книги из ГПНТБ / Любивый В.И. Усилительные устройства учеб. пособие
.pdf. - 220 -
схемы. Следовательно, можно считать, что на одну половину первичной обмотки работает как бы один усилительный элемент в течение всего периода бигнала. При таком подходе расчеты можно производить для половины периода сигнала по семейству статических характеристик одного усилительного элемента и по лучить результаты расчета-для всего каскада за период.
При прямолинейных статических выходных характеристиках
(р и сЛ .16.) усилительного элемента, (триода) |
одного плеча и |
|||
синусоидальном входном |
сигнале создается |
амплитуда тока I |
CJFI |
|
17 |
первичной обмотке |
♦ |
|
|
и напряжения Ua m на |
трансформатора. |
|
||
В данном случае амплитуда |
тока |
I am равна |
сумме амплитуд |
|
первых гармоник выходного |
тока |
двух плеч-, |
работающих в |
ре |
жиме В . Последнее следует из |
разложения в ряд Фурье |
пояо- |
||
ьдн косинусоид с амплитуд.3 I a m . |
Ряд Фурье для нашего |
|
случая |
имеет вид |
|
v |
W s r * i ; coswb + ^ |
c o s a w i + - V |
Из ряда разложения следует, что постоянная составляющая (среднее значение) тока одного плеча будет
- 221 -
a m |
(4.40) |
|
I c P “ * |
||
|
а двух плеч, отбирающих от источника питания ток,равна 21ср
Мощность |
|
Р |
|
, отдаваемая усилительными элементами,. |
||
и мощность |
р |
|
, отбираемая от источника питания лампа4 |
|||
ми за весь период, будут равны: |
|
|||||
р _ |
|
LW |
• |
|
||
|
~ |
|
2 |
|
21 |
' |
|
|
«2.1 |
|
F. * |
||
ao |
|
|
am. |
|||
|
cp'-a |
•9Г |
||||
|
|
|
|
|
||
Отсюда к .п .д . выходной цепи |
|
|
||||
|
|
Р |
_ 34L |
|
(4.41) |
|
|
’В Р0 |
|
||||
|
|
|
|
|||
где |
|
Ua m |
|
- коэффициент использования лампы по |
||
|
Uа о |
|
||||
|
|
|
напряжению. |
|||
Из последнего соотношения следует, что увеличение по лезной мощности при выбранной лампе достигается путем уве личения коэффициента использования анодного напряжения.
Улучшить этот коэффициент можно за счет повышения напряже ния питания Е 0 до максимально допустимого для выбран
ных ламп, а также за счет уменьшения минимального напряжений |
||
анодов U___ . |
|
|
а.тпчг |
U |
можно полу- |
Существенное снижение величины |
||
|
cxmm |
|
чить путем увеличения амплитуды сеточного напряжения с захо-» дом в область сеточных токов. При этом значительный выигрыш можно получить при использовании триодов. Главную опасность в пентодах представляет ток экранной сетки. Эта опасность обусловлена тем, что потенциал экранной сетки все время оста ется высоким, а мощность, рассеиваемая на экране
^ Р ^ с р - ^ э. с р ^ э о ) ’
- 222 -
может превысить допустимую МОЩНОСТЬ |
Рэ доп • |
|
Максимальный коэффициент полезного действия режима Б |
||
при ^ со ст а в л я ет |
78,0/5). Однако практически коэффициент испол(ь- |
|
I зования анодного |
напряжения доходит |
до 0 ,7 5 -0 * 9 , при этом |
к .п .д . получается 60-70JS.
