Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Продифференцнруем обе части (160.5) по ею считая 11с = соева Получим По Поэтому Я11Рс, = 1. (160.8) 8 161. Усиление электрических сигналов Управляющее действие сетки, рассмотренное в предыдущем параграфе, позволяет использовать триоды для усиления электрических сигналов и переменных токов. Принципиальная схема усилителя с трехэлектродной лампой показана т на рис. 280. Анодная цепь лампы содержит источ- У,,А, ник тока с ЭДС 11 и на- грузочное сопротивление ° е Ва. Усиливаемое переменное напряжение 17с прикладывается между сетРис, 280.
Схема усилителя на сопротивле- кой и катодом лампы. ниах Изменение сеточного напряжения Ь17с вызывает определенное изменение анодного тока Ьт' . Но напряжение между анодом и катодом, согласно закону Ома, для участка цепи с ЭДС выражается соотношением 17а — 6 тсава Поэтому изменение анодного тока Ам', вызовет изменение анод- ного напряжения Ь17а = — В,Ьг'„ (161.1) 375 1 161 УСИЛЕНИЕ ЭЛСК'!'РИЧЕСКИХ СИГПАЛОВ и если к сетке приложено переменное напряжение, то и на аноде лампы (на нагрузочном сопротивлении Ва) появится также переменное напряжение.
Легко видеть, что изменение анодного напряжения Ьс1, может быть больше, чем Ьс',. В самом деле, рассмотрим важный частный случай, когда нагрузочное сопротивление намного больше внутреннего сопротивления лампы (В » ~). В этом случае ток через лампу будет практически определяться только сопротивлением !1, а значит, будет оставаться постоянным. По, согласно (160.1), это значит, что 1У, + Р1) = сопз1. Поэтому Ь11, + РЬ1У, = О, а следовательно, Ь1У,/Ьс»', = — 1/Р = -К.
(161. 2) Так как всегда проницаемость сетки Р < 1» то Ьс), >».'»1!с, и мы имеем усиление напряжения. Из (161.2) видно, что отношение обоих напряжений в этом случае равно К = 1/Р» чем и объясняется название «коэффициент усиления» для величины К. Знак минус в формуле (161.2) показывает, что увеличение потенциала сетки (положительного) вызывает уменьшение потенциала на аноде. При наличии колебательного сеточного напряжения это обозначает, что колебания анодного напряжения противоположны по фазе колебаниям напряжения на сетке. Д» = ЯД11,. Так как Д11, = Д»,г, где Д», — изл»енение тока сетки, а г — сопротивление между сеткой и катодом, то для коэффициента усиления по току находим д»„ — = Яг.
Д»» (161.3) Усиление по току тем больше, чем больше крутизна характеристики Я. В общем случае, когда яагрузочное сопротивление В„сравнимо с внутренним сопротивлением»ч„для малого изменения анодного тока можно Расс»»отрил» теперь второй предельный случай Ял « и,. Теперь напряжен»»с на аноде лал»пы будет равно ЭДС источника»*', а следовательно, здесь, в противоположность предыдущел»у примеру, постоянным остается анодное напряжение с!л. Напротив, изменения анодного тока в этом случае букут наибольшими. Обращаясь вновь к формуле (160.5), можно написать для ма ых из е нений тока Д»', = ( — ") Д11,. Но производная в правой части есть крутизна Я сеточной характеристики, и поэтому 377 1 Р62 электРические Флуктуации но и питаются одной и той же анодной батареей. Накаливание катодов производится также от единственной батареи накала. Следует обратить внимание на то, что напряжение на сетку каждой лампы подается не непосредственно, а через разделительный конденсатор С.
Он не препятствует прохождению переменных усиливаемых сигналов, но не допускает попадания на сетку высокого постоянного напряжения анодной батареи. Между сеткой и ! катодом каждой лампы с включено еще сопротив- 1 ление т (утечка сетки), — С роль которого заключается в следующем. В те х'хмх периоды времени, когда 1Увх на сетке имеется положительный потенциал, на нее попадают электроны. Если бы утечки сетки не было, то сетка в конце концов зарядилась Рис.
282 Схема усилительного каскада на сопротивлениях отрицательного запирающего потенциала и ток через лампу прекратился бы. Но по сопротивлению г отрицательные заряды непрерывно стекают с сетки и запирания тока в лампе не происходит. Подбирая должным образом соотношение между С и г, можно добиться, чтобы колебания напряжения на сетке происходили относительно небольшого отрицательного значения, при котором еще сохраняется управляющее действие сетки, но ток на сетку практически равен нулю. Мы рассмотрели только одну из наиболее распространенных схем усилителей (усилитель на сопротивлениях). Существуют и многочисленные другие схемы усилителей, описание которых можно найти в радиотехнической литературе.
8 162. Электрические флуктуации Общий коэффициент усиления лампового усилителя может быть как угодно велик. Если, например, одна лампа дает усиление напряжения 10, то усилитель из трех подобных ламп позволит получить усиление 10 10 10 = 10, из шести ламп — 106 и т.д. Поэтому для получения на выходе усилителя определенной амплитуды напряжения, например в 1 В, сигнал на входе при трех лампах должен иметь амплитуду 10 2 В, при шести лампах — только 10 6 В, а при большем количестве ламп — еще меньшее значение.
375 Гл. Хч злвктгичвокив тОки в ВАкуумв Однако было бы ошибкой считать, что при достаточном увеличении числа ламп можно зарегистрировать любой, произвольно малый сигнал. При увеличении общего коэффициента усиления на выходе усилителя появляются быстрые и неправильные колебания напряжения, которые затушевывают усиливаемый сигнал. Если в качестве выходного прибора служит телефон, то в нем возникают шумы. Указанные хаотические колебания напряжения получили название электрических шумов. Электрические шумы обусловлены атомарной природой электрического заряда. Они возникают как внутри электронных ламп, так и в тех сопротивлениях, которые входят в схему усилителя.
