н н ы м т о к о м

В усилителях, предназначенных для усиления сигнала частоты 50 гц, одним из главных источников помех является цепь накала, питаемая переменным током. Величина помехи часто значительно превышает допустимую величину, и прихо­ дится использовать питание от выпрямителя с громоздким

§ 1 2 ]

ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ

1 0 3

фильтром (емкости порядка 1000 мкф). Поэтому при проек­ тировании усилителя важно оценить величину помехи и вы­ брать соответствующий источник питания цепи накала, в част­ ности, выбрать параметры фильтра без излишнего запаса.

На рис. 42 приведена зависимость величины помехи, при­ веденной к сетке лампы, от полного сопротивления в цепи

сетки Zs

для

некоторых

типов ламп (см.

[25]).

Каж­

дая

кривая

построена

путем

усреднения результатов, полу­

ченных

при исследовании

10

экземпляров ламп.

Для

от­

дельных

экземпляров

ламп

значения

помехи

отличались

на

dz 20-j-30%,

однако

для

всех ламп наблюдается линей­

ность U„ (Zg). На рис.

43 показана зависимость £/„ (Zg) четы­

рех

экземпляров

ламп

6Н2П для случая

заземления

средней

точки накальной обмотки. Аналогичные зависимости были

получены

с

другими типами ламп. На

рис. 44

приведена

характерная

зависимость

помехи от частоты напряжения пи­

тания цепи

макала

для

двух значений

анодной

нагрузки:

68 ком и

1,3 Мом,

при сопротивлении в цепи сетки 1,3 Мом.

1 0 4 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [ГЛ. IV

Из рисунка видно, что величина помехи практически не зави­ сит от анодной нагрузки и линейно возрастает с ростом частоты.

На основании детального исследования помехи из цепи накала было установлено, что она складывается из двух составляющих. Первая оказывается пропорциональной вели­ чине полного сопротивления в цепи сетки и объясняется

Рис. 43. Зависимость помехи от полного сопротивления в цепи сетки для ламп 6Н2П.

наличием емкости между сеткой лампы и проводами питания цепи накала (как внутри лампы, ламповой панельки, так и вне лампы). Вторая не зависит от сопротивления и вызы­ вается модуляцией потока электронов магнитным полем, активными утечками и частично емкостью между анодом и цепью накала.

Помеха, вызванная эмиссией электронов

непосредственно

с подогревателя, ни у одной из испытанных

ламп не обнару­

жена. (Этот вид помех часто наблюдался у ламп старых выпусков.) Для количественной оценки помехи из цепи накала можно

рекомендовать следующую формулу [25]:

U n = a U a - \ - Z gti)aC BgCJu,

( 4 . 9 )

121

ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ

1 0 5

где Un— напряжение помехи, приведенное ко входу; Un— напряжение переменном составляющей в цепи накала входной лампы (предполагается, что эффективное напряжение накала остается постоянным независимо от t/H); а — постоянный (для данного экземпляра лампы) безразмерный коэффициент,

Рис. 44. Зависимость помехи от частоты напря­

 

жения питания цепи накала.

 

определяющий величину

помехи

при

заземленной

сетке;

Zg — модуль

полного сопротивления в

цепи сетки,

включая

входное сопротивление первой лампы; шн — круговая

частота

переменной

составляющей

в цепи

накала; CHg — эквивалент­

ная емкость между незаземленными проводами накала и сеточной цепыст.

В формуле (4.9) обе составляющие складываются ариф­ метически без учета фазовых ' соотношений, поскольку инте­ ресен наиболее тяжелый случай, когда фазы совпадают.

1 0 6 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [| Л. IV

В таблице 3 приведены средние значения а и Cng, полу­ ченные в результате испытания 10 экземпляров ламп (трех разных выпусков), а также их максимальные значения.

Таблица 3 Значения коэффициента а и Cag для отдельных типов ламп

Тип л а м п ы

Параметры

6Н9С

6Н2П

6Ж1П

6Ж1Ж

 

(пф)

0 ,2 5

0 , 1 2

0 ,0 9

0,11

средн.

Cng (Пф)

макс.

а

средн.

а

макс.

0 , 5 0

ю

о

1 О

1 1 0 - 6

 

0 ,1 8

Сл

О а

8

1 0 -fl

0 ,1 2

0 ,2 0

2 10 0

2 , 5 1 0 “ °

3 ■ 1 0 0

4 1 0 0

Имея значения а и CHg для данного экземпляра лампы, по формуле (4.9) можно определить максимально допусти­

мую величину

переменной

составляющей цепи накала £/н

(частоты шн) при заданных

сопротивлениях в цепи

сетки Zg

и допустимой

величине помехи на сетке лампы Un *). Зная Ua,

можно сознательно выбрать

тип источника питания

и рассчи­

тать фильтр в случае необходимости применения выпрямителя.

Если расчетная

величина

UH больше

или

равна 6,3 в, то

питание

цепи

накала целесообразно

производить

переменным

током.

Если

же

3 в ^

£/н ^

6,3 в,

необходим

двухполупе-

риодный выпрямитель без фильтра. При

Ун< (3

в необходим

сглаживающий

фильтр,

параметры которого

выбираются так,

чтобы

обеспечить

снижение пульсаций до величины £/„.

Отметим, что

применение выпрямителя является не единствен­

ным методом

борьбы с помехой из цепи накала.

В некоторых

*) Допустимая величина U„ зависит от частоты помехи. При частоте 50 гц Un не должно превышать зоны нечувствительности. При других частотах допустима значительно большая величина Unr

поскольку двигатель на выходе усилителя реагирует только на 50-периодную составляющую. Однако величина Un не должна вы­

ходить за пределы линейной области усилителя.

§ 1 2 ]

ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ

1 0 7

случаях может оказаться целесообразным применить питание накала переменным током повышенной частоты, лежащей вне полосы пропускания усилителя.

При расчетах нужно пользоваться максимальными значе­ ниями а и C„g, чтобы даже при наиболее плохом экземпляре лампы величина помехи не превышала заданного уровня. Следует учитывать, что при заземлении средней точки накала (что желательно для снижения помех) величина CIIg умень­ шается примерно в пять раз. При этом, однако, наблюдается значительный разброс Cug в различных экземплярах ламп.

з. Ф л ю к т у а ц и о н и ы е ш у м ы

Шумы определяются параметрами входной цепи и первой лампы. Они, как известно, состоят из компонентов термо­ шумов входной цепи, шумов, вызванных дробовым эффектом анодного и сеточного токов и эффектом мерцания катода (фликкер-эффектом). Кроме того, флюктуационный характер носят шумы, вызванные нестабильностью переходного контак­ та пепроволочных сопротивлений. Последняя составляющая за­ висит от типа сопротивления и имеет значительный разброс от одного экземпляра сопротивления к другому. Указанная составляющая нормируется техническими условиями на каж­ дый тип сопротивлений и в дальнейшем не рассматривается.

Отдельные компоненты шумов, приведенные к сетке входной лампы, определяются (см. С. Гольдман [6] и В. А. Гра­ новский [8]) следующими формулами:

 

К (/о) /

i k T ] 1* 4/ ) Is Яш* <*/,

(4.10)

 

 

*

 

п

 

 

1

 

 

 

(4.11)

и,ша~ К (А)

 

 

 

и,ш? ■

1

 

 

\K {f)\*\Zg \4 f,

(4.12)

з У

 

 

• " • }

 

U ,

 

 

 

K ( f ) |

( 4 . 1 3 )

К (/о)

/г

й

■ i f ,

 

г\

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