И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Поэтому К иногда называют сопротивлением утечки сетки. Резистор К, должен иметь большое сопротивление, т. е. Ка дь Кяк. Но чрезмерно большое сопротивление К, недопустимо. Если на сетку придет большой импульс положительного напряжения, например от помехи, то сетка притянет большое число электронов. На ней накапливается значительный отрицательный заряд. При очень большом сопротивлении К, этот заряд стекает медленно и лампа будет некоторое время в запертом состоянии. Выясним вредное влияние сеточного тока. Предположим, что усилительный каскад работает без отрицательного смещения сетки.
Тогда при отрицательной полуволне переменного сеточного напряжения тока сетки нет, источник ИК работает вхолостую и напряжение сетки равно ЭДС этого источника. Но при положительной полуволне возникает сеточный ток, который создает на сопротивлении источника колебаний Ки» падение напряжения. В этом случае источник работает с нагрузкой и напряжение сетки меньше его ЭДС.
Для положительной полуводны амплитуда сеточного напряжения а ~та ~атмКИ» (18 9) где Š— амплитуда ЭДС источника колебаний и 1, ,„ — максимальное значение сеточного тока. Сопротивление К„» часто бывает значительным. Весьма заметно тогда и падение напряжения внутри источника. 238 с) О Рис. 18,5. Сеточное напряжение усилительного каскада для различных режимов цепи сетки В результате переменное напряжение сетки станет несинусондальным, т.
е. возникнутискажения. Амплитуда у положительной полуволны будет меньше, чем у отрицательной (рис.! 8.5, а). Чем больше амплитуда переменного сеточного напряжения, тем больше ток сетки и тем сильнее искажения. Они вызваны нелинейностью сопротивления К,„ участка сетка — катод, который подобен диоду. При положительном напряжении сетки это сопротивление не более 1000 Ом, а при отрицательном стремится к бесконечности. Источник колебаний нагружен на такое нелинейное сопротивление, поэтому его напряжение искажается.
Вследствие искажений Напряжения сетки на выходе каскада будет искаженное усиленное напряжение. Наибольшие искажения получаются в том случае, когда сопротивление Клк во много раз больше сопротивления К „. Тогда при положительной полуволне напряжения источник колебаний работает в режиме короткого замыкания и напряжение сетки близко к нулю. Например, если Ки» = 100 кОм, а К „= = 1 кОм, то при отрицательной полу- волне напряжение сетки равно ЭДС источника, а при положительной полу- волне оно составляет около ! % ЭДС, т.
е. почти ' вся ЭДС теряется на Кик. Практически напряжение состоит из одних отрицательных полуволн (положительные полуволны срезаны). Подобный режим применяется в ограничителях, но для усиления без искажений он недопустим. Если сеточный ток устранен с помощью отрицательного напряжения смещения, то сопротивление участка сетка— катод очень велико и источник колебаний рабоТает в режиме холостого хода в течение всего периода.
Напряжение сетки все время равно ЭДС источника. Амплитуды обеих полуволн этого напряжения одинаковы и имеют наибольшие возможные значения. В этом случае участак сетка — катод не нагружает источник, т. е. не потребляет от него мощность. Следовательно, источник колебаний может иметь любую, даже малую мощность.
Таким образом, при работе усилительного каскада с отрицательным смещением, устраняющим сеточный ток, искажений за счет этого тока нет. Если же амплитуда переменного напряжения сетки больше сеточного смещения ((7 в > ~ Е, ~), то на некотором отрезке периода возникает сеточный ток, который создает искажение. Произойдет срез той части положительной полуволны переменного сеточного напряжения, которая «заходит» в положительную область (рис. 18.5,б).
Колебания анодного тока также исказятся (рис. 18.6). Верхняя часть положительной полуволны анодного тока будет срезана (верхняя отсечка). Если при этом часть отрицательной полуволны сеточного напряжения запирает лампу, то появляется и нижняя отсечка анод- ного тока. Колебания анодного тока могут стать трапецендальными вместо синусоидальных. Рнс. 18,6.
Искажения анодного тока прн верхней н нижней отсечке 'Й1 Рнс. 18.7. Подача входного напряжения через трансформатор Рис. 18.8. Трансформаторный (а) н лроссель- ный (б) усилительный каскад Если в дсточнике колебаний имеется постоянное напряхгСние, то оно не должно попадать на сетку лампы. Тогда усиливаемое напряжение подают через трансформатор (рис. 18.7) или разделительный конденсатор (см. рис.
18.4,б). Напряжение смещения подводится к сетке через вторичную обмотку трансформатора или сеточный резистор йв, имеющий сопротивление от сотен килоом до единиц мегаом. Ламповые усилительные каскады могут применяться для усиления колебаний различных частот. Для низких частот обычно применяются резистивные каскады (см. рис. 18.4,а), а также трансформаторные и реже дроссельные (рис. 18.8). Усилители радиочастоты, как правило, бывают резонансными, т.
е. на- 239 т. е. во много раз превышает значение К, для каскадов с биполярными транзисторами, Усиленное напряжение на выходе каскада определяется по формуле (1«вых = Пах = Пна = 1найа нли П я — — КП . (1812) б) Рнс. 18лл Резонансные усилительные каскады грузкой в анодной цепи служит резонансный контур. Входная часть таких каскадов выполняется по любой из рассмотренных схем, т. е. источник колебаний может быть подключен к лампе непосредственно (рис.