Мощность, рассеивающаяся на анодах памп, определяется
выражением |
|
2 Р а |
Р - Р |
О |
откуда
рА&—а р а
4Л
или максимально допустимая полезная мощность, которая может быть получена от каскада
Р |
- |
^ . |
o n |
„ |
|
(4.42) |
|
т а ас |
|
га |
оon |
||||
|
|
" ь |
|
|
|
|
|
Наибольшая мощность рассеивается на выходном электроде |
|||||||
усилительного элемента |
при £ = |
0 ,6 3 7 , |
При этом к .п .д . |
выход |
|||
ной цепи составляет 0 ,5 . |
На рис. 4 .1 7 |
представлена зависи |
|||||
мость мощностей |
|
Р а |
и к .п .д . |
от амплитуды |
вхо^ |
||
вого сигнала. |
|
|
|
|
|
|
|
- 223 -
Подробный анализ показывает, что максимальная полезная
мощность, которую можно получить на одну лампу в двухтактном каскаде, в среднем в два-три раза больше полезной мощности,
получаемой в однотактном каскаде |
в классе А |
. |
Сопротивление нагрузки |
для одной |
пампы нахо |
дим' графически из рис. 4.16.' Нагрузочную линию проводим тан
ким образом, чтобы |
имело максимальное |
значение |
при |
до |
|
пустимом уровне нелинейных искакений. |
|
|
|
|
|
Имея в виду, что сопротивление |
возникает |
в виде |
|||
входного сопротивления |
трансформатора |
и з-за |
протекания |
тока |
|
нагрузки через вторичную обмотку и сопротивление нагрузки,
находим коэффициент трансформации для одного плеча первичной обмотки
n / « 2п |
(4.43) |
Следует иметь в виду, что режиму В |
свойственны боль-, |
шие нелинейные искажения, которые вызваны главным образом использованием нижней наиболее нелинейной части ламповых характеристик. Кроме того, импульсный характер анодного то ка может вызвать появление в схеме переходных процессов,
увеличивающих искажения усиливаемых сигналов. Последние обыч
но невелики и проявляются только |
на высших частотах. |
||
В |
симметричной двухтактной |
схеме |
с выходным трансформа-f |
тором, |
работающей в режиме В • |
при |
прохождении э . д .с . |
сигнала через нулевое значение магнитный!поток в сердечнике трансформатора отсутствует, нагрузочная прямая плеча прохо
дит |
не через точку |
лркоя, а через точку Ua o на горизонталь |
ной |
оси семейства |
статических выходных характеристик. |
Для уменьшения нелинейных искажений в каскадах усиления мощности применяется отрицательная обратная связь, которая одновременно уменьшает влияние асимметрии плеч.
Питание сеточных и экранных цепей двухтактных каскадов при работе в режиме В имеет свои особенности. Автоматичес кое катодное смещение весьма нежелательно, так как с изменен нием амплитуды входного напряжения происходят изменения
- 224
среднего анодного тс^а, а следовательно, и напряжения сме щения. 0 как следствие увеличиваются нелинейные искажения. Отрицательное смещение на управляющую сетку желательно по давать от отдельного источника. В случае же применения ав
томатического смещения значение R K |
находят, поделив нуж |
|||
ное смещение II |
на средний |
ток в катодном провода при |
||
максимальном расчетном сигнале |
, т .е . |
|||
|
р |
U c o |
• |
|
|
к к = - — |
|
||
|
|
к с р |
t шунтирующего |
|
Необходимую емкость конденсатора |
||||
можно рассчитать по допустимым частотным искажениям на низшей рабочей частоте. Обычно М .^ задаются порядка 1,01-1,03. Питание экранирующей сетки через гасящее сопротивление Яэ недопустимо. Чтобы обеспечить независимость напряжения ш . экранной сетке U30 от среднего экранного тока, который ме няется в широких пределах под воздействием изменяющейся ампвитуды входного сигнала, необходимо небольшое внутреннее сопротивление источника питания экранной цепи. Обычно пита-, ние на экранную сетку подается от отдельного источника или от источника питания анодной цепи, если это допускается пре+ дельным режимом работы экранирующей сетки.
