
книги из ГПНТБ / Полонников Д.Е. Электронные усилители автоматических компенсаторов
.pdf2 8 8 |
УСИЛИТЕЛИ |
МОЩНОСТИ И ИСТОЧНИКИ |
ПИТАНИЯ |
[ г л . VIII |
самым |
повышается |
устойчивость всего |
усилителя. |
Однако |
схемы с двухтактным каскадом оказываются сложнее и дороже
из-за |
необходимости |
иметь выходной |
и входной трансформа- |
|||||||||
торы. |
Последний может быть заменен |
фазоинверсной схемой. |
||||||||||
|
|
|
В |
|
усилителе |
мощности |
||||||
|
|
|
рис. 142,6 вместо фазоин- |
|||||||||
|
|
|
вертора |
используется |
ка |
|||||||
|
|
|
тодная связь Лх и Ла. |
|||||||||
|
|
|
Когда |
ток |
первой |
лампы |
||||||
|
а) |
-°+Еа 0 возрастает, |
|
напряжение |
||||||||
|
|
на |
|
катодном |
сопротивле |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
нии |
также увеличивается, |
||||||||
|
|
|
что приводит к уменьше |
|||||||||
|
|
|
нию анодного тока Л2 и |
|||||||||
|
|
|
наоборот. |
Такая |
|
схема |
||||||
|
|
|
весьма проста, но для ее |
|||||||||
|
|
|
нормальной |
работы |
ока |
|||||||
|
|
|
зывается необходимым вы |
|||||||||
|
|
|
бирать |
рабочую точку |
на |
|||||||
|
«н |
|
середине линейного |
уча |
||||||||
|
|
стка |
ламповых характе |
|||||||||
|
|
|
ристик, т. е. работать в |
|||||||||
|
|
|
режиме |
А |
с |
небольшим |
||||||
|
|
|
коэффициентом полезного |
|||||||||
|
|
|
действия. |
Работа |
схемы |
|||||||
|
|
|
рис. 142,6 может быть |
|||||||||
|
|
|
улучшена, если потенци |
|||||||||
|
|
|
ал |
сеток приподнять |
по |
|||||||
|
|
|
постоянной составляющей, |
|||||||||
|
|
|
что позволит увеличить R K |
|||||||||
Рис. 142. Двухтактный каскад с вход |
и симметрировать |
схему. |
||||||||||
|
|
Схемы |
рис. |
141 |
и |
|||||||
ным |
трансформатором (а), с катодной |
142, а |
|
могут |
строиться |
|||||||
|
связью (б). |
|
||||||||||
и с автоматическим |
смещением. В |
как с фиксированным, так |
||||||||||
качестве выходных |
ламп |
выгодно использовать пентоды или лучевые тетроды, имеющие больший коэффициент полезного действия.
По сравнению с каскадами, питание которых осуществля ется переменным током, рассмотренные схемы имеют два не достатка. Первый — необходимость в сравнительно мощном выпрямителе, выход которого должен быть низкоомным, чтобы
§ 2 4 ] ВЫБОР СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ 2 8 9
ослабить паразитную связь между каскадами. Второй недо
статок состоит в |
трудности |
использования усилителя |
для |
|||||
управления |
реле |
(или иным устройством) с учетом фазы |
||||||
входного |
сигнала, |
поскольку |
подобный каскад |
сам |
по |
себе |
||
не обладает |
фазочувствительными свойствами. |
|
|
|
||||
|
При одинаковых выходных мощностях схема на постоян |
|||||||
ном |
токе |
требует |
меньшего числа ламп, чем схема усилите |
|||||
ля |
мощности на |
переменном |
токе. Усилители |
с |
питанием |
Рис. 143. Одиотактный кас- |
Рис. 144. Включение обмоток реле в одно- |
кад с питанием черездиоды. |
тактном каскаде с диодами. |
постоянным током обладают несколько большими коэффици
ентом |
усиления |
и |
динамической |
крутизной. |
Коэффициенты |
||
полезного |
действия |
обоих типов схем, если |
не считать по |
||||
требление |
цепи |
накала, |
примерно |
равноценны. |
|||
Как уже указывалось, величина пульсаций (четных гар |
|||||||
моник) |
на |
выходе |
усилителя мощности ничтожно влияет на |
