Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

19.21 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324 / 5224 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 > Следующая >>>

ник анодного питания с постоянным напряжением Ел. Практически всегда RK <С /?, <С И„.

Величины сопротивлений и емкостей обычно бывают следующие: /?а = 50—200 ком, /?п =1—2 Мом, Я«= 100—3000 ом, С„= 10—50мкф, Сп =0,01—0,1 мкф, С б л = Ю—50 мкф.

В схеме усилителя лампа выполняет роль управляемого сопро тивления. Благодаря резистору Ra она работает в динамическом режиме. Это означает, что изменения анодного тока сопровожда ются изменениями анодного напряжения.

Рис. 2.18. Графики физических процессов, происходящих в резисторном усили тельном каскаде на триоде, при усилении напряжения средней частоты. В дан ном примере:

£ . = • 2 0 0 ' в ;	Е„—-1	в; U„, „„ =0,75	в; U„	_ v = 30 о; К = 40
a	g	т вх	in	вых

Математическая запись динамического режима каскада имеет

следующий вид:
Иа = £ . — *.•;/?«.	(2-41)
Это уравнение анодной динамической характеристики. Оно за
писано в предположении, что /х'к <С ^ а <С	В изменениях анод

ного напряжения и заключается полезный эффект работы резисторного каскада.

Более подробно физические процессы в резисторном усилителе

иллюстрируются графиками, изображенными на рис. 2.18. Из них
видно, что в исходном режиме (до момента	^ ) напряжение на сет
ке неизменно и в анодной цепи проходит	постоянный ток / а 0 . Он

протекает от +Еа,	через резистор Ra, лампу и резистор	RK.
Напряжение на ячейке смещения
•	Eg = -IIU-RK.	(2.42)

230

Напряжение на аноде лампы в исходном режиме постоянно и равно

	UaQ — Ea — /а0-	(Ra +	RK).
Но обычно с достаточной точностью можно считать
	^„о =				(2-43)
Конденсатор Сп заряжен до напряжения			U&u-\-Es~l)&0,		так как
Eg<^.Ua0.	Конденсатор С к заряжен	до напряжения		Eg.	На выходе
усилителя в исходном режиме напряжения нет.
Теоретическое определение величин / а 0 ,			UaQ и Eg	наиболее про

сто получается графическим способом. Для этого достаточно найти

точку

исходного

режима

(ТИР)

на

любой динамической

характе

ристике. Она

находится

при помощи

линии

исходного

режима

(ЛИР) . Ее уравнение очень простое: ug=ia'RK.

В сеточной

системе

координат (ia —ug )

эта линия прямая. Поэтому ее проводят по двум

точкам

(нулевого

и произвольного тока).

В анодной системе координат

(t'a —ыа ) линия исходного

режима

близка

к прямой,

но проводить ее все же лучше

через

несколько

точек.

Оба построения показаны

на

рис. 2.18.

Выбором

величины

сопротивления RK

можно получить точку исходного режима

на

пря

молинейном участке сеточной динамической характеристики

(СДХ).

С момента

на вход усилителя подается

синусоидальный испы

тательный сигнал

средней частоты и напряжение

на сетке

лампы

изменяется с амплитудой Umg=Umw!i

около

значения Eg. Анодный

ток становится

пульсирующим.

Он

изменяется с

амплитудой

/ т а

около среднего значения

/ а 0 . Очевидно,

что

Ana — $d ' Umg — ^d ' Um B X ,

(2.44)

где Sd—крутизна

рабочего участка

СДХ.

Таким образом

с момента tx в анодной цепи лампы

появляется

переменный ток, синфазный с сеточным напряжением.

Из

графи

ков видно, что в положительный

полупериод

входного

напряжения

(от t\

до t2)

мгновенные

значения анодного

тока

превышают

его

постоянную составляющую, т. е. ia >/ao- Следовательно, в это вре мя переменный анодный ток проходит в одном направлении с по стоянным анодным током.

Основная цепь переменного тока такова: он выходит из катода, проходит через конденсаторы С к и Сбл, а затем, пройдя через ре зистор Ra, входит в лампу через вывод анода. Это объяснение про хождения переменного анодного тока основано на представлении лампы в виде эквивалентного генератора. Возможность такого до пущения была строго доказана при объяснении эквивалентной схе

мы усилителя		(см. § 3 гл. 1).
Во	время	отрицательного полупериода			входного напряжения
(от t<i	до /3 )	мгновенные	значения	анодного тока		меньше	его по
стоянной составляющей, т.			е. i a < / a „ .	Это означает,		что в	данное
время	переменный анодный		ток проходит		в лампе	навстречу по-

.231

стоянно'му току. Он выходит из анода, проходит через резистор R&, конденсаторы СбЛ и С„, а затем входит в лампу через вывод катода.

