книги из ГПНТБ / Шилов, В. Ф. Элементы электронной автоматики учебное пособие

- 50 -

аппаратуре радиовещания, записи и воспроизведения звука.

У с и л и т е л и в ы с о к о й ч а с т о т ы (УВЧ) К ним относятся, например, применяемые в радиоприемниках и радиопередатчиках усилители модулированных колебаний о не­ сущими частотами порядка сотен килогерц и выше.

УВЧ пропускают сравнительно узкую полосу радиочастот (например, от 300 до 330 кгц), что позволяет у них в каче­ стве нагрузки электронной лампы или поуипроводанкового трио­ да использовать систему из одного или нескольких резонанс­ ных контуров. Поэтому такие усилителя часто называются ре­

уоиления сигналов в устройствах импульсной связи, радио­ локации и телевидения. Во многих случаях усиленные сигналы воспроизводятся на экране электронно-лучевой трубки и реги­ стрируются визуально. Поэтому часто широкополосные усилите­ ли называют видеоусилителями.

7 с и л и т е л и п о с т о я н н о г о , т о к а (или напряжения).предназначенные для усиления электрических сигналов в диапазоне частот, составляющей несколько кило­

герц, начиная от частоты равной нулю. Эти усилители применя­ ются в измерительной аппаратуре, автоматических устройствах, счетных машинах.

Рассматриваемые нами усилители по роду применяемых в них элементах можно разделить на ламповые, полупроводнико­ вые, ионные. Первые два вида обычно называют электронными усилителями, так как их действие основано на электронных процессах в вакууме или полупроводнике. Этот тип усилителей получил наибольшее распространение в электронной аппаратуре.

ЛАМПОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ

§ 19. Трехэлектродная лампа - триод

Триод является основным аяементом ламповых усилителей. Как известно, триод соотоит из анода, катода и сетки.

Эти электроды введены в стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух. На рисунке 54 показано устрой­ ство и условное обозначение триодок, обычно материалом для изготовления анода служит никель, молибден или тантал. Чаще

всего анод имеет форму цилиндра (рис. 54, а).

— За

Рис54

В зависимости от способа нагрева катода электрическим током различают катоды прямого и косвенного накала. Катод прямого накала - это вольфрамовая нить, по которой пропус­ кают постоянный ток. Однако наибольшее распространение по­ лучили катоды косвенного накала (подогревные катоды). Такой катод состоит из никелевой трубки, на наружную поверхность которой нанесен оксидный эмитирующий слой. Внутри катода на­ ходится подогреватель, изолированный от никелевой трубки теплостойким изоляционным материалом.

Сетка в большинстве ламп представляет собой цилиндри­ ческую или плоскую спираль из тонкой проволоки, окружающую катод. Материалом для изготовления сетки служит никель, мо­ либден и их сплавы, а также тантал и вольфрам.

-52 -

Влампе при наличии сетки величина анодного тока завиоит не только от величина анодного напряжения, но и от ве­ личины напряжения между сеткой и катодом. Изменяя потенциал сетки относительно катода, можно управлять анодным током.

Поэтому сетка в триоде называется управляющей.

На рисунке 55 показаны цепи накала, анода и управляю­ щей сетки триода. Для цепей сетки и анода вывод катода яв­ ляется общей точкой, которую обычно заземляют. Потенциал ее считают равным нулю, а потенциалы остальных электродов лам­ пы определяют относительно общей точки схемы.

Под действием анодного напряжения в лампе возникает поток электронов. При этом поле анода являетоя ускоряющим. Между оеткой и катодом лампы за счет приложенного к проме­ жутку сетка-катод напряжения Е0 создается электрическое по­ ле сетки, которое может усиливать иди ослаблять электричес­ кое поле анода. Если это напряжение равно нулю, то оетка не влияет на величину анодного тока лампы. Промежутки меж­ ду витками сетки, как бы густа она ни была, всегда будут

огромной по сравнению о размерами электронов. Поэтому меха­ ническим препятствием сетки потоку электронов можно пре­ небречь. При отрицательном напряжении на сетке поле сетки . направлено навстречу полю анода (ряс. 56). Результирующее

