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

каскада будет иметь максимальную величину. На низших частотах сопротивление конденсатора Ск велико, поэтому отрицательная обратная связь будет проявляться сильно и коэффициент усиления каскада на этих частотах будет значительно меньше.

Именно действием отрицательной обратной связи мож­ но объяснить малый коэффициент усиления (единица на одно плечо) в рассмотренной ранее схеме фазоинверсного

денсатора Сбл. Эта цепочка представляет собой делитель напряжения, при помощи которого выходное напряжение

нижнего конца резистора утечки Ra к верхнему концу резистора R2), то каскад будет охва­ чен отрицательной обратной связью. Напряжение обратной связи будет также вычитаться из напряжения, действую­ щего на входе, и коэффициент усиления каскада умень­ шится.

Отрицательную обратную связь по напряжению также можно сделать частотно-зависимой, для чего в делитель напряжения вводятся частотно-зависимые элементы, ча­ ще всего различные цепочки, содержащие конденсаторы.

150

При подборе величин входящих в них деталей можно уси­ лить или ослабить действие обратной связи в различных областях частотного спектра и получить необходимые частотные характеристики усилителя.

Отрицательной обратной связью можно охватить не только один усилительный каскад, а два, три и больше каскадов. При этом напряжение обратной связи снимает­ ся обычно с вторичной обмотки выходного трансформато­ ра. Это делается для того, чтобы трансформатор также был охвачен петлей обратной связи и вносимые им иска­ жения могли быть уменьшены за счет действия отрица­ тельной обратной связи.

Такая связь является паразитной обратной связью и обычно возникает в многокаскадных усилителях с числом каскадов более двух. Рассмотрим возникновение этой свя-

Рис. 91. Возникновение положительной обратной связи по цепи источника анодного питания

зи в схеме трехкаскадного усилителя низкой частоты. Схема усилителя приведена на рис. 91. Источник анодного пита­ ния (анодный выпрямитель), как и всякий источник э.д.с., имеет свое собственное внутреннее сопротивление (на схеме показано пунктиром). По этому сопротивлению протекают переменные составляющие анодных токов всех ламп усили-

151

теля, и в том числе лампы выходного каскада — усилителя мощности. Анодный ток лампы выходного каскада дости­ гает больших величин. Поэтому при протекании этого тока по внутреннему сопротивлению источника на сопротивлении создается достаточно большое падение напряжения звуко­ вой частоты. Все каскады усилителя получают энергию питания от одного общего источника и в схеме имеется об­ щая цепь анодного питания, по которой протекают постоян­ ные токи в направлении от источника к анодам ламп. Эти токи определяют собой рабочий режим каждой из ламп и ее усилительные свойства. Но на зажимах источника, кроме постоянного напряжения, действует теперь и переменное напряжение звуковой частоты от тока выходного каскада. Поэтому в общей цепи анодного питания будет протекать и переменный ток. Протекая по цепи: положительный полюс источника Е а, резистор R a2, конденсатор Ср2, резистор Ra2, земля, отрицательный полюс источника и через внут­ реннее сопротивление источника к его положительному полюсу, этот ток создает на резисторе R c2 падение перемен­ ного напряжения, фаза которого будет противоположна фазе входного напряжения лампы </72*. Выходной каскад ока­ жется охваченным небольшой по глубине отрицательной обратной связью, и коэффициент усиления его несколько уменьшится. Это явление для работы схемы неопасно и им можно пренебречь.

Но переменный ток будет протекать и по другой цепи: положительный полюс источника, резистор R J , конден­ сатор Срі, резистор R J , земля, отрицательный полюс ис­ точника и снова его положительный полюс. Этим током на резисторе R C1 будет создаваться переменное напряжение, фаза которого будет с о в п а д а т ь с фазой напряжения, действующего на входе второй лампы. Это означает, что последние два каскада усилителя будут охвачены п о л о ­ ж и т е л ь н о й обратной связью. При достаточно боль­ шом напряжении обратной связи (т. е. при достаточной глу­ бине обратной связи) в усилителе может возникнуть само­ возбуждение, при котором он будет вырабатывать собствен­ ные колебания, но усиление колебаний, подведенных к не­ му от внешнего источника сигнала, будет совершенно нару­ шено. Часто возникновение самовозбуждения такого вида

* Это следует из того, что каждый каскад поворачивает фазу напряжения на 180°.

