Файл: Клейнер, Э. Ю. Основы теории электронных ламп учебное пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 165

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

пленочными катодами такое ограничение отсутствует, так как здесь практически не получается дополнительного нагрева за счет прохож­ дения катодного тока.

Соответствующие этим условиям предельные величины приводят­ ся в паспорте ламп в рубрике «Предельные эксплуатационные дан­ ные» На рис. 3.80 показано семейство анодных характеристик с обо­ значением границ, в пределах которых допустим выбор рабочей точки.

Рис. 3.81. Область рабочих режимов триода, обеспечивающая малые нелинейные искажения

К этим трем ограничениям, цель которых предотвратить порчу ламп, добавляется еще два, если лампа используется как усилитель­ ная и поэтому недопустимы значительные нелинейные искажения*. Для этого, во-первых, не следует работать на начальном участке ха­ рактеристик, так как он сильно искривлен; во-вторых, нужно выби­ рать режимы, в которых отсутствуют сеточные токи, т. е. работать при отрицательных напряжениях сеточного смещения, больших амп­ литуды подаваемого на сетку сигнала. Резкое возрастание нелиней­ ных искажений при наличии сеточных токов связано с нелинейностью сеточной характеристики. Область, в которой рекомендуется выби­ рать рабочую точку усилительных ламп, показана на рис. 3.81.

Подача на сетку необходимого сеточного смещения Ес возможна двумя путями:

1)путем включения в сеточную цепь лампы соответствующего источника постоянного напряжения Ес (см. рис. 3.77);

2)путем включения в катодную цепь последовательно с катодом

активного сопротивления R K (так называемого

к а т о д н о г о с о ­

п р о т и в л е н и я ) и подачи возникающего на

нем падения напря­

жения на сетку (рис. 3.82)., Полученное таким образом смещение называется а в т о м а т и ч е с к и м . Так как катодный ток в рабо­ чих условиях обычно содержит переменную составляющую, а напря­ жение смещения должно быть напряжением постоянного тока, то R K

* Это не относится к усилительным схемам, в которых имеет место частич­ ная компенсация нелинейных искажений.

201

всегда шунтируется конденсатором (Ск). Емкость конденсатора долж­ на быть настолько большой, чтобы представлять для переменной составляющей катодного тока сопротивление, по модулю значитель­

но меньшее., чем R K. Для

ламп, которые целесообразно использовать

с автоматическим

смещением,

в

паспорте

указывается оптимальное

значение

R K.

необходимую

для

получения

заданного смещения

Величину R K,

Ес, .и, наоборот, величину Ес при заданном R K удобнее всего опреде­

лять графически. Для определения

R K по заданному Ес нужно по­

строить

рабочую

анодно-сеточную характеристику для напряжения

 

 

 

 

питания

анода

Ua = Еа Ес и

 

сопро­

 

 

 

 

тивления

нагрузки

Ru — Ra и через точ­

 

 

 

 

ку пересечения

ее с вертикальной

линией

 

 

 

 

Uc = Ес провести прямую из начала систе­

 

 

 

 

мы координат (рис. 3.83). Эта прямая пред­

 

 

 

 

ставляет собой

нагрузочную

прямую для

 

 

 

 

сеточной цепи лампы.

Из ее наклона вычис­

 

 

 

 

ляют величину

R K.

Для

нахождения Ес,

 

 

 

 

соответствующего

определенному

R K при

 

 

 

 

заданном режиме лампы, нужно построить

Рис. 3.82.

Каскад

уси­

рабочую анодно-сеточную

характеристику

для

напряжения

анодного

источника пи­

лителя

с

автоматичес­

тания Еа и сопротивления

нагрузки

анод­

ким сеточным смешением

ной цепи

RH=

Ra +

R K (рис.

3.84).

Про­

 

 

 

 

ведя затем из начала

системы

координат

прямую с наклоном 1/R K, находят Ес по точке ее пересечения

с харак­

теристикой. Практически при этих построениях величинами

R K и

Ес можно пренебречь по

сравнению

с Ra

и

Ея

соответственно.

Порядок нахождения

рабочей точки

и построения

нагрузочной

прямой зависит от исходных данных и рода нагрузки. В наиболее распространенных усилительных режимах работают на слабо искрив­ ленной части анодно-сеточной характеристики, не заходя в ее началь­ ный участок, тем более в область, где лампа заперта. В этом случае

соответственно определениям, данным в § 2.4, рабочая

точка

лампы

 

 

 

 

к

 

 

 

Характеристика

У

 

 

 

для Ua =Ea

 

 

 

 

 

^н= ^п+ ^к

У '

 

 

 

 

£с

 

0

■ 1/с

Рис. 3.83. Определение катодного

Рис. 3.84. Определение сеточного

сопротивления

R K по заданному

смещения Е с при

заданном

катод­

сеточному

смещению Е с

ном сопротивлении R K


практически совпадает с точкой покоя схемы. В связи с этим в уси­ лительной технике в большинстве случаев можно не делать разницы между этими понятиями и сводить нахождение рабочей точки к опре­ делению точки покоя. Рассмотрим случай, когда заданы напряжения анодного питания Еа и сеточного смещения Ес и известна нагрузка. Наиболее часто встречающимися видами нагрