Выходную мощность однотактного УНЧ можно повысить параллельным подключением к лампе выходного каскада еще одной или нескольких ламп. Таким образом, при том же питающем и анодном напряжении анодный ток и, соответственно, выходная мощность каскада увеличиваются в два или более раз. Пример параллельного подключения дополнительной лампы в оконечном каскаде однотактного УНЧ приведен на рис. 1.
Рис.1. Принципиальная схема однотактного УНЧ на одном (а) и двух (б) пентодах
В рассматриваемой схеме (рис. 1, а ) используется так называемое ультралинейное включение пентода, характерным признаком которого является соединение катода с защитной сеткой. Экранирующая сетка пентода подключена к выводу 2 выходного трансформатора Tpl, при этом количество витков между выводами 2 и 3 составляет примерно 43% от количества витков между выводами 1 и 3. Трансформатор Tpl рассчитан так, чтобы полное сопротивление первичной обмотки (выводы 1-3) равнялось величине нагрузочного сопротивления, определяемого для каждой лампы по каталоговой спецификации. Так, например, для лампы типа EL34 это сопротивление составляет примерно 3 кОм. Напряжение автоматического смещения формируется на резисторе R3, который шунтирован электролитическим конденсатором C2.
При параллельном подключении к лампе выходного каскада УНЧ дополнительной лампы (или ламп) потребуется откорректировать величины некоторых элементов. Так, например, при подключении одной дополнительной лампы (рис. 1, б ) величина сопротивления резистора R3 в цепи автоматического смещения должна быть уменьшена примерно в два раза по сравнению с ранее рассмотренной схемой (рис. 1, а ), а значение емкости шунтирующего конденсатора С2 - вдвое увеличено. Это объясняется тем, что при параллельном подключении двух ламп катодный ток возрастает в два раза. Следует отметить, что и мощность резистора R3 также должна быть увеличена в два раза, то есть с 5 до 10 Вт. Для достижения двукратного увеличения выходной мощности также в два раза потребуется уменьшить полное сопротивление первичной обмотки трансформатора Tpl.
Теоретически подобным способом параллельно лампе выходного каскада можно подключить и большее количество аналогичных ламп с практически идентичными параметрами. Поэтому в продаже можно встретить уже подобранные пары и даже четверки ламп для использования в параллельном включении выходного каскада УНЧ.
Как и в однотактном ламповом УНЧ, повысить выходную мощность двухтактного усилителя можно параллельным подключением к лампам выходного каскада еще одной или нескольких ламп. При том же питающем и анодном напряжении анодный ток и, соответственно, выходная мощность каскада увеличиваются в два или более раз. Особенности такого подключения мы поясним на примере простого двухтактного усилителя мощности, принципиальная схема которого приведена на рис. 2 .
Рис.2. Принципиальная схема простого двухтактного усилителя мощности
Данный усилитель представляет собой два одинаковых канала, основу каждого из которых составляет однотактный усилитель, рассмотренный ранее. Пример параллельного подключения дополнительных ламп в оконечном каскаде такого двухтактного УНЧ приведен на рис. 3 .
Рис.3. Принципиальная схема простого двухтактного усилителя мощности с параллельным включением ламп
При выборе параметров элементов для двухтактного лампового УНЧ с параллельным подключением ламп справедливы все замечания и рекомендации, упомянутые ранее для однотактной схемы.
Проделаем еще один опыт. Возьмем несколько одинаковых ламп и включим их одну вслед за другой (рис. 1.9). Такое соединение называют последовательным. Его следует отличать от ранее рассмотренного параллельного соединения.
Рис. 1.9. Генератор питает две последовательно включенные лампы. На схеме показаны амперметр и три вольтметра: один измеряет общее напряжение, два других измеряют напряжение на каждой из ламп
При последовательном соединении нескольких участков цепи (скажем, нескольких ламп) ток в каждом из них одинаков.
