книги из ГПНТБ / Комаров Е.Ф. Учебное пособие радиотелемастера

нала на параметры усилительного элемента (лампы). Такое

коэффициента усиления каскада нужно не допускать появ­

денсатора Сэ аналогично действию конденсатора Ск. При включении конденсатора Сэ напряжение на экранирую­ щей сетке становится постоянным и явление параметриче­ ской обратной связи исчезает, а коэффициент усиления кас­ када значительно увеличивается. Определим, от чего зависит коэффициент усиления, если на вход лампы пода­ ется переменное напряжение 0 ВХ. Под воздействием этого напряжения анодный ток начинает изменяться, причем его амплитуда прямо пропорциональна амплитуде входного на­ пряжения и крутизне характеристики лампы:

/а - SU№.

Этот ток протекает через резистор R aи создает на нем паде­ ние напряжения (выходное напряжение каскада £/вых), кото­ рое равно:

t /вых ~ 7а Д а .

Поставив в последнюю формулу выражение для тока /а, получим:

и вш = SUB%Ra.

Определим коэффициент усиления каскада, собранного на пентоде. Как было показано ранее, коэффициент усиления любого усилительного устройства всегда выражается от­ ношением:

Следовательно, коэффициент усиления каскада, работаю­ щего на пентоде, равен произведению крутизны характери­ стики лампы на величину сопротивления нагрузки.

Следует отметить, что величина крутизны характеристи­ ки лампы 5 последнего выражения всегда меньше величины крутизны характеристики, приводимой в справочниках. Это объясняется тем, что напряжения на аноде и экранирующей сетке лампы, работающей в реальной схеме, обычно бывают

130

меньше напряжений, указанных в 'справочниках, за счет падения напряжения на анодной нагрузке, что и при­ водит к ухудшению параметров лампы.

Коэффициент усиления каскада, работающего на триоде, можно найти по этой же формуле, определив из характерис­ тик лампы ее рабочую крутизну, но чаще для этого исполь­ зуется другое выражение:

Из формулы видно, что чем больше статический коэффи­ циент усиления р, тем большее усиление обеспечивает дан­ ный каскад.

С точки зрения увеличения коэффициента усиления кас­ када крутизну характеристики лампы желательно иметь возможно большей.

Увеличение сопротивления резистора R a до известного предела также способствует увеличению коэффициента уси­ ления каскада. Однако при чрезмерном увеличении сопро­ тивления R a сильно увеличивается падение напряжения на нем и уменьшается напряжение на аноде лампы, вследствие чего уменьшается крутизна характеристики лампы. Тогда коэффициент усиления каскада, слабо возрастая при увели­ чении сопротивления резистора R a и сильнее уменьшаясь при уменьшении величины S, будет в целом уменьшаться.

В практических схемах усилительных каскадов радио­ приемников, работающих на пентодах, сопротивление резис­ тора Ra имеет величину порядка 100—200 ком. Крутизна характеристики ламп, обычно используемых в этих каска­ дах, колеблется в пределах 0,5—0,8 ма!в. При этом реальный коэффициент усиления каскада достигает достаточно боль­ шой величины порядка 100—120, что позволяет часто огра­

щий анодный ток лампы первого каскада. На нем создает­

ся пульсирующее падение напряжения. Постоянная со­ ставляющая этого напряжения определяет собой то посто­ янное напряжение, которое действует на аноде лампы и в конечном счете определяет режим ее работы. Переменная составляющая напряжения на резисторе R J представляет собой переменное напряжение, появившееся в результате работы лампы, напряжение, усиленное лампой, т. е. выход­ ное напряжение. Это напряжение следует передать на вход следующего каскада между сеткой и катодом лампы Л2.

Рис. 81. Переходная це­ почка междукаскадной связи

Такую передачу напряжения с выхода первого каскада на вход второго можно осуществить путем непосредственного соединения концов резисторов R J со входом лампы второго каскада (нижний конец резистора R J соединяется с сеткой второй лампы, а верхний — с ее катодом).

