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

питанием. Далее будет рассмотрена также схема усилителя с па­ раллельным анодным питанием.

2. Физические процессы в усилителе мощности при колебаниях первого рода

Выяснение характера физических процессов в любом радиотех­ ническом устройстве означает определение законов изменения его токов и напряжений.

Предположим, что рассматриваемый усилитель работает в ре­ жиме класса А (рис. J.17). Такой режим позволяет хорошо уяс­

и поэтому лампа отперта. Через лампу протекает постоянный анод­

Такое сопротивление называется омическим. Омическое сопротивле­

Оставаясь отрицательным по знаку, оно изменяется по величине

Под воздействием изменяющегося напряжения ug происходят синфазные изменения (пульсации) анодного тока лампы около среднего значения 1а0. Это означает, что в составе анодного тока появилась переменная составляющая. Ее мгновенные значения бу­ дем обозначать , действующее значение / а _ , а амплиту­ ду /та.

Предположим, что анодный контур усилителя и антенный кон­ тур настроены на частоту входного напряжения. В этом случае эквивалентное сопротивление контура LKCK для переменной состав-

20

ляющей анодного тока велико (тысячи ом) и активно по харак­ теру. Обозначим его R 3 . Очевидно, что

Р — характеристическое сопротивление анодного контура.

21

Ввиду активного характера нагрузки для переменного анодного тока и линейного режима работы лампы ее динамическая крутизна определяется уравнением

ния анодного тока превышают его постоянную составляющую, т. е. 'а>/аоЭто означает, что в положительный полупериод переменный анодный ток проходит в одном направлении с постоянным анод­ ным током. В этот полупериод мгновенные значения переменной составляющей анодного тока будем обозначать на схемах +* а _ ;

Во время отрицательного полупериода входного напряжения

отрицательный полупериод переменный анодный ток проходит в лампе навстречу постоянному току. В этот полупериод мгновен­ ные значения переменной составляющей анодного тока будем обо­ значать на схемах — /, .

Приведенное здесь рассуждение о двух самостоятельных анод­ ных токах (постоянном и переменном), конечно, условное, но оно физически и математически может быть вполне обосновано. По законам электротехники переменный анодный ток должен прохо­ дить под воздействием переменной ЭДС. Где же она на схеме? Ниже будет строго доказано, что переменная ЭДС анодной цепи создается внутри самой лампы (между анодом и катодом). Она называется электродвижущей силой эквивалентного генератора или электродвижущей силой лампы.

Из рис. 1.17 видно, что амплитуда переменной составляющей анодного тока лампы

22

6) Коэффициент полезного действия анодной цепи т). Это есть отношение колебательной мощности к подводимой мощности

Рассмотрим физическую сущность процесса создания колеба­ тельной мощности в анодном контуре усилителя. Для этого пред­

кинетическая энергия убывает, происходит это потому, что тор­ мозимый электрон отдает часть своей энергии источнику тормо­ жения.

Если возбуждение усилителя отсутствует, на контуре напряже­ ния нет. В это время все электроны в лампе летят к аноду уско­ ренно только под воздействием напряжения ЕА.

При наличии возбуждения усилителя на движение электронов кроме напряжения ЕЯ оказывает влияние также и контурное на­ пряжение. В положительный полупериод входного сигнала контур­ ное напряжение тормозит электроны и энергия в контуре возра­ стает. В отрицательный полупериод входного сигнала контурное напряжение ускоряет электроны и энергия в контуре уменьшается.

Но из графиков, изображенных на рис. 1.17, видно, что количе­ ство электронов, ускоряемых контуром, значительно меньше тормо­ зимых. Объясняется это действием сеточного напряжения, которое изменяется в противофазе с анодным напряжением. По данной причине анодный контур усилителя получает энергии больше, чем отдает ее лампе. Разность между этими энергиями и обеспечивает создание колебательной мощности, т. е. той мощности, из-за нали­ чия которой колебания в контуре поддерживаются незатухающими.

Понятия, термины и обозначения, рассмотренные выше, спра­ ведливы для любого режима усилителя. Они разъяснялись на при­ мере режима класса А только потому, что данный режим простей­ ший. На практике он применяется сравнительно редко. В выход­ ных усилителях он вообще не используется ввиду низкого КПД и по другим причинам.

4. Физические процессы и энергетические соотношения в усилителе мощности при колебаниях второго рода

При колебаниях второго рода лампа усилителя работает в не­ линейном режиме. Ее анодный ток имеет форму периодически по-

24

бания в контуре незатухающими. Для этого необходимо настроить анодный контур усилителя на частоту рабочей гармоники. Отсюда следует, что усилитель мощности при колебаниях второго рода мо­ жет работать не только в режиме обычного усиления, но и в ре­

ного напряжения. Поэтому он имеет большое сопротивление (ак­ тивное по характеру) только для первой гармоники анодного тока. Она и является рабочей гармоникой. Для всех высших гармоник сопротивление контура ничтожно мало. Ввиду этого напряжение на контуре изменяется сннфазно с первой гармоникой анодного тока.

25

усилителя, стремясь к 'коэффициенту использования анодного на­

t

Рис. 1.18. Графики физических процессов, происходящих в усилителе мощ­ ности, при работе лампы в режиме колебаний второго рода

Теоретически К П Д усилителя мощности, работающего в ре­ жиме класса С, может приближаться к 100%. Практически же он. не превышает 80н-90%.

Высокий КПД усилителя в режиме класса С объясняется фи­ зически тем, что лампа оказывается отпертой только в то время, когда тормозящее напряжение контура достаточно велико.

В режиме умножения частоты усилитель работает в тех слу­ чаях, когда его контур настроен на частоту какой-либо высшей гармоники анодного тока.

26

На рис. 1.19 показаны графики физических процессов, проис­ ходящих в усилителе мощности, работающем в режиме удвоения частоты. Для иллюстрации выбран недонапряженный режим клас­ са В. В данном случае контур усилителя настроен на вторую гар­ монику анодного тока и только для нее имеет большое (резонанс­ ное) сопротивление. Для всех остальных гармонических токов со-

t

Рис. 1.19. Графики физических процессов, происходящих в усилителе мощ­ ности, работающем в режиме удвоения частоты

противление контура ничтожно мало. Поэтому напряжение на кон­ туре изменяется синфазно со второй гармоникой анодного тока. Следовательно, его частота в два раза выше, чем у входного на­ пряжения. Такую же частоту имеет переменное напряжение на аноде, которое изменяется в противофазе с контурным напряже­ нием.

Колебательная мощность, выделяемая в анодном контуре уси­ лителя при режиме удвоения частоты, определяется ио формуле

27

Если лампа работает в буферном, недонапряженном или кри­ тическом режиме, т. е. при остроконечной форме импульсов анод­ ного тока, то

с используемой гармоникой анодного тока. Его оптимальная ве­

и т. д. На практике используются режимы удвоения, утроения и учетверения частоты. Более высокие степени умножения частоты применять нецелесообразно из-за низкого КПД и малой колеба­ тельной мощности. Напомним, что при низком КПД усилителя

23

пряжения, то анодное напряжение противофазно сеточному. По­ этому

Получилось уравнение для мгновенных значений импульсного анодного тока. Если усилитель работает в недонапряженном или критическом режиме, то при wt — О имеем i a = / a M a K c ,

т. е.

Это есть уравнение для амплитуды импульсов анодного тока. Очевидно, что мгновенные значения анодного тока и амплиту­ да импульсов взаимосвязаны. Эта зависимость легко выясняется,

если разделить 1.32 на 1.33. Тогда получается следующее урав­ нение

Для режима класса В, т. е. для случая когда 6 = 90°, это урав­ нение получает очень простой вид:

ного тока отпертой генераторной лампы изменяются по тому же

Это уравнение верно и в тех случаях, когда г'аы а К с > 2 • / т а .

29