152

сопровождается появлением в динамике, подсоединенном к выходу данного усилителя, различных свистов, гула, фо­ на переменного тока и других посторонних звуков.

Для того чтобы устранить эту вредную положительную обратную связь, необходимо уменьшить напряжение обрат­ ной связи, образующееся на резисторе R J . Это, в свою оче­ редь, возможно при уменьшении тока, протекающею через этот резистор (тока, создающего напряжение обратной связи). Для уменьшения величины этого тока в схему усилителя в е о д и іс я специальная, так называемая р а з в я з ы в а ю ­ щ а я цепочка, состоящая из резистора £?ф и конденсатора Сф (на схеме показаны пунктиром). Для включения резистора і?фцепь анодного питания разрывается между точками 1 и 2, и резистор своими выводами подключается к этим точкам.

Развязывающая цепочка представляет собой частотно­ зависимый делитель напряжения (верхнее плечо — резистор / ? Ф , нижнее плечо — сопротивление конденсатора Сф), че­ рез который происходит питание лампы Л1 постоянным током источника Е а. На величину постоянной составляю­ щей анодного тока лампы цепочка практически не влияет ввиду малого падения напряжения на резисторе R c. На величину переменного тока обратной связи эта цепочка ока­ зывает сильное влияние. При введении развязывающей цепочки переменный ток будет протекать теперь через ре­ зистор и конденсатор Сф, все переменное напряжение, созданное на сопротивлении источника Е а, будет приложе­ но к делителю и распределится между его плечами в соответ­ ствии с сопротивлениями этих плеч. Емкость конденсатора Сф всегда выбирается достаточно большой и всегда выполня­ ется условие, что сопротивление резистора і?ф много боль­ ше сопротивления конденсатора Сф на самых низких часто­ тах усиливаемого сигнала.

На малом сопротивлении конденсатора Сф падение пере­ менного напряжения также будет малым, а это значит, что теперь через резисторы R J и R J будет протекать малый по величине ток обратной связи, падение напряжения на резисторе R J резко уменьшится и самовозбуждение исчез­ нет. Следует заметить, что совсем ликвидировать обратную связь невозможно, но свести ее к некоторой минимальной, допустимой для практики величине всегда необходимо.

Возникновение самовозбуждения за счет общего источ­ ника анодного питания возможно не только в усилителях низкой частоты, но и в любых других усилителях (УПЧ,

153

УВЧ и др.). И во всех схемах для устранения таких связей используются аналогичные развязывающие цепи.

В ламповых усилителях и приемниках, питающихся от сети переменного тока, самовозбуждение может возник­ нуть при высыхании электролита в конденсаторе, стоящем на выходе сглаживающего фильтра. Высыхание электро­ лита сопровождается значительным уменьшением емкости конденсатора, сопротивление конденсатора (а оно и играет роль внутреннего сопротивления источника) возрастает, и возникает самовозбуждение. В батарейных (ламповых и транзисторных) приемниках внутреннее сопротивление бата­ реи всегда велико и может вызвать самовозбуждение схемы. Поэтому для уменьшения внутреннего сопротивления бата­ реи (для предотвращения самовозбуждения схемы) парал­ лельно зажимам батареи всегда подключается постоянный конденсатор достаточно большой емкости (микрофарады).

Самовозбуждение в УНЧ может возникать не только на рабочих частотах, входящих в полосу пропускания уси­ лителя, но и на других, более высоких частотах. Обычно самовозбуждению такого рода подвергается один каскад, и причиной этого является то, что в цепи сетки лампы дан­ ного каскада образуется паразитный колебательный кон­ тур, состоящий из паразитных индуктивности и емкости. При воздействии на этот контур входного сигнала проис­ ходит возбуждение контура и при определенных условиях в каскаде возникает положительная обратная связь, при­ водящая к нарушению нормальной работы усилителя.

Наиболее опасным, сточки зрения возникновения само­ возбуждения такого вида, является выходной каскад (уси­ литель мощности), где на входе лампы напряжение входного сигнала достигает достаточно большой амплитуды и воз­ буждение контура наиболее вероятно.

