Файл: Лапицкий Е.Г. Радиопередающие устройства. Основы теории нелинейных цепей [учебное пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 52
Скачиваний: 0
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
ристикой, т. |
е. представить |
управляемое |
нелинейное со |
противление |
некоторым экви |
валентным |
неуправляемым. |
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
i---f (и). |
(2) |
Рис. |
L4. |
|
|
||
Если нелинейное сопротивление |
управляемое, то |
вольта Ам |
перная характеристика должна соответствовать заданному значе нию управляющего параметра. Например, для триода характери стика должна соответствовать определенному (заданному) зна
чению напряжения на управляющей сетке (кривая |
на рис. 1.5). |
Чтобы найти неизвестные и и /, необходимо "решить сов |
|
местно уравнения (1) и (2). Обычно вольтам первая |
характери |
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,
/--■=0, |
тогда и--Е, |
вторую точку |
|
получим, положив, |
и п, тогда |
||
i |
Е |
(точка Ь). Точка пересече |
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
При г - 0 прямая перпендикулярна оси абсцисс, |
по мере |
|
увеличения г вращается вокруг точки а и при |
совпадает |
|
осью абсцисс. |
В случае управляемого нелинейного сопротив |
|
ления (рис. 1.6) |
картина будет аналогичной. |
|
V. Абсцисса точки пересечения прямой с вольтамнерной харак теристикой определяет падение напряжения на нелинейном со
противлении (£/„). В то же время она определяет |
и величину |
||
падения |
напряжения на со |
||
противлении г. Действи |
|||
тельно, |
так |
как |
|
|
|
E - U , |
|
то |
0 |
г.... ’ |
|
|
|
|
|
hr |
U, |
Е - и,. |
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.
e - U mcos®/. |
|
изменяющейся во времени с постоян |
е=ит сопл |
ной частотой |
|
«.=2я/. |
|
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
тока во времени может быть найден путем несложных графи ческих построений. Для этого необходимо построить на отдель ном графике (рис. 1.8) зависимость ординат текущей „рабочей точки” от величины a>t, соответствующей данному мгновенному значению напряжения
u —E —Umcos а>г.
В силу нелинейности вольтампериой характеристики ток не будет изменяться по гармоническому закону, т. е. не будет косинусоидалвным.
Как будет показано в дальнейшем, ток, протекающий в цепи с нелинейным сопротивлением, помимо составляющей основной частоты се содержит составляющие более высоких частот, крат ных основной (/гад, где п 1, 2, 3). Когда нелинейное, сопротив ление является управляемым, то процессы, происходящие в такой цепи, будут отличаться от рассмотренных, если перемен ная э. д. с. включается не последовательно с нелинейным эле ментом, а используется для изменения управляющего параметра. Так, например, при подаче гармонической э. д. с. на управляю щую сетку триода потенциал последней относительно катода будет изменяться во времени. Это приведет к тому, что рабо чая точка (рис. 1.9) будет перемещаться вдоль прямой, зани-
'мая последовательно положения от с' до с", соответствующие экстремальным значениям напряжения на управляющей сетке. В случае неуправляемого нелинейного сопротивления под дей
ствием переменной э. д. с. изменялось положение прямой (рис. 1.8), тогда как вольтамперная характеристика оставалась неизменной. Теперь же под действием переменной э. д. с. из меняется положение вольтампериой характеристики (на рис. 1.9 характеристики, соответствующие u'gl и u"gl), а прямая остается
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-
£
тах |
(иа)); аналогичная характеристика |
может быть |
по |
||
строена и в сеточных координатах |
С помощью |
ди |
|||
намических |
характеристик удобно производить |
качественный |
|||
(а |
иногда и количественный) анализ процессов, |
происходящих |
|||
в различных |
радиотехнических схемах. |
|
|
|
|
|
§ 1.3. Безынерционная схема с диодом |
|
|||
|
Безынерционные схемы —это такие схемы, |
в |
которых |
токи |
зависят только от напряжения, а напряжения—только от токов
|
и не зависят от производных токов и |
||||
|
напряжений. |
|
|
|
|
|
К безынерционным схемам отно |
||||
|
сятся либо схемы, не содержащие ре |
||||
|
активных элементов (конденсаторов и |
||||
|
катушек самоиндукции), либо схемы, |
||||
|
в которых напряжения и токи меняются |
||||
|
|
, |
da Л |
di |
\ |
|
достаточно медленно ( |
~ "; |
^ |
~ 0 j , |
|
|
либо схемы, не содержащие инерци |
||||
|
онных |
нелинейных элементов. |
|
схе |
|
|
Простейшей безынерционной |
||||
Рис. 1.10. |
мой является схема диодного |
ограни |
|||
В этой схеме |
чителя (рис. 1.10). |
напряжение е, |
|||
на зажимы |
/ — Г подается |
•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.
<<?
Г Т - |
р |
У г аогр |
|
m L i |
|
Рис. 1.12. |
Рис. 1.13. |
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
тельной |
схеме (рис. 1.12), изображается некоторой |
кривой |
|
i ~ f( u ) |
(рис. 1.14). |
|
|
Известными параметрами схемы будем считать г и Е. Тогда |
|||
при отсутствии внешнего переменного напряжения |
(е=-0) рабо |
||
чая точка будет определяться координатами t0, |
ив |
(точка О |
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
данном значении напряжения |
на его входе (точка |
2 |
на |
|
рис. 1.145). |
|
|
|
|
Как только переменное напряжение превысит постоянное |
||||
напряжение Е, ток через диод |
прекратится (точки |
3, |
4 |
на |
рис. 1.14а), падения напряжения на сопротивлении г |
не будет, |
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
2 Зак. 32. |
17 |