Файл: Ульянов О.И. Инженерные методы расчета ламповых и транзисторных схем.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.07.2024
Просмотров: 127
Скачиваний: 0
О. И. УЛЬЯНОВ
ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЛАМПОВЫХ
И ТРАНЗИСТОРНЫХ СХЕМ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ ИСПРАВЛЕННОЕ
КУЙБЫШЕВСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
1973
' |
räo .публичная |
|
й&учнотвхни .в кая |
|
библиотека С С ь Р |
„r 3 - 3 — 12—019 |
ЭКЗЕМПЛЯР |
У М 148 (03)—73 19-72 |
...л - * п к я о г о » * * * . |
|
4з - |
В настоящее время в электронных устройст вах, в частности, разрабатываемых для целей ав томатизации производства, используется множе ство разнообразных схемных решений. Поэтому автор сосредоточил внимание не на расчете кон кретных схем, а на изложении сущности методов, служащих основой для самостоятельных расче тов разнообразных практических схем. Расчет ные примеры помогут освоить каждый из мето дов и оценить значение его для инженерной пра ктики.
Брошюра предназначена для инженеров, за нимающихся разработкой электронной аппарату ры, а также студентов, осваивающих методы рас чета ламповых и транзисторных схем.
Куйбышевское книжное издательство, 1969.
6ФО.З
У51
Куйбышевское книжное издательство. 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Электронные цепи нашли широкое применение в устройст вах автоматики. Это породило большое многообразие схемных решений. Естественно, что появилось много литературы, посвя щенной расчету ламповых и транзисторных схем. Поток ее на растает с каждым днем.
Но во многих работах описываются приемы расчета приме нительно лишь к отдельным конкретным схемам или же приво дится совокупность готовых формул. Это не стимулирует творче ский поиск, не позволяет охватить всего практического много образия схем.
Некоторые работы посвящены анализу конкретного класса электронных устройств. Авторы их основываются на определен ном методе анализа, позволяющем не только теоретически ис следовать данное устройство, но и наметить пути инженерного расчета его в процессе реального проектирования. Однако боль шой объем книг, перегруженность вопросами анализа конкрет ных схем мешает быстрому усвоению сущности данного мето да, не позволяет оперативно пользоваться им в инженерной практике. Кроме того, в таких работах принятый автором метод обычно рассматривается как ключ к решению любых вопросов. А между тем некоторые из них проще было бы решить другим методом.
Решения XXIV съезда КПСС об ускорении научно-техниче ского прогресса в нашей стране требуют высоких темпов разви тия радиоэлектроники, максимальной интенсификации инже нерного труда, сокращения сроков и трудоемкости проектирова ния электронной аппаратуры.
Для специалистов, занятых разработкой электронных устройств, важны принципы и методы, которые могли бы слу жить основой для быстрых расчетов в любом частном случае схемо-технических решений.
В данной книге рассматривается несколько простейших ме тодов расчета электронных схем. При этом кратко излагается сущность методов, преимущества и недостатки каждого из них, области рационального применения и необходимые сведения по практическому овладению ими. Расчетные примеры иллюстрируют
3
возможности применения метода для |
решения конкретных |
задач анализа и расчета электронных цепей. |
|
Как показывает опыт Куйбышевского |
политехнического ин |
ститута, такое краткое изложение оказывается достаточным для освоения этих методов и использования их для практических расчетов разнообразных конкретных схем.
Глава п ервая
МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНЫХ СХЕМ
1—1. Сущность метода
Метод эквивалентных схем занимает особое место в практике расчетов электронных цепей. Начало использования его совпада ет с созданием первых электронных устройств. Еще в 20-е годы М. А. Бонч-Бруевич предложил по эффекту изменения тока в анодной цепи электронной лампы заменять последнюю при рас четах эквивалентным генератором, создающим такой же эффект [1]. Это оказалось важнейшим фактором быстрого распростра нения достижений электротехники иа устройства, содержащие электронные лампы. И в настоящее время трудно переоценить значение вывода, сделанного Бонч-Бруевичем и позволяющего сводить расчет электронных цепей к расчету эквивалентных электрических схем.