электрическое поле между катодом и анодом ослабляется. Часть электронов, начальная скорость которых при вылете из катода была небольшой не преодолевает тормозящего поля сетки и возвращается на катод. Поэтому число электронов, попадающих на анод, уменьшится, а следовательно, уменьшится и анодный ток лампы. Большое отрицательное напряжение на сетке может прекратить анодный ток, несмотря на положительное напряже­

- 53 -

нив на аноде, т.е. запереть лампу. Так происходит потому, что сетка расположена ближе к катоду, чем анод, и поэтому оказывает более сильное влияние на движение электронов. В этих условиях электроны, излучаемые катодом, находятся только под воздействием отталкивающего поля сетки и, оста­ ваясь вблизи катода, не образуют тока в анодной цепи. Отри­ цательное сеточное напряжение, способное запереть лампу, называется напряжением з а п и р а н и я . Если на управ­ ляющую сетку лампы подается положительное напряжение отно­ сительно катода, то поле сетки, являясь ускоряющим, совпа­ дает по направлению с электрическим полем анода (рис. 57). Напряженность результирующего поля между катодом и анодом увеличивается, и величина анодного тока в лампе растет. При этом часть электронов, движущихся к аноду, может перехваты­ ваться сеткой, и в цепи сетки будет существовать ток З е (сеточный ток). При некотором достаточно большом положитель­ ном напряжении на сетке анодный ток увеличивается до макси­ мального значения (ток насыщения). Сеточный ток в этом слу­ чае также значительно возрастает. Сумма анодного тока при насыщении и тока сетки равна току эмиссии катода.

Таким образом, изменением в небольших пределах отрица­ тельного напряжения на сетке при постоянном анодном напря­ жении, можно в широких пределах управлять анодным током лам­ пы, изменяя его от нуля до насыщения. Это свойство сетки позволяет использовать триод в различных электронных схемах,

втом числе -:в усилителях и электронных реле.

§20. Характеристики триода

Анодный ток в триоде зависит от трех напряжений: нака­ ла U H , на аноде U* и на сетке U t . Зависимость анодного тока от напряжения накала практического интереса не представляет, тек как лампы обычно работают при постоян­ ном, нормальном напряжении накала. Поэтому

анодный ток триода можно рассматривать как функцию двух нап­ ряжений: анодного и сеточного.

- 54 -

Кривая, представляющая собой зависимость анодного тока лампы от анодного напряжения при постоянном сеточном напря­

ся при отсутствии нагрузочного сопротивления в анодной цепи и называются о т а т и ч е с к и м и .

Для снятия характеристик собирают электрическую цепь по схеме, приведенной на рисунке 58. В этой схеме питание

сеточной цепи осуществляется от источника Ес через потен­

напряжение и отмечают соответствующие величины анодного тока

другую кривую и т.д. В результате подучают семейство анод-

- 55 -

ных характеристик. Так на рисунке 59 представлено сенейство анодных характеристик двойного триода 6НЗП. При U c = О

характеристика триода аналогична анодной характеристике диода. Ее кривизна при малых анодных напряжениях является следствием влияния отрицательного пространственного заряда (скопление электронов около катода образует этот заряд), препятствующего линейному нарастании анодного тока. При по­ вышении анодного напряжения анодный ток нарастает до тех пор, пока не наступит режим насыщения. Участок насыщения на графике анодных характеристик ламп обычно не изображает, так как при использовании оксидных катодов и работе в пре­ делах нормальных анодных напряжений насыщение практически отсутствует.

Если сетке сообщить отрицательный потенциал относитель­ но катода Uc = - 3 в, то для компенсации пространственно­ го заряда и тормозящего поля сетки понадобится подать на анод определенный положительный потенциал (равный 80 в) и анодный ток появится лишь в этом случае. Чем больше отрица­ тельное напряжение на сетке, тем большим должно быть напря­ жение на аноде для получения анодного тока и тем правее располагаются графики анодных характеристик.

няя напряжение на сетке и измеряя его и соответствующую ему величину анодного тока, можно построить график, который изображен на рисунке 60. На этом графике (характеристике) выделяют оледующие основные участки: нижний изгиб АБ, сред­ ний прямолинейный участок ЕВ, верхний изгиб ВГ, область на­ сыщения ГД.