На рис. 92, а показана схема выходного каскада УНЧ с введением в нее неявных «паразитных» элементов, обра­ зующих колебательный контур и цепь обратной связи. Рас­ смотрим применительно к этой схеме условия, при которых возможно возникновение колебательного процесса, и уста­

154

новим те меры, с помощью которых можно устранить или предотвратить этот процесс. Как видно из схемы, индуктив­ ность контура образуется паразитной индуктивностью всех проводников, подключенных к сетке лампы. Емкостью кон­ тура является входная емкость лампы совместно с частью монтажной емкости, включенной между сеткой и катодом лампы. Индуктивность и емкость контура невелики (индук­ тивность— доли микрогенри, емкость — единицы пико­ фарад), и поэтому контур настроен на достаточно высокие частоты 100—200 мгц. Контур, образованный этими элемен­ тами, является последовательным контуром. Привоздейст-

Рис. 92. Возникновение положительной сбратной связи на сверхвысоких частотах

вин на него напряжением входного сигнала контур возбуж­ дается и для него на этих частотах наблюдается резонанс напряжений, при котором на емкости контура, т. е. на вхо­ де лампы, создается переменное напряжение достаточно большой амплитуды. После усиления в схеме каскада ампли­ туда напряжения еще более возрастает.

Предположим теперь, что в схеме каскада за счет не­ удачного заземления блокировочного конденсатора Сэ и за счет того, что его обкладки выполнены в виде спирали (ка­ тушки), между экранной сеткой и землей оказалась вклю­ ченной некоторая паразитная индуктивность Ьпэ. На час­ тотах 100—200 Мгц эта индуктивность обладает достаточно большим сопротивлением. Конденсатор Сэ оказывается частично отключенным от земли, а это приводит к резкому увеличению проходной емкости лампы. Тогда через проходную емкость лампы часть энергии с выхода каскада будет про­ ходить на его вход. Для некоторых частотных составляю­ щих сигналов будет наблюдаться с о в п а д е н и е ф а з , и в схеме каскада возникает самовозбуждение. Внешне это

155

проявится в том, что коэффициент усиления усилителя резко уменьшится и он будет обеспечивать значительно мень­ шую мощность на выходе. Одновременно с этим возникнут искажения усиливаемого сигнала.

Для устранения явления самовозбуждения в схеме уси­ лителя достаточно ликвидировать колебательный процесс

впаразитном контуре ЬПСвх. Это можно сделать, включая

вконтур последовательный стабилизирующий резистор R„ (см. рис. 92, б). При этом потери энергии в контуре воз­ растают, контур становится апериодической (неколебатель­ ной) системой и колебания в нем не возникают/Практичес-

Рис. 93. Схема усилителя низкой частоты с двухтакным выходом

ки дополнительный резистор включается в цепь сетки лампы в непосредственной близости от сеточного лепестка лампо­ вой панельки. Если в данной схеме лампа работает с сеточ­ ными токами, то сопротивление этого резистора выбирается небольшим (до 2—3 ком). При отсутствии сеточных токов в лампе сопротивление резистора может быть большим (до сотен ком).

Самовозбуждение такого вида возникает не только в УНЧ, но и в других мощных каскадах (приемников, пере­ датчиков, телевизоров, мощных генераторов и др.). И вез­ де оно устраняется включением в цепь сеток ламп аналогич­ ных резистороз.

В заключение рассмотрим полную принципиальную схе­ му трех каскадного УНЧ, собранного на современных паль­ чиковых лампах. В этой схеме (см. рис. 93) первые три каскада образуют предварительный усилитель — усилитель напряжения, в котором лампы Л2 и ЛЗ работают как фазо­

156

инверсный усилитель с дополнительной фазопереворачиваю­ щей лампой (лампам Л2 и ЛЗ в данной схеме соответствуют лампы Л1 и Л2 в схеме рис. 83). Последний каскад яв­ ляется двухтактным усилителем мощности. В предвари­ тельном усилителе используются сдвоенные триоды типа 6Н2П. Выходной каскад работает на мощных пентодах типа 6П14П. Для того чтобы улучшить все качественные показатели усилителя (уменьшить частотные и амплитуд­ ные искажения, расширить полосу пропускания), в схему введена отрицательная обратная связь. Такой связью охва­ чены два первые каскада предварительного усилителя за счет того, что катодные резисторы всех ламп не шунтиро­ ваны конденсаторами. Кроме того, петлей обратной связи охвачены последние два каскада. Напряжение со вторичной обмотки выходного трансформатора через резистор R17 подается на катод лампы Л2. Резистор R17 совместно с ре­ зистором R6 образует делитель напряжения, с помощью ко­ торого напряжение обратной связи, снимаемое с обмотки трансформатора, делится в нужном отношении. Необхо­ димая фаза напряжения обратной связи устанавливается путем подбора включения концов вторичной обмотки. Во второй каскад введена частотно-зависимая отрицательная обратная связь, для чего анод лампы через конденсатор СЗ соединяется с ее сеткой. Емкость конденсатора мала (еди­ ницы пикофарад), и обратная связь действует на очень высоких частотах, устраняя возможное самовозбуждение на этих частотах.

