книги из ГПНТБ / Ульянов О.И. Инженерные методы расчета ламповых и транзисторных схем

О. И. УЛЬЯНОВ

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЛАМПОВЫХ

И ТРАНЗИСТОРНЫХ СХЕМ

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ ИСПРАВЛЕННОЕ

КУЙБЫШЕВСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

1973

Куйбышевское книжное издательство. 1973 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Электронные цепи нашли широкое применение в устройст­ вах автоматики. Это породило большое многообразие схемных решений. Естественно, что появилось много литературы, посвя­ щенной расчету ламповых и транзисторных схем. Поток ее на­ растает с каждым днем.

Но во многих работах описываются приемы расчета приме­ нительно лишь к отдельным конкретным схемам или же приво­ дится совокупность готовых формул. Это не стимулирует творче­ ский поиск, не позволяет охватить всего практического много­ образия схем.

Некоторые работы посвящены анализу конкретного класса электронных устройств. Авторы их основываются на определен­ ном методе анализа, позволяющем не только теоретически ис­ следовать данное устройство, но и наметить пути инженерного расчета его в процессе реального проектирования. Однако боль­ шой объем книг, перегруженность вопросами анализа конкрет­ ных схем мешает быстрому усвоению сущности данного мето­ да, не позволяет оперативно пользоваться им в инженерной практике. Кроме того, в таких работах принятый автором метод обычно рассматривается как ключ к решению любых вопросов. А между тем некоторые из них проще было бы решить другим методом.

Решения XXIV съезда КПСС об ускорении научно-техниче­ ского прогресса в нашей стране требуют высоких темпов разви­ тия радиоэлектроники, максимальной интенсификации инже­ нерного труда, сокращения сроков и трудоемкости проектирова­ ния электронной аппаратуры.

Для специалистов, занятых разработкой электронных устройств, важны принципы и методы, которые могли бы слу­ жить основой для быстрых расчетов в любом частном случае схемо-технических решений.

В данной книге рассматривается несколько простейших ме­ тодов расчета электронных схем. При этом кратко излагается сущность методов, преимущества и недостатки каждого из них, области рационального применения и необходимые сведения по практическому овладению ими. Расчетные примеры иллюстрируют

3

Глава п ервая

МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНЫХ СХЕМ

1—1. Сущность метода

Метод эквивалентных схем занимает особое место в практике расчетов электронных цепей. Начало использования его совпада­ ет с созданием первых электронных устройств. Еще в 20-е годы М. А. Бонч-Бруевич предложил по эффекту изменения тока в анодной цепи электронной лампы заменять последнюю при рас­ четах эквивалентным генератором, создающим такой же эффект [1]. Это оказалось важнейшим фактором быстрого распростра­ нения достижений электротехники иа устройства, содержащие электронные лампы. И в настоящее время трудно переоценить значение вывода, сделанного Бонч-Бруевичем и позволяющего сводить расчет электронных цепей к расчету эквивалентных электрических схем.

Существующие курсы теоретических основ электротехники, например [2], успешно подготавливают к расчету электрических схем, составленных из идеальных элементов: пассивных двух­ полюсников R, L, С и активного двухполюсника — независимого источника э. д. с. (или тока). Суть метода эквивалентных схем в отображении реальных электронных цепей эквивалентными в расчетном смысле электрическими схемами на идеальных двух­ полюсных элементах. В этом случае методы расчета электриче­ ских схем оказывается возможным распространить на электрон­ ные цепи. Однако при отображении усилительных элементов электронных цепей — ламп и транзисторов — эквивалентными

'схемами на идеальных элементах возникает понятие зависимо­ го управляемого источника э. д. с. (или тока). Именно введение такого зависимого двухполюсного активного элемента наряду с независимым активным двухполюсником и позволило в опреде­ ленной степени распространить классические методы электротех­

ники на электронные цепи.

5

Освоение методов расчета схем с зависимыми источниками является важнейшей задачей изучающих методы расчета лампо­ вых и транзисторных цепей.

Изложение в данной главе вопросов, касающихся метода эквивалентных схем, позволит читателю уяснить его практиче­ скую ценность, послужит основой для самостоятельного приме­ нения его в практике проектирования и расчета разнообразных электронных устройств.

