книги из ГПНТБ / Лапицкий Е.Г. Радиопередающие устройства. Основы теории нелинейных цепей [учебное пособие]

жение на управляющей сетке. Для пентода, в общем случае, управляющими параметрами будут, помимо напряжения на уп­ равляющей сетке, величины напряжений на экранирующей и защитной сетках. Поэтому, чтобы более полно описать свой­ ства пентода как управляемого нелинейного сопротивления, потребуется не одно, а несколько семейств характеристик, со­

ответствующих различным зна­ чениям напряжений Е ^ и EgS.

На практике иногда оказы­ вается целесообразным заме­ нить семейство характеристик одной эквивалентной характе­

С этой целью все напряжения, приложенные к различным электродам лампы, пересчиты­ ваются к одному электроду. Чаще всего все напряжения

пересчитываются к управляющей сетке, и пересчитанное напря­ жение называют управляющим. Так, например, влияние анод­ ного напряжения на анодный ток триода (если пренебречь се­ точным током) может быть учтено, если принять напряжение» приложенное к управляющей сетке, равным

МУпр -Du„

где и?1—напряжение на управляющей сетке; «„ напряжение на аноде:

D —проницаемость лампы.

В этом случае семейство характеристик триода ia—f ( ugu иа) может быть заменено одной эквивалентной вольтамперной ха­ рактеристикой (рис. 1.3)

Ч/ (^упр)-

Вдальнейшем, если не будет специально оговорено, под характеристикой электронной лампы будем понимать ее экви­ валентную характеристику, т. е. зависимость

Ч~ / (« у п р ь

Таким образом, свойства электронной лампы как нелиней­ ного сЬпротивления полностью определяются ее характеристи­ кой или семейством характеристик, которые снимаются экспе­ риментально и выражаются в виде графиков (рис. 1,1 и 1.2).

10

§ 1.2. Статический и динамический режимы работы

Рассмотрим простейшую нелинейную цепь, содержащую помимо нелинейного сопротивления источник постоянного тока и активное сопротивление г (рис. ‘1.4). Под действием прило­ женного напряжения в цепи потечет постоянный ток, величина которого может быть определена через параметры схемы сле­ дующим образом:

где и—падение напряжения на нелинейном сопротивлении. Вторым уравнением для на­ хождения двух неизвестных и и i является уравнение вольтамперной характеристики

перная характеристика должна соответствовать заданному значе­ нию управляющего параметра. Например, для триода характери­ стика должна соответствовать определенному (заданному) зна­

стика нелинейного сопротивления представляется графиком, поэтому решение указанных урав­ нений целесообразно провести графически.

С этой целью на графике, где изображена вольтампервая харак­ теристика (рис. 1.6), проводим прямую, соответствующую урав­ нению (1). Удобнее всего эту пря­ мую провести по двум точкам:, первая точка (точка а) полу­ чается, если положить, например,

ния прямой с вольтамперной характеристикой называется рабо­ чей точкой (точка с на рис. 1.6), а ее координаты U0 и /0 дают искомое решение. Если в рассматриваемой цепи изменить сопро­ тивление г, то рабочая точка изменит'свое положение, переме­ щаясь по вольтамперной характеристике. Действительно, угол наклона прямой к оси абсцисс (рис. 1.6) может быть определен из следующего равенства:

И

V. Абсцисса точки пересечения прямой с вольтамнерной харак­ теристикой определяет падение напряжения на нелинейном со­

Мы рассмотрели нелиней­ ную цепь, содержащую только источник постоян­ ного тока. Режим работы

нелинейной цепи, в которой отсутствуют переменные э. д. с., называется статическим режимом.

Вели же в нелинейной цепи помимо постоянного напряже­ ния имеются и переменные э. д. с., то режим работы такой цепи

!Iавывается динамическим.

Вкачестве примера динамического режима рассмотрим цепь, изображенную на рис. 1.7, отличающуюся от приведенной выше наличием гармонической э. д. с.