При расчете двухтактных каскадов на транзисторах ,рабо+
тающих в режиме В |
, следует иметь в виду следующее: |
||
1. |
Ввиду незначительного минимального напряжения UKmi|j |
||
(остаточного) у транзисторов (см. рис,4.12) максималь |
|||
ная амплитуда переменной составляющей U. |
выходного напря+ |
||
жения почти равна напряжению питания UKO |
Е к |
||
2 . |
Напряжение питания транзисторов Е к |
желательно |
|
брать более высоким, |
но не выше 0,4-0,45 максимально допус |
||
тимого напряжения между выходными электродами выбранного |
|||
способа |
включения. |
|
|
3. |
Для уменьшения нелинейных искажений |
при слабых сигна-f- |
|
нах (за счет,изгиба нижней части сквозной динамической ха рактеристики) в каскадах, работающих в режиме В с изменякйщимися амплитудами сигнала, на базу относительно эмиттера , подают небольшое отрицательное напряжение порядка (0 ,I+ 0 ,2 )i
- 225 -
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 . Основные особенности работы усидитевей мощности,
2 . Назвать возможные режимы работы усилителей мощности и их особенности.
3. Какого типа усилительные приборы, работающие в усиди-* тенях мощности, способны обеспечить лучшие качественные по казатели и почему?
К. Как влияет выбор коэффициента нагрузки лампы на ве личину полезной мощности?
5 . Что такое коэффициент использования анодного напря жения, от чего он зависит и в каких пределах может изменять-, ся?
6 . Чему равен максимальный к .п .д . анодной цепи лампы
в режиме А |
без учета нелинейности характеристик? |
||
|
7. Назвать особенности однотактного каскада усиления |
||
мощности на экранированной лампе. |
|
||
|
8. Как изменится величина полезной мощности на выходе |
||
усилителя, |
если при работе его в режиме А |
амплитуда сигна^ |
|
да |
на входе |
удвоилась, оставаясь в пределах |
линейного участ-^ |
ка |
характеристики? |
|
|
9. На сколько процентов необходимо поднять напряжение н, аноде лампы, чтобы сохранить неизменной величину полезной
мощности при увеличении |
|
« |
с 2 |
до 4? |
|
|
10. |
Построить зависимость полезной мощности от R.H для |
|||||
лампы 6П14П, если' Е а = 300 в , |
U£ = » ? |
в и (г = 0 ,1 . |
||||
11. Из каких соображений определяется сопротивление анод-t |
||||||
ной нагрузки пентода и лучевого тетрода? |
|
|||||
12. |
Как определить |
R-^ д л .. получения |
наибольшей полез |
|||
ной мощности? Как следует изменить |
, чтобы получить ми4 |
|||||
нимальные нелинейные искажения? |
|
|
||||
13. Определить входное сопротивление транзисторного кас- |
||||||
када переменному току, |
если |
Rt |
* 8 кок, |
R„=* 4 ком и |
||
14. |
^00 0м* |
|
более |
высокий |
к .п .д . транзистора по |
|
Чем объясняется |
||||||
сравнению с электронными |
лампами? |
|
||||
-226 -
15.Построить зависимость выходной мощности от сопро тивления нагрузки цепи коллектора для выходного трансформа
торного каскада с ОЭ на транзисторе П202, если Е ^ = 15в, Рк= 5 вт.
16.В чем состоят основные преимущества двухтактного каскада по сравнению с однотактным?
17.Почему в двухтактном каекаде снижаются нелинейные искажения по сравнению с однотактным при том же режиме ра боты лампы?
18.Как влияет асимметрия двухтактного усилителя на его качественные показатели и каким образом можно ее умень шить?
19.Поясните физически работу двухтактного усилителя в режиме JB .
20. В чем состоят основные преимущества двухтактной схемы,работающей в режиме А , по сравнению с аналогичной,
работающей в режиме В .
2 1 . Каким образом можно улучшить коэффициент полезного действия выходной цепи двухтактного каск да?
22.Из каких соображений определяется максимально до пустимая полезная мощность?
