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

6. Эквивалентная схема анодной цепи усилителя

Выше было отмечено, что в составе изменяющегося анодного тока лампы всегда есть переменная составляющая той частоты, которую имеет напряжение возбуждения. В режиме второго рода

Если импульсы анодного тока остроконечные, т. е. усилитель работает в недонапряженном или критическом режиме, то ампли­

Это уравнение представляет собой закон Ома для амплитуды первой гармоники анодного тока усилительной лампы. Оно позво­

В нагрузку эквивалентного генератора входят все те элементы реальной схемы, которые вместе взятые составляют для первой гармоники анодного тока сопротивление R3. В рассматриваемой

30

иначе называют приведенным внутренним сопротивлением лампы. Его величина зависит от угла отсечки анодного тока и может быть найдена по уравнению (1.36). Можно также воспользоваться гра­ фиком, изображенным на рис. 1.21. Из этого графика видно, что в режиме класса A R\ =/?,-, в режиме класса В R] — 2 Rj, а в режиме класса С с уменьшением угла отсечки сопротивление R] очень резко возрастает, стремясь к бесконечности.

А

« г 1

Эквивалентная схема усилителя позволяет очень просто опреде­ лять амплитуду первой гармоники анодного тока и рассчитывать колебательную мощность в нагрузке. При этом можно говорить, что колебательная мощность в контуре создается лампой, так как именно она является генератором переменного тока.

К сожалению, на эквивалентной схеме усилителя неверно пред­ ставлены фазовые соотношения между анодным напряжением и напряжением на нагрузке. Реально они противофазны, а на экви­ валентной схеме создается ложное впечатление об их синфазности.

Несмотря на этот недостаток эквивалентная схема получила широкое распространение. С ее помощью значительно упрощаются инженерные расчеты и облегчается понимание физической сущно­ сти процессов, происходящих в усилителях.

7.Усилители мощности с автоматическим смещением

Вусилителях и генераторах наряду с автономным отрицатель­ ным смещением часто применяют различные варианты автомати­ ческого смещения. В этих схемах напряжение смещения полу­ чается за счет постоянной составляющей сеточного или анодного

тока лампы.

31

С е т о ч н о е а в т о м а т и ч е с к о е с м е щ е н и е

Если лампа работает с сеточным током, то напряжение сме­

Простейший вариант параллельной ячейки смещения приме­ няется только при значительной величине сопротивления Rg (де­ сятки ком и больше). Обычно это бывает в усилителях и генера­

32

вочному конденсатору напряжение смещения становится более по­ стоянным.

генераторах с сеточным автосмещением чаще всего получается не-

возбуждения, то возрастает и напряжение смещения. По этой при­ чине амплитуда импульсов анодного тока увеличивается совсем незначительно. При уменьшении амплитуды входного напряжения смещение уменьшается и амплитуда импульсов анодного тока уменьшается мало.

У сеточного автосмещения имеется спе­ цифический недостаток. Если произойдет исчезновение входного (возбуждающего) + Еа напряжения, то исчезнет и напряжение сме­ щения. Но при нулевом напряжении на •сетке анодный ток может оказаться очень большим. В результате этого лампа может быть испорчена. О такой опасности сле­ дует всегда помнить. При расстройке анод­ ного контура происходит увеличение им­ пульсов анодного тока и это обстоятель­ ство также может оказаться неблагоприят­ ным для лампы.

Ка т о д н о е а в т о м а т и ч е с к о е

см е щ е н и е

Если усилитель должен работать в бу­ ферном режиме (без сеточного тока), то напряжение смещения можно полупить за счет энергии источника анодного питания.

Для этого ячейка автоматического смещения включается в цепь

сатор Cj выбирается таким, чтобы его сопротивление для первой гармоники анодного тока было в десятки раз меньше сопротив­ ления R\.

Достоинства катодного смещения следующие. Оно стабилизи­ рует величину постоянной составляющей анодного тока, т. е. под­ держивает неизменность режима работы лампы. В отличие от се­ точного смещения отсутствует опасность для лампы при исчезно­ вении входного напряжения. При расстройке анодного контура не

—катодное смещение затруднительно применять при исполь­ зовании лампы с прямонакальным катодом;

—катодное сопротивление уменьшает КПД усилителя.

