§ 19. Підсилювачі напруги та підсилювачі потужності.

Найчастіше підсилювачі низької частоти складаються з кількох ступенів, чим досягається більше підсилення. Якщо, наприклад, коефіцієнти підсилення Трьох окремих ступенів дорівнюють К_1, К₂ та К₃, то загальний коефіцієнт підсилення всього триступенево­го підсилювача дорівнює (рис. 61):

К= К₁· К₂ ·К₃

Загальний логарифмічний коефіцієнт підсилення дорівнює су­мі логарифмічних коефіцієнтів підсилення окремих ступенів:

B = B₁+ B₂+ B₃

бо логарифм добутку дорівнює сумі логарифмів співмножників:

В = 20 lg К = 20 lg (К₁· К₂ ·К₃ ) = 20 lg К₁+20 lg К₂+20 lg К₃= B₁+ B₂+ B₃

Різні ступені багатоступеневого підсилювача виконують різні функції, і тому їх поділяють на підсилювачі напруги та підсилювачі потужності. Справа в тому, що попередні ступені підсилення по­винні підвищувати напругу вхідного сигналу, але потужність, що розвивається ними, звичайно зовсім мала. Тому такі підсилювачі називаються підсилювачами напруги. Кінцевий підсилювач повинен на виході розвивати значну потужність, необхідну для ро­боти гучномовця чи якогось іншого приладу, завдяки чому ці під­силювачі дістали назву підсилювачів потужності.

Загалом підсилювачі характеризуються вихідною потужністю, вхідною напругою, яка забезпечує встановлену потужність на ви­ході, коефіцієнтом підсилення, рівнем нелінійних спотворень та частотною характеристикою.

§ 20. Реостатний підсилювач.

З різних схем підсилювачів напруги найбільш поширеною є схема реостатного підсилювача, або підсилювача на опорах. Рео­статний підсилювач є найпростіший, нелінійні та частотні спотво­рення його можуть бути дуже малими. При застосуванні сучасних ламп з великою крутизною характеристики коефіцієнт підсилення одного ступеня може досягти дуже значних величин.

Свою назву реостатний ступінь дістав тому, що анодним наван­таженням його є активний опір (реостат).

Негативне зміщення на керуючу сітку можна створити Найпростіша схема ступеня реостатного підсилювача подана на рис. 62. Вхідна змінна напруга подається на керуючу сітку лам­пи, а батарея Б_с служить для встановлення робочої точки на харак­теристиці лампи (батарея зміщення). Змінна напруга на сітці ви­кликає появу змінної складової анодного струму. Від анодного струму на опорі навантаження R_а відбувається спадання напруги. Якщо робота лампи відбувається на лінійній дільниці характерис­тики, то форма змінної напруги на опорі відповідає формі під­веденої до сітки змінної напруги, тобто підсилення проходить без нелінійних спотворень. Для відокремлення змінної складової на­пруги на опорі R_а від постійної служить конденсатор С_c, що пропускає змінні струми, але затримує постійний. Вихідна напруга знімається з опору R_c.

Негативне зміщення на керуючу сітку можна створити і без батареї. Для цього найчастіше в катод вмикають опір R_k (рис. 63). Завдяки проходженню анодного струму через цей опір на ньому відбувається спадання напруги у такій полярності, як зазначено на рисунку. В такий спосіб постійний потенціал сітки, сполученої з нижнім кінцем опору R_k, буде нижчим за потенціал катода на величину спадання напруги на цьому опорі. Такий спосіб створення зміщення на керуючу сітку називається автоматичним зміщенням. Щоб забезпечити постійність напруги на опорі R_k , паралельно опору приєднується конденсатор С_k достатньо великої ємності, щоб його опір змінному струму 6ув набагато менший за R_k.

У реостатних підсилювачах часто застосовують пентоди. Ступінь підсилення на пентоді звичайно дає більше підсилення, ніж з тріодом, через високе значення крутизни пентодів. Схема реостатного підсилювача на пентоді зображена на рис. 64.

Щоб напругу на екранній сітці довести до потрібної величини (вона здебільшого має бути нижча за анодну), в її коло вмикають опір R_е. Завдяки спаданню напруги на цьому опорі від проходження струму екранної сітки потенціал останньої нижчий за напругу анодного джере­ла. Через конденсатор С_е екранна сітка заземляється для змінних струмів, і тому потенціал її не змінюється.

