книги из ГПНТБ / Боровиков, А. И. Усилители электрических сигналов в вопросах о ответах учеб. пособие для студентов РИСХМа специальностей 0636, 0501, 0502, 0504, 0509, 0531 и 0536
.pdf
|
1 ) черва |
лампу |
н е п р е р ы в н о |
п р о х о д и т |
||
п о с т о я н н а я |
с о с т а в л я ю щ а я |
т о к а |
||||
] ао |
, поэтому коэффициент полезного |
действия |
каскада |
|||
очень низкий |
(теоретически не может превышать 50%, а прак |
|||||
тически без учета потерь |
в цепи накала составляет 10 - 12 %). |
|||||
|
2 ) каскад работает на линейном участке динамической |
|||||
характеристики и вносит |
м и н и м а л ь н ы е |
н е л и |
||||
н е й н ы е |
и с к а ж е н и я . Часто этот режим называ |
|||||
ют |
линейным. |
|
|
|
|
|
|
Следует отметить, что амплитуда входного напряжения в |
|||||
этом режиме должна быть всегда меньше напряжения смеще -
ния ( |
Uсо |
), поэтому сеточные токи через |
сетку лампы не проходят. |
||
Режим класса 'А ' |
применяется, главным образом, в |
|
усилителях напряжения, |
предназначенных для предварительно |
|
го усиления слабых сигналов переменных токов. |
||
Низкий |
коэффициент полезного действия таких усилителей |
|
практического значения не имеет из-за весьма малой мощ - ностн отдаваемой усилителем. Для этих усилителей важными характеристиками являются величина коэффициента пиления,
80
высокая линейность (минимальные искажения сигнала).
67. ЧЕМ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ РЕ |
Для получения режима |
|||
ЖИМ РАБОТЫ .КАСКАДА В |
класса "В" на сетку |
|||
КЛАССЕ |
'В ' ? |
|
лампы подается напряже |
|
|
|
|
ние смещения |
(J со , |
равное напряжению запирания лампы |
Uco = than |
(рис. 53). |
||
При этом рабочая точка А располагается на оси абсцисс с |
||||
координатами |
3 » = 0 t |
UciUjrtn. . |
При отсутствии |
сигнала |
лампа закрыта, |
ток |
Ja » О, |
потерь мощности в цепи |
|
анода лампы нет. Через анодную цель будет протекать ток только в течение положительных полупериодов колебаний вход ного сигнала.
|
Отрицательные полуволны входного сигнала отсекаются^ |
||||
В |
режиме |
класса |
'В ' лампа работает |
с отсечкой |
9 **90 . |
( |
0 |
- угол |
отсечки равен половине фазового ^угла уси |
||
ленного сигнала, |
й данном случае |
20 ■ 180 |
, 0 **90 ). |
||
В |
режиме |
класса |
"Q" коэффициент полезного действия каскада |
||
увеличивается и достигает 60-70%. |
из рис. 53, |
использует— |
|||
|
В этом режиме, как это следует |
||||
81
ся вся динамическая характеристика лампы, включая и ее нелинейную часть. По этой причине из-за отсечки каскад в классе 'В ' вносит большее нелинейные искажения выходного сигнала.
Таким образом, характерными особенностями режима уси
ления класса "В" являются: |
|
|
1) |
работа лампы с отсечкой |
0 ш 90 ■ |
2 ) |
появление постоянной составляющей анодного тока |
|
только при наличии входного сигнала;
3)более высокий коэффициент полезного действия кас - . када (60-70%) по сравнению с режимом класса 'А ';
4)большие вносимые нелинейные искажения.
Режим класса 'В ' в основном используется в усилите - лях мощности и особенно в двухтактных усилителях мощно сти.
Для усилителей, мощности наиболее важным параметром является его КПД. Вносимые же этим усилителем искаже - ння очень часто практического значения не имеют (например, для питания реверсивного двигателя регулятора , питание обмоток реле и т. д .).
« 8. ЧЕМ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ |
В режиме |
класса 'С * |
РЕЖИМ РАБОТЫ КАСКАДА В |
на сетку лампы подается |
|
КЛАССЕ 'С ' ? |
напряжение смещения |
|
|
большее, |
чем напряжение |
|
запирания |
лампы -Uco>Uj«n |
Рабочая точка А располагается левее точки напряжения запи рания лампы (рис. 54).