Под действием переменной э. д. с. рабочая точка будет постоянно пе­ ремещаться по вольтамперной ха­

рактеристике, занимая последовательно положения от с', соот­ ветствующего мгновенному напряжению источника

и ' : = Е - и „ ,

до с", соответствующего мгновенному напряжению (рис. 1.8)

u " = E + U m. -

Ток,, протекающий в цепи, теперь уже не будет постоян­ ным, как это было в статическом режиме. Закон изменения

12

неизменной, так как определяется' постоянными параметрами Еа и г. Поскольку состояние системы в данный момент времени характеризуется точкой, лежащей на прямой, то эта прямая носит название динамической характеристики. На рис. 1.9

динамическая характеристика построена в анодных координа-

£

зависят только от напряжения, а напряжения—только от токов

•форму которого необходимо преобразовать, а с зажимов 2—2' снимается преобразованное напряжение иогр. Последовательно с диодом включен источник постоянного напряжения Е. До тех

14

пор, пока напряжение е отсутствует млн е<^Е, диод заперт, на сопротивлении г падения напряжения нет и аогр ~е, т. е. выходное напряжение воспроизводит напряжение на входе. Как только е станет больше Е, диод открывается и, если сопротивление г достаточно велико, то падение напряжения на нем будет много больше падения напряжения на диоде и, и на­ пряжение на выходе ограничителя иотр~Е. Таким образом, как только е достигнет значения, рав­ ного Е, и будет продолжать уве­ личиваться, выходное напряже-.

ние будет оставаться неизменным, ограниченным величиной иогр -Е , т. е. ограниченным по максимуму. Если изменить полярность вклю­ чения диода, то получим ограни­ чение по минимуму (рис. 1.11). Схемы ограничителей, изобра­ женные на рис. 1.10 и 1.11, яв­ ляются параллельными, так как диод и источник преобразуемого

напряжения включены параллельно. В отличие от этих схем на рис. 1.12 и 1.13 представлены ограничители с последователь­ ным включением диода и источника преобразуемого напряже­ ния. В первой из них (рис. 1.12) происходит ограничение по максимуму, во второй—-по минимуму.

Действительно, если е < £ ’ (рис. 1.12), то диод открыт, через него протекает ток г, создающий на сопротивлении г падение напряжения, которое изменяется по закону преобразуемого напряжения е.

<<?

Выходное напряжение при этом равно могр --E—ir. Как только напряжение е станет больше Е, диод запирается, г - 0 и выходное напряжение независимо от величины е остается постоянным и равным Е. Рассмотрим подробнее зависимость выходного напряжения ограничителя от напряжения на его входе, которая характеризует собой работу ограничителя. Для построения зависимости и0Tp~ f{e) воспользуемся графическим методом, изложенным в предыдущем параграфе. Пусть вольтамперная характеристика диода, включенного по последова-

15

на рис. 1.14а), и падение напряжения на сопротивлении будет равно:

Выходное напряжение ограничителя иогр найдется как разность:

(4)

Рис. 1.14.

Откладывая полученное значение иогр в координатах иогр~±-е (рис. 1.146), получаем первую точку искомой кривой u0Tp~ f{e). Если теперь в рассматриваемую схему последовательно ввести переменное (в частности, гармоническое) напряжение, то рабо­ чая точка будет перемещаться по вольтамперной характери­ стике. По мере увеличения амплитуды переменного напряжения ток через диод будет уменьшаться (токи i, и г2 на рис. 1.14), в силу этого уменьшается падение напряжения на сопротив­ лении г, 4to вызывает, согласно (4), увеличение выходного напряжения могр. Определяя из графика значение падений на­ пряжений на сопротивлении г (1}г, i2r . , для различных вели­ чин переменного напряжения на входе и вычисляя разность

16

получим ряд значений напряжения на выходе ограничителя при

выходное напряжение окажется равным постоянному напря­ жению Е и при дальнейшем увеличении е не будет меняться. Поэтому зависимость ump= f (е) при е~>Е представляет прямую, параллельную оси абсцисс (точки 3 и 4 на рис. 1.145). Если переменное напряжение уменьшается относительно исходного значения, так что рабочая точка перемещается вверх по вольтамперной характеристике (точки 5, 6 и 7), то ток через диод увеличивается, вызывая увеличение падения напряжения на сопротивлении г (гг,г<г6г<'г7г) и уменьшение выходного напря­ жения иогр. Производя построения, аналогичные’только что рас­ смотренным, получим значения. u0Tp—f{e) для точек 5, 6 и 7. Таким образом, зависимость иогp--f(e) для рассмотренной схемы имеет вид, изображенный на рис. 1.145.