||||
работу |
двигателя. |
Это |
обстоятельство позволяет упростить |
||||
питание анодных цепей выходных каскадов, |
осуществив его |
||||||
от обмотки трансформатора через диоды |
без каких-либо |
сглаживающих фильтров. При этом удается осуществить
схемы |
усилителей |
мощности, аналогичные каскадам на |
пере |
||||||
менном |
|
токе, но |
вдвое уменьшить необходимое число |
ламп. |
|||||
Схема |
рис. 133 |
при этом |
принимает вид, |
показанный |
на |
||||
рис. 143. |
Работа обеих схем и их свойства совершенно |
анало |
|||||||
гичны, |
но в схеме рис. |
143 одна лампа заменена диодами. |
|||||||
При |
использовании диодов |
типа ДГ-Ц27 их требуется |
4 |
шт. |
|||||
(по |
два |
последовательно |
в |
каждое плечо). |
Схема сохраняет |
2 9 0 УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ [ г л . VIII
свои фазочувствительные свойства. Обмотки реле могут быть
включены последовательно с |
диодами, |
как показано на |
рис. 144.В зависимости от фазы |
входного |
сигнала постоянная |
составляющая тока, протекающая через одно реле, возрас тает, в то время как через другое — уменьшается. Подоб ным образом могут быть построены и другие схемы.
о '■V» сетьо
Рис. |
145. |
Однотактный каскад |
на |
Рис. 146. Двухтактный каскад |
|||||
лучевом |
тетроде с фиксированным |
на триодах с питанием через ди- |
|||||||
|
|
|
смещением. |
|
|
оды. |
|
|
|
На рис. 145 показан выходной каскад на лучевом тетроде |
|||||||||
с фиксированным смещением, который эквивалентен |
схеме |
||||||||
рис. |
138. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Усилитель мощности по двухтактной схеме на четырех |
|||||||||
лампах (рис. 135) может |
быть |
преобразован, |
|
как показано |
|||||
на |
рис. 146, т. е. может быть осуществлен на |
одном двой |
|||||||
ном |
триоде. Вариант этой схемы |
с использованием тетродов |
|||||||
(или пентодов) приведен на рис. 147. |
|
|
|
|
|||||
Из |
сравнения различных |
схем |
выходных каскадов |
можно |
|||||
заключить, что для использования в усилителях |
автокомпен |
||||||||
саторов наибольший интерес представляют |
следующие |
схемы: |
|||||||
а) |
с |
питанием анодных |
цепей переменным |
током — схема |
|||||
рис. 137 |
и ее разновидности (рис. 133, |
138); |
|
|
|
||||
б) с питанием анодных цепей |
постоянным |
током — схема |
|||||||
рис. |
141; |
|
|
|
|
|
|
|
в) с питанием пульсирующим током — схемы рис. 143 и 145.
§ 2 5 ] |
УСИЛИТЕЛИ С ПИТАНИЕМ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ |
2 9 1 |
Перечисленные схемы наиболее просты и удовлетворяют большинству требований, предъявляемых в автокомпенсато рах к усилителям мощности. Сравнительно реже приходится прибегать к двухтактным схемам рис. 135, 142, 146, 147. Их
Рис. 147. Двухтактный каскад на лу чевых тетродах с питанием через диоды.
применение оказывается целесообразным только при необхо димости избавиться от подмагничивания постоянной составляю щей и полностью использовать возможности двигателя.
Остановимся более подробно на некоторых свойствах пе речисленных схем и выборе их параметров.
§ 25. Усилители мощности с питанием анодных цепей переменным током
Прежде чем переходить к анализу конкретных схем, рас смотрим весьма важную особенность работы электронной лампы
спитанием анодных цепей переменным током (см. О. М. Ми нина, Д. Е. Полонников [19]).