1—2. Эквивалентная схема лампы на основе линейной аппроксимации анодных характеристик

Несмотря на разницу характеристик, электронные лампы — триоды, тетроды и пентоды — позволяют создать эффект уси­ ления.

На рис. 1 показаны статические анодные характеристики триода, а на рис. 2 — тетрода и пентода. В обоих случаях рабо­ чие, т. е. наиболее линейные участки их характеристик, могут быть заменены (аппроксимированы) отрезками прямых [3].

Возьмем на семействах характеристик произвольные точки А и запишем для них уравнения анодного тока:

для триода

6

Рис. 2. Линейная аппроксимация анодных характе­ ристик тетрода и пентода.

нию на анодный ток изменение напряжения сетки эк­ вивалентно в р, раз большему изменению анодного напряжения. Поскольку сопротивление лампы отражено в фор­ мулах дифференциальным сопротивлением Ri, в числителе появилось напряжение приведения U*, смысл которого ясен из рис. 1 и 2 .

Из сравнения уравнений (1-1) и (1-2) видно, что они отлича­ ются только знаком напряжения приведения. Ни в способах по­ лучения уравнений, ни в структуре их нет принципиальной раз­ ницы. Из этого следует, что при расчете электронных цепей с триодом, тетродом или пентодом можно пользоваться одними и геми же формулами. В дальнейшем будем иметь в виду форму­ лу (1-1). Если же при конкретном расчете нужно будет приме­ нить эту формулу (или далее полученные) к тетроду или пенто­ ду, то знак минус перед U* нужно заменить на плюс, а величи­ ну U* найти по семейству характеристик конкретной лампы. Следует отметить, что для тетрода и пентода удобнее по реаль­ ным анодным характеристикам определять не U*, а /*, а затем вычислять

U * = / • ■ / ? , .

7

В отличие от (1-1) в (1-3) учитывается, что для схемы рис. 3

Uc = и вх U ос •

Из рассмотрения анодного контура следует, что мгновенное значение анодного напряжения лампы (пока считаем, что на­ грузочное сопротивление RH— oo)

Выяснив, от каких факторов зависят постоянная и переменная составляющие анодного тока, можно (1-6 ), в силу принципа на­ ложения, разделить на два:

Постоянная составляющая (ток покоя) / оа соответствует ис­ ходному режиму лампы по постоянному току — режиму покоя, при котором напряжения питания анодной цепи 0 п и смещения Uос поданы, а входное переменное напряжение еще не подведе­ но (WBX = 0). Переменная составляющая анодного тока появит­ ся при включении входного сигнала цвх.

Выражения (1-7) и (1-8) позволяют заменять (при расче­

8

La-

ляющая анодного тока создается источником переменного на­ пряжения, вырабатывающим э. д. с., равную р.£/вх, и имеющим внутреннее сопротивление Ri.

Конечно, в действительности лампа не является источником э. д. с. Абстрагируясь от физических процессов в лампе, ее мож­ но представить управляемым сопротивлением, с помощью кото­ рого осуществляется управление током в цепи с источником пи­ тания 0 П. Энергия, расходуемая в резисторе, а также выделяе­ мая на аноде самой лампы в виде потерь, черпается от этого источника. Затрачивая небольшую энергию на управление со­ противлением лампы (а на практике часто пренебрегают малым сеточным током, и тогда говорят об управлении лампой без за­ траты энергии), можно управлять током в относительно мощной анодной цепи.

Итак, при построении эквивалентных схем с целью анализа и расчета реальных электронных цепей можно условно заменять

гично и с транзистором) активной электрической цепью, а сами лампы и транзисторы — активными элементами электрической

цепи.

Разработке и систематизации вопросов теории линейных ак­ тивных цепей посвящено много публикаций. См. напри­ мер [4,5].

При освоении метода эквивалентных схем важно научиться для анализируемой или рассчитываемой конкретной цепи (схе­ мы) составлять уравнение анодного тока лампы с учетом ре­ ально действующих напряжений в сеточном и анодном конту­ рах, подобное (1-4) и (1-5). При некотором навыке можно сра­ зу по виду схемы записывать уравнения для постоянной или пе­ ременной составляющих анодного тока, подобные (1-7) нлн (1-8).

9