Нижний изгиб образуется потому, что при некотором отри­ цательном напряжении сетки анодный ток прекращается. В этом олучае действие анодного напряжения полностью компенсирует­ ся тормозящим действием отрицательной сетки. По мере умень­ шения отрицательного напряжения на сетке тормозящее поле сетки уменьшается, а анодный ток лампы возрастает. Участок БВ выражает линейную иависимость между анодным током я на­ пряжением сетки. Верхний изгиб ВГ объясняется наступлением насыщения, которое достигается при некотором положительном напряжении сетки, в данном случае при Uc ■= 3,4 в. При дальнейшем увеличении положительного напряжения на сетке рост анодного тока замедляется - учаоток ГД. Это объясняет­ ся появлением сеточного тока. Чем больше положительное нап­ ряжение на сетке, чем больше электронов перехватывается ев и тем меньше электронов попадает на анод. Суммарный же ток, равный току эмиссии катода, остается примерно постоянным. Области характеристик, соответствующие верхнему изгибу и режиму насыщения, используются редко, поэтому в справочной литературе зачастую приводятся участки АБ - БВ характеристи­ ки.

Для других анодных напряжений характеристики будут иные Правда форма их примерно одна и та же, но расположены они различи). При повышении анодного напряжения характеристика сдвигается влево, при понижении - вправо. На рисунке 60 по­ казано семейство анодно-сеточных характеристик для триода 6НЗП.

По статическим характеристикам триода можно определить

величину анодного тока при.заданных напряжениях на аноде и сетке лампы. Количественно оценить влияние анодного и сеточ­

- 57 -

ного напряжений на величину анодного тока можно, пользуясь параметрами триода.

§ 21. Параметры триода

Параметрами электронной лампы называют постоянные ве­ личины, определяющие ее качества и свойства.

Основными параметрами триода, определяющими зависимость анодного тока от анодного и сеточного напряжений, являются:

зывает, на сколько миллиампер изменится анодный ток лямтг при изменении сеточного напряжения на I в и постоянстве анодного напряжения

при Ua - const

Выражается крутизна в ма/в.

Крутизну чаще всего определяют графическим способом, используя семейства анодно-сеточных или анодных характерис­ тик (рис. 59, 60). Для определения приращения анодного тока

д Эц и сеточного напряжения д Uc • в семействе анодных характеристик (рис. 59) строится так называемый характерис­ тический треугольник АВС. Катеты этого треугольника в соот­ ветствующих масштабах выражают значения д U* и & .

Например, для прямолинейного участка анодной характеристики,

Т Г = 5,5 иф

ной я той хе характеристики крутизна неодинакова: на прямо­ линейном участке крутизна наибольшая и имеет постоянное значение, а на нижнем и верхнем изгибах она уменьшается и уже не является постоянной.

Значения крутизны характеристики лампы, как и другие параметры ее, приводимые в справочниках, относятся к пря­ молинейному участку характеристики.

снужно разделить на соответствующее изменение напряже­

Крутивна характеристики триода зависит от эмиссионной способности катода и от особенностей конструкции дампы. Чем больше змиссия катода, чем гуще сетка и чем ближе она распо^

Эту формулу следует понимать так, что для сохранения пос­ тоянства анодного тока надо изменять напряжение анода и сет- .

раз больше, чем ь U c . При одновременном изменении анод­ ного и сеточного напряжений величина анодного тока может оставаться постоянной, если приращения этих напряжений име­ ют противоположные знаки. Поэтому величина J* всегда оказывается положительной. Для пояснения обратимся к рисун­ ку 60.

уменьшают анодный ток до прежнего значения путем увеличения отрицательного напряжения на сетке до Uc = - 1,2 в (точка

Я). Тогда коэффициент усиления триода будет равен

прежнего значения. Для этого необходимо увеличить отрица­ тельное напряжение на сетке от -0 до -I в, тогда коэффи­ циент усиления будет равен

одлевно равно отношению изменения анодного напряжения к