23.Особенности питания сеточных и званных цепей двух тактных каскадов при работе в режиме В .
24-. Определить, при каких условиях мощность, выделяема» на выходном электроде усилительного элемента, имеет макси мальную величину?
25. Какие преимущества дает работа лампы в режиме с точ ками сетки?
•26. Особенности расчета двухтактных каскадов на транзи сторах.
§4.4. ФАЗОИНВЕРСШЕ КАСКАДЫ
Часто возникает необходимость преобразования однофаз ного сигнала в двухфазный. Для этого применяют каскады,имекЬ
щие несимметричный вход и симметричный выход (рис.4 .18,4 .19, 4 .2 0 ), которые косят название фазоинверсных,иногда их
- 227
называю? просто инверсными. Их используют для перехода от однотактных схем к двухтактном в качестве оконечных каскадо^, работающих на симметричную нагрузку, например, для отклоне ния луча в электронно-лучевых трубках и во многих других случаях. Сравнительно легко можно осуществить передачу на пряжения сигнала с выхода однотактного каскада на вход двух-t тактного с помощью трансформатора с : асимметричной первичной обмоткой. Однако применение трансформаторов ,в усилителях не всегда нецелесообразно, особенно при работе в относитель-*
но широком диапазоне частот, когда вес и размеры трансформа-+ торов существенно возрастают и усложняется их конструкция.
В качестве фазоинверсных саскадов усиления напряжения часто используют реостатные схемы.
Фазоинвепсныз каскады, главным образом реостатные,на ходят применение как в усилителях гармонических, так и импульсных сигналов. Реостатные фазоинверсные каскады прос ты в конструктивном оформлении, обладают небольшими частот ными искажениями, хорошей симметричность» выхода в относи тельно широком диапазоне частот. Поэтому они широко применя
ются,особенно в усилителях широкого диапазона частот (им пульсных}.
- 228
Существует много видов реостатных фазоинверсных усили тельных схем. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся схемы:) каскад с разделенной нагрузкой и каскад с катодной (эмиттерной) связью.
- 229 -
Каскад с разделенной нагрузкой
Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой (си.рис..4.18) представляет собой реостатный каскад с раздел^,
ним анодный сопротивлением нагрузки на две равные части |
|
|
||||||||
R a = R K |
|
, включенные в анодную и катодную цепи |
панпы. |
|
|
|||||
Кроме того, схема содержит по два разделительных конденса |
|
|||||||||
тора |
Сс |
и сопротивления Rc , |
а также паразитные |
емкости |
|
|
||||
С п . = е |
|
|
. |
При соблюдении |
равенств |
R |
=*£t |
, |
|
|
Сс = с |
и |
С |
р с |
выходные напряжения сигнала U6bl3C1 и |
|
_ |
||||
одинаковы и |
имеют противофазную полярность |
относительно |
|
|
||||||
земли. Для упрощения дальнейшего изложения обозначим общую |
' |
|||||||||
нагрузку |
анодной цепи через |
Z ^ |
и катодную |
. |
|
|
||||
|
В каскаде имеет место отрицательная обратная связь |
|
|
|||||||
по току для анодного плеча (верхнего) и по напряжению для |
|
|||||||||
катодного (нижнего). Отрицательная обратная связь по току |
|
|||||||||
обусловлена |
наличием в катодной |
цепи общего сопротивления |
|
|||||||
%. Определим действие этой связи. Из схемы видно, что
откуда следует, что отрицательная обратная связь по току создает ослабляющее действие.
Для усилительного линейного каскада, как ранее установ лено, справедлив закон Ома, запись которого для нашего слу чая имеет вид.
■и
(4.чч)
I a ~ R Ь a
Внешним озбуждающим напряжением для рассматриваемого усилителя является U , а не U c ., Поэтому 1Тс исклю чим из последних двух выражешй. Найдем, что
(4.45)
I a -