Коефіцієнт підсилення реостатного підсилювача визначається формулою (виведеною у § 41):

З цієї формули очевидно, що для створення вищого підсилення треба обирати лампу з вищою крутизною і анодне навантаження R_а брати з більшою величиною опору. Але надмірно збільшу­вати R_а теж не слід, бо при цьому значно спадатиме напруга на аноді лампи, а виграш у підсиленні буде майже непомітним.

На рис. 65 подано графік залежності коефіцієнта підсилення реостатного ступеня від величини відношення . Як видно з цієї кривої, при невеликих значеннях відношення підвищення R_а доцільне (графік піднімається круто), а при високих значеннях цього відношення його збільшення дуже слабо відбивається на коефіцієнті підсилення (графік майже паралельний осі абсцис).

На практиці відношення обирається порядку 2—4 для тріодів та 0,1—0,3 — для пентодів.

Величина коефіцієнта підсилення реостатного підсилювача за­лежить від частоти. Справді, при підсиленні дуже низьких частот ємнісний опір конденсатора С_с зростатиме і може стати одного по­рядку з опором R_с від чого вихідна напруга на опорі знизиться.

При підсиленні вищих частот звукового діапазону значну роль відіграють так звані міжелектродні ємності лампи. Оскільки елект­роди лампи та їх виводи є провідниками, розділеними діелектри­ками, то вони утворюють немовби конденсатори невеликої ємності. У тріоді є три такі ємності — між катодом та сіткою С_ск, між като­дом та анодом С_ак і між сіткою та анодом С_ас (рис. 66).

Звичайно при роботі лампи як підсилювача змінна напруга підводиться до сітки та катода, а підсилена напруга знімається між анодом і катодом.

Тому відповідно міжелектродні ємності лампи називають: між като­дом та сіткою — вхідною, між анодом та катодом — вихідною, а між сіткою та анодом — прохідною ємністю. Звичайно ці ємності мають порядок кількох пікофарад. У тетродах та пентодах завдяки наявності заземленої (по змінному струму) екранної сітки прохідна ємність може бути знижена до сотих або й тисячних часток пікофаради.

Вихідна ємність лампи, вхідна ємність наступного ступеня та ємність монтажу (порядку десятків пікофарад) у реостатному сту­пені виявляються ввімкненими паралельно опору і додаються (рис. 67). Внаслідок цього на вищих частотах опір цього паралель­ного сполучення зменшується, а разом з ним знижується і вихідна напруга, тобто коефіцієнт підсилення ступеня.

Вихідна напруга, а отже, і коефіцієнт підсилення ступеня про- порціональні опорові навантаження лампи, величина якого зале­жить від частоти.

Дуже зручно для з’ясування причин виникнення частотних спотворень у реостатному підсилювачі користуватись еквівалентною схемою. На рис. 68,а зображено еквівалентні схеми реостатного ступеня. Через С_екв позначено сумарну ємність, приєднану пара­лельно опору R_с , про що мова йшла вище. На середніх частотах звукового діапазону ємнісним опором послідовно ввімкненої ємно­сті С_с (достатньо великої) та паралельно ввімкненої ємності С_екв (достатньо малої) можна знехтувати порівняно до R_а. Таким чином, еквівалентна схема реостатного підсилювача на середніх частотах матиме вигляд, зображений на рис. 68,б. На найнижчих частотах ємнісний опір конденсатора С_с значно зростає, і нехтувати ним уже не можна, а тому еквівалентна схема для нижчих частот перетво­риться у таку, яка по­дана на рис. 68,в. Зовсім інша справа буде при підсиленні високих частот. Тепер конденсатор С_с не становитиме помітного опору, але шунтуюча дія конденсатора С_екв виявиться дуже помітно, а тому нехтувати останньою ємністю не можна, і еквівалентна схема для вищих частот перетвориться у таку, яка зображена на рис. 68,г. З цього стає очевидним,що коефіцієнт підсилення, як в області вищих, так і в області нижчих частот, спадає. Частотна характеристика реостатного підсилювача має вигляд, показа­ний на рис. 69, тобто з «завалами» на вищих і нижчих частотах.