Если усилитель мощности имеет реостатно-емкостную связь
спредыдущим каскадом (например, рис. 133), то наблю
2 9 2 УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ [ г л . VUI
дается следующее явление: при постепенном повышении сред ней мощности, рассеиваемой на аноде лампы (путем по
вышения либо анодного напряжения, либо анодного |
тока), |
||||
наступает момент, когда при неизменных |
напряжениях на |
||||
|
электродах |
лампы по- |
|||
|
стояпнап |
составляю |
|||
и. |
щая анодного тока на |
||||
|
чинает |
уменьшаться. |
|||
|
При |
этом |
мощность, |
||
|
рассеиваемая |
|
анодом |
||
|
лампы, остается |
мень |
|||
|
ше допустимой мощно |
||||
|
сти рассеяния, гаран |
||||
|
тированной |
заводом. |
|||
|
Одновременно начинает |
||||
|
уменьшаться |
средняя- |
|||
|
крутизна |
каскада, оп |
Рис. 148. Форма экранного тока /„ и Эк- |
|
ределяемая |
как |
|
|||||||||||
|
|
|
ДIn |
|
|
|
|||||||||
ранного |
напряжения |
U, |
лампы |
6П6 |
при |
|
|
|
при |
|
|||||
P., = |
0,2Р„ |
|
Рэ — 0,4Р| акс* |
|
|
Ua= |
Д'Л |
0 , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
const |
и |
ср = |
|||
где Д/а — приращение |
постоянной |
составляющей |
анодного |
||||||||||||
тока, |
Д//вх— приращение |
эффективного |
значения |
входного |
|||||||||||
напряжения, |
Ua — эффективное значение |
переменного |
напря |
||||||||||||
жения |
на аноде лампы, |
ср — фазовый |
сдвиг |
между |
напряже |
||||||||||
ниями |
Ua и |
UBX. |
оказывается |
инерционным. Анодный |
ток |
||||||||||
Этот |
процесс |
||||||||||||||
в некоторых |
случаях |
уменьшается |
в |
2 — 3 |
раза и для |
вос |
|||||||||
становления |
его первоначального |
значения |
требуется |
выклю |
чение лампы на несколько минут. После повторного включения и разогрева катода ток достигает своего первоначального значения, однако через некоторое время снова падает. У тетродов и пентодов уменьшение тока выражено особенно сильно.
Падение постоянной составляющей анодного тока связано не только с уменьшением мгновенных значений тока, но так же с появлением тока через лампу в обратном направлении от катода к экранной сетке и аноду. На рис. 148 дана кри
вая |
экранного |
тока |
/э |
и экранного |
напряжения U3 |
лампы |
||
6 П6 |
для |
случая, когда |
мощность рассеяния |
на аноде |
равна |
|||
2,7 |
вт |
(около |
20 % |
от |
Ра макс) и на |
экране |
0,9 вт |
(около |
§ 25] |
|
УСИЛИТЕЛИ С |
ПИТАНИЕМ |
ПЕРЕМЕННЫМ |
ТОКОМ |
2 9 3 |
||||||
40 % |
от Яэ чакс). |
На |
осциллограмме |
ясно |
видно |
появление |
||||||
тока |
в |
отрицателвпые |
полупериоды |
экранного напряжения. |
||||||||
Протекание тока в обратном направлении в течение по- |
||||||||||||
лупермодов, |
когда |
анод и экранная |
сетка |
отрицательны |
от- |
|||||||
|
■IIHIlWHIULIlUIUIII |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
>1111|ПйТГ|шТРг|Г1тСш явт яят кт т т т т шшшшштшяттмтмтт, |
|||||||||||
Оримя(celj 0,** |
В 6/< |
6,8 |
7,2 |
7,8 |
15.8 |
/В !B/i 15,8 |
17,2 17,5 |
W |
||||
1 ( 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—дшшлtlllllидцnia!1П4UPHЛPtlPlll1W1Г1'fHf1Г)Л!1ПГР1■film |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
И Л Л Н У ,, J .IiilJ lllllll 1 |
||||
1 |
; |
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|||
Рнс. |
149. Зависимость экранного |
тока от времени при включении |
||||||||||
|
|
|
|
|
контура R ,C . |
|
|
|
|
|||
носительно |
катода, |
можно |
объяснить |
появлением |
термоэлект |
ронной эмиссии с анода и экранной сетки. Эго подтверждает ся как инерционностью процесса (что при других типах эмиссии трудно объяснимо), так и тем, что обратный ток появляется только при определенной величине мощности рас
сеяния па аноде, следовательно, |
|
|||||
при |
определенной |
температуре |
|
|||
анода. Обратный ток быстро на |
|
|||||
растает с увеличением мощности, |
|
|||||
рассеиваемой лампой, т. |
е. |
с |
ее |
|
||
температурой. |
|
|
|
|
|
|
|
При появлении обратного |
тока |
|
|||
значительное количество |
электро |
Рис. 150. Схема включения |
||||
нов, летящих от анода |
и экран |
контура R ,C . |
||||
ной |
сетки к катоду, |
попадает |
на |
|
управляющую сетку, |
заряжая |
ее отрицательно. Отрицатель |
||||
ный заряд на сетке сохраняется |
в положительный |
полупериод |
||||
и вызывает |
значительное уменьшение анодного |
тока. |
||||
На рис. 149 приведена осциллограмма*) |
изменения экран |
|||||
ного тока |
лампы 6 П6 |
при включении в управляющую сетку |
||||
контура |
R,C |
(рис. |
150). До |
включения |
контура R,C |
*) Не полностью, а в виде частей осциллограммы через некоторые промежутки времени.