По этим причинам катодное смещение применяют только в тех случаях, когда требуемое напряжение Eg не превышает десятков вольт. В основном оно используется в буферных усилителях не­ большой мощности, а также в усилителях и автогенераторах на лампах цилиндрической конструкции. В последнем случае приме­ нение сеточного автосмещения затруднительно по конструктивным соображениям.

К о м б и н и р о в а н н о е с м е щ е н и е

В усилителях значительной мощности чаще всего применяют критический режим работы лампы или близкий к нему. Для этого амплитуда возбуждения должна быть заметно больше напряжения смещения. К тому же желательно обеспечить высокую стабиль­ ность режима и исключить опасность перегрева лампы при исчез­ новении возбуждения или при расстройке аиодного контура. По­ этому в мощных усилителях отдают предпочтение комбинирован­ ным способам смещения.

Наиболее часто применяют комбинацию параллельного авто­ номного смещения с сеточным автоматическим смещением. При этом ячейка смещения обычно бывает параллельной. Значительно реже используют комбинацию сеточного и катодного автоматиче­ ского смещения.

8. Усилители мощности с параллельным анодным

питанием

Схемы усилителей с последовательным анодным питанием, изо­ браженные выше, имеют три недостатка:

— элементы контура находятся под постоянным напряжением относительно земли (или корпуса); напряжение Ея опасно для человека, 'настраивающего контур;

34

Из сказанного следует, что постоянный анодный ток проходит под воздействием постоянной ЭДС реального источника питания. Переменный анодный ток (первая гармоника) проходит под воз­ действием переменной ЭДС условного эквивалентного генератора. Эта ЭДС в р. раз больше возбуждающего напряжения и заклю­ чена внутри лампы между анодом и катодом. Понимание этого обстоятельства крайне важно.

Практический выбор варианта анодного питания (последова­ тельного или параллельного) зависит от ряда соображений, кото­ рые учитываются в процессе проектирования каскадов передат­ чика.

Физические процессы в усилителе с параллельным анодным -пи­ танием такие же, как и при последовательном питании. Поэтому •все приведенные выше формулы и графики полностью справедливы

идля схемы, изображенной на рис. 1.24.

9.Усилитель мощности на пентоде

Усхемы пентодного усилителя мощности нет принципиального отличия от аналогичной схемы на триоде. Есть, однако, схемная особенность. Она заключается в наличии двух дополнительных це­ пей: экранирующей сетки и защитной сетки. Напряжение на экра­

нирующей сетке Ug2 всегда положительное. Напряжение на защит­ ной сетке (Ug3) может быть нулевым, положительным или отрица­ тельным.

обязательно должен быть нулевым. Только в этом случае они нор­ мально выполняют свои функции. Это условие обеспечивается бло­ кировочными конденсаторами.

Напряжение на экранирующую сетку может подаваться двумя способами: от отдельного источника или от источника анодного питания, Первый способ обычно применяют в усилителях большой мощности, а такжг в тех каскадах, в которых осуществляется амплитудная модуляция. Второй способ применяется в усили­ телях малой и средней мощности. Он выполняется в двух ва­ риантах: с делителем налряжения и с поглотительным резистором (рис. 1.25).

Для расчета цепи питания экранирующей сетки надо знать ее постоянный ток. Его легко рассчитать, так как форма тока экра­ нирующей сэтки всегда одинакова с формой анодного тока. Разли­ чаются эти токи только по величине. Ориентировочно можно счи­ тать, что ток экранирующей сетки примерно в четыре раза меньше анодного тока. Следовательно, в режиме второго рода

36

чтобы его сопротивление для первой гармоники тока экранирую­ щей сетки было в десятки раз меньше поглотительного сопротив­ ления. Обычно блокировочный конденсатор имеет емкость порядка нескольких тысяч пикофарад.