Из схемы усилителя и графиков процессов видно, что измене ния напряжения на нагрузке лампы и изменения ее анодного на

пряжения	одинаковы по величине. На резисторе		R& они оинфазны
с анодным	током (увеличение	i a приводит к увеличению напряже
ния на R&),	а на аноде лампы	они противофазны	(увеличение г'а со

провождается уменьшением н а ) . Амплитуду изменения этих напря жений удобно определять так:

^та — 1ща. • Ra= Sd- Um вх • R a .	(2.45)
Переходная цепь CnRn представляет собой делитель	пульси

рующего анодного напряжения. Его постоянная составляющая вы

деляется	на конденсаторе	С ш а переменная		составляющая	на рези
сторе Rn.	Это утверждение		справедливо, если —i-<C/?n .		При В Ы -
полнении данного условия можно считать, что
	U т вых =		Uта = ^d ' Ра ' Uт	в х .
Отсюда следует, что коэффициент усиления резисторного каска
да в области его средних		частот*
	K e	=	J L ^ » = s d R t .		(2.46)
			и rn вх

Если рабочий участок СДХ прямолинейный, то

и тогда

Заметим, что в резисторном каскаде с анодной нагрузкой вы ходное напряжение противофазно входному.

б) Э к в и в а л е н т н а я с х е м а		р е з и с т о р н о г о	к а с к а д а
и е г о	ч а с т о т н а я	х а р а к т е р и с т и к а
Из формулы (2.48) может создаваться впечатление,			что коэф
фициент усиления	резисторного	каскада не зависит от частоты.
Однако это не так.

Для выяснения частотных свойств усилителя составляют его полную эквивалентную схему. Она получается на основании урав-

* В ламповых усилителях обычно пользуются только одним коэффициентом усиления (по напряжению). Поэтому вместо Ки пишут К- Коэффициент усиле ния в области средних, нижних и верхних частот усилителя обозначают соответ ственно Кс, Ка и К » .

232

нения для переменной составляющей анодного тока. Действующее значение этого тока равно


	Ri + Zа;				(2.49)

где Z a — полное сопротивление		анодной нагрузки		лампы.
В состав Z a кроме режимного		резистора Ra	входят те		элементы
каскада, через которые может разветвляться переменный					анодный
ток. К ним относятся: выходная емкость 'лампы				данного	каскада
Свых, переходная цепь CaRn,	емкость монтажа		С м и входная емкость
следующего каскада Свх. Поэтому эквивалентная				схема	анодной
цепи резисторного каскада	имеет вид, показанный			на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Эквивалентная схема анодной цепи резисторного каскада

На этой схеме лампа представлена эквивалентным генератором.

Его ЭДС в р. раз	больше входного напряжения.	Величина р - с 7 в х
есть действующее	значение синусоидальной ЭДС.	Внутреннее со

противление эквивалентного генератора совпадает по величине с внутренним сопротивлением лампы. Поэтому оно обозначено Ri.

Зная величины сопротивлений и емкостей, изображенных на эквивалентной схеме, можно рассчитать и построить частотную характеристику усилительного каскада. Она представляет собой зависимость коэффициента усиления каскада по напряжению от ча стоты испытательного сигнала.

Пример частотной характеристики приведен на рис. 2.20. Если она вычерчивается в линейном масштабе, то начало координат со

ответствует «нулевой» частоте сигнала. Из рисунка	2.20, а видно,
что в линейном масштабе частотная характеристика	резисторного

каскада получается неудобной для использования. В области ниж них частот усилителя она сильно сжата, а в области верхних ча стот растянута.

В логарифмическом масштабе начало координат частотной ха рактеристики соответствует некоторому произвольному значению

частоты,	для которой коэффициент	усиления достаточно мал (но
не равен	нулю). Логарифмическая	частотная характеристика

233

усилителя может		изображаться в	двух вариантах. Они показаны
на рис. 2.20, б и	в.
Из рис. 2.20,	б	видно, что при	логарифмическом масштабе в

каждом последующем одинаковом отрезке горизонтальной оси со

держится больше частот,	чем в предыдущем		отрезке, в целое число
раз. Это число может быть произвольным,			но оно постоянно для
да нной характер ист ики.
Нижние	частоты	усилителя