2 9 4 УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ [ г л . VU1
(ключ К замкнут) величина тока в отрицательные и положи тельные полупериоды экранного напряжения различна. После
включения контура R,C (ключ |
К разомкнут) на конденса |
торе появляется отрицательный |
потенциал, который через |
^JxJ\J\Ajuu£aa. л_/ии6__
a) si в) $
Рис. 151. Измерения анодного и экранного токов при включении и выключении входного сигнала.
некоторое время запирает лампу в положительные полупери оды (первый участок осциллограммы). Экранный ток в отри цательные полупериоды (обратный ток через лампу) также
уменьшается |
за |
|
счет |
резкого |
падения мощности |
рассеяния |
|||||||||
в лампе. С уменьшением обратного тока |
падает |
отрицатель |
|||||||||||||
ный потенциал управляющей |
сетки и |
при некотором значении |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
его |
через |
лампу |
в |
положи |
||||
|
|
|
|
|
|
|
тельные |
полупериоды |
начи |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
нает |
протекать |
ток |
(второй |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
участок осциллограммы), до |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
стигая установившегося зна |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
чения примерно через 15 сек. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
После окончания переходно |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
го |
процесса |
через |
лампу |
|||||
Рис. 152, |
Схема |
включения вход |
протекает экранный ток, зна |
||||||||||||
чительно |
меньший, |
чем |
без |
||||||||||||
|
ного |
сигнала. |
|
|
контура |
(третий |
|
участок |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
осциллограммы). |
|
Величина |
||||||
тока зависит как от напряжений Ua и |
U3, так |
и от |
пара |
||||||||||||
метров |
контура |
R,C. |
|
|
осциллограммы |
анодного |
и |
||||||||
На |
рис. |
151 |
приведены |
||||||||||||
экранного токов |
|
лампы 6 П6 |
при подаче |
(и |
снятии) |
сигнала |
|||||||||
на управляющую |
сетку |
(рис. |
152)*). |
|
|
|
|
|
|
|
|
*) Сопротивление R s поставлено для ограничения величины тока
управляющей сетки.
§ 25] |
УСИЛИТЕЛИ |
С ПИТАНИЕМ ПЕРЕМЕННЫМ током |
295 |
После подачи сигнала (рис. 151,а) увеличиваются токи |
|||
через |
лампу, но 1 со |
временем они постепенно уменьшаются |
за счет появления обратных токов и зарядки конденсатора С.
Осциллограмма |
рис. |
151,6 снята через 1,5 мин |
после |
подачи сигнала. |
На |
ней хорошо виден обратный ток |
через |
экранную сетку, а также изменения анодного и экранного токов в положительные полупериоды напряжений. После
снятия сигнала (рис. 151,в) токи вначале резко |
падают, |
а затем постепенно возрастают. На осциллограмме(рис. |
151,г) |
показано, как изменились токи через 2 мин после снятия сигнала.
