книги из ГПНТБ / Любивый В.И. Усилительные устройства учеб. пособие
.pdf- 230 -
Последнее равенство показывает, что действие отрицатель ной обратной связи по току эквивалентно внесению в анодную цепь триода сопротивления <1+jit ) Z k .
Так как ток I является общим для анодной и катод ной цепей, то коэффициенты усиления по анодному и катодному
плечам соответственно |
равны: |
|
|
|||
Z |
I |
|
|
I z |
. |
|
а |
; |
К. « —^Ъ< |
|
|||
и |
|
к |
и |
|
|
|
Подставляя |
I <х |
в |
последние уравнения, получим |
|||
|
|
о. |
|
|
|
(4.46) |
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
v ” **,<х |
|
|
||
|
|
Z K |
|
|
|
(4.47) |
|
|
|
|
|
|
|
Из (4.48) |
и (4.47) |
видно, что коэффициент усиления |
||||
напряжения на каждое плечо каскада |
с |
разделенной нагрузкой ; |
||||
всегда меньше единицы и стремится, |
к |
ней при |
||||
u Z ,n » I l- |
+ 2 1 + 2 1 . Следовательно, |
усиление каскада на оба |
||||
плеча не больше двух, что является одним из недостатков дан* ной схемы.
С точки зрения повышения коэффициента усиления жела
тельно сопротивления |
Za = Z K |
брать больше. Однако увепиче- ; |
ние сопротивления Z 0 |
ведет |
к увеличению выходного сопро |
тивления со стороны анодного выхода, что видно из соотноше ния, определяющего его,
"Ч |
[Ri<» ( i * j u ) Z Kl Z tt |
Z |
(4.48) |
Со стороны катодного выхода его выходное сопротивление не велико и аналогично выходному сопротивлению катодного
- 231 -
повт орите ЛГ;.
По причине большого выгодного сопротивления на зажи мах анодного выхода схема весьма чувствительна к изменениям величины нагрузки на анодном выходе. Поэтому незначительная ассиметрия в емкостях, нагружающих оба плеча каскада, вызы вает значительную асимметрию выходных напряжений.
В транзисторном каскаде с разделенной нагрузкой для
получения |
симметричного выхода сопротив/юние R будет меньше |
|
Я ^ ,т а к |
как ток 1Э> 1 К |
(ом. рис. 4.19), |
Для уравнивания выходных сопротивлений на эмиттерном |
||
выходе полезно добавлять |
сопротивление |
|
Фазоинверсный каскад о катодной (змиттерной) связью
iia |
рис. 4 |
.20 изображена схема фазоинверсного каскада |
с катодной связью. |
||
В |
анодные |
цепи ламп включены сопротивления R.^. и |
с которых снимаются, обычно через разделительные конденсато
ры, выходные |
напряжения |
Ugfc|oc |
и Ug |
• |
|
|
В |
общий катодный |
провод |
л ам г,Л 1 |
жА а |
включено сопре- |
|
тивдение |
R K |
, которое |
создает |
отрицательную |
обратную связь |
|
по току для левой лампы (левого плеча). Правая лампа по от
ношению к |
А |
включена |
с общей сеткой и ее малое входное |
|||
сопротивление |
|
__ |
общим для обо |
|||
шунтирует |
К. к , которое,будучи |
|||||
их плеч каскада,является элементом связи. |
|
|
||||
|
Входное |
напряжение |
U 'подается между |
сеткой первой |
||
лампа |
и |
землей. Его |
воздействие вызывает |
на |
сопротив |
|
лении |
нг ряжение UK совпадающее по фазе с |
входным. |
||||
Это напряжение' в .противофазе прокладывается между сеткой и катодом лампы второго-(правого) плеча. Оно является'его на пряжением возбуждения. Таким образом, лампы управляются напряжениями, сдвинутыми по фазе на 180°, поэтому выходные
напряжения и ^ ^ и 1^ыж |
также противофазны. При |
соответст |
вующем подборе элементов |
схемы и ее режима можно |
обеспечи'ть |
t 232 |
- |
|
i |
|
|
равенство выходных напряжений. |
|
|
Часть катодного сопротивления |
Як служит для созда |
|
ния нужного смещения на сетках |
ламп. |
1 |
Основными достоинствами схемы с катодной связью явля
ются:
- выходное напряжение, почти в два раза большее по сравнению с каскадом с разделенной нагрузкой;
-хорошая частотнофазовая и переходная характеристики;
-малая чувствительность к пульсациям питающих напря
жений;
-небольшой коэффициент нелинейных искажений;
-возможность введения высокочастотной и низкочастот
ной коррекций. |
, : |
Н недостаткам каскада |
относятся: |
-схема дает меньший коэффициент усиления по сравнению!