18.9, а), через трансформатор (см. рис. 18.7) или конденсатор (см. рис. 18.4,6). Часто в цепь сетки также включается резонансный контур (рис. 18.9, б). 18.3. ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА Важнейший параметр — коэффициент усиления каскада К= П, /П т = () /и а. (18.10) Точнее К надо называть коэффициентом усиления каскада но напряжению, но принято слова «по напряжению» опускать. Усиление переменного тока оценивается коэффициентом усиления каскада но току Кь который равен отношению амплитуд выходного и входного тока: К~ — — 1,т/1 т аа 1,/1 .
(18.11) Если каскад работает на низких частотах и устранен сеточный ток, то входной ток ничтожно мал и К; может составлять много тысяч или миллионов, Результат работы усилительного каскада характеризуется также его полезной или выходной мои1ностью Р т. е. мощностью переменного тока в нагрузке: Р. ° =051 П и =051э-К =05Пан/Я„. (18.13) Параметром усилительного каскада является также его коэффициент полезного действия. Принято рассматривать КПД но анодной цени, равный отношению полезной мощности Р „к мощности постоянного тока Р„ подводимой от источника напряжения Е,: т) = Р /РО (18.14) Мощность РО есть произведеиие ЭДС источника Ез на постоянную составляющую анодного тока 1,,р.
1 0 1а.ар~а. Таким образом, КПД показывает, какая часть мощности, затраченной анодным источником, превращается в полезную мощность усиленных колебаний. Разность Р, и Р,„„есть мощность потерь: Р„„= РΠ— Р,т. (18.16) В резистивном каскаде мощность потерь складывается из мощности Рм выделяемой на аноде, и мощности постоянного тока, теряемой в нагрузочном резисторе, Ряр. У резистивного каскада КПД всегда мал, но подобные каскады применяются в качестве маломощных усилителей и их низкий КПД не играет роли.
При большой мощности важно иметь высокий КПД. Мощные усилительные каскады низкой частоты по трансформаторной схеме нли каскады усиления радиочастоты с резонансным контуром в режимах работы с малыми искажениями имеют КПД до 45%. У таких каскадов КПД более высок, в частности, потому, что сопротивление постоянному току первичной обмотки трансформатора или катушки колебательного контура невелико и потери мощности в них незначительны. Для этих каскадов потерянная мощность приближенно равна мощности, выделяемой на аноде: Рвот Ра = Ре 1 ааа П8 17) В этом случае при отсутствии переменного напряжения сетки, когда Р, =О, вся мощность Рв равна Р„т. е. выделяется на аноде.
Может произойти перегрев анода и выход лампы из строя. В мощных каскадах, когда допускаются значительные искажении, КПД достигает 70 — 80/,. Повышению КПД способствует отрицательное сеточное смещение. Оно уменьшает постоянную составляющую анодного тока, а следовательно, и подводимую мощность Рв. Не следует смешивать КПД каскада с коэффициентом усиления каскада но маи1иаснаи Кр Кр — — Р„,,„/Р, (18.18) где входная могдность Р,„может быть определена по формуле Р,„= 0,51,„(7„,„.
(18 19) Поэтому К = ' ""' "'"' =КК. (18.20) 0,51маа (у,„а„ Расчет мощности Р представляет значительные трудности. Поэтому обычно пользуются только коэффициентом усиления каскада по напряжению К. Для каскада усиления низкой частоты, работающего с отрицательным сеточным смещением, мощность Р ничтожно мала, так как весьма мал ток сетки. Если при этом имеется резистор К (см.
рис. 18.4,б)„то Р определяется потерями в нем: Р = Пз /(2Я ) Так как сопротивление К» обычно велико, то мощность будет нйчтожной. Например, при 17 = 2 В и И =1 МОм получаем Р,„= 24/(2 ° 104) = 2 10 в Вт=2 мкВт. Значение К» в усилителях, работающих без сеточных токов, может достигать сотен тысяч и более.
У каскадов с биполярными транзисторами Кр всегда меньше из-за больших входных токов. При работе усилителя с сеточными токами мощность Р значительно увеличивается и коэффициент Кр резко уменьшается. Один из важных параметров усилительного каскада — его входное сон рати»- ление К,а, которое каскад оказывает источнику колебаний. Оно имеет активную и реактивную составляющую. Последняя является сопротивлением входной емкости лампы (см. э 18.7).
На низких частотах это реактивное сопротивление очень велико, а поскольку активное и реактивное соединены параллельно, то допустимо считать входное сопротивление чисто активным. При отсутствии тока сетки и на низких частотах это сопротивление может быть очень большим (мегаомы). Тогда источник колебаний работает в режиме, близком к холостому ходу, и напряжение у него наибольшее, почти равное ЭДС. Если имеется резистор й» (см.
рис. 18.4,б), то входное сопротивление определяется сопротивлением И Сеточный ток уменьшает входное сопротивление до нескольких килоом или сотен ом. Для расчета работы лампы в усилительном каскаде применяются два метода: аналитический и графоаналитический. Аналитический метод позволяет осугцествить расчеты с помощью простых формул, содержащих параметры лампы, определяемые из характеристик для выбранного режима. Для расчета режима колебаний с большими амплитудами этот метод недостаточно точен, так как не учитывает нелинейность лампы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
