kompana (Выходные каскады в режиме В), страница 2

Отрицательное смещение на сетки ламп в режиме В можно подавать и с сопротивления, включенного в общий катодный провод двухтактной схемы (катодное смещение). Однако ввиду того, что среднее значение анодного тока в режиме В сильно зависит от амплитуды сигнала, смещение на сетке при малых амплитудах будет невелико и каскад будет работать почти в режиме А. При максимальном расчетном сигнале и правильно рассчитанном сопротивлении катодного смещения каскад будет работать в режиме В, но при сигнале выше расчетного перейдет в режим С. Вследствие возрастания отрицательного смещения на сетках при увеличении амплитуды сигнала средняя крутизна характеристики ламп за период падает, и амплитудная характеристика каскада, работающего в режиме В с катодным смещением, получается криволинейной (рис. 5).

Рис. 5. Амплитудная характеристика каскада мощного усиления,

работающего в режиме В с катодным смещением

Значение R_к для каскада, работающего в режиме В с катодным смещением, находят, поделив напряжение отрицательного смещения U_с0 на средний ток в катодном проводе при максимальном расчетном сигнале I_к.ср

. (10)

Для триодов I_к.ср равно среднему току в анодном проводе I_а.ср и находят по формуле (2); для экранированных ламп I_к.ср равно сумме I_а.ср и среднего значения тока экранирующих сеток за период сигнала.

При расчете каскада в режиме В с катодным смещением необходимо проверять мощность, рассеиваемую на аноде ламп в режиме покоя. Так как по отношению к источнику анодного питания лампы двухтактной схемы включены параллельно, то для нахождения тока покоя каскада при отсутствии сигнала строят статическую характеристику зависимости удвоенного катодного тока от смещения на сетке и находят точку пересечения этой характеристики с прямой, проходящей через начало координат и через точку пересечения перпендикуляров, восстановленных из точек U_c0 и 2I_к.ср (рис. 6).

Рис. 6. Определение тока покоя каскада мощного усиления

с катодным смещением, работающего в режиме В.

Прямая характеризует падение напряжения на сопротивлении R_к в зависимости от тока через него, а точка пересечения прямой и характеристики суммарного тока определяет смещение на сетках каскада U^’_с0 и суммарный катодный ток 2I^’_к0 при отсутствии сигнала. Поделив этот ток пополам и вычтя из него ток экранирующей сетки при каскаде с экранированными лампами, находят анодный ток покоя одной лампы и мощность, рассеиваемую на аноде в режиме покоя. Если найденная таким образом мощность превышает P_а.доп взятой лампы, работа в данном режиме с катодным смещением невозможна и смещение на сетку необходимо подавать от отдельного источника.

2. Каскад с трехэлектродными лампами

Для определения желательных параметров триода и наивыгоднейшего сопротивления их анодной нагрузки в режиме В используем семейство идеализированных выходных статических характеристик триода (рис. 7).

Рис. 7. Расчет каскада мощного усиления с триодами в режиме В

При работе без токов сетки и полном использовании дамп нагрузочная линия, проходящая через точку R_а0, касается нулевой характеристики триода (прямая А по рис. 7). При этом сопротивление анодной нагрузки плеча переменному току R_a~n и внутреннее сопротивление триода R_i определяются формулами:

, (11)

. (12)

Отсюда в режиме В

. (13)

Решив (13) относительно U_ам и подставив в формулу, определяющую отдаваемую каскадом мощность сигнала P_~, получим

. (14)

Это показывает, что наибольшая мощность, которую триоды могут отдать при работе в режиме В без токов сетки:

1)прямо пропорциональна квадрату анодного напряжения U_а0;

2)обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению триодов R_i;

3)зависит от отношения сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению лампы.

Отсюда следует, что для получения наибольшей мощности в режиме В при заданном напряжении на аноде необходим триод с малым внутренним сопротивлением, как и в режиме А. Продифференцировав знаменатель правой части выражения (14) по а и приняв производную нулю, нетрудно убедится, что максимум отдаваемой мощности имеет место при а=1. Следовательно, при заданном анодном напряжении и работе без токов сетки триод в режиме В отдает наибольшую мощность при сопротивлении анодной нагрузки, равном его внутреннему сопротивлению.

Для определения зависимости кпд каскада мощного усиления с триодами в режиме В от сопротивления нагрузки используем выражение (4), которое после замены U₀ через U_ам+U_ост и деления числителя и знаменателя полученного выражения на U_ост примет вид

, (15)

так как согласно (13) отношение .

Из (15) видно, что кпд каскада мощного усиления с триодами в режиме В растет с увеличением сопротивления нагрузки, стремясь к при безграничном возрастании R_a~n.

Сопротивление нагрузки плеча R_a~n двухтактного каскада в режиме В желательно брать порядка 1,5 R_i или выше, если последнее допустимо с точки зрения отдаваемой каскадом мощности.

