книги из ГПНТБ / Любивый В.И. Усилительные устройства учеб. пособие
.pdf- 200 -
выходной мощности до 100-200 вт применяют специальные выход ные лампы (триоды, лучевые тетроды,пентоды большой мощности), а также мощные транзисторы. В более мощных устройствах при меняют мощные генераторные и модуляторные пампы. В каскадах усиления мощности электронные лампы обычно включаются с об щим катодом, так как при этом усиление получается наиболь шим, а транзисторы. - главным образом с общей базой или общим эмиттером,
Однотактный каскад усиления мощности на триоде
Так как в усилителях низкой частоты допустимый уровень высших гармоник ограничивается небольшими значениями (5*10%), то режим А широко используется, в частности, во всех одно тактных каскадах, для которых он вообще является единствен но возможным режимом работы.
Нелинейные искажения в режиме Б , несмотря на то, что они в идеале определяются только четными гармониками,очень
велики. Так, |
только для второй гармоники они |
составляют 42% |
|||
( K s = -j2® |
), |
поэтому использование этого |
режима возмож |
||
но в специальных двухтактных схемах, где четные гармоники |
|||||
устраняются. |
|
|
|
|
|
Для определения наивыгоднейших параметров каскада уси |
|||||
ления мощности при |
работе в режиме А |
воспользуемая семейст |
|||
вом выходных статических |
характеристик |
тр о д а |
( р с .4 . 9 ) . |
||
Прежде всего |
нас долина |
интересовать величина |
нагрузочного |
сопротивления,пересчитанного в анодную цепь лампы, от вели чины которого зависят отдаваемая колебательная мощность, к .п .д ., нелинейные искажения и другие показатели.
Определим величину нагрузочного сопротивления, при ко
тором мощность, отдаваемая лампой, |
максимальна. Допустим, |
|||
спряжение анодного |
питания |
задано |
Е (оно же в |
нашем случае |
является напряжением рабочей |
точки |
покоя, так как |
будем по |
|
лагать r ( s о |
), |
|
|
|
- 201 -
Тогда для получения максимальной мощности можно варьи ровать напряжение возбуждения Ц,щи сопротивление R-0 .
Ограничим рабочую область статических характеристик таким образом, чтобы мощность Pfi , потребляемая каска
дом от источника питания', не превосходила допустимую мощность
лампы р |
, |
которая |
на схеме изображена |
пунктиром, а также |
|||
она должна |
лежать правее |
характеристики, |
соответствующей |
||||
смещению |
17,= |
0, так |
как |
работа каскада происходит без се |
|||
точных токов. |
Кроме |
того, |
режим следует |
выбрать |
так,чтобы |
||
не -заходить в область искривленных характеристик. |
Горизон |
тальная прямая I ^ отсекает искривленный участок ха рактеристик, лежащий ниже ее.
Рабочая точка располагается на вертикальной прямой, проходящей через-точку Ua 0 ^ , которая является динамической характеристикой по постоянному току. Динамичещкая характеристика по переменному току проходит под некотсн рым углом jb C c t g jb =& £*)через рабочую точку. Наиболее
-ч 202 -
подлое использование лампы будет в той случае, когда нагру зочная прямая переменного тока делится1точкой покоя пополам..
При указанных уоповаях найдем сопротивление при котором неискаженная колебательная; мощность будет максималь
ной.
В режиме А f форма выходного сигнала мало отличается от формы сигнала на входе* Поэтому форма переменных состав ляющих выходного напряжения и тока при синусоидальном еигна-' ле будет близка к синусоиде. Следовательно, колебательную мощность, отдаваемую в нагрузку , и постоянную со ставляющую (среднее значение) в рабочем режиме можно счи тать равными
!Р |
a a m a m |
• |
I ~ |
> |
Из рис. 4.9 следует |
,что |
|
|
р |
а ^ а т |
^ агп |
, |
я * ~ г г ~ |
~ г— |
' |
|
|
am |
a m |
|
1 « a m ’
=u%u |
|
+u |
|
||
a0 . a . |
a4 |
|
oLtn |
|
|
Исключая из трех |
последних уравнений Цam |
||||
решая результат относительно |
I |
найдем |
|||
Uа о - Uо-' |
|
а т |
|
||
|
|
|
|||
a m ’ 2R ; - |
R, |
|
|
(4.21)
(4.22)
(4.23)
(4.24)
U
(4.25)
|
|
- 203 - |
|
Учитывая последнее |
выражение и зависимость |
||
иа т = 1а т В а » |
вол?’ш |
ню дебете льнув мощность |
|
|
11, |
- U |
|
р - |
со |
У К |
|
2 4 |
|
||
к |
а |
(*.26) |
|
Вводя обозначения |
а =*> я делая |
несложные преобразо |
|
вания, найдем |
|
i |
|
Р |
(Uao - Ua )& |
|
|
^ |
2R. |
|
(4 .2 6 S |
|
|
|
Продифференцировав второй сомножитель пос педнего выране ния по <х и приравняв результат щгла, найдем оптимальное
отношение сопротивления R.Q к Rj_ , при которой отдава емая мощность максимальна,
А < л т Ь г > |
в |
1 - - & |
|
|
О, |
О , |
|
|
|
|
|
откуда о о п т = g . |
|
|
|
Таким образом, |
при полном использовании т р э д а , ра |
||
ботающего в режиме А |
без сеточных токов, наибольшая ксл^~ |
бательная мощность отдается 1гагрузкеПпри~^сопротивлений послед ней R ttT равному удвоенному значению внутреннего сопротив ления триода.