Однако при таком соединении каскадов возникает ряд затруднений, основным из которых является то, что для вто­ рого каскада потребуется свой самостоятельный источник анодного питания. Чтобы избежать этого, выходное напря­ жение в первом каскаде снимается не с резистора нагрузки R J , а с выводов лампы, между анодом и катодом. Можно доказать, что при нормальной работе схемы на выводах лампы всегда действует переменное напряжение, которое имеет ту же частоту, амплитуду и форму, что и переменное напряжение на резисторе нагрузки, но отличается по фазе на 180°. Для передачи этого напряжения на вход сле­ дующего каскада нужно анод первой лампы соединить с сет­ кой второй и катод первой соединить с катодом второй лам­ пы. У обоих каскадов появляется общий нулевой провод, соединенный с минусом источника Еа. Для питания обоих каскадов можно применить один общий источник анодного питания. Однако на аноде первой лампы действует положи-

132

тельное напряжение достаточно большой величины (десят­ ки и сотни вольт), в то время как сетка второй лампы долж­ на иметь отрицательный потенциал. Чтобы не нарушить ре­ жим работы обеих ламп, каскады связываются между собой

цепочкой и является переходная цепь CpRc2 (рис. 81). Назначение конденсатора Ср состоит в том, чтобы не про­

пустить постоянный ток к сетке второй лампы и одновремен­ но замкнуть цепь переменного тока, необходимого для фор­ мирования выходного напряжения.

Резистор Rc2 выполняет в схеме одновременно три функ­ ции:

1. Создание полезного падения напряжения, которое для второго каскада является входным напряжением (основное назначение).

2.Передача потенциала нижнего конца резистора RK2 (земли) к управляющей сетке лампы второго каскада, т. е. подача напряжения смещения.

3.Создание пути для утечки электронов, попавших на сетку из электронного потока внутри лампы. Через резистор Rc2 излишек электронов стекает на землю и не нарушает режима работы лампы. При отсутствии резистора Rc2 элект­ роны, скапливаясь на сетке,создали бы на ней отрицательный потенциал, который мог бы запереть лампу. Из-за этого про­

RKCK, R3C3 и RcCp, не являются принадлежностью только усилителей низкой частоты, а применяются в усилительных схемах самого различного назначения. И во всех схемах эти цепочки выполняют те же функции и работают по тому же принципу.

Напряжение с выхода последнего каскада усилителя по­ дается на вход оконечного каскада — усилителя мощности.

ФАЗОИНВЕРСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Иногда возникает необходимость получить на выходе усилителя напряжения два выходных напряжения одной и той же формы, частоты и амплитуды, но отличающихся по

133

фазе на 180°. Для получения таких напряжений использу­ ются так называемые фазоинверсные усилители напряжения.

В практике наибольшее распространение получили две схемы фазоинверсных усилителей.

1. Фазоинверсный усилитель напряжения с разделенной нагрузкой (рис. 82).

Особенностію этой схемы является то, что сопротивление нагрузки лампы разделено на две равные части, которые включены в различные участки цепи лампы. Одна половина

жения, образованного на катодной половине нагрузочного сопротивления, на величину требуемого напряжения сме­ щения.

Для подачи на сетку лампы напряжения смещения в схе­ ме каскада имеется цепочка из двух резисторов Rnl и R n2. Эти резисторы включены так, что образуют делитель на­ пряжения, при помощи которого напряжение источника Да уменьшается до требуемой величины. При протекании че­ рез оба сопротивления делителя тока от источника Еа на каждом из них согласно закону Ома происходит падение напряжения. В точке соединения сопротивлений действует потенциал необходимой величины, который при помощи сопротивления утечки Ra передается на сетку лампы.

Рассмотрим работу каскада. Предположим, что на вход лампы напряжение входного сигнала не подается. Лампа от­ крыта, и через нее и резисторы Ra и RKпротекает ток покоя

134

(постоянная составляющая) лампы. На резисторах образу­ ется падение напряжения также постоянной величины.

Пусть теперь на входе лампы действует положительная полуволна переменного входного напряжения. Потенциал управляющей сетки лампы возрастет, вследствие чего уве­ личится анодный ток лампы. Анодный ток, протекая по сопротивлениям Ra и RK, создаст на них нарастающее по величине падение напряжения.