Рис. 1.25. Способы подачи положительного напряжения на экранирующую сетку генераторной лампы от источника анодного питания:

I а — при помощи делителя напряжения; 6 — через поглотительный резистор

Сопротивления резисторов делителя напряжения рекомендуется выбирать так, чтобы ток, протекающий через них, превышал по­ стоянный ток экранирующей сетки в несколько раз. При дальней­ шем увеличении тока делителя стабильность напряжения Ug2 улуч­ шается незначительно, а расход энергии возрастает весьма за­ метно.

Схема включения защитной сетки в принципе такая же, как экранирующей. Однако вариант с поглотительным резистором обыч­ но не используется. Объясняется это тем, что ток защитной сетки мал и нестабилен. Поэтому потенциометрический способ питания наиболее целесообразен. У многих современных пентодов Ug3 опт = 0.

Вэтом случае защитная сетка соединяется с катодом (рис. 1.25). Изменением напряжения Ug2 или Ug3 можно регулировать вы­

ходную мощность усилителя в широких пределах (за счет измене­ ния амплитуды импульсов анодного тока). Этим способом часто осуществляют амплитудную модуляцию создаваемых высокоча­ стотных колебаний.

Физические процессы и энергетические соотношения в пентодмом усилителе такие же, как в усилителе на триоде,

37

10. Динамические характеристики усилителя мощности

Графическая иллюстрация физических процессов, происходя­ щих в усилителе, получается наиболее наглядной, а расчет режима работы наиболее точным, если они осуществляются с использо­ ванием динамических характеристик В ламповом усилителе их две: анодная динамическая характеристика (АДХ) и сеточная ди­ намическая характеристика (СДХ).

В недонапряженном и критическом режимах динамическая ха­ рактеристика (любая) имеет один рабочий участок. Он линейный. Поэтому характеристику можно построить по двум точкам. Воз-

Рис. 1.26. Динамические характеристики УМ, работающего в режиме класса В, для трех сопротивлении R3:

/ — критический р е ж и м ; 2 — перенапряженный р е ж и м ; 3 — недонапряженный р е ж и м

динамические характеристики определяют четыре заданные ве­

38

Начало АДХ находится на оси абсцисс и соответствует анод­ ному напряжению иа = Еа. Следовательно, в данном случае точка исходного режима (ТИР) и точка нулевого тока (ТНТ) совпа­ дают. Именно поэтому усилитель и работает в режиме класса В.

Точка максимального тока (ТМТ) соответствует концу рабо­ чего участка АДХ. Она находится на пересечении критической ли­ нии и той АСХ, которая соответствует сеточному напряжению ug =

— Н~ Ug макс-

Сеточная динамическая характеристика, построенная для кри­ тического режима, обозначена цифрой 1. Она пересекает семей­ ство ССХ. Ее начало находится на оси абсцисс и соответствует се­ точному напряжению ug = Eg = Egli. Точка максимального тока со­ ответствует концу рабочего участка СДХ. Она находится на стати­ ческой характеристике, проведенной для ыа"—"a Mim = £ a — £ Л п а -

Проследим теперь за изменением динамических характеристик

Они обозначены цифрой 2. Режим усилителя станет перенапряжен­ ным. До точек максимального тока характеристики имеют преж­

щей сетки.

У СДХ второй рабочий участок заканчивается на той ССХ, которая соответствует анодному напряжению и а = "амин.

Несмотря на резкое усложнение формы импульсов анодного тока, напряжение на аноде лампы и в перенапряженном режиме изменяется по гармоническому закону. Объясняется это тем, что контурное напряжение создается только той гармоникой анодного тока, на частоту которой настроен контур. Из рисунка видно, что амплитуда анодного напряжения стала несколько больше. Про­ изошло это из-за увеличения сопротивления /?э. Если крутизна критической линии велика, то в перенапряженном режиме ампли­

вается глубина впадины в импульсах анодного тока и все гармо­ ники его уменьшаются. Если R3 уменьшается, провал в импульсах анодного тока становится меньше и его гармоники возрастают.

Допустим теперь, что резонансное сопротивление контура R3 уменьшено по сравнению с первым случаем. Следствием этого бу­ дет увеличение крутизны динамических характеристик. Они обо-

39