Из этой кривой следует, что чем больше постоянное напря­ жение Е, тем выше уровень ограничения, и наоборот. Нетрудно убедиться, что в этой схеме величина сопротивления г прин­ ципиальной роли не играет, так как ограничение наступает, когда диод оказывается запертым, и не зависит от сопротив­ ления г.

§1.4. Схемы с многоэлектродными лампами

Вбольшинстве радиотехнических схем применяются много­

электродные лампы (триоды, тетроды, пентоды и т. д.). Не

а

Рис. 1.15.

останавливаясь на всем многообразии возможных схем с при­ менением-таких, ламп, мы ограничимся рассмотрением простей­ ших схем, состоящих из электронной лампы и сопротивления. Примером таких схем могут служить усилители постоянного напряжения и ограничители. На пис. .1.1 Да изображена схема

однолампового усилителя постоянного напряжения (постоян­ ного тока) на триоде. В отличие от усилителей переменного напряжения усилители постоянного тока усиливают не только быстромейяющиеся приращения напряжения, но и сколь угодно медленно меняют,неся приращения напряжения. Так как многоэлектродная лампа эквивалентна некоторому управляемому не­ линейному сопротивлению, то схема, изображенная на рис. 1.15а, может быть представлена в виде эквивалентной схемы (рис. 1,156). Усиливаемые колебания, подводимые к управляющей сетке три­ ода, являются управляющим параметром нелинейного сопротив­ ления. При изменении управляющего параметра изменяется ток, протекающий через нелинейное сопротивление, а следова­ тельно, и падение напряжения на „сопротивлении г.

Можно выбрать параметры схемы таким образом, что изме­ нения падения напряжения на сопротивлении г будут значи­ тельно превосходить изменения управляющего параметра, т. е. изменения напряжения на управляющей сетке триода. Таким образом, в схеме будет происходить усиление колебаний.

Энергия, необходимая для поддержания тока в цепи, обес­ печивается источником постоянного тока Е, а не усиливаемыми колебаниями, управляющими нелинейным сопротивлением. В силу этого мощность усиленных колебаний, развиваемая в со­ противлении г, может значительно превышать мощность усили­ ваемых колебаний. В этом состоит отличие усилителя от по­ вышающего трансформатора.

В реальной схеме усилителя (рис. 1.15а) усиливаемые коле­ бания подаются на управляющую сетку триода, изменяя ее потенциал относительно катода. Изменение потенциала управ­ ляющей сетки вызывает изменение анодного тока триода (ia) и падения напряжения на сопротивлении г, включенном в анод­ ную цепь.

В силу этого будет меняться и напряжение на выходе усилителя (зажимы 2 —2'), которое равно:

ua= E —iar - E —uT.

Одной из основных характеристик усилителя является коэф­ фициент усиления, под которым понимается отношение при­ ращения напряжения на выходе усилителя к приращению на­ пряжения на его входе.

В нашем случае

Величина коэффициента усиления может быть найдена, если на семействе вольтамперных характеристик триода построить динамическую характеристику (см. § 1.2). На рис. 1.16.изо­ бражено семейство анодных характеристик для триода 6СЗБ

18

мещается по динамической характеристике, принимая последо­ вательно положения 1 , 2 . . . и т. д.

При этом увеличиваются ток ia и падение напряжения на сопротивлении г от значения, равного и/ до и". Выходное на­ пряжение в силу этого уменьшается от иа' до и / . Согласно определению, коэффициент усиления при этом будет равен:

С помощью динамической характеристики легко построить

мость «вых=/(мвх) изображается прямой линией (пунктирная линия на рис. 1.17), то искажения формы усиливаемого напря­

напряжение будет отличаться по форме от напряжения на входе. Это отличие будет тем больше, чем в больших пределах ме­ няется входное напряжение. Так, например, при уменьшении напряжения на сетке ниже —12 в выходное, напряжение вообще