В этом сщчав осуществляется еще более глубокая от сечка входного сигнала, что приводит к уменьшению угла
отсечки |
0 < 80°. |
Теперь анодный ток проходит через лампу только в тече ние части положительных полупериодов колебания входного сигнала, поэтому потери в лампе становятся еще ниже, а КПД каскада достигает 70-80%.
Однако в результате глубокой отсечки сигнала возника ют значительные нелинейные искажения выходного сигнала.
82
Таким образом, главными характеристиками режима класса :"С" являются:
1 ) прохождение тока через лампу в течение части поло жительных полупериодов колебаний сигнала;
2)отсечка сигнала меньше 90°;
3)значительные нелинейные искажения выходного сигна
ла.
Режим класса "С" применяется в двухтактных усилите - лях большой мощности, когда очень важно получить высокий коэффициент полезного действия.
69. ЧТО ТАКОЕ РЕЖИМЫ |
Режим класса 'А В ' |
- про- |
КЛАССОВ "ABi" и "АВ2 " ? |
межуточный режим, |
кото |
|
рый имеет признаки, |
ха |
|
|
рактерные для режима |
|
||
класса |
" А ' (наличие постоянной составляющей токе |
Зво |
, |
||
действующего в |
течение всего периода колебаний) |
я |
призна — |
||
ки режима 'В ' |
(наличие отсечки). |
|
|
|
|
Для получения режима "АВ" рабочую точку |
выбирают в |
||||
нижней |
части динамической анодно-сеточной характеристики |
||||
каскада |
(путем |
выбора надлежащей величины напряжения сме |
|||
шения рис. 55).
83
При этом через лампу в течение всего времени будет
протекать постоянная составляющая тока |
1а.о |
меньшая, |
||||
чем в режиме класса 'А ', |
а входной сигнал частично отсе |
|||||
кается. |
Угол отсечки |
0 |
> 90 . |
I'flu *! < |
Uco |
, |
Если амплитуда входного |
сигнала |
|||||
то режим именуют 'ABf, |
если |
/i.U»*>Uce |
(лампа ра |
|||
ботает с |
сеточными токами), |
то 'АВ2 ' . Режим |
'АВ^' |
ре |
||
на рис. |
54 отмечен пунктиром. |
Потери в лампе |
в этом |
|||
жиме будут ниже, чем в |
режиме 'А ', |
так как постоянная |
||||
составляющая анодного тока в этом случае гораздо меньше, чем в режиме ' А н о больше, чем в режиме "В''. Поэтому
КПД каскада в режиме 'A B j' |
выше, чем в режиме 'А |
', |
но иижф,чем в режиме 'В '. |
То же можносказать и в |
отно |
шении вносимых искажений. |
КПД в режиме ^АВ^' больше, |
|
чем в режиме 'A B j'. |
|
|
Режим 'A B j' очень часто применяется в двухтактных усилителях небольшой мощности, режим 'АВ2 ' применяется реже.
84
70. |
КАК УСТАНОВИТЬ РЕЖИМ |
В режиме класса |
|||||
КЛАССА "В ' В УСИЛИТЕЛЬНОМ |
напряжение смещения |
||||||
|
КАСКАДЕ ? |
|
должно быть равно напря |
||||
|
|
|
жению запирания лампы. |
||||
|
|
|
|
При отсутствии вход-. |
|||
ного |
сигнала лампа5 должна быть закрыта и анодный ток |
||||||
|
Dao= 0. Поэтому автоматическим смещением, как это |
||||||
делают в режиме класса "А ", |
запереть лампу невозможно. |
||||||
|
+ Еос |
|
Наиболее просто |
необхо - |
|||
|
|
димое |
напряжение смешения |
||||
|
|
для режима 'В ' можно получить |
|||||
|
|
при помощи делителя |
R, , Rk |
||||
|
|
(рис. 56), рассчитанного та - |
|||||
|
|
ким образом, |
чтобы ток де - |
||||
|
|
лителя |
3 — £о- |
|
созда |
||
|
|
q- • |
|
|
|||
|
|
|
|
Ri-v Rk |
|
|
|
|
ны* |
вал на катодном сопротивления* |
|||||
|
|
(?к |
падение напряжения, |
||||
|
|
равное |
напряжению запирания |
||||
|
|
лампы |
|
|
|
rк |
|
|
|
|
Uto1 U |
n « |
i " r,+ Rk ' |
||
|
|
откуда |
|
|
|
R, |
|
|
|
|
|
R k = U з а л ' E a - U i a n |
|||
|
Чтобы сопротивление |
R к |
не выполняло» |
роль со |
|||
противления связи, создающего отрицательную ОС по току, |
|||||||
его |
шунтируют конденсатором |
большой емкости» |
С к |
. |
|||
|
Напряжение смещения для получения режима |
класса 'В ' |
|||||
может быть получено также и от |
отделыых |
источников пи |
|||||
тания, например, от специального выпрямителя. |
|
|
|||||
71. |
МОЖНО ЛИ УСТАНОВИТЬ РЕ |
Автоматическое сме - |
|||||
ЖИМ УСИЛЕНИЯ КЛАССОВ |
"В" |
и |
шение получают за |
||||
’ С |
УЗЛОМ АВТОМАТИЧЕСКОГО |
|
счет использования |
||||
' |
СМЕЩЕНИЯ ? |
|
|
постоянной составляю |
|||
|
|
|
|
щей анодного |
тока |
||
покоя ]ao , Uco = Jno .