3. Каскад с экранированными лампами

В режиме В, так же как и в режиме А, наивыгоднейшей нагрузкой для экранированной лампы является такая, при которой верхний конец нагрузочной прямой проходит через сгиб статической анодной характеристики для u_c=0. При этом отдаваемая лампами мощность и кпд близки к максимальным. Ввиду того что нагрузочная прямая в режиме В проходит через точку U_а0 на горизонтальной оси, а не через точку I_а0 режима А, сопротивление анодной нагрузки плеча R_a~n получается меньше, чем в режиме А, обычно находясь в пределах .

Для уменьшения коэффициента гармоник при большой амплитуде сигнала отрицательное смещение на управляющей сетке экранированных ламп, как и в случае триодов, берут таким, при котором I^’₁ вдвое меньше I^’_макс. Для уменьшения нелинейных искажений при слабых сигналах необходимо иметь статическую крутизну характеристики в точке покоя не ниже крутизны в рабочей ее части.

4. Каскад с транзисторами

В режиме В, так же как и в режиме А, ввиду незначительности остаточного напряжения у транзисторов максимальная амплитуда переменной составляющей выходного напряжения U_вых.м почти равна напряжению питания выходного электрода U₀. отсюда отдаваемая каскадом мощность P_~ и сопротивление плеча переменному току R_~n определяется выражениями:

. (16)

Из этих формул нетрудно получить следующие расчетные формулы для транзисторного двухтактного каскада, работающего в режиме В:

. (17)

Напряжение питания транзисторов U₀ для уменьшения входной мощности сигнала и коэффициента гармоник в режиме В желательно брать возможно более высоким, но не выше максимально допустимого напряжения между выходными электродами для примененного способа включения.

Так как в транзисторном каскаде , максимальная мощность выделяется на коллекторе при входном сигнале, соответствующем . Ее рассчитывают по формуле (5), подставив в последнюю значение I^’_макс, соответствующее .

Повышение входного сопротивления транзистора при малых входных токах приводит к изгибу нижней части сквозной динамической характеристики, что при слабых сигналах вызывает появление значительных искажений. Поэтому в каскадах, работающих в режиме В с изменяющейся амплитудой сигнала, на базу относительно эмиттера подают небольшое отрицательное смещение ( в для германиевых транзисторов) от низкоомного делителя напряжения. При этом сквозная характеристика спрямляется и нелинейные искажения при слабых сигналах практически исчезают.

При работе в режиме В с постоянной амплитудой сигнала и включении с общей базой можно получить низкий коэффициент гармоник и без смещения, спрямив нижний изгиб сквозной характеристики высоким сопротивлением источника сигнала.

Динамические характеристики транзисторного каскада в режиме В строят для одного полупериода сигнала. Напряжение, ток и мощность входного сигнала находят по входной динамической характеристике; коэффициент гармоник – по сквозной динамической характеристике.

Заключение

Режимом В называют такой режим работы усилительного элемента, в котором при идеализированной (спрямленной) проходной динамической характеристике ток выходной цепи протекает в течение половины периода сигнала.

В виду незначительности тока покоя и малого среднего значения выходного тока по сравнению с его амплитудой, кпд режима В значительно выше, чем режима А. Однако большое содержание четных гармоник в выходном токе позволяет применять режим В в однотактных каскадах усиления гармонических сигналов лишь в резонансных усилителях, где нагрузкой является параллельный резонансный контур, настроенный на частоту сигнала или на одну из его гармоник. В этом случае напряжение на нагрузке практически синусоидально, так как для других частот параллельный контур представляет собой почти короткое замыкание. В усилителях импульсных сигналов одной полярности режим В может применятся и в однотактной схеме.

В усилителях, предназначенных для усиления гармонических сигналов различных частот, а также в усилителях импульсных сигналов обеих полярностей использование режима В возможно лишь в двухтактной схеме. При этом одно плечо двухтактной схемы работает в течение положительного полупериода сигнала, другое – в течение отрицательного полупериода и форма сигнала на нагрузке при прямолинейной динамической характеристике не отличается от формы эдс источника сигнала. В практических условиях вследствие непрямолинейности динамической характеристики и неодинаковости параметров усилительных элементов в плечах схемы режим В в двухтактной схеме дает нелинейные искажения как по четным, так и по нечетным гармоникам. Коэффициент гармоник в режиме В выше, чем в режиме А, вследствие использования большего участка статической характеристики усилительного элемента, включая ее криволинейную нижнюю часть.

Каскады с выходной мощностью порядка десяти и более ватт, предназначенные для усиления гармонических сигналов различных частот или импульсных сигналов, всегда работают в режиме В. В экономичных переносных устройствах, питаемых от химических источников тока, применение режима В иногда целесообразен в каскадах с выходной мощностью даже в доли вольт.

Литература

1. Расчет схем на транзисторах. Пер. с англ. – М.: Энергия, 1969

2. Цыкин Г. С. Электронные усилители – М.: Связь, 1965

3. Ксояцкас А. А. Основы радиоэлектроники – М.: В. Ш., 1988

16