Существующие курсы теоретических основ электротехники, например [2], успешно подготавливают к расчету электрических схем, составленных из идеальных элементов: пассивных двух полюсников R, L, С и активного двухполюсника — независимого источника э. д. с. (или тока). Суть метода эквивалентных схем в отображении реальных электронных цепей эквивалентными в расчетном смысле электрическими схемами на идеальных двух полюсных элементах. В этом случае методы расчета электриче ских схем оказывается возможным распространить на электрон ные цепи. Однако при отображении усилительных элементов электронных цепей — ламп и транзисторов — эквивалентными
'схемами на идеальных элементах возникает понятие зависимо го управляемого источника э. д. с. (или тока). Именно введение такого зависимого двухполюсного активного элемента наряду с независимым активным двухполюсником и позволило в опреде ленной степени распространить классические методы электротех
ники на электронные цепи.
5
Освоение методов расчета схем с зависимыми источниками является важнейшей задачей изучающих методы расчета лампо вых и транзисторных цепей.
Изложение в данной главе вопросов, касающихся метода эквивалентных схем, позволит читателю уяснить его практиче скую ценность, послужит основой для самостоятельного приме нения его в практике проектирования и расчета разнообразных электронных устройств.
1—2. Эквивалентная схема лампы на основе линейной аппроксимации анодных характеристик
Несмотря на разницу характеристик, электронные лампы — триоды, тетроды и пентоды — позволяют создать эффект уси ления.
На рис. 1 показаны статические анодные характеристики триода, а на рис. 2 — тетрода и пентода. В обоих случаях рабо чие, т. е. наиболее линейные участки их характеристик, могут быть заменены (аппроксимированы) отрезками прямых [3].
Возьмем на семействах характеристик произвольные точки А и запишем для них уравнения анодного тока:
для триода
Іа = |
(« а — |
U * + [АKc) - t g а |
Цд — U * + ис |
(1-1) |
= |
||||
|
|
|
R~i |
|
и для тетрода или пентода |
|
* |
||
і, = |
(Ва + |
U* + (г ac)-tga |
= “a + t/p* + iX“c . |
(1-2) |
|
|
|
Ri |
|
Рнс. 1. Линейная аппрокси мация анодных характеристик триода.
Как следует из рисунков, перед членом рлс в формулах дол жен был стоять знак минус. За менив его на плюс, условимся в дальнейшем подставлять ис с уче том знака.
Уравнения (1-1, 1-2), по су ществу, выражают закон Ома применительно к электронной лампе. Действие напряжения ий на управляющую сетку в фор мулах выражается слагаемым \Шс, пересчитывающим напря жение сетки в эквивалентное анодное напряжение. По влия-
6
Рис. 2. Линейная аппроксимация анодных характе ристик тетрода и пентода.
нию на анодный ток изменение напряжения сетки эк вивалентно в р, раз большему изменению анодного напряжения. Поскольку сопротивление лампы отражено в фор мулах дифференциальным сопротивлением Ri, в числителе появилось напряжение приведения U*, смысл которого ясен из рис. 1 и 2 .
Из сравнения уравнений (1-1) и (1-2) видно, что они отлича ются только знаком напряжения приведения. Ни в способах по лучения уравнений, ни в структуре их нет принципиальной раз ницы. Из этого следует, что при расчете электронных цепей с триодом, тетродом или пентодом можно пользоваться одними и геми же формулами. В дальнейшем будем иметь в виду форму лу (1-1). Если же при конкретном расчете нужно будет приме нить эту формулу (или далее полученные) к тетроду или пенто ду, то знак минус перед U* нужно заменить на плюс, а величи ну U* найти по семейству характеристик конкретной лампы. Следует отметить, что для тетрода и пентода удобнее по реаль ным анодным характеристикам определять не U*, а /*, а затем вычислять
U * = / • ■ / ? , .
Для триода обычно можно прене бречь величиной U* по сравнению с иа- В отношении тетрода и пентода этого сделать никогда нельзя.
Рассмотрим цепь с лампой, собран ную по схеме рис. 3. Последовательно с лампой включен резистор Ra, в цепь сетки подано постоянное отрицательное напряжение смещения Uoc, а в анодную
Рис. 3. Схема включения электронной лампы с об щим катодом.