Остановимся сначала на шумах электронной лампы. Число термоэлектронов, испускаемых катодом за каждую единицу времени, хотя и очень велико, однако конечно. Вследствие хаотичности теплового движения это число остается постоянным только в среднем. Число же электронов, вылетающих из катода за малые промежутки времени, различно в разные моменты времени; оно то больше, то меньше среднего значения. Эта неравномерность термоэлектронной эмиссии и является одной из причин появления электрических шумов.
Она получила название дробового эФФекта. Дробовой эффект проявляется особенно сильно в том случае, когда все термоэлектроны достигают анода, т.е. когда электронная лампа работает в режиме насыщения Я 157). В тех же случаях, когда ток в лампе ограничен пространственным зарядом (что и имеет место в усилительном режиме), колебания тока, вызываемые дробовым эффектом, сильно подавляются.
Гораздо большее значение имеют шумы, возникающие в сопротивлениях. Для того чтобы понять происхождение этих шумов, представим себе металлический проводник, отключенный от источника тока. Электроны проводимости в таком проводнике, участвуя в тепловом движении, перемещаются вследствие диФфузии. Диффузия не приводит к появлению тока, так как при тепловом движении нет никаких преимущественных направлений, и число электронов, перемещающихся в любом направлении, в среднем равно числу перемещающихся в прямо противоположном направлении.
Однако равенство обоих диффузионных потоков имеет место только при достаточно большом промежутке времени. В отдельные же моменты времени вследствие беспорядочности теплового движения в проводнике существуют слабые токи, направление и сила которых беспорядочно изменяются, а между концами проводника появляется хаотически изменяющееся напряжение.
Мы видим, что электрические шумы имеют то же происхождение, что и хаотические отступления (Флуктуации) давления, 379 1 гез ВТОРИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ плотности, температуры и других макроскопических величин от их равновесных значений, наблюдаемые в атомарных системах и обусловленные тепловым движением. Шумы в сопротивлениях и дробовой эффект представляют собой электрические флуктуации.
Электрические флуктуации можно наглядно продемонстрировать, если подключить ко входу усилителя с коэффициентом усиления 10 — 10 сопротивление в несколько тысяч ом, а вы- Усилияель Осик«лог иф ход усилителя присоединить к осциллографу (рис. 283). Тогда на экране осциллографа вместо 9 ровной нулевой линии, видимой при отключенном усилите- Рис. «83. Схелсл для наблюдения ле, можно наблюдать совершен- »лектгв - вх флуктуация но хаотические колебания луча, вызванные флуктуациями напряжения.
При нагревании сопротивления интенсивность флуктуаций увеличивается. Из сказанного ясно, что для усиления и регистрации электрического сигнала необходимо, чтобы он превосходил уровень собственных шумов усилителя или, по крайней мере, был сравним с ним. В современных хороших ламповых усилителях минимальный сигнал, еще заметный на фоне шумов, может быть доведен до 10 7 В и ниже. 8 163. Вторичная электронная эмиссия Эмиссия электронов из металла наблюдается также при бомбардировке металла извне электронами.
Это явление «выбивания» электронов из металла получило название вшоричной электронной элеиссии. Его причина заключается в том, что приходящие извне электроны, проникая в глубь металла, передают электронам проводимости часть своей энергии. При этом некоторая доля электронов металла приобретает скорости, достаточные для преодоления поверхностного потенциального барьера, и вылетает из металла. Отношение числа выбитых вторичных электронов и к числу проникающих первичных не 7 = н(не называется коэффициенте и вторичной эмиссии. Он зависит от рода металла и скорости первичных электронов. С увеличением скорости первичных электронов коэффициент вторичной эмиссии сначала возрастает, затем достигает размытого максимума и снова уменьшается.
Энергия первичных электронов, соответствующая максимальному 7, различна для разных металлов и имеет порядок сотен электронвольт. 380 ЗЛБКТРИЧБСКИБ ТОКИ В ВАКУУМБ ГЛ ХУ Значение у в максимуме для чистых металлов не превышает 2. Гораздо более сильная вторичная эмиссия наблюдается у МНОГИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, ДЛЯ КОТОРЫХ 7 а МОЖЕТ ДОСТИГатЬ 10 и более. Поэтому для получения сильной вторичной эмиссии употребляют сложные катоды (эмиттеры), состоящие из металлической подложки, на которую наносят слой полупроводника, и подвергают его соответствующей химической обработке. Таковы, например, применяемые на практике сурьмяноцезиевые эмиттеры, получаемые обработкой сурьмы в парах цезия; эмиттеры из арсенида галлия, покрытого тончайшим слоем окислов цезия, и другие. Вторичная электронная эмиссия используется в электронных умножителях, предназначенных для усиления слабых электронных токов. Схема одного из типов умножителей показана на рис.
284. Умножитель представляет собой вакуумную трубку, в которой расположен ряд плоских конденсаторов и собирающий электрод (коллектор). Одна Комод Эммииеры Каллелтор из пластин каждого конден- сатора является вторичноРис. 284. Электронный умиожитель с электронным эмиттером, а магнитным управлением другая служит лишь для создания электрического поля, ускоряющего вторичные электроны. Трубка помещается между полюсами постоянного магнита (на рисунке не показан), создающего магнитное поле, перпендикулярное к электрическому полю (перпендикулярное к плоскости чертежа). Если из катода (например, под действием света) вышло небольшое число электронов, то эти электроны будут ускоряться электрическим полем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
