Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 13302
2020-02-19 
До сих пор любители высококачественного звучания используют усилители звуковой частоты на электронных лампах - они уверены, что качество звучания музыки в этом случае намного лучше, чем при использовании транзисторов (автор задачи не разделяет их уверенности). Рассмотрим практический случай: громкоговоритель имеет сопротивление 4 Ом и для его подключения к усилителю требуется понижающий трансформатор. Выходной каскад усилителя низкой частоты (УНЧ) содержит одну мощную электронную лампу - ее анодный ток может быть в пределах от 20 до 100 мА, напряжение на аноде этой лампы при таких изменениях анодного тока должно находиться в пределах от 40 до 300 В. Какая "выходная мощность" может быть у такого усилителя? Каков должен быть коэффициент трансформации у выгодного трансформатора для получения этой мощности?
Решение:
Если подключить громкоговоритель прямо в анодную цепь, то звуковая мощность получится совсем малой. Если, как обычно делается, оценивать эту мощность на гармоническом, синусоидальном сигнале - на вход усилителя от генератора низкой частоты подается синусоидальный сигнал (как правило, используют сигнал с частотой 1000 Гц - впрочем, это не принципиально). Для того чтобы искажения усиливаемого сигнала не были недопустимо большими, удвоенная амплитуда тока в анодной цепи должна укладываться в диапазон токов 20 - 100 мА (при сопротивлении громкоговорителя 4 Ом в диапазон допустимых напряжений мы заведомо укладываемся), т.е. амплитуда тока через громкоговоритель не должна превышать примерно 28 мА. Это дает "выходную" мощность
$P = 0,5 \cdot (0,028)^{2} \cdot 4 Вт = 1,6 \cdot 10^{-3} Вт$.
Малость этой величины связана с тем, что мы не используем возможного "размаха напряжения".
Включим громкоговоритель через понижающий трансформатор с отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки $n$. В этом случае напряжение на громкоговорителе уменьшится в $n$ раз, а ток возрастет во столько же раз - по сравнению с величинами в анодной цепи. Для удвоенных максимальных амплитуд тока и напряжения получим простое соотношение, откуда найдем $n$:
$80 \cdot 10^{-3} \cdot n = \frac{260}{n}, n^{2} = \frac{260}{80 \cdot 10^{-3} } = 3250, n = 57$.
Именно таким должен быть коэффициент трансформации у выходного трансформатора. В этом случае выходная мощность получится
$p^{ \prime} = \frac{80 \cdot 10^{-3} \cdot 260 }{16} =1,3 Вт$.
До сих пор любители высококачественного звучания используют усилители звуковой частоты на электронных лампах - они уверены, что качество звучания музыки в этом случае намного лучше, чем при использовании транзисторов (автор задачи не разделяет их уверенности). Рассмотрим практический случай: громкоговоритель имеет сопротивление 4 Ом и для его подключения к усилителю требуется понижающий трансформатор. Выходной каскад усилителя низкой частоты (УНЧ) содержит одну мощную электронную лампу - ее анодный ток может быть в пределах от 20 до 100 мА, напряжение на аноде этой лампы при таких изменениях анодного тока должно находиться в пределах от 40 до 300 В. Какая "выходная мощность" может быть у такого усилителя? Каков должен быть коэффициент трансформации у выгодного трансформатора для получения этой мощности?
Решение:
Если подключить громкоговоритель прямо в анодную цепь, то звуковая мощность получится совсем малой. Если, как обычно делается, оценивать эту мощность на гармоническом, синусоидальном сигнале - на вход усилителя от генератора низкой частоты подается синусоидальный сигнал (как правило, используют сигнал с частотой 1000 Гц - впрочем, это не принципиально). Для того чтобы искажения усиливаемого сигнала не были недопустимо большими, удвоенная амплитуда тока в анодной цепи должна укладываться в диапазон токов 20 - 100 мА (при сопротивлении громкоговорителя 4 Ом в диапазон допустимых напряжений мы заведомо укладываемся), т.е. амплитуда тока через громкоговоритель не должна превышать примерно 28 мА. Это дает "выходную" мощность
$P = 0,5 \cdot (0,028)^{2} \cdot 4 Вт = 1,6 \cdot 10^{-3} Вт$.
Малость этой величины связана с тем, что мы не используем возможного "размаха напряжения".
Включим громкоговоритель через понижающий трансформатор с отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки $n$. В этом случае напряжение на громкоговорителе уменьшится в $n$ раз, а ток возрастет во столько же раз - по сравнению с величинами в анодной цепи. Для удвоенных максимальных амплитуд тока и напряжения получим простое соотношение, откуда найдем $n$:
$80 \cdot 10^{-3} \cdot n = \frac{260}{n}, n^{2} = \frac{260}{80 \cdot 10^{-3} } = 3250, n = 57$.
Именно таким должен быть коэффициент трансформации у выходного трансформатора. В этом случае выходная мощность получится
$p^{ \prime} = \frac{80 \cdot 10^{-3} \cdot 260 }{16} =1,3 Вт$.