7
цепь — напряжение питания Нп. Уравнение анодного тока |
лам |
||
пы запишется в виде |
Ца — U* + (*• (Иц\ — Uос) |
|
|
Іа |
(1-3) |
||
Ri |
|||
|
|
В отличие от (1-1) в (1-3) учитывается, что для схемы рис. 3
Uc = и вх U ос •
Из рассмотрения анодного контура следует, что мгновенное значение анодного напряжения лампы (пока считаем, что на грузочное сопротивление RH— oo)
|
It Я = U п |
i n ' R ü l |
|
|
и, следовательно (1-3) |
можно записать в виде |
|
||
_ U п — U * — ія Ra |
-Ь f* а вх — [*■U ос |
(1-4) |
||
|
|
|
||
ИЛИ |
|
|
|
|
_ U п — U * Ч" I-1- WQX — \*-Uо с |
(1-5) |
|||
а _ |
Ri + |
Rn |
||
|
Но мгновенное значение анодного тока можно выразить |
через |
||
значения постоянной составляющей и переменной |
|
||
и тогда |
Ія = /<эа “Ь £а~ > |
|
|
|
|
||
f оа “Ь Ія |
U и ---- U * ~Ь [-*• #ВХ ---- L f ОС |
( 1-6) |
|
Ri + Ra |
|||
|
|
Выяснив, от каких факторов зависят постоянная и переменная составляющие анодного тока, можно (1-6 ), в силу принципа на ложения, разделить на два:
U и- |
U * — р. и ос |
(1-7) |
|
/оа — |
|
R я |
|
Ri + |
|
||
и |
|
|
|
Ri |
+ |
Ra |
( 1-8) |
|
Постоянная составляющая (ток покоя) / оа соответствует ис ходному режиму лампы по постоянному току — режиму покоя, при котором напряжения питания анодной цепи 0 п и смещения Uос поданы, а входное переменное напряжение еще не подведе но (WBX = 0). Переменная составляющая анодного тока появит ся при включении входного сигнала цвх.
Выражения (1-7) и (1-8) позволяют заменять (при расче
тах) цепь с лампой эквивалентными |
схемами |
(схемами заме |
щения) по постоянному току (рис. 4) |
и переменному (рис. 5). |
|
Согласно (1-7) можно условно считать, что ток покоя созда |
||
ется эквивалентным источником (генератором) |
напряжения, вы- |
8
La-
^nn'Rn |
ff«[J Щш |
|
|
(I)A% |
|
Рис. 4. Эквивалентная |
Рис. 5. Эквивалентная |
|
схема цепи с лампой |
схема цепи с лампой |
|
по постоянному току. |
по переменному |
току. |
рабатывающим э. д. с. Un—U*—ц/У0С |
и имеющим |
внутреннее |
сопротивление Ri. А в соответствии с |
(1-8) переметшая состав |
ляющая анодного тока создается источником переменного на пряжения, вырабатывающим э. д. с., равную р.£/вх, и имеющим внутреннее сопротивление Ri.
Конечно, в действительности лампа не является источником э. д. с. Абстрагируясь от физических процессов в лампе, ее мож но представить управляемым сопротивлением, с помощью кото рого осуществляется управление током в цепи с источником пи тания 0 П. Энергия, расходуемая в резисторе, а также выделяе мая на аноде самой лампы в виде потерь, черпается от этого источника. Затрачивая небольшую энергию на управление со противлением лампы (а на практике часто пренебрегают малым сеточным током, и тогда говорят об управлении лампой без за траты энергии), можно управлять током в относительно мощной анодной цепи.
Итак, при построении эквивалентных схем с целью анализа и расчета реальных электронных цепей можно условно заменять
лампу эквивалентным источником, якобы |
создающим ток в |
анодной цепи. Это позволяет считать цепь |
с лампой (а анало |
гично и с транзистором) активной электрической цепью, а сами лампы и транзисторы — активными элементами электрической
цепи.
Разработке и систематизации вопросов теории линейных ак тивных цепей посвящено много публикаций. См. напри мер [4,5].
При освоении метода эквивалентных схем важно научиться для анализируемой или рассчитываемой конкретной цепи (схе мы) составлять уравнение анодного тока лампы с учетом ре ально действующих напряжений в сеточном и анодном конту рах, подобное (1-4) и (1-5). При некотором навыке можно сра зу по виду схемы записывать уравнения для постоянной или пе ременной составляющих анодного тока, подобные (1-7) нлн (1-8).
Перепишем уравнение (1-5) |
|
|
и а - U* - ів (Ru + Ri) + Ц-И.Х + |
= 0 . |
(1-9) |
9