Итак, возьмем две 100-ваттные лампы, такие же, какие были рассмотрены в предыдущем опыте, и включим их последовательно к генератору с напряжением 100 В.
Лампы будут еле светиться, их накал будет неполным. Почему? Потому что напряжение источника (100 В) разделится поровну между обеими последовательно включенными лампами. На каждой из ламп теперь окажется напряжение уже не 100, а только 50 В.
Напряжение на лампах одинаково потому, что мы взяли две одинаковые лампы.
Если бы лампы были неодинаковы, общее напряжение 100 В разделилось бы между ними, но уже не поровну: например, на одной лампе могло бы оказаться 70 В, а на другой 30 В.
Как мы увидим впоследствии, более мощная лампа получает при этом меньшее напряжение. Но ток в двух последовательно включенных даже разных лампах остается одинаковым. Если одна из ламп перегорит (порвется ее волосок), погаснут обе лампы.
На рис. 1.9 показано, как нужно включить вольтметры, чтобы измерить напряжение на каждой из ламп в отдельности.
Опыт показывает, что общее напряжение на последовательных участках цепи всегда равно сумме напряжений на отдельных участках.
Лампы горели нормально, когда ток был равен 1 А, но для этого нужно было приложить к каждой из них напряжение 100 В. Теперь напряжение на каждой из ламп меньше 100 В, и ток будет меньше 1 А. Он будет недостаточным, чтобы раскалить нить лампы.
Будем теперь регулировать работу генератора: будем повышать его напряжение. Что при этом произойдет? Вместе с увеличением напряжения увеличится ток.
Лампы начнут ярче светиться. Когда, наконец, мы поднимем напряжение генератора до 200 В, на каждой из ламп установится напряжение 100 В (половина общего напряжения) и ток ламп увеличится до 1 А. А это и есть условие их нормальной работы. Обе лампы будут гореть с полным накалом и потреблять нормальную для них мощность - 100 Вт. Общая мощность, отдаваемая при этом генератором, будет равна 200 Вт (две лампы по 100 Вт каждая).
Можно было бы включить последовательно не две лампы, а десять или пять. В последнем случае опыт показал бы нам, что лампы будут гореть нормально, когда общее напряжение будет увеличено до 500 В. При этом напряжение на зажимах каждой лампы (все лампы мы предполагаем одинаковыми) будет 100 В. Ток в лампах будет и теперь равен 1 А.
Итак, мы имеем пять ламп, включенных последовательно; все лампы горят нормально, каждая из них при этом потребляет мощность 100 Вт, значит, общая мощность будет равна 500 Вт.
В этом случае ток на каждом из них будет одинаковый, что упрощает контроль над ним. Но бывают случаи, что без параллельного соединения не обойтись.
Например, если есть источник питания, и к нему необходимо подключить несколько светодиодных лампочек, суммарное падение напряжений на которых превышает напряжение источника. Иными словами, питания источника не достаточно для последовательно соединенных лампочек, и они не загораются.
Тогда лампочки включают в цепь параллельно и на каждую ветку ставят свой резистор.
По законам параллельного соединения падение напряжений на каждой ветке будет одинаковым и равным напряжению источника, а ток может отличаться. В связи с этим расчеты по определению характеристик резисторов будут проводиться отдельно для каждой ветки.
Почему нельзя подсоединить все светодиодные лампочки к одному резистору? Потому что технология производства не позволяет сделать светодиоды с идеально равными характеристиками. Светодиоды имеют разное внутреннее сопротивление, и порой различия в нем очень сильны даже для одинаковых моделей, взятых из одной партии.
Большой разброс сопротивления приводит к разбросу в значении тока, а это в свою очередь приводит к перегреву и перегоранию. Значит, надо проконтролировать ток на каждом светодиоде или на каждой ветке с последовательным соединением. Ведь при последовательном соединении ток одинаковый. Для этого и применяют отдельные резисторы. С их помощью стабилизируют ток.