Подставляя в (4,26): |
a R L |
.находим |
Р |
( Ц« ' - K |
f . |
т а ос. |
i e R t |
|
Эго выражение показывает, что для получения большей колеба тельной мощности следует применять низкоомяые триоды и новым
шать аводное напряжение. |
|
|
|
В качестве тр о д а , предназначенного для |
мощных каскаде^, |
можно указать т р о д типа 6С4С с парметрми |
- А ; S * 5 ивД |
|
и |
R. = 800 ом, |
|
V
- 204
Повышение анодного напряжения ограничено главным обра
зом мощностью рассеяния на аноде F’0= U(l0I fl0 |
, |
|
которая |
||||||||
не должна превышать допустимого значения |
^аоп . |
, |
а также; |
||||||||
величиной допустимого-анодного |
напряжения Ua gon |
|
, |
которое |
|||||||
должно быть всегда |
больше |
l TmoLOC= Uao+ UQm |
|
|
|
|
|||||
Найдем зависимость к .п .д . |
каскада |
Ц от |
a |
, |
работающе |
||||||
го в режиме А . |
|
|
|
Uttrn o1-m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Р |
“ 2 |
7 j |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a P i ao |
|
|
|
|
|
|
|
Имея в виду соотношения (4.21) и (4 .25), |
а |
также считав |
|||||||||
для упрощения |
I am |
I.а с |
|
понучим |
|
|
|
|
|||
ц = <Uae' i U R a |
Цao |
К - |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
olT |
|
2, |
+ о |
|
|
|
|
* Dao <!!V |
V |
|
“-"ao |
|
|
|
(4.27) |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Отсюда следует, что -к.гьд, каскада |
усиления |
мощности |
|||||||||
с триодом в режиме Д |
растет с увеличением отношения, нагруз |
||||||||||
ки к внутреннему сопротивлению лампы, не превосходя 0,5. |
|||||||||||
Пр Rp.-SRj, |
|
к .п .д . |
не превышает 25%. |
|
|
|
|
||||
На рис. (4.10а) прведены зависимости отдаваемой трио |
|||||||||||
дом в режиме А |
мощности, |
к .п .д , и коэффициента |
нелинейных |
||||||||
искажений. Из этих зависимостей следует, что |
|
|
следует |
||||||||
брать порядка (2+3 ) f |
или выше, если это допустимо с |
||||||||||
позиции отдаваемой мощности. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Расчет каскада усиления |
мощности |
начинается |
с |
выбора |
лампы, ..эдходящей по отдаваемой мощности. Но так как часть
мощности |
, отдаваемой лампой, расходуется в активных |
|||||
сопротивлениях |
трансформатора V. |
и г а |
то эту |
мощность |
||
|
|
|
i |
а |
||
находят по необходимой мощности в |
нагрузке |
Р, |
и к .п .д . |
|||
трансформатора |
!| tn p |
» |
.0 . |
|
|
|
|
р |
- |
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
’т р
(4.28''
- 205 -
Необходимый триод можно выбирать по приближенному соотноше нию
|
*а0оп |
3 ,5 тв ] |
||
Напряжение на |
аноде |
Ua o |
выбирают из соотношения |
|
|
|
Ua o - « ^ * ® . * > Ua 8o n , |
||
где |
доп |
~ максималън0допустимое напряжение для |
||
|
|
взятой |
лампы. |
Ток покоя определяют по формуле
Т< 0 ,» + 0 ,9 )Р адоп
0.0= — :-------------------------*
Особенности однотактного каскада усиления мощности на экранированной лампе
Основное отличие экранированной лампы от триода заклкы чается в форме статических характеристик. 'J экранированных ламп такие параметры,как ju и , по величине значи тельно больше, чем у триодов с равной крутизной. Вследствие указанных причин режим экранированных ламп (лучевых тетро дов и пентодов) отличается от режима работы триода.