Первое выходное напряжение снимается с анода лампы, где оно уменьшается по величине. Следовательно, с анода лампы снимается выходное напряжение отрицательной полярно:™ (отри­ цательная полуволна).

Второе выходное напряжение схемы действует на катодной по­ ловине нагрузочного сопротив­ ления и снимается с катода лам­ пы, где оно возрастает по вели­ чине. Следовательно, с катода лампы снимается напряжение положительной полярности (по­ ложительная полуволна).

Так как оба выходных напря­ жения сформированы при про­ текании одного и того же тока (переменной составляющей анод­ ного тока лампы), то форма и

частота обоих выходных напряжений будут одинаковыми. Очевидно, что подбором величин резисторов R a и RK можно добиться и равенства амплитуд выходных напряжений.

Однако эта схема обеспечивает весьма малый коэффици­ ент усиления, который практически равен единице на каж­ дое «плечо». Это является недостатком схемы, препятствую­ щим ее широкому распространению. Достоинством схемы следует считать ее простоту.

2. Фазоинверсный усилитель напряжения с дополнитель­ ной фазопереворачивающей лампой (см. рис. 83).

Данная схема представляет собой, по существу, обычный двухкаскадный усилитель, у которого выходные напряже­ ния снимаются с анодов различных ламп. В схеме, пока­ занной на рис. 83, цепочка R KCKявляется общей для обеих

135

ламп, где создается напряжение смещения (при использо­ вании одинаковых ламп это вполне допустимо). Резисторы RJR&2 представляют собой нагрузки ламп усилителя. Резис­ тор RC1 совместно с конденсатором СР1 образует переход­ ную цепь, через которую на вход схемы подается входное напряжение. Элементы Rc2 Rc3 Ср2 и Rc4 Ср3 образуют аналогичные переходные цепи, с помощью которых выходные напряжения подводятся ко входам последующих каскадов.

Работа этой схемы не отличается от работы предыдущей. Напряжение, поданное на вход лампы первого каскада, уси­ ливается этим каскадом в К раз (К—коэффициент усиления каскада), переворачивается по фазе на 180° и подается далее на вход лампы последующего каскада. Одновремен­ но с этим оно подается на вход второй лампы Л2. Это на­ пряжение является первым выходным напряжением схемы. Вторая лампа также производит усиление напряжения итакже поворачивает его фазу еще на 180°. Это напряжение на выходе лампы Л2 является вторым выходным напряжением схемы усилителя. Очевидно, что здесь фазы выходных на­ пряжений отличаются друг от друга на 180°, что и нужно для схемы фазоинверсного усилителя. Для того чтобы обес­ печить равенство амплитуд выходных напряжений, на вход лампы Л2 подается не все напряжение с выхода первого каскада, а лишь некоторая его часть. Для получения напря­ жения нужной величины в схему вводится делитель напря­ жения, образованный резисторами Rc2 и Rc3, сопротив­ ления которых подобраны таким образом, что напряжение на резисторе Rc3 (входное напряжение лампы Л2) оказы­ вается равным напряжению, поданному на вход первой лампы. При равенстве входных напряжений, при одина­ ковых параметрах схемы и однотипных лампах (что всегда имеет место на практике) выходные напряжения будут иметь одинаковую амплитуду.

В данной схеме отрицательная обратная связь (за счет катодной цепочки) отсутствует и коэффициент усиления схемы оказывается максимальным.

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

Оконечный каскад усилителя низкой частоты предна­ значен для создания сигнала необходимой мощности в гром­ коговорителе. Эта мощность должна отдаваться выходным

136

каскадом при возможно меньшем расходе энергии источни­ ков питания и при искажениях не больше допустимых.

Потребителем энергии для выходного каскада служит катушка громкоговорителя. Активное сопротивление ее о учетом преобразования электрической энергии в звуковую обычно составляет единицы ом. Таксе сопротивление потре­ бителя резко отличается от выходного сопротивления лампы или транзистора. Для того чтобы усилительный каскад получил необходимое сопротивление нагрузки, громкогово­ ритель включается через трансформатор.