Основные характеристики элементов цепи
Слегка подумав, становится понятным, что одна ветка сможет содержать максимальное количество светодиодов такое же, как при последовательном соединении и питании от этого же источника.
Например, у нас есть источник на 12 вольт. К нему можно последовательно подсоединить 5 светодиодов по 2 вольта. (12 вольт:2 вольта:1,15≈5). 1,15- это коэффициент запаса, поскольку необходимо рассчитывать, что в цепь будет включен еще и резистор.
: I=U/R, где I будет допустимым током, взятым из таблицы характеристик прибора. Напряжение U получится, если из максимального напряжения источника питания вычесть падения напряжений на каждом светодиоде, входящем в последовательную цепочку (тоже берется из таблицы характеристик).
Мощность резистора находится из формулы:
При этом все величины записываются в системе Си. Напомним, что 1 A=1000 мA, 1 мA=0,001 A, 1 Ом=0,001 кОм, 1 Вт=1000 мВт.
Сегодня много онлайн калькуляторов, которые предлагают выполнить эту операцию автоматически, просто подставив известные характеристики в пустые ячейки. Но основные понятия знать все-таки полезно.
Преимущество параллельного включения диодов
Параллельное соединение позволяет добавить 2 или 5, или 10 светодиодов, или больше. Ограничением является мощность источника питания и габариты прибора, в котором вы хотите применить такое соединение.
Лампочки для каждой параллельной ветки берут строго одинаковые, чтобы у них были максимально похожие значения допустимого тока, прямого и обратного напряжения.
Преимущество параллельного соединения светодиодов в том, что если один из них перегорит, вся цепь продолжит работать. Лампочки будут светиться и при перегорании их большего количества, главное, чтобы хоть одна ветка оставалась неповрежденной.
Как видно, параллельное соединение – это довольно полезная вещь. Просто надо уметь правильно собрать цепь, не забывая обо всех свойствах светодиодов и о законах физики.
Во многих схемах параллельное соединение комбинируют с последовательным, что позволяет создать функциональные электрические приборы.
Применение параллельного соединения светодиодов
Схема параллельного подключения с двумя выводами позволяет реализовывать двухцветное свечение лампочек, если используются два кристалла разного цвета. Цвет меняется при изменении полюсов источника (изменение направления тока). Широкое применение такая схема находит в двухцветных индикаторах.
Если два кристалла разного цвета соединить параллельно в одном корпусе и подключить к ним импульсный модулятор, то можно менять цвет в широком диапазоне. Особенно много тонов генерируется при сочетании зеленого и красного цвета светодиодов.
Как видно на схеме, к каждому кристаллу подключен свой резистор. Катод в таком соединении общий, а вся система подключена к управляющему устройству – микроконтроллеру.
В современных праздничных гирляндах иногда применяется смешанный тип соединения, в котором несколько последовательных рядов соединяются параллельно. Это позволяет гирлянде светиться, даже если несколько светодиодных источников выйдут из строя.
При создании подсветки в помещении тоже могут применять параллельное соединение. Смешанные схемы используются при конструкции многих индикаторных электроприборов и для подсвечивающих устройств.
Несколько нюансов монтажа
Отдельно можно сказать о том, как соединяются светодиоды между собой. Каждый кристалл заключен в корпус, из которого идут выводы. На выводах зачастую стоят отметки «-» или «+», что означает соответственно подключение к катоду и к аноду прибора.
Опытные радиолюбители даже на глаз могут определить полярность, поскольку катодный вывод чуть длиннее и чуть больше выступает из корпуса. Подключение светодиодов необходимо осуществлять, строго соблюдая полярность.
Если речь идет о , то в процессе монтажа довольно часто применяют пайку. Для этого используют маломощный паяльник, чтобы ни в коем случае не перегреть кристалл. Время пайки не должно превышать 4-5 секунд. Лучше, если это будет 1-2 секунды. Для этого паяльник разогревают заранее. Выводы сильно не сгибают. Схему собирают на площадке из материала, который хорошо отводит тепло.