книги из ГПНТБ / Клейнер, Э. Ю. Основы теории электронных ламп учебное пособие

пленочными катодами такое ограничение отсутствует, так как здесь практически не получается дополнительного нагрева за счет прохож­ дения катодного тока.

Соответствующие этим условиям предельные величины приводят­ ся в паспорте ламп в рубрике «Предельные эксплуатационные дан­ ные» На рис. 3.80 показано семейство анодных характеристик с обо­ значением границ, в пределах которых допустим выбор рабочей точки.

Рис. 3.81. Область рабочих режимов триода, обеспечивающая малые нелинейные искажения

К этим трем ограничениям, цель которых предотвратить порчу ламп, добавляется еще два, если лампа используется как усилитель­ ная и поэтому недопустимы значительные нелинейные искажения*. Для этого, во-первых, не следует работать на начальном участке ха­ рактеристик, так как он сильно искривлен; во-вторых, нужно выби­ рать режимы, в которых отсутствуют сеточные токи, т. е. работать при отрицательных напряжениях сеточного смещения, больших амп­ литуды подаваемого на сетку сигнала. Резкое возрастание нелиней­ ных искажений при наличии сеточных токов связано с нелинейностью сеточной характеристики. Область, в которой рекомендуется выби­ рать рабочую точку усилительных ламп, показана на рис. 3.81.

Подача на сетку необходимого сеточного смещения Ес возможна двумя путями:

1)путем включения в сеточную цепь лампы соответствующего источника постоянного напряжения Ес (см. рис. 3.77);

2)путем включения в катодную цепь последовательно с катодом

жения на сетку (рис. 3.82)., Полученное таким образом смещение называется а в т о м а т и ч е с к и м . Так как катодный ток в рабо­ чих условиях обычно содержит переменную составляющую, а напря­ жение смещения должно быть напряжением постоянного тока, то R K

* Это не относится к усилительным схемам, в которых имеет место частич­ ная компенсация нелинейных искажений.

201

практически совпадает с точкой покоя схемы. В связи с этим в уси­ лительной технике в большинстве случаев можно не делать разницы между этими понятиями и сводить нахождение рабочей точки к опре­ делению точки покоя. Рассмотрим случай, когда заданы напряжения анодного питания Еа и сеточного смещения Ес и известна нагрузка. Наиболее часто встречающимися видами нагрузки являются активное

.сопротивление и колебательный контур. При активном сопротивле­ нии в качестве нагрузки в графике семейства анодных характеристик

снаклоном l/R 3, проведенная через эту точку.

3.13.5.Рабочие параметры триода

значения тока, напряжения или мощности. При этом согласно дан­ ным в 3.13.1 определениям под выходными током, напряжением и мощностью следует понимать переменные составляющие тока через нагрузку, падения напряжения на нагрузке и выделяющейся на ней мощности. Величины, сопоставляющие эти выходные величины с ве­ личиной переменных напряжения или мощности, подаваемых на вход, называются рабочими параметрами лампы. Эти параметры следующие.

203

Таким образом, зная 5 р, можно определить амплитуду переменной составляющей анодного тока / ат, если известна амплитуда сигнала

и ет.

Для определения связи между рабочей и статической крутизнами заменим в уравнении полного дифференциала анодного тока (3.235) приращения токов и напряжений амплитудами соответствующих переменных составляющих

откуда

^ат s

т1+ Ra/Ri

204

Сопоставляя это выражение с (3.254), получаем

(3.258)

р1-!- RJRi

Таким образом, рабочая крутизна всегда меньше статической и отличается от нее тем больше, чем больше Ra (рис. 3.86).

II. Коэффициент усиления по напряжению

Рабочий коэффициент усиления или, точнее, коэффициент усиления по напряжению /г„ в общем случае определяется как отношение дей­ ствующего значения выходного напряжения к действующему значе­ нию входного

в случае общего катода к выражению, получающемуся при подста­

нии двух гармонических колебаний отличие в знаке указывает на то, то эти величины находятся в противофазе. Переменная составляющая

этого снижается по отношению к потенциалу катода потенциал обра­

205

щенного к аноду конца сопротивления нагрузки, с которого усилен­ ное напряжение подается на сетку лампы следующего каскада. Знак «минус» в (3.260), таким образом, служит для того, чтобы учесть из­ менение фазы на 180° при передаче сигнала от одного каскада к дру­ гому. Иногда определение ka дается без знака «минус». Это допустимо, если ограничиваться рассмотрением условий работы схемы в преде­ лах только одного каскада.

