книги из ГПНТБ / Любивый В.И. Усилительные устройства учеб. пособие
.pdf- 240 -
каскадов. |
|
|
|
Делители |
Ug компенсируют постоянную составляющую |
||
напряжения между входными зажимами,К" |
- между выход |
||
ными, R ' Rl, - |
делитель смещения [первого каскада и'обратной |
||
[связи |
усилителя. |
|
|
|
Потенциометрическая связь между каскадами основана на |
||
том, |
что компенсирующее напряжение создается |
при помощи де |
|
лителя, одно из плеч которого непосредственно включено меж ду выходным и входным электродами соответствующих усилитель-* ных элементов. Усилители с такой связью могут питаться от двух последовательно соединенных источников или одного, имею щего дополнительный вывод.
На рис. 4.27 изображена схема усилителя с потенциомет рической связью._
Здесь источник |
Е & служит для |
питания |
анодных цепей каска |
дов, суммарное |
напряжение |
питает |
делитель связи, обес |
печивающий компенсацию положительного потенциала,поступающее го с анода предыдущей лампы на сетку следующей. Подбором со противлений R ^ и &с можно в каждом каскаде обеспечить необходимое смещение на сетке лампы следующего каскада. Для определения этих сопротивлений рассмотрим эквивалентную с?ч ну (р и с ..4.28) одного усилителя в статическом режиме.
- 241 -
Уравнения Кирхгофа для э.ой схемы будут;
( Ia 0 - Ii )Ra * I,<Rc 6 * R c > - Ea ‘ E e .
( 4 . 4 9 )
( 4 , 5 0 )
где UCQ - необходимое смещение на лампе последующего каскада;
R . |
- |
внутреннее |
сопротивление |
лампы постоянному току; |
|||||
t-O |
|
_ UДО |
|
|
|
. |
|
|
|
|
Т |
|
з |
V |
% |
* и е е |
|
||
|
|
ао |
р |
|
|
|
|
||
|
|
|
vi-0 |
|
|
|
|
|
|
Исключая из |
системы уравнений |
4.4S) |
и (4,50) |
и решая |
|||||
ее относительно |
R г |
и |
R |
, |
получим |
|
|||
|
|
|
Со |
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
» а о |
- |
Uco |
|
|
|
(4.51) |
( 4 .£ )
4 ' V V y a
- 242 -
При расчетах Rc |
и Rc | |
по формулам (4.49 |
и 4.50) каскада |
||
с сопротивлением |
R K |
(см.пунктир на схеме |
рис. 4.22) |
следу-, |
|
ет вместо Utt0 |
брать |
Uno * |
|
|
|
Коэффициент усиления каскада с потенциометрической |
|||||
связью будет всегда меньше |
при прочих равных условиях, |
чем |
|||
коэффициент усиления каскада с непосредственной связью. Коэфнфициент усиления каскада с непосредственной связью без образи ной связи в области нижних и средних частот определяется формулой
к. =
* R ,L * R а
У каскада с потенциометрической связью коэффициент усиления I в соответствии со схемой^изображенной на рис.4 .29, для облас*- ти нижних и средних частот будет
|
к , А . _ и» |
R |
аэ |
.(4.51 |
||
|
О |
Ч |
Ч |
- JO. |
|
|
|
|
и с |
|
|
||
где |
ТЭ |
„ |
* R c ) |
- сопротивление нагрузки |
пампьи |
|
сэ о |
сь + а с |
|||||
|
|
а |
|
|
|
|
|
Рис. 4.29 |
|
|
|
Эквивалентная схема (рис.4,30) в области верхних час |
||
тот |
рассматриваемых схем аналогична схеме |
реостатного |
каска |
да |
для верхних частот, поэтому и расчетные |
соотношения, |
по |
лученные ранее, годятся для расчета усилителей постоянного тока прямого усиления.
- 243 -
Рис.4.30
Дрейф нуля и способы его уменьшения
Дрейф нуля в усилителях постоянного тока обычно оцени вают величиной входного напряжения, которое в состоянии выз вать такое же изменение выходного напряжения,как и изменение! вызываемое дрейфом ( т .е . приводят напряжение дрейфа к вход-' ной цепи). Для определения величины дрейфа замыкают вход уси-* лителя и измеряют изменения выходного напряжения за опреде ленный выбранный промежуток времени. Для отнесения дрейфа к входной цепи усилителя полученное изменение выходного на пряжения делят на коэффициент усиления всего усилителя»
Скорость изменения постоянней составляющей дрейфа из меряют в единицах напряжения на единицу времени.
Напряжение дрейфа на выходе усилителя может оказаться одного порядка с напряжением сигнала или превысить его, а та$же оно в состоянии вывести точку покоя усилительного элемента за пределы его рабочей характеристики. Поэтому дрейф нуля является вредным явлением.