КСредние частоты усилителя

Верхние частоты усилителя ,

					12	14	16	16	( к Г ц )
т н г	=0.3кГц			fer	= 10 к	Г ц
Нижние		Средние		частоты			ч а с т о т Ь 1
частоты		Усилителя			В е р х	н и е	ч а с т о т Ь 1
пит	it и	nrtt	пит** п о
					усилителя
V 0,2	OA 0,8		1.6	3,21	6>	12,8	25,6	(кГц)	f
			uf
	fHr=0,3i<r4					f s r = f O / < / - 4

0,1 0,2

0,4

20 14-0 (кГц)

Рис. 2.20. Пример частотной характеристики ре зисторного усилительного каскада:

а — в линейном масштабе: б и в — в логарифмическом

масштабе

На практике при вычерчивании частотной характеристики низ кочастотных усилителей обычно предпочитают вариант, изображен ный на рис. 2.20, е. Он удобен тем, что на горизонтальной оси ука зываются только те значения частот, которые кратны частоте, соот ветствующей началу координат.

Для объяснения формы частотной характеристики резисторного каскада воспользуемся рис. 2.21. У всех графиков масштаб по оси частот одинаков. Он логарифмический. Из рис. 2.21, а видно, что с повышением частоты усиливаемых колебаний происходит умеиьше-

234

ние сопротивления анодной нагрузки Z a и лампа постепенно пере ходит из динамического режима в статический режим. Следствием этого является увеличение крутизны рабочего участка сеточной ди намической характеристики Sd. Она постепенно приближается к статической крутизне лампы (рис. 2.21,6).

Динамические режим

Рис. 2.21. Частотные зависимости в резисторном уси лительном каскаде

При неизменной величине входного напряжения (рис. 2.21, в) легко рассчитать переменный анодный ток и переменное анодное напряжение для различных частот сигнала. Они изображены на рис. 2.21, г и рис. 2.21,5, где видно, что с повышением частоты сиг-

235

нала переменный анодный ток увеличивается, приближаясь к ве личине S • £/В х- Однако переменное анодное напряжение постепенно уменьшается до нуля с уменьшением Za .

Из принципиальной и эквивалентной схем каскада следует, что выходное напряжение представляет собой некоторую часть пе ременного анодного напряжения, так как последнее делится между емкостным сопротивлением конденсатора Сп и активным сопротив лением резистора Rn. Но сопротивление конденсатора -тг-с пони-

жением частоты увеличивается, а анодное напряжение остается не изменным. Поэтому при понижении частоты сигнала выходное на пряжение уменьшается (рис. 2.21, е).

Ввиду указанных причин частотная характеристика резисторного каскада получается в том виде, как она изображена на рис 2.21, ж.

в) У р а в н е н и е ч а с т о т н о й	х а р а к т е р и с т и к и
р е з и с т о р н о г о	к а с к а д а

Вывод общего уравнения для всей частотной характеристики УНЧ достаточно сложен. Поэтому обычно выводят отдельные урав

нения для

средних,

нижних и верхних частот. Соответственно

изо

бражают

раздельно

эквивалент

г _ _ « н _

ные

схемы

анодной

цепи

каскада

для трех

областей

частот.

На средних

частотах эквивалент

ная

схема

каскада

очень

проста.

и,

Ял ft

вых

Она

изображена на

рис. 2.22. В та

'вх'

ком виде схема получается по сле

4- I

дующим

причинам.

Емкость

кон

денсатора

С п

(рис.

2.19)

велика и

Рис. 2.22.

Эквивалентная

схема

ее сопротивление

для

средних

ча

стот много меньше

Rn.

резисторного каскада

для

сред

Это

означает,

что

области

них частот

средних

частот

с 7 в ы х = £ / а ~ и

конден

сатор

Сп

не

нарушает

равенства

данных напряжений. Поэтому на эквивалентной схеме конденса

тор С п	можно не показывать.
Емкость анодной цепи каскада
			^а =	Свых -\-	Си -\-	С в х .
Но каждая из трех емкостей невелика							и	обычно С а не		превы
шает 50—100 пф. На средних частотах						она		имеет	сопротивление
много	больше	Ra. Это	означает,		что в		области		средних	частот
Za^Ra	(если	конечно	Rn^Ra).	Поэтому			на	эквивалентной		схеме
для средних частот емкость анодной цепи не показывают.
Таким образом, точное уравнение для						частотной			характеристики

236

резисторного каскада в области средних частот имеет следующий

вид:	{
	Ri + R„	'	(2.50)
	Ri + R„	'
г д - е Я я = Ra + Rn •
В усилителе на триоде обычно R^^Rn-		Тогда	с достаточной
точностью справедливо уравнение	(2.48). Очевидно,		что в рассмот
ренной области частотных искажений нет и		Мс—1.
Г	In
о » . [К		-0
о » . [К		^вых
		-0

Рис. 2.23. Эквивалентная схема рези сторного каскада для нижних частот

В области нижних частот сопротивление		конденсатора С п	за
метно влияет на соотношение напряжений U и		(УВых, поэтому экви
валентная схема каскада имеет вид, показанный на рис. 2.23.			Из
нее следует,	что
и в ы х =	Rn
и в ы х =	иа

Эта зависимость между выходным напряжением и переменной составляющей анодного напряжения верна на любой частоте уси ливаемых колебаний, но учитывать ее приходится только в области нижних частот.

