Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

ческие колебания той или иной частоты, и б) усилители постоянного тока.

Основным показателем работы усилителя является его к о э ф ф и ­ ц и е н т у с и л е н и я . Этот коэффициент может быть трех видов: коэффициент усиления напряжения Ки, усиления тока Ki и усиления мощности Кр. Каждый из этих коэффициентов представляет собой от­ ношение величины данного параметра на выходе усилителя к соответ­ ствующей его величине на входе. Отсюда можно написать:

При этом коэффициент усиления по мощности равен произведению двух других коэффициентов:

Усилители находят широкое применение в самых различных устрой­ ствах электроники и автоматики, в частности и при автоматизации монтажных и строительных работ, а также предприятий строительной индустрии. В настоящее время все большее распространение полу­ чают контрольные и измерительные устройства, с теми или иными средствами электроники; как правило, в них содержатся электрон­ ные усилители. Сюда относятся современные устройства для контро­ ля вертикальности (или горизонтальности) монтируемых элементов оборудования и зданий, для измерения и регулирования темпера­ туры, влажности, давления, уровня жидкостей и сыпучих тел и др.

§ 11.2. Ламповый усилительный каскад с общим катодом

Принципиальная схема лампового усилительного каскада на трио­ де, предназначенного для усиления переменного напряжения, пред­ ставлена на рис. 11.2.

Переменное напряжение сигнала UBX, которое необходимо уси­ лить, подводится к сеточной цепи триода — к входным зажимам уси­ лителя (точка а и б в левой части схемы). Усиленное напряжение и вых получается на выходных зажимах усилителя в анодной его цепи (точ­ ки б и г в правой части схемы).

Помимо напряжения сигнала, на сетку подается также постоянное отрицательное напряжение Uc0, называемое с е т о ч н ы м н а п р я ­

182

щается в область отрицательных напряжений). Это необходимо для правильной работы усилителя.

Колебания напряжения сигнала могут носить различный характер. Для простоты предположим, что они следуют известному закону

где UBX т — амплитуда колебаний напряжения сигнала. Результирующее, суммарное напряжение на сетке лампы получает­

ся сложением синусоидального напряжения (Увх и постоянного напря­ жения смещения t/co:

Рис. 11.2. Принципиальная схема лампового уси лительного каскада

Сложение этих напряжений поясняется на рис. 11.3. Суммарное напряжение получается отрицательным пульсирующим (рис. 11.3, а,

б и в).

включенными в анодную цепь, и постоянным сеточным напряжением смещения.

При появлении на входных зажимах усилителя переменного напря­ жения сигнала (Увх и возникновении связанного с ним пульсирующего напряжения на сетке триода анодный ток начинает пульсировать, ото­ бражая пульсации сеточного напряжения (рис. 11.3, г). Падение напря­ жения между зажимами (началом и концом) сопротивления Ra при протекании через него пульсирующего анодного тока / ап также пуль­ сирует пропорционально пульсациям тока (рис. 11,3 , д):

ц — / ап R a — / ао Ra "Ь U а пер т ®0 ^а-

183

Таким образом, в величине A Ur содержится постоянная со­ ставляющая / &oRа и переменная

и а. п е р т sin a) я а* Эта перемен­ ная составляющая представляет

собой усиленное (увеличенное) напряжение поступившего на вход усилителя сигнала. Для того чтобы выделить эту пере­ менную составляющую из пуль­ сирующего напряжения, на 'вы­

не проходит).

Рис. 11.3. Схема работы усилительно­ го лампового каскада:

a — п о с т о я н н о е о т р и ц а т е л ь н о е н а п р я ж е н и е с м е щ е н и я ; 6 — с и н у с о и д а л ь н ы е к о л е б а н и я н а п р я ж е н и я в х о д н о г о с и г н а л а ; в — с у м ­ м а р н о е н а п р я ж е н и е — о т р и ц а т е л ь н о е п у л ь ­ с и р у ю щ е е ; г — п у л ь с а ц и и а н о д н о г о т о к а ; д — п у л ь с а ц и и н а п р я ж е н и я н а в ы х о д н о м

с о п р о т и в л е н и и у с и л и т е л я

Коэффициент усиления напряжения рассмотренного лампового каскада зависит от трех величин: статического коэффициента усиления триода р, внутреннего сопротивления триода R it сопротивления /?а, включенного в анодную цепь, и определяется следующим соотношени­ ем:

Поясним это на примере. Положим, что в усилительный ламповый

§11.3. Транзисторные усилительные каскады

собщей базой и общим эмиттером

Для усилительных каскадов на транзисторах существуют схемы трех основных типов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК).

184

Принципиальные схемы первых двух типов (с некоторыми упроще­ ниями) представлены на рис. 11.4*.

