Лекция 14

ГВВ с общей сеткой и с общей базой. Частотные свойства ГВВ с общим катодом (ОК) и с общей сеткой (ОС). Принцип работы, энергетические соотношения и основные показатели ГВВ с ОС. Сравнение ГВВ с ОС и ОК. Расчёт ГВВ с ОС. Практические схемы ГВВ с ОС. Особенности ГВВ с общей базой (ОБ) и его применение.

В предыдущих лекциях мы рассматривали ГВВ на электронных лампах и биполярных транзисторах, в которых источник носителей тока – катод в лампе, эмиттер в транзисторе является общим электродом для входной и выходной цепей генератора. Схемы таких генераторов носят название соответственно с общим катодом (ОК) и общим эмиттером (ОЭ).

Ламповый ГВВ по схеме с ОК широко применяется при использовании тетродов и пентодов вплоть до метровых волн (частоты до 100 МГц, в отдельных случаях и выше), а при использовании триодов до частот обычно не выше 10 МГц. При применении триодного генератора по схеме с ОК в диапазоне декаметровых волн (частоты 3…30 МГц) проявляется такой его недостаток, как наличие сильной связи между цепями возбуждения и нагрузки, то есть между входом и выходом генератора, через межэлектродную ёмкость лампы анод-управляющая сетка (ёмкость С_АС). В метровом диапазоне волн (частоты 30…300 МГц) к этой связи добавляется ещё связь через индуктивность ввода катода L_КАТ. На рис.14.1 представлена схема генератора с ОК, на которой отражены отмеченные выше связи между входной и выходной цепями генератора. Буквами обозначены внешние выводы соответствующих электродов лампы: катода (К), сетки (С), анода (А). Наличие указанных связей между входной и выходной цепями генератора, которые являются нежелательными и которые при рассмотрении ГВВ с общим катодом полагались отсутствующими, может существенно изменить режим работы генератора и привести его к самовозбуждению. При самовозбуждении на выходе генератора появляются высокочастотные электрические колебания при отсутствии внешнего сигнала возбуждения. Основной причиной самовозбуждения триодного генератора по схеме с ОК с повышением рабочей частоты является усиление связи между выходной цепью генератора (контур С_К, L_К) и входом через межэлектродную ёмкость С_АС, сопротивление которой уменьшается с ростом частоты, в итоге большего уровня сигнал поступает с выхода генератора на его вход. Через ёмкость С_АС осуществляется также прямая передача высокочастотного сигнала с входа на выход генератора, что является нежелательным в подавляющем большинстве случаев. При прямой передаче в нагрузке генератора появляется высокочастотный сигнал при обесточенной лампе. У тетродов и пентодов межэлектродная ёмкость С_АС за счёт экранирующего действия второй (экранной) сетки (у пентодов добавляется ещё экранирующее действие третьей сетки) существенно меньше (на 1…2 порядка). Поэтому тетродные и пентодные генераторы по схеме с ОК работают устойчиво до более высоких частот, чем триодные. В то же время триоды являются основным классом генераторных ламп, особенно мощных и диапазона сверхвысоких частот (СВЧ).

Индуктивность ввода катода L_КАТ также оказывает влияние на самовозбуждение генератора. Однако более существенно её влияние сказывается на необходимости увеличения напряжения и особенно мощности возбуждения, что снижает коэффициент усиления генератора по мощности и может сделать применение его нецелесообразным. При L_КАТ = 0 напряжение возбуждения u_ВХ = u_С. При наличии L_КАТ напряжение возбуждения возрастает за счёт падения напряжения от тока первой гармоники анодного тока на этой индуктивности.¹

Для уменьшения индуктивности ввода катода генераторные лампы изготавливают с плоским стеклянным дном и толстыми прямыми выводами. Соединять катод с землёю (корпусом) следует как можно более коротким путём.

В генераторных лампах дециметрового и сантиметрового диапазонов применяют дисковые и цилиндрические выводы электродов, что существенно снижает величину индуктивности вывода и с нею практически можно не считаться.

Чтобы ослабить нежелательную связь через ёмкость С_АС между цепями возбуждения и нагрузки и повысить этим устойчивость режима работы лампового ГВВ на триоде, последний в диапазонах декаметровых, метровых, дециметровых и сантиметровых волн включают по схеме с общей сеткой (ОС). В такой схеме сетка является общим электродом для входной и выходной цепей генератора. В большинстве случаев общий электрод в генераторах заземляют (имеется в виду в первую очередь заземление по высокой частоте), поэтому генератор с ОС иногда называют генератором с заземлённой сеткой. При заземлении сетки связь между входной и выходной цепями генератора осуществляется через межэлектродную ёмкость анод-катод С_АК, которая обычно на порядок меньше ёмкости С_АС, следовательно, считаться с нею приходится на более высоких частотах. Индуктивность вывода сетки также, как правило, существенно меньше индуктивности вывода катода лампы.

Для повышения устойчивости режима работы ГВВ как усилителя мощности, выполненного как по схеме с ОК, так и с ОС, разработаны специальные схемы нейтрализации влияния проходной ёмкости, принцип действия которых сводится к компенсации нежелательной (паразитной) связи между входом и выходом генератора. Например, между сеткой и анодом в ламповом генераторе с ОК включается индуктивность, образующая с ёмкостью С_АС параллельный колебательный контур, настроенный на рабочую частоту генератора. Из-за большого эквивалентного сопротивления образованного контура как бы разрывается связь между входом и выходом генератора через ёмкость С_АС. Физически это соответствует тому, что связь через ёмкость С_АС компенсируется связью через подключаемую индуктивность. Современные генераторные лампы, как правило, в нейтрализации не нуждаются.

Отмеченные выше особенности ламповых ГВВ по схеме с ОК в определённой степени характерны и для транзисторных ГВВ по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Возможно также включение биполярного транзистора по схеме с общей базой (ОБ). Однако соображения, которыми определяется выбор схемы включения транзистора с ОЭ или с ОБ, всё-таки иные, чем при выборе схемы включения лампы. Транзисторные ГВВ по схеме с ОБ обычно применяют на частотах выше 1 ГГц, а до этой частоты применяют, как правило, схему с ОЭ.

На низких частотах в транзисторном генераторе с ОЭ обеспечивается существенно больше коэффициент усиления по мощности, чем при включении по схеме с ОБ. Однако на частотах, близких к граничной,² коэффициент усиления по мощности К_Р транзисторного ГВВ по схеме с ОЭ заметно снижается и невозможно получить К_Р > 1, тогда как при включении транзистора по схеме с ОБ коэффициент усиления по мощности на частотах, близких к граничной, оказывается выше, чем в ГВВ по схеме с ОЭ.