Для нахождения связи между ки и статическим коэффициентом

Это уравнение связывает основные параметры, характеризующие рабочий режим, и напоминает по своей структуре внутреннее уравне­ ние триода (3.236). Подставляя для 5 р выражение (3.258) и учитывая, что SRi = р, получаем из (3.261)

III.Мощность на нагрузке и связанные

сней параметры

206

Зависимость = / (RJRj) дана на рис. 3.88. Кривая имеет мак­ симум, который, как легко определить из условия

—— -----------= 0,

d(RJRt)

Исходя из этой величины определяются параметры, служащие для оценки эффективности каскада схемы как усилителя мощности. Раз­ личают два параметра, в зависимости от того, расходуется ли мощ­ ность в цепи сетки или нет. Когда здесь не расходуется мощность, т.е. лампа работает без сеточных токов, для оценки пользуются поня­ тием чувствительности каскада по мощности kpu, определяемой как

Квадратный корень в числителе введен для учета квадратичной зависимости Р~тах от Ucm. Подставляя сюда (3.266), получаем

<3-2ев)

Когда в сеточной цепи расходуется мощность (это имеет место при работе ламп в области СВЧ или когда сеточные напряжения за­ ходят в область положительных значений), основным рабочим пара­ метром лампы становится коэффициент усиления по мощности kp,

определяемый как отношение максимально возможной выходной

МОЩНОСТИ Рцыхтах к ВХОДНОЙ Р вх

207

Подставляя это значение Ucm в (3.266), наибольшую неискаженную мощность можно записать в виде

это имеет место в случае уравнения (3.266). В случае (3.274), однако, значения Ucm и р для уменьшения нелинейных искажений должны подчиняться условию (3.273), согласно которому большое Ucm можно

208

подавать на сетку только тогда, когда проницаемость лампы D велика, т. е. р мало. Чем больше подаваемое на лампу сеточное напряжение, тем левее, чтобы избежать положительных значений Uc, согласно рис. 3.89 должна быть характеристика лампы, т. е. тем меньше ц.

Параметры 5 р и /е„, а также выходную мощность можно определить графически по семейству статических анодных характеристик и на­

ме с общим катодом. Для того чтобы показать, что рабочие параметры зависят от схемы включения лампы, в качестве примера найдем вы­ ражение для коэффициента усиления по напряжению при общей сетке. Как видно из рис. 3.91, передача напряжения от каскада к кас­ каду происходит в этом случае без переворачивания фазы. Поэтому ka в соответствии с общим определением (3.259) здесь можно записать как

Для того чтобы выразить 1ги через статические параметры лампы, установим связь между изменениями £/с, Uй и / аДа, при схеме с об­

щей сеткой. Так как с ростом Uc падение напряжения / а Ra тоже растет, a Uа уменьшается, то, применяя закон Кирхгофа для контура анодного тока, согласно рис. 3.91 получаем

dUt = dUQ- d ( I M .

Если заменить приращения тока и напряжения их переменными, составляющими, то (3.276) легко привести к виду

Результат отличается от выражения (3.262), выведенного для схе­ мы с общим катодом, на единицу в числителе.

3.13.6. Эквивалентные схемы электронных ламп

В общем случае расчет радиотехнических цепей, содержащих электронные лампы, довольно сложен, так как электронные лампы представляют собой нелинейные элементы. Однако когда амплитуды переменных составляющих токов и напряжений настолько малы, что в их пределах характеристики ламп можно считать линейными, то возникает возможность заменить лампу при рассмотрении цепей пе­ ременного тока эквивалентной схемой, легко охватываемой расче­ тами.

Найдем эквивалентную схему анодной цепи триода. Существует два вида эквивалентных схем:

1)эквивалентная схема с генератором напряжения*,

2)эквивалентная схема с генератором тока**.

Исходное уравнение для построения эквивалентной схемы с гене­ ратором напряжения получается, если (3.257) умножить на R it за­ менить SRi на ц и выделить член, содержащий Ucm,

*Под генератором напряжения понимают источник переменного напря­ жения, не обладающий внутренним сопротивлением.

**Под генератором тока понимают источник переменного тока с бесконечно

большим внутренним сопротивлением.

210