83
Автомат ическое смещение для режима класса "В" полу - нить невозможно, так как в этом режиме при отсутствии входного сигнала постоянная составляющая должна быть рав
на нулю. |
'В*' - см. и, 70. |
|
Как устанавливается режим класса |
||
72. ЧЕМ ОТЛИЧАЕМСЯ УСИЛИТЕЛЬ |
Основной задачей уси- |
|
МОЩНОСТИ ОТ УСИЛИТЕЛЯ |
лителя напряжения |
|
НАПРЯЖЕНИЯ ? |
является |
наибольшее |
|
усиление |
слабого сиг |
|
нала с наименьшими |
|
искажениями, поэтому главными характеристиками усилителя напряжения является его коэффициент усиления и допустимые линейные и нелинейные искажения, обеспечивающие заданную линейность.
Иная задача у усилителя мощности, который должен вы — дать в нагрузку максимальную мощность, при этом вопросы о вносимых искажениях и величине коэффициента усиления являются второстепенными.
Основным показателем усилителя мощности является его коэффициент полезного действия (КПД) и мощности
Следовательно, по принципу действия н схеме усилитель напряжения и усилитель мощности могут не отличаться. Глав ное же отличие состоит в. различных режимах >работы этих усилителей. Усилитель мощности должен работать в режиме
снаибольшим КПД и наилучшимн условиями передачи мощность
внагрузку. Наиболее важными из этих условий являются ус ловия согласования нагрузки (потребителя) с выходным со противлением каскада.
Как это будет показано в следующих пунктах, для макси мального вы деления мощности в нагрузке необходимо, чтобы выходное сопротивление каскада равнялось входному сопро - тявлению нагрузки.
Для согласования нагрузки с усилителем часто использу ются выходные трансформаторы (см. п. 7 3 ).
86
73. КАКОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ВЫ- |
Как известно, для макси- |
ходного т р а н с ф о р м а т о р а |
мальвой отдачи мощности |
' В УСИЛИТЕЛЬНОМ КАСКАДЕ ? |
в нагрузку необходимо, |
|
чтобы сопротивление на - |
|
грузки Рн равнялось |
выходному сопротивлению усилителя |
у |
, |
|||
Ламповые и транзисторные усилители имеют относительно |
|||||
высокое |
выходное сопротивление. Если сопротивление нагруз |
||||
ки мало, |
то ее нельзя непосредственно подключать на выход |
||||
усилителя, |
так кок |
выход усилителя |
будет |
эашунтирован ма |
|
лым сопротивлением |
нагрузки, и его |
выходное напряжение |
|||
значительно |
снизится. В нагрузку будет передана очень ма - |
||||
ленькая мощность и возможности усилителя не будут исполь - зованы.
Для согласования сопротивления нагрузки с выходным со противлением усилителя часто применяется выходной трансфор матор.