Остальные элементы в схеме имеют следующее назначе­ ние. Переменный резистор R1 включен потенциометром и предназначен для регулировки уровня громкости на выходе усилителя. Цепочка C1R2 является переходной цепочкой, через которую переменная составляющая входного напряже­ ния передается на вход лампы Л1. Резистор R3 представ­ ляет собой нагрузку лампы Л1 (так же как и резисторы R7, R8 для ламп Л2 и ЛЗ). Цепочка C2R5 также является пере­ ходной цепочкой, и через нее переменное напряжение с вы­ хода первой лампы передается на вход второй лампы. Эле­ менты R12C4 образуют развязывающую цепь, необходимую для предотвращения самовозбуждения схемы через цепь общего источника анодного питания. Конденсатор С5 явля­ ется разделительным конденсатором. При ею наличии посто­ янный потенциал с анода лампы Л2 не попадает на сетку лампы ЛЗ и не нарушает режима ее работы. За счет включе­

157

ния резисторов R15, R16 устраняется положительная об­ ратная связь на высоких частотах в схеме выходного кас­ када (см. выше). Из резисторов RIO и R11 составлен дели­ тель напряжения, с помощью которого выходное напряже­ ние первого каскада фазоинверсного усилителя делится в нужном отношении (эта цепочка в данной схеме аналогич­ на цепочке RC2 RC3 в схеме рис. 75). Цепочки C6R13 и C7R14 — также переходные цепочки, соединяющие между собой выходы ламп фазоинверсного усилителя со входами ламп двухтактного усилителя мощности. Резистор R18, как обычно, служит для получения напряжения смещения в схе­ ме выходного каскада.

Общий принцип действия схемы ясен из всех предыду­ щих рассуждений.

П Р А К Т И Ч Е С К И Е С Х Е М Ы У Н Ч Н А Т Р А Н З И С Т О Р А Х

На рис. 94, а приведена схема усилительного каскада с общим эмиттером на транзисторе типа р-п-р. Уже в таком

получить усиление сигнала. Однако она имеет ряд недос­ татков и на практике почти не применяется, так как требует два источника питания Е6 и Ек.

По аналогии со схемой каскада на электронной лампе на­ пряжение Еб получило название напряжения смещения.

158

Для транзистора типа р-п-р напряжение смещения, незави­ симо от способа включения транзистора, всегда считается подведенным к базе и имеет по отношению к эмиттеру отри­ цательную полярность, а в схеме с транзистором типа п-р-п — положительную полярность.

С целью упрощения приведенной схемы из нее изымают источник питания EQ, а напряжение смещения получают от источника Ек через резистор /?б, включаемый между базой транзистора и минусом источника Ек (рис. 94, б). Ток базы, протекая через этот резистор, будет создавать на нем паде­ ние напряжения, и на базе будет действовать напряжение нужной величины и полярности.

Однако при таком способе подачи на базу напряжения смещения его величина будет целиком зависеть от тока базы транзистора. При изменении температуры окружаю­ щей среды, а также внутренней температуры транзистора, зависящей от величины рассеиваемой в нем мощности, пара­ метры прибора резко изменяются, рабочая точка перемеща­ ется по характеристике в нерабочую область. Это приводит к ухудшению усилительных свойств каскада и появ­ лению больших искажений сигнала.

Для того чтобы стабилизировать положение рабочей точ­ ки и улучшить таким образом стабильность работы всего каскада, необходимо стабилизировать напряжение смеще­ ния на базе транзистора, сделав его не зависящим от тока

будет намного больше тока базы и напряжение смещения

устойчивой работы схемы при изменении температуры в ней приходится применять т е р м о с т а б и л и з а ц и ю , при которой в качестве нижнего сопротивления делителя применяется терморезистор. При повышении температуры сопротивление терморезистора уменьшается, падение на­ пряжения на нем также уменьшается и коллекторный ток, увеличиваясь из-за повышения температуры и в то же время уменьшаясь из-за уменьшения напряжения на базе, будет

169