Особенно опасен дрейф при усилении малых сигналов, которые на фоне его отзываются малозаметными. Таким образом, дрейф нуля может значительно снизить чувствительность усилителя. Для нормальной работы усилителя напряжение дрейфа не должно превышать некоторой доли от минимального расчетного у с б и ваемого сигнала.
Дрейф напряжения первого каскада усилителя составляет - основную долю результирующего дрейфа на выходе усилителя,
- 244 -
так как он усиливается всеми каскадами усилительного тракта. Поэтому наиболее жесткие требования в этом отношении предъяв-1 ляютея к первым каекадаг^.-
Основными средствами уменьшения дрейфа являются: *
-стабилизация источников питания;
-предварительный прогрев усилителя;
-использование компенсационных и балансных схем глав ным образом в первых каскадах.
Рассмотрим некоторые схемы, уменьшающие дрейф нуля. На ш с . 4.31 представлена одна из простейших схем, в
которой ослабляется дрейф от изменения напряжения накала лампы, получившая название схемы катодной компенсации. Здесь ;
используются две "лампы |
и А а . |
А 4 служит для усиления |
сигнала, а Л п предназначена |
для компенсации изменений напря |
|
жения накапа.°*йзменение напряжения накала вызывает изменения средней скорости электронов, что но своему влиянию на электрзнные токи всех электродов эквивалентно возникновению некото
рых э .д .с . в катодных цепях л е |
> д е |
изображенных на |
рис.4.31. |
1 |
V |
Рис. 4.31
|
|
|
|
|
- 245 |
- |
|
|
|
Изменение напряжения накела в данной схеме приводи! к |
|||||||||
появлению э .д .р . |
дрейфа д е к |
и д е к соответственно в |
лам |
||||||
пах ^ |
и |
Л а . |
Под влияние^ |
этих §".д.с. анодные токи |
|||||
триодов |
приобретают |
приращения |
a |
и |
Если падение |
||||
напряжения |
на |
Т£к |
будет равным |
д е К1» |
то приращения |
напря |
|||
ж е н и я м и , |
на |
сетке |
и тока д 1. в |
анодной |
цепи первой |
пампы |
|||
. |
ci |
°ч |
|
|
|
|
|
|
|
обращаются в нуль, т .е . в.этом случае наступает полная ком |
|||||||||
пенсация влияния изменения напряжения накала. |
|
|
|||||||
|
Найдем условие компенсации влияния изменения напряже |
||||||||
ния накала. Для упрощения |
решения задачи будем полагать, |
||||||||
что Д ®К1» д е к а = 4е к |
, |
хотя в реальных условиях они в |
|||||||
большей или меньшей степени отличаются друг от друга.Учи |
|||||||||
тывая, что при компенсации |
д}, = о |
и д 1/ *»о |
, получим |
||||||
выражения |
|
|
а * |
|
|
С* |
|
|
|
|
|
д U * д е - R. а о s о |
|
(4.54) |
|||||
|
|
а |
к |
к |
а а |
|
|
||
|
A ta a e V A eK" aijaaRi > " | - |
<д е к ' л V |
R k> * |
||||||
|
|
|
|
|
«-a |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
где |
и |
~ соответств |
нно статическая |
крутизна |
|||||
и внутреннее |
сопротивление |
лампы |
д4е к |
|
|
|
|||
|
Исключив из уравнения (4 .54) |
найдем |
|
||||||
|
|
1i a |
|
|
|
|
|
(4.55) |
|
|
При выполнении условия (4.55) анодный |
ток лампы |
Л А |
||||||
не зависит от цзменений напряжения накала. |
Практически |
и з-3(1 |
|||||||
непостоянства |
параметров |
ламп получить идеальную компенса |
|||||||
цию не удается. Однако применение катодной компенсации в схемах с двойными триодами и при тщательно подобранном со противлении R,a позволяет существенно снизить действие дрейфа нуля за счет нестабильности напряжения накала.
-246 -
Величину сопротивления |
R |
выбирают исходя из необ |
|||
ходимого смещения для лампы |
Л 4 |
, а |
из |
соотношения |
|
® -к~ а а |
* Следует иметь |
в виду, |
что |
чем больше |
|
отклонение напряжения накала от номинального значения, тем менее эффективно действует схема.