Нелинейность характеристики при малых анодных наяряже-i киях, а также непостоянство статического коэффициента усиле ния ju пентода (лучевого тетрода) при различных напряже ниях на управляющей сетке могут вызвать значительные нели нейные искажения. Это является основным недостатком экрани-; роЕанной лампы при ее использовании в усилителях мощности.
Экранированные лампы при малых сопротивлениях нагрузки] дают нелинейные искажения в основном по второй гармонике
у анодного тока так же, ,как и /триоды при любых сопротивдени-i
- 206 -
а)
:<*)
Рис.4 .10
- 207
ях . В отличие от триода у них сильно выражена третья гар моника. (рис. 4.106).
Характерной особенностью пентодов (тетродов) является наличие минимума нелинейных искажений при определенном на
грузочном сопротивлении |
, Это сопротивление |
обычно |
принимается за оптимальное, так как при этом отдаваемая |
||
мощность и к .п .д . близки к максимальным величинам. |
Оптималь}- |
|
ное значение сопротивления |
нагрузки *К-а о л т для |
каскадов: |
усиления мощности с экранированной лампой, работающей в режи ме А , находится в пределах (0 ,0 5 t0 ,I5 ) R ^ .
Положительной особенностью экранированной лампы в каскадах усиления мощности по сравнению с триодом является более высокий коэффициент использования анодного напряжения ф * .Н ш п . , следовательно, и более высокий к .п .д .
Другим преимуществом экранированной лампы является бо лее высокая чувствительность. Она определяется коэффициен- ; том чувствительности S p , который определяется как
отношение колебательной мощности Р к квадрату амшштудно» : го значения входного напряжения,т.е.
S
р |
и * |
(4.29) |
|
cm |
|
Для получения определенной колебательной мощности в |
||
случае экранированной лампы требуется значительно меньшее |
||
напряжение возбуждения UCJT| |
,чем при использовании триода 4 |
Каскад усиления мощности на транзисторе
Принципиальная схема однотактного выходного каскада усиления мощности, работающего в режиме А ,
- 208 -
представлена на рис.4. 11.
Анаша и расчет подобных схем, так же как и ламповых, производится графоаналитический методом с использованием вы4 ходных статических характеристик транзистора (ри с.4 Л 2).
Исходное рабочее напряжение на коннекторе UK0 не должно быть боаее 50$ предельно допустимой величины для данного типа транзистора. Это объясняется тем, что при трансформа торном выходе напряжение на коннекторе может превышать на пряжение источника питания примерно в два раза. ОШчно исход ное рабочее напряжение выбирают из соотношения
U (0,3 ♦ 0,4) о
КО
(4 .2 ^
При выбранном режим работы типа А рабочая область характеристики (рис. 4.12) ограничена: слева - вертикальной
нишей остаточного напряжения |
UQCm » отсекающей изги |
|
бы статических характеристик; |
снизу - горизонтальной прямой |
|
i, к = т кттп,-п |
, отсекающей нелинейную область малых токов |
- 209 -
коллектора'* справа и сверху - штрих пунктирной линией, ко торая характеризует величину допустимой мощности рассеяния на коллекторе.
|
Вследствие |
|
того, |
что |
Uocrri |
обычно не превышает |
|
||||
0,5-1 |
в * а I |
|
. |
бывает порядна |
не больше десятых еди- |
||||||
|
|
'ЮЗ^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ниц миллиампер, при расчете ими иногда пренебрегают. |
|
||||||||||
|
Допустимую мощность рассеяния |
на коллекторе Г 2 |
J |
||||||||
можно определить |
то формуле |
|
|
|
|
|
|||||
|
р |
|
t ° |
|
|
- t ° |
s |
|
|
|
|
|
|
к m a x |
|
|
’ |
|
|
||||
|
к Зоп “ |
|
|
|
" |
|
|
||||
|
о. |
|
R кп |
|
R КС |
|
|
(4.30) |
|||
где |
|
|
“ |
максимально |
допустимая |
температура |
|||||
^ к т а а с |
|||||||||||
|
■ О |
|
|
|
коллекторного перехода, |
°С ; |
|
||||
|
|
|
- |
температура |
окружающей среды^ |
“0 ; |
|||||
|
Ь’с |
|
|
||||||||
|
R |
|
|
- |
тепловое |
сопротивление транзистора |
|||||
|
кп |
|
|
между коллекторным переходом и кор- |
.цу^м^шражаюи0_еся_„охаошежем___