1.3. Режим колебаний первого рода

Режим работы генератора, при котором анодный ток i_a от ис­точника анодного питания через лампу протекает на протяжении всего периода колебаний напряжения на сетке, называют режимом колебаний первого рода. Для установления такого режима напря­жение смещения следует подобрать так, чтобы рабочая точка А

в исходном состоянии находилась на середине прямолинейной ча­сти характеристики лампы (рис. 1.2).

Для упрощения анализа работы генератора реальные криво­линейные характеристики ламп заменяют отрезками прямой, как показано рис. 1.2. Такая замена называется идеализацией характеристик. Погрешность при этом не превышает 5—10% и для ионических расчетов, учитывая разброс параметров ламп, вполне приемлема. Поэтому в дальнейшем будем пользоваться идеализированными характеристиками электронных приборов.

Режим колебаний первого рода в усилителях называется ре­жимом усиления класса А.

Проследим физические процессы, .происходящие в ГВВ при ра­боте его в режиме колебаний первого рода.

1. Допустим, что сначала в цепи управляющей сетки включено только постоянное напряжение смещения Е_с, т. е. е_с = Е_с. При этом в цепи анода протекает только постоянный анодный ток Iа₀ в на­правлении от плюса источника анодного питания через катушку контура и промежуток анод — катод внутри лампы к минусу ис­точника (стрелки на рис. 1.1).

Значение постоянного анодного тока I_а0 определяется графиче­ски по характеристикам лампы, как показано на рис. 1.2, а изме­ряется прибором A₁, включенным в разрыв анодной цепи (см. рис. 1.1, а).

Так как сопротивление катушки контура постоянному току не­значительно, то падением напряжения на нем можно пренебречь. Поэтому все напряжение источника питания оказывается прило­женным к аноду лампы, т. е. е_а=Е_а.

Вся мощность, расходуемая источником питания, выделяется на аноде в виде тепла Р₀=Р_а.

При отсутствии напряжения возбуждения в цепи управляющей сетки колебаний в контуре не будет.

2. При включении напряжения возбуждения в цепи управля­ющей сетки результирующее напряжение будет изменяться сле­дующим образом: e_c = E_c + U_ccos Ѡt.

В этом случае в анодной цепи кроме постоянного анодного то­ка протекает еще и переменный анодный ток с амплитудой

Так как рабочая точка находится на прямолинейном участке характеристики лампы, то изменения анодного тока будут про­порциональны изменениям напряжения на -сетке. Поэтому анод­ный ток изменяется по тому же закону, что и напряжение на сет­ке, Т. е. ia = Ia₀ + Ia_COS Ѡt

Во время положительного полупериода входного напряжения переменный ток в цепи анода I_а~ протекает от анода к катоду внутри лампы, через блокировочный конденсатор источника пи­тания и через контур к аноду лампы. Во время отрицательного по­лупериода— в обратном направлении.

Амплитуду переменного анодного тока можно определить гра­фически, как показано на рис. 1.2, а измерить включенным в раз­рыв анодной цепи амперметром А_и предназначенным для измере­ния переменного тока высокой частоты (см. рис. 1.1).

Колебательный контур, настроенный в резонанс с частотой пе­ременного анодного тока, оказывает ему большое активное со­противление. Поэтому падение напряжения на контуре большое u_к= I_а~ R_а cos Ѡt =U_K cos Ѡt.

Переменное напряжение на контуре U_K создает в контуре ток, называемый контурным током I_к, значение которого в Q (доброт­ность контура) раз больше переменного анодного тока I_а~, под­ходящего к контуру.

Контурный ток протекает по ветвям контура через катушку и конденсатор, замыкаясь в контуре. Его измеряют амперметром А₂, включенным в разрыв цепи контура (см. рис. 1.1).

Вследствие изменения напряжения на контуре результирую­щее напряжение на аноде также изменяется: е_а = Е_а— u_к=Е_а — U_к cos Ѡt.

П редельные мгновенные значения результирующего напряже­ния на аноде определяются граничными значениями величины Ѡt. При Ѡt = 0 значение cos Ѡt =l и результирующее напряжение на аноде будет минимальным: е_аmin=Е_а-U_к.

Это значение напряжения на аноде называют остаточ­ным напряжением.

При Ѡt = 180° значение cos Ѡt —1 и результирующее напряжение на аноде будет максимальным: е_аmax =Е_а+U_к.

Амплитуда напряжения на контуре U_K может достигать значения, близкого к напряже­нию источника анодного пи­тания Е_а, т. е. U_кmax =Е_а. Сле­довательно, мгновенное зна­чение напряжения на аноде изменяется в этом случае от нуля до удвоенного значения Е_а:

е_аmin=Е_а-U_кmax=E_а­-Е_а=0

е_аmах=Е_а+U_amax=E_a+E_a=2E_a

На рис. 1.3 приведены вре­менные диаграммы, характе­ризующие фазовые соотноше­ния между напряжениями и токами в генераторе. Видно, что напряжение между анодом и ка­тодом е_а — пульсирующее. Его составные части: постоянное напря­жение источника анодного питания Е_a и переменное напряжение мм контуре U,с. 11|)инимая за положительное направление тока во внешней цепи от катода через контур к аноду и отсчитывая потен­циалы относительно катода, видим, что падение напряжения на контуре совпадает по фазе с напряжением на сетке. На этом же рисунке показано, что переменное напряжение на аноде лампы от­носительно катода противоположно по фазе напряжению на сетке. Обозначим его U_a. Амплитуда его равна амплитуде напряжения на контуре, а фазы их противоположны, т. е. U_a =—U_K. Перемен­ное напряжение на аноде лампы U_a = U_acos Ѡt является выход­ным напряжением генератора.