Полагая, что Rn^-Ra, можно записать

и тогда

Sd'Ra

237

= Kc,

Sd-Ra

Поскольку то для коэффициента усиления резистор ного каскада в области его нижних частот получается следующее уравнение:

	V1 +	(2.51)
	V1 +	1
		1

Это уравнение подтверждает, что с понижением частоты усили ваемых колебаний усиление каскада уменьшается.

Коэффициент частотных искажений резисторного каскада в об

ласти нижних частот
	V\	+ (	'		(2.52)
Если	считать, что на нижней граничной				частоте /,,.г допустимо
иметь	то тогда		1	=	1, откуда
иметь	то тогда			=	1, откуда
	/н . г		1		(2.53)
		2тс-Сп -Rn			(2.53)
		2тс-Сп -Rn

Эта формула показывает, что нижняя граничная частота рези сторного каскада зависит только от постоянной времени переход

ной цепи. Поэтому для расширения

полосы пропускания

усилителя

в область нижних частот не

обходимо увеличивать Сп и Rn-

Однако

верхним

пределом для

сопротивления Rn является

ве

еых

личина

1—2

Мом,

а емкость

С п

тоже

«ельзя

брать

слиш

ком большой. Объясняется это

тем,

что

при увеличении

С п

происходит

уменьшение

сопро

Рис. 2.24.

Эквивалентная схема

рези

тивления

утечки

конденсатора

сторного

каскада для верхних

частот

на

резисторе

Rn кроме

пе

ременного

напряжения

соз

дается

еще постоянное напряжение.

Оно

повышает

потенциал

сетки лампы следующего каскада, что нежелательно.

В области верхних частот сопротивление емкости

С а

становится

соизмеримо с сопротивлением R a . Поэтому

она заметно

влияет

на

величину и характер анодной нагрузки. Эквивалентная

схема

кас

када получает вид, показанный на рис.- 2.24.

Из нее следует, что в области

верхних

частот

сопротивление

анодной

нагрузки

Эквивалентная схема и данное уравнение показывают, что с по вышением частоты сигнала сопротивление анодной нагрузки умень шается.

238

Коэффициент усиления каскада в области его верхних частот

Ri + Za

Это уравнение можно привести к виду

	К*=		v . , (	Kr=T=W'		( 2 - 5 4 )
где Явых—	выходное	сопротивление каскада			на	средних частотах.
В общем	случае
	D		Rl'Rq'Rn			/о сс\
	« в ы х ~		R l R a +	R . R n + R a R n	•	^.00)
Бели же Ra^Ra,		что обычно		выполняется, то		тогда

Коэффициент частотных искажений резисторного каскада в об ласти верхних частот

	М0 =	К 1	+ К - С а - / ? в ы х ) з .			(2.57)
Если считать, что на верхней граничной частоте /в . г допустимо
иметь Мв_ г = у 2	, то
	2ТС • /в. г * Q			' Лых = U
о'ткуда
	/в.г =		о _ . г	.р	•	(2.58)
Эта формула показывает, что верхняя граничная частота рези
сторного каскада	зависит	от емкости С а			и сопротивления	анодного

резистора Я&. Поэтому для расширения полосы пропускания усили

теля в область верхних частот необходимо уменьшать Яа											и Са . При
этом следует учитывать, что уменьшение						Яа, приводит				к	уменьше
нию усиления каскада на средних частотах.
	В уоилителях с широкой полосой пропускания							.(видеоусилители)
часто бывают случаи, когда Ra<CRi-					Тогда		Яъыи^Яа			и	уравнение
для верхней граничной частоты записывают							так:
		/ в . г «	ги-Са-Да		~ 2 ^ ~ '						(2.58а)
где	та — постоянная времени анодной цепи.
	Зависимость	коэффициента		усиления		каскада			от	сопротивле
ния	R a хорошо	видна из уравнения			(2.48), если			его	представить в
следующем виде:
		Кс	=	^п-.							(2.59)
			1	+	^ 7

239

<<< < Предыдущая 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324 / 5224 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