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直热功率管4P1S的应用介绍

 kysf 2016-07-17

  自锁式八脚管4P1S,原型为欧洲的4L20,上世纪六十年代由北京电子管厂引进生产,用于进口载波通信设备的替补管型。4PIS五极管,在频率12MHz时,丙类振荡和放大可输出约4W的功率。手册中无此管用于A类放大的数据,只给出相关的极限参数、C类应用基本数据和Ug2=150V时的特性曲线族。和A娄应用相关的参数有以下几项:极限参数:灯丝供电.3.9-4.7V(额定4.2V0.325A):板极电压250V,板耗7.5W;第二栅极电压250V.G2损耗1.5W;阴极电流平均值50mA:第一栅极A类自给栅负压电阻<500kΩ.参考其极限参数,利用上图特性曲线族,可作出A类功率放大的负载线AOB。

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  A点为最大板流瞬时值,当Ugl=OV时,板流的开始饱和点(板流由上升到停止上升的拐点).即最大瞬时板流80mA.对应板压75V的A点。0点即A点静态工作点,应选取板压一板流线性区的中点,根据4PIS(中图)跨导特性曲线图,可以直观看出板流截止弯曲点约为5mA,栅压Ugl=OV的饱和弯曲点为80mA,故此线性区中点电流为(80mA—5mA)/2=37smA,作为A类状态静态电流。为了不超出7.5W的板耗,板压Ua应不大于200V。故0点为Ua=200V垂直线与la=31mA.Y轴以la标度(37.5mA除去6.5mA的第二栅电流).由上图可见0点的栅负压约为-7.5V~-8V.可在调整栅负压时以上阴极电流(Ia Ig2)37.5mA为准。B点是连接A、0并以直线延长,与0点栅负压两倍的曲线(约为USI=-16V)相交的点。

  根据负载线AOB可以求出此状态的最佳负载阻抗R1=3000Ω.最大输出功率P0=1.8W.非线性失真约8%。因此根据计算条件得出4PISAl类状态应用参数如下:

  板极电压:200V.电流31mA:第二栅极电压:150V电流6.5mA;栅负压:-8V;输人信号:

  8Vp-p;最佳负载电阻:3000Ω,输出功率:1.8W。

  此状态下4PIS基本参数(由上图计算值):跨导s=7mA/V:内阻Ri17.5kΩ;μ=122.5。

  由此可见直热五极管作输出级应用值不大,一则输出功率偏小,二则五极管内阻较高失真较大。但是将A类功率放大用于电压驱动却有十分诱人的效果。只要采用I:I I的驱动变压器,则驱动级可输出两组对称的大幅度驱动信号。

  另一种方法是4PIS接成三极管作RC耦合电压放大.经实测五极管4PIS第二栅极对板极放大系数岫≈9,按日本斋藤彰英先生的理论,将三极管接法视为第二栅极负反馈,则第二栅极负反馈系数βs=l/9。该三极管接法跨导不变S=7mA/V.而“值则由五极接法的122.5降低为(l μSβS)分之一.即:

  μ(3极=122.5/1 122.5x1N=8.4,相应三极接法的内阻R13=Ri5/l μ5x1/9=17.5/1 μ51/9=1200Ω,由此可见4P1S接成三极则成为典型的板耗为9W的低μ、低内阻三极小功率输出管,其A类输出功率不足1W,但其低μ、低内阻特性作为HI-FI耳机放大器或电压驱动级却是理想的选择。

  为了求得4PIS三极接法的应用参数,通过在4PIS特性曲线族中作图.描绘出第二栅极负反馈系数ps=IN的特性曲线族,作为近似三极管接法的特性曲线(作图及计算过程从略),从曲线圈中决定RC耦合放大器的工作点及数据。

  当板极电压选用Ua=250V时应用电路及数据如下(见下图):4P1S三极管接法内阻为1.2kΩ,为得到较高电压增益选用SR/=6kΩ作为Ra,此时增益K为:K=pxRa/Ri Ra=8.4x6/6 1.2K=7倍。在曲线圈中作6kΩ负载线得到RC耦合放大器参数为:板压供电250v.板极有效电压145V.栅负压-13V.自给栅负压电阻Rk=lkΩ。增益7倍,用于驱动A类单端输出级时,只要驱动级有6,4Vp—p的输入信号即可满足输出45Vp-p的要求。4PIS三极RC耦合放大电路及参数见下图所示。该驱动级最大输入信号为13Vp-p,也即意味着输出电压峰值可阻达到9Wp-p.不过当输入13Vp-p信号时.信号正半周瞬间栅极电位为ov,将有可能产生栅流,使失真增大。

  最佳状态是限制最大信号峰值低于栅负压1—2V。即使输入信号降低为11Vp-p,4PIS也将有77Vp-p的输出,可以轻松驱动2A3、300B。

  上述两类4PIS驱动级,各有不同的用法。对于前一类用于五极管接法时,由匹配负载阻抗上输出信号电压的方式,可以在驱动电压配合下形成两路对称的输出.在额定输出功率Po时,可得到、根号P0×z(输出功率×最佳负载电阻值)的有效值电压,五极管的高增益和一定的功率输出可得到很高的驱动电压值。如当4PIS输出为IW时在3000Ω负载上其信号电压有效值Uo为:

  Uo=根号1*3000Ω≈54.8rms(峰值为77.45Vp-p),且此信号电压得益于最佳负载的匹配状态,非线性失真极小。为了改善五极管的高内阻特性再加入少量负反馈,不失为理想的有倒相功能的大幅度信号驱动级。

  对于后一种驱动方式,将4PIS接成三极管,用于RC耦合放大器,其低内阻和良好的线性,即使不加任何负反馈也是十分理想的大信号驱动级,而其直热式阴极又使放大器得到极为优异的性能。



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