Схема с общей базой (рис. 11.4, а) представляет собой по существу ту же схему, которую уже рассматривали в гл. 10 (см. рис. 10.22), знакомясь е работой транзистора. Разница между ними заключается лишь в том, что в схеме рис. 10.22 отсутствует входной сигнал.

На схеме рис. 11.4, а в эмиттерную цепь, помимо источника постоян­ ного, небольшой величины напряжения и э, включено переменное на­ пряжение входного сигнала (Увх. Оба они, складываясь, образуют пульсирующее напряжение, под действием которого ток в эмиттерной

Рис. 11.4. Принципиальные схемы транзисторных уси лительных каскадов:

а — с общей базой (ОБ); б —с общим эмипером (ОЭ)

цепи также пульсирует. Пульсации эмиттерного тока заставляют по тому же закону пульсировать и ток в цепи коллектора. Величина этого тока примерно равна величине эмиттерного тока:

( Н - 8 )

где а — коэффициент передачи тока, равный 0,92—0,98. Коллекторный пульсирующий ток / кп создает нагрузочное сопро­

тивление RH и пульсирующее напряжение, равное / к „ Rn. В нем содер­ жатся постоянная и переменная составляющие. Переменная составля­ ющая является усиленным сигналом f/BX, может быть выделена так же, как в ламповом усилительном каскаде, с помощью конденсатора, устанавливаемого на выходе усилителя.

Схема каскада с общей базой вовсе не дает усиления по току. По напряжению и по мощности усиление получается, но не в достаточной мере, особенно в части усиления мощности сигнала. В связи с этим большее применение находит схема с общим эмиттером (ОЭ), которая дает более высокие коэффициенты усиления.

Принципиальная схема усилителя с общим эмиттером показана на

*Схема усилительных каскадов с общим коллектором применяется редко

ипотому в настоящем учебнике не рассматривается.

185

базы (в цепь источника питания включается переменное напряжение входного сигнала). Выходным током в этой схеме так же, как в схеме ОБ, служит ток в цепи коллектора. Принцип усилительного действия транзистора в данной схеме остается тем же самым: управляющий ток вызывает уменьшение сопротивления перехода между базой и коллекто­ ром (в направлении от области п к области р), в результате чего в кол­ лекторной цепи протекает ток, колебания которого пропорциональны колебаниям управляющего тока. При этом, так как коллекторный ток / к в десятки раз больше тока в цепи базы / б (что доказывается ниже), то и колебания коллекторного тока оказываются во много раз больши­ ми, чем колебания тока сигнала. Также усиленными будут и колеба­ ния напряжения на выходе усилителя (между зажимами сопротивле­ ния Д„).

Основным показателем работы каскада по схеме ОЭ является коэф­

Подставив в последнее равенство значение / к из формулы (11.8), полу­ чим:

Теперь, разделив почленно равенство (11.8) на равенство (11.10), най­ дем выражение для соотношения токов:

Из этого соотношения легко определяется численное значение для разных значений а. Так, для значения а, равного 0,95, (3 составляет 19,

адля а, равного 0,98, (3 равно'49.

§11.4. Двухкаскадные усилители на сопротивлениях

итрансформаторные

Втех случаях, когда посредством усилительного каскада не дости­ гается необходимое усиление входного сигнала, применяют усилите­ ли, состоящие из двух и более каскадов.

На рис. 11.5 показана структурная схема двухкаскадного усилите­ ля. Принцип действия такого усилителя заключается в том, что сиг­

186

нал, усиленный в первом каскаде, передается с выходных зажимов этого каскада на вход второго каскада, где он (сигнал) снова подвергается усилению и в окончательном виде принимается на выходных зажимах второго каскада. При этом суммарный коэффициент усиления К м по тому или иному параметру — по напряжению, току или мощно­

сти — определяется произведением соответствующих коэффициентов усиления обоих каскадов:

казана связь между выходом первого каскада и входом второго. По ти­ пу межкаскадной связи различают двухкаскадные усилители насопро-

тели могут строиться на электровакуумных триодах (лампах) и на тран­ зисторах.

Связью между каскадами служат разделительный конденсатор Ср, включаемый последовательно, и сопротивление /?0, включаемое парал­ лельно в цепь выхода первого каскада (рис. 11.5, б). Разделительный конденсатор служит для того, чтобы на вход второго каскада могла пройти только переменная составляющая напряжения или тока уси­ ленного сигнала. Сопротивление Р с в ламповых двухкаскадных уси­ лителях шунтирует вход второго каскада, через него подается сеточ­ ное напряжение смещения на сетку лампы второго каскада. В тран­ зисторных усилителях сопротивление Rc в то же время является вы­ ходным сопротивлением в схеме первого каскада.

187