Поясним процесс преобразования сопротивления. Включим трансформатор в анодную цепь лампы выходного

трансформатора нагрузку — резистор RH. Через нее начнет протекать переменный ток 12т, а на концах резистора R aбу­ дет действовать напряжение U2m. В сердечнике трансформа­ тора током вторичной обмотки будет создаваться вторичный магнитный поток, направленный навстречу основному маг­ нитному потоку, созданному первичным током. Так как вто­ ричный магнитный поток вычитается из первичного магнит­ ного потока, то общий результирующий магнитный поток должен бы уменьшиться. Но этого не происходит ввиду того, что при этом амплитуда тока в первичной обмотке возрастает и магнитный поток в сердечнике будет иметь прежнее значение.

Следовательно, магнитный поток в сердечнике трансфор­ матора всегда имеет одно и то же практически постоянное значение, а подключение ко вторичной обмотке нагрузки приведет к увеличению тока в первичной обмотке, т. е. тока, потребляемого от источника (в данном случае от лампы). Но это возможно представить себе как результат подключения параллельно первичной обмотке некоторого дополни­ тельного резистора R'a. Тогда можно сказать, что сопротив­

137

ление нагрузки, подключенное ко вторичной'обмотке, п е р е ­ с ч и т ы в а е т с я (приводится) в первичную цепь транс­ форматора.

Пересчитать сопротивление резистора RB, включенное во вторичную обмотку, или, иначе говоря, «привести» это со­ противление к первичной цепи трансформатора,— значит найти такое сопротивление, которое при включении в пер­ вичную цепь потребляло бы такую же мощность, какая от­ дается громкоговорителю. На рис. 84 пересчитанное сопро­ тивление показано пунктиром, так как оно не является кон­ кретной деталью выходного каскада, а входит в него неявно.

Если уменьшать сопротивление резистора R„, то вторич­ ный ток увеличится, что, в свою очередь, приведет к увели­ чению первичного тока. В этом случае можно сказать, что приведенное (пересчитанное) сопротивление нагрузки Râ как бы уменьшилось. Наоборот, при увеличении сопротивле­ ния резистора R„ вторичный и первичный токи уменьшают­ ся, а приведенное сопротивление возрастает. При разрыве вторичной обмотки вторичный ток становится равным нулю, первичный ток получает свое прежнее значение, а сопротив­ ление резистора Rh становится бесконечно большим.

Пересчитаем нагрузочное сопротивление R'a в цепь пер­ вичной обмотки.

По закону Ома сопротивление резистора Rh можно пред­ ставить как отношение амплитуды переменного напря­ жения, действующего на концах первичной обмотки транс­ форматора, к амплитуде переменного тока, протекающего по этой обмотке:

Но величины Ulm и І1т можно выразить через напряжение Ѵгт, ток ]2т и коэффициент трансформации птр:

Подставим выражения для тока І 1т и напряжения Ulm в первую формулу:

138

Отношение и. есть не что иное, как сопротивление рези­

стора R a. Окончательно получим:

( 69)

птр

Таким образом, сопротивление нагрузки, подключенное ко в т о р и ч н о й о б м о т к е т р а н с ф о р м а т о р а , п е р е с ч и т ы в а е т с я в е г о п е р в и ч н у ю о б ­

ключается звуковая катушка громкоговорителя с сопро­ тивлением, равным 5 ом. Определить величину сопротивле­ ния, пересчитанного в анодную цепь лампы.

Для обеспечения нормальной работы выходной лампы со­ противление нагрузки R H приводится не к какой-то случай­ ной величине, а к такой, при которой лампа работает с наи­ большим эффектом, т. е. отдает наибольшую мощность, соз­ давая наименьшие искажения сигнала. Иными словами, всегда должно выполняться требование: приведенное со­ противление нагрузки должно быть равно о п т и м а л ь ­ н о м у сопротивлению нагрузки для данной лампы: R'a =

=R O U T

На практике чаще приходится решать обратную задачу, а именно: по известному сопротивлению звуковой катушки и выбранному типу лампы выходного каскада (т. е. по извест­ ному сопротивлению R0пт) находить коэффициент трансфор­ мации. Для этого случая последняя формула преобразуется следующим образом:

139