собычным реостатным каскадом (почти вдвое);
-необходимость использования двух усилительных элемент
тов;
-отсутствие полной симметрии плеч i j средних часто тах при равенстве сопротивлений нагрузки Ra i =»Ka обоих плеч,
Несимметрия плеч устраняется выбором сопротивления
меньшим по величине,; Чем |
» |
.* |
. |
В фазоинверсном каскаде с катодной связью можно исполь; |
|||
зозать трехэлектродные лампы, экранированные лампы,транзис |
|||
торы.Эти каскады применяют в качестве |
|
оконечных каскадов |
|
для работы на симметрчную нагрузку, например, электронно |
|||
лучевую трубку с симметричной системой |
электростатического |
||
отклонения , а также для перехода от схемы с несимметричным; выходом к схеме с симметричным входом.
Работа схемы на транзисторе аналогична ламповой. Подробный анализ схем на транзисторе и лампе дается
во многих учебниках. |
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ |
|
I . |
Области применения фазоинверсных каскадов |
и их до |
стоинства . |
|
! |
-233 -
i2 . Определить зависимость тока яри отрицательной обрат ной связи по току в каскаде с разделенной нагрузкой от napatИетров схемы.
3 . Определить коэффициенты усиления по катодному и анодн
ному плечу от параметров схемы.
!" 4 . Дать оценку выходным сопротивлениям каскада с раз
деленной нагрузкой по анодному и катодному выходу.
3 . Недостатки фазоинверсной схемы с разделенной нагруз
кой.
6 . Объяснить работу фазоинверсной схемы с катодной связью.
7 . Достоинства и недостатки фазоинверсной схемы „б-катод-; ной связью, а также области ее применения.
§ 4.5. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Основные свойства и особенности усилителей постоянного , тока
Под усилителями постоянного тока или усилителями мед ленно изменяющихся токов и напряжений понимают усилители, которые обладают способностью усиливать весьма медленные колебания, в том числе и "нулевой частоты” . Особенностью их является то, что коэффициент усиления при уменьшении часяп-
ты сигнала до нуля остается таким же,как и на средних часто-*
тах (рис.4.21)
И
б |
__________ |
/ |
|
|
234 -
Низшая частота |
усиливаемого диапазона 1 н |
у усилите |
лей постоянного тока |
равна нули, высшая частота |
опредег- |
ляется его назначением,кап и у усилителей переменного тока.
Усиление постоянного тока и напряжения можно осущест вить двумя принципиально различными методами: усиление не посредственно по постоянному току и усиление с предваритель ным преобразованием постоянного тока в переменный. Усилите ли, основанные на первом принципе, будем называть усилителя ми постоянного тока прямого усиления. Усилители же, основан ные на втором принципе,-усилителями постоянного тока с пре образованием.
Особенностью схем усилителей постоянного тока прямого усиления является невозможность использования реактивных элементов (конденсаторов и • траксфорааторов)для связи усили тельного элемента с его нагрузкой. В них применяется галь ваническая связь,осуществляемая посредством каких-либо эле ментов, обладающих проводимостью для сколь угодно медленных изменений тока.
Отсутствие реактивных элементов связи приводит к тому* что через усилительный тракт в одинаковой степени проходят ' помехи (ложные сигналы) от весьма-низких частот, близких к нулю, до частот, при которых начинают сказываться влияния междуэлектроднылемкостей ламп и емкостей монтажа.
Благодаря этому усилители отличаются высоким уровнем помех типа нестабильности (дрейфа ) нулевого положения выход ного тока или напряжения (рис.4.,22), обусловленной изменени ем питающих напряжений,старением элементов схемы, изменением температуры и другими причинами. Зто явление называется дрей фом нуля. Отмеченный вид помех снижает чувствительность усит лителя, особенно при длительной непрерывной работе.
Непосредственное соединение выходной цепи предыдущего каскада с входной следующего приводит к тому, что постоян ная составляющая выходного напряжения одного каскада оказы вается приложенной к входной цепи соседнего. Это вызывает необходимость применения устройств,способных осуществить компенсацию этих постоянных составляющих, что усложняет усилитель.
-23b -
Вусилителях постоянного тока с преобразованием уси ливаемый сигнал, обладающий спектром от 0 до Jfi, с помощью ■
модулятора |
и генератора,имеющего частоту со » £ 2 , |
преобра |
зовывается |
в высокочастотные колебания со спектром |
сы> ± £2. |
затем подвергается усилению в усилителе переменного тока и далее демодулируется в демодуляторе,т.е. обращается в пер воначальную форму.
В таком устройстве нестабильность нулевого положения выходного напряжения или тока невелика, так как определяет ся главным образом только модулятором.Этот вид усилителей обладает большой чувствительностью по сравнению с усилителя ми постоянного тока прямого усиления, доходящей до оо-гых • долей микровольта. Однако в связи с их. конструктивной слож ностью они находят ограниченное применение.
Основные особенности в построении усилителей постоян ного тока ‘связаны’ с нецелесообразностью , а в случае усиле ния сигналов нулевой частоты щ близкой к ней-невозможностью применения разделительных и фильтрующих конденсаторов. В связи с отсутствием разделительных конденсаторов приходит ся усложнять схемы питания усилителей, что откосится глазным, образом к ламповым усилителям.Кроме того, наличие дрейфа нуля вынуждает в усилителях постоянного тока применять ряд
специфических мер для его уменьшения, напрмер, использований
- 236
пониженных напряжений питания анода* накала, сеток; компен сацию дрейфа; построение усилителей по балансный схемам и т^д.
Построение схем |
усилителей постоянного тока |
прямого усиления |
|
Рассмотрим принцип |
построения схем усилителей достоян-» |
кого тока с точки зрения |
ыежкаскадных связей, а также в свя-* |
зи с этим осуществление питания анодных и сеточных црпей. , |
|
По способу меккаскадных связей усилители постоянного тока |
|
прямого усиления можно разбить на две группы; усилители о прямой (непосредственной), меккаскадной связью и потенцио метрической!.
На рис.. 4.23 изображена простейшая схема усилителя с непосредственной связью между каскадами.
Непосредственная связь между каскадами характеризуется, прямым соединением анода (рис.4.23) или катода (рис.4.24) лампы A t предыдущего каскада с сеткой лампы А 2 последую щего каскада. В данном случае связь осуществлена через компен
сационную батарею Е к |
, которая |
служит для компенсации |
|
высокого положительного напряжения, |
существующего между |
■ |
|
- 237 -
анодом и катодом первой пампы и создания между сеткой и ка тодом второй пампы нужного напряжения (обычно отрицательно го смещения).
|
Компенсационный источник |
Е к |
выбирают из соотноше-j |
ния |
|
|
|
где |
Uc o a - необходимое напряжение |
смещения на сетке второй |
|
лампы, обеспечивающее нормальный режим работы каскада -усидщ теля. Для компенсации постоянного напряжения на выходе усили теля Ua 0 g, , которое имеет место и когда сигнал отсутствуй ет, включают компенсационный источник в разрыв провода, сое-) диняющий анод с нагрузкой.Величина напряжения компеноацион-1
ного источника |
подбирается так, |
чтобы полностью ком |
пенсировать напряжение на аноде второй |
лампы ^ а о а * |
|
должно выполняться |
равенство |
|
Существенным недостатком схемы (см .рис.4.23) являет ся необходимость использования большого числа независимых высоковольтных источников питания, что делает ее во многих случаях практически неприемлемой, особенно при многокаскадном усилителе". __ ’
- 238 -
|
.Число |
источников |
| питания усилителя можно умень |
||||
шить до одного, применив общий делитель напряжения в цепи |
|||||||
питания |
( р с .4 .2 5 ) . |
Здесь каскады питаются от делителя |
на |
||||
пряжения |
R,1- r ll5 , |
присоединенного к |
общему источнику |
пита- |
|||
ния |
Е а * Сопротивления делителя выбираются так,чтобы |
напря |
|||||
жение |
на сопротивлении |
обеспечило необходимое смещени^• |
|||||
UCM |
на |
сетке первой лампы, падение напряжения на сумме со -' |
|||||
противления |
R2 + R 3 h Ra +B-4 + R5 соответственно дала |
нуж |
|||||
ное анодное |
питание для |
ламп А 1 и |
Л а , а падения напряже |
||||
ний |
на |
|
и |
создали бы необходимое компенсационное |
|||
напряжение в сеточной и выходной цепях второй лампы. Причем)
напряжение на И^^рлжно |
быть меньше l aoJ^ a i на величину |
|||
смещения на сетке второй |
пампы, а на |
Ug |
равно I ao2”R-aa - |
|
При |
выполнении последнего |
равенства |
напряжение на выходе |
|
пга |
отсутствии сигнала на |
входе будет равно |
нулю. |
|
Одним из недостатков схемы является отсутствие общего провода между входной и выходкой цепями.
Другим недостатком схемы является потребление, делите лем цепипитания сравнительно большой мощности. Последнее связано с тем, что сопротивление делителя приходится брать -
- 239 -
небольшим, чтобы выходные токи усилительных элементов,теку щие через делитель, не создавали на его сопротивлении замет ных напряжений паразитной обратной связи, которая может на рушить нормальную работу усилителя.
В транзисторных усилителях постоянного тока прямого усиления, благодаря малым рабочим напряжениям на электродах транзистора, возможна непосредственная прямая связь между каскадами без компенсационных источников напряжения. Одна из простейших схем такого вида изображена на рис.4.26.
Компенсация постоянной составляющей предыдущего транзистора осуществляется за счет подбора напряжения на Я ^ й ед у ю - щего транзистора та.:им образом, чтобы она удовлетворяла со отношению
|
U |
эг |
= U |
|
|
|
|
|
|
|
Э-1 |
|
|
9 |
|
|
|
где |
U31 - напряжение |
на |
, a |
UKi |
на |
транзисторе |
||
Т, |
коллектор - |
эмиттер |
предыдущего каскада, |
U* - напря |
||||
жение смещения базаэмиттер последующего каскада^ |
||||||||
Усилитель охвачен |
петлей |
обратной |
с!язй7"“кото |
|||||
рая |
осуществляет в основном стабилизацию |
точек покоя всех |
||||||