Определим коэффициент усиления схёмы~найдя предвари
тельно |
анодные токи |
1а1 и |
I |
, вызванные входным сигна |
|||
лом U |
. |
При этом |
будем иметь в |
виду, что эти токи текут |
|||
в противоположных направлениях, а |
пампа |
Х & управляется па |
|||||
дением |
напряжения |
на |
сопротивлении |
, тогда |
|||
|
! а Г М и |
|
|
W |
R « b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(*.56) |
|
w |
- |
w |
w |
w |
• |
|
Исключая из |
этих уравнений |
, |
найдем |
|
|||
|
|
j |
|
|
|
|
|
Коэффициент усиления |
схемы |
будет |
|
|
|||
__ |
|
|
|
|
|
|
|
11-0 |
U |
U |
|
|
a i + S iR к |
|
|
В рассмотренной схеме дрейф по изменению анодного пи тания совершенно не скомпенсирован. Эта задача решается в балансных схемах (симметричных), которые иначе называются мостовыми. Мостовые схемы усилителя строятся по следующему принципу: два плеча образуют усилительные элементы, а два других - стабильные сопротивления (рис. Ф.32). Балансные схемы могут быть построены как с параллельным, так и с пос ледовательным соединением усилительных элементов относитель+ но источника питания. Примером простейшей схемы балансного каскада является каскад с катодной связью (см. рис,¥732")
- 247 -
Теоретически при полной идентичности ламп и деталей каскада эта схема должна обеспечить независимость выходного сигнала от изменения напряжения источников питания. Напряжение дрей фа в этих условиях должно быть равно нулю, так как изменение напряжения питания анода и накала вызывают одинаковые измене-) ния анодных токов у обеих ламп; баланс моста не нарушается.
Практически по причине неполной симметрии схемы напряжение дрейфа от изменения напряжения источников питания не равно нулю. Однако оно может быть существенно уменьшено (в неоколвко десятков раз) по сравнению с обычным (несимметричным*) каскадом.
Коэффициент усиления параллельного балансного каскада будет [ 2 J
где предполагается, что лампы совершенно одинаковые. ПргбяшсенЕый вариант получен для экранированных ламп при
R ^ » ! l H |
. С помощью схемы ( см.рис.4.32 ) |
можно получить |
также два |
несимметричных напряжения U £ и |
, сдвину |
тые относительно друг друга на 180°. |
|
|
- 248 -
При передаче напряжения с балансного каскада на каскад с несимметричным входом его компенсационные свойства значи тельно ухудшаются и коэффициент усиления уменьшается.
Наряду .с усилителями, построенными по схеме параллель ного питания, применяются симметричные усилители с последо вательным питанием усилительных элементов" (рис. 4 .3 3 ).
Они'имеют несимметричный выход и нуждаются в компенсации постоянной составляющей выходного напряжения. В схеме в ка
честве нагрузки |
нижнего усилительного |
тр о д а |
использу |
ется триод А а с |
отрцательной обратной |
связью |
|
Следовательно, эквивалентное сопротивление анодной нагрузки для первого триода примет вид Я л э ,= i + *
.ВыходноеГсопротивление (внутреннее сопротивление эквивалент ного генератора) первой пампы с учетом *4 будет
R b b , x * 'R M + |
' |
- 249 -
Коэффициент усиления каскада
/ |
i KQ91 |
Л t RLa+ ( i V V R kJ |
К |
|
|
К а э 1 |
+ * & ы * 1 |
|
При глубокой отрицательной обратной связи можно полагать
R M « < l ^ 1>R K1J I |
R l ? <<(1 +^ a ) R Ka > |
||
а также допуская,что R. |
К. |
а |
« Л =^ г = У ° ’ |
|
|
получим |
|
|
|
|
|
г
Так как статический коэффициент усиления лампы опреде ляется главным образом ее геометрией и мало зависит от режи ма питания, температуры и других факторов, то сопротивления
К-аэ1 |
и И |,ысс |
получаются более стабильными, чем |
лампы. |
Благодаря |
этому дрейф последовательного балансного |
каскада при изменении напряжения источников питания накала и анода меньше дрейфа параллельного каскада.
Недостатком рассмотренной схемы является'большое вы ходное сопротивление и малая выходная мощность.
В усилителях постоянного тока прямого усиления широкое применение находят двухтактные каскады. При симметричном вы полнении их плеч они обладают небольшим дрейфом,так как син фазные для обоих плеч напряжения, взаимно компенсируются.
Компенсация может быть улучшена включением в общий провод катода (эмиттера ) сопротивления связи. Для улучшения ста бильности коэффициента усиления, расширения пределов линейнос ти работы, а также для уменьшения изменения входного и вы ходного сопротивлений в усилителях постоянного тока так же, как и в усилителях переменного тока, применяют отрицатель ную обратную связь. Она осуществляется по тем же схемам,что
ив усилителях низкой частоты,
Втранзисторных усилителях постоянного тока значитель ную долю результирующего дрейфа составляет дрейф,вызванный