Протекание тока через лампу в отрицательные полупе риоды питающего напряжения обусловливает ряд вредных последствий. Увеличивается мощность, рассеиваемая лампой,
без |
увеличения полезной мощности. |
Это объясняется тем, |
что |
ток, протекающий в отрицательный |
полупериод напряже |
ния на аноде, практически не управляется входным сигналом, так как сетка оказывается под положительным потенциалом от
носительно катода (которым в данный момент |
служит анод |
||||||
лампы). Эго приводит |
к уменьшению к.п.д. каскада, а сле |
||||||
довательно, к уменьшению максимальной выходной |
мощности: |
||||||
р |
|
= р |
—5— |
|
|
|
|
1 вых. макс |
|
‘ а макс j __ ^ > |
|
|
|
||
где ^вых.макс — максимальная |
полезная выходная |
мощность, |
|||||
Ра макс — максимальная |
допустимая |
мощность |
рассеяния |
на |
|||
аноде, т] — коэффициент полезного |
действия каскада. |
|
|||||
Протекание тока в |
обратном направлении |
при |
наличии |
в |
управляющей сетке разделительного конденсатора С значи тельно уменьшает среднюю крутизну каскада, так как уп равляющая сетка заряжается до значительного отрицательного потенциала и, следовательно, рабочая точка сдвигается на нижний изгиб характеристики лампы.
Каскад, работающий с протеканием тока в обратном на правлении, оказывается весьма инерционным, так как его
крутизна зависит от величины обратного тока, |
который в |
свою очередь медленно меняется при изменении |
входного |
сигнала, а следовательно, и мощности, рассеиваемой анодом. В этом случае средний анодный ток каскада весьма нестаби лен из-за непостоянства эмиссии с анода, вследствие чего применение различных балансных каскадов для уменьшения
2 9 6 УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ [ г л . VIII
дрейфа нуля становится неэффективным. Отсюда ясна необхо димость борьбы с вредным влиянием обратного тока. Приве дем некоторые из возможных способов.
а) Выбор режима по рассеиваемой мощности без обра ных токов, т. е. такого режима, при котором мощность, рас сеиваемая лампой, не превышает критического значения Ракр*). В этом случае, разумеется, может применяться любая из
ПШ Ш Г| |
|
|
А~ есть |
о |
|
Р и с . 153. С хем а вклю чения |
д и о д о в |
в ан одн ы е цепи для |
уст р а н ен и я об р а т н ы х |
токов . |
известных схем без каких-либо специальных изменений. Од нако такой путь нецелесообразен, так как требует работы каскада с большой недогрузкой по рассеиваемой мощности. Для различных ламп величина Ра кр колеблется довольно сильно, у тетродов
Ра кР ^ (0>15 н - 0,3) Ра макс.
б) |
Включение |
в цепь управляющей |
сетки |
большого со |
противления. Большое |
сопротивление ограничивает |
сеточный |
||
ток в |
отрицательный |
полупериод анодного |
напряжения. Бла |
годаря этому конденсатор С получает меньший заряд и отри цательное смещение растет значительно меньше, чем без со противления в цепи сетки. Этот способ позволяет уменьшить
вредное влияние обратного тока на |
крутизну |
каскада, |
его |
|
*) |
Р а кр — м ощ н ость р а ссея н и я ан одом |
лампы , при |
к оторой |
п ояв |
л яется |
обратны й ток . |
|
|
|
§ 251 |
УСИЛИТЕЛИ С ПИТАНИЕМ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ |
297 |
инерционность и нестабильность, однако он не улучшает к.п.д. и не увеличивает' выходную мощность.
в) Включение вентильных элементов в анодную цепь лампы. Этот способ является переходом от питания анодных цепеИ переменным током к питанию от однополупериодного выпрямителя (рис. 153). Как видно из схемы, в отрицатель ный полупериод анодное напряжение близко к.нулю и, сле довательно, обратный ток через лампу и все вредные послед ствия, связанные с ним, практически полностью ликвиди руются. Преимущества последнего метода по сравнению с
Р и с . 154. С хем а вклю чения д и о д о в в ц еп и эк р ан н ы х сет о к для у ст р а н ен и я об р а т н ы х токов .
питанием каскада выпрямленным и отфильтрованным напря жением заключается в том, что каскад сохраняет свои фазочувствительные свойства. Каскад с питанием анодной цепи от однополупериодного выпрямителя без фильтра поз воляет полностью использовать лампу по отдаваемой мощ ности.
г) Включение вентильных элементов в цепь экранных сеток. В случае применения пентода или тетрода достаточно включить вентильные элементы в цепь экранной сетки (схе ма рис. 154). При этом могут быть использованы элементы, рассчитанные на меньший рабочий ток и меньшее обратное напряжение, поскольку для питания экранной сетки обычно требуются меньшие напряжение и ток.