Выбрав надлежащее число витков первичной и вторичной обмоток, можно хорошо согласовать первичную обмотку с
выходным сопротивлением усилительного |
каскада, а |
вторич — |
||
ную обмотку трансформатора - |
с входным сопротивлением на |
|||
грузки. При этом в нагрузке |
будет |
выделяться максимальная |
||
мощность, отдаваемая усилителем. |
Коэффициент полезного |
|||
действия выходного трансформатора |
очень большой, |
поэтому |
||
потерями в нем можно пренебрегать. |
|
|
||
Важными характеристиками выходного трансформатора яв |
||||
ляются: его коэффициент трансформации |
П: Wj/w, |
, |
||
числа витков его обмоток, сопротивления |
обмоток, |
индуктив - |
||
ности рассеяния и др. |
|
|
|
|
74. КАК ВЫБИРАЕТСЯ КОЭФ |
На рис. 57 показана |
|||
ФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ |
|
схема включения вы — |
||
ВЫХОДНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ? |
ходного трансформато |
|||
рого сопротивление нагрузки |
|
ра, посредством кото |
||
Рн |
|
должно быть согла |
||
совано с выходным сопротивлением |
каскада |
|
||
87
Коэффициент трансформации трансформатора |
TL- |
УУг. |
||||||||
Wi |
||||||||||
W, - число |
витков первичной обмотки, |
|
W, |
- |
вторич |
|||||
ной обмостки: |
|
R |
- приведенное к первичной обмотке |
|||||||
I |
1 |
нагрузки каскада |
|
|
|
|
|
|
||
сопротивление |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
R a - v — ^1 + Zi т R h * |
|
|
|
|
|
||
Если пренебречь сопротивлениями обмоток трансформатора, |
||||||||||
( I , u Z t .), me |
|
R a - ~ — R h |
|
|
|
|
|
|
||
I |
рц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RH= - ■ - 'приведенное значение сопротивления нагрузки . |
||||||||||
|
Величина |
|
Rft’ - |
зависит |
не только |
от |
Rh |
, |
но |
|
и от |
коэффициента трансформации |
а, |
, |
поэтому |
можно |
|||||
выбрать такой коэффициент трансформации, |
при котором при |
|||||||||
веденное сопротивление |
нагрузки |
Ra-v- |
|
будет равно вы- |
||||||
ход ному сопротивлению каскада. |
Очевидно, |
для согласования |
||||||||
|
|
|
|
+ Еа |
нагрузок |
необходимо вы - |
||||
|
|
|
|
брать |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ra'v —■оС R^ ) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
где |
оС |
3 - 4 , |
тогда |
||
|
|
|
|
|
otRl = — |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 oURl |
|
|
|
|
|
|
|
|
С учетом коэффициента |
|||||
|
|
|
|
|
полезного |
действия транс |
||||
|
|
|
|
|
форматора |
^тр |
> |
коэффи |
||
|
|
|
|
|
циент трансформации вы |
|||||
|
|
|
|
|
ходного |
трансформатора |
||||
|
|
|
|
|
определяется по формуле |
|||||
-£s_
88
75. КАКОВЫ ДОСТОИНСТВА |
Выходной трансформатор |
|||
И НЕДОСТАТКИ УСИЛИТЕЛЬ - |
служит для согласования |
|||
НОГО КАСКАДА С ВЫХОДНЫМ |
сопротивления нагрузки |
|||
ТРАНСФОРМАТОРОМ ? |
(потребителя) с выходным |
|||
|
|
сопротивлением каскада |
||
|
|
(см. п. 74). Первичная |
||
обмотка |
трансформатора, имеющая большое |
число витков и |
||
большое |
сппротивление переменному |
току, |
легко согласуется |
|
с выходным сопротивлением каскада, |
а вторичная обмотка |
|||
этого трансформатора может быть выполнена так, что будет хорошо согласовываться с сопротивлением нагрузки. Это первое достоинство Выходного трансформатора.
Второе достоинство состоит в том, что первичная обмот ка, включенная в анодную цепь, имеет большое сопротивле - ние для переменной составляющей анодного тока и малое сопротивление для "постоянного тока.
Следовательно, по переменному току лампа работает в динамическом режиме, а по постоянному току она работает практически в статическом режиме (очень малое падение напряжения постоянного тока ча первичной обмотке трансфор матора). Вследствие этого лампа полностью используется при относительно высоком коэффициенте усиления.
Выходной трансформатор увеличивает коэффициент усиле ния и коэффициент полезного действия усилителя. Однако на личие железного сердечника ухудшает его качество. Степень намагничивания сердечника постоянной составляющей тока и реактивный характер сопротивлений его обмоток обусловлива ют появление нелинейных и частотных искажений, вносимых усилителем. Это уменьшает полосу пропускания частот и ра бочий диапазон усилителя, а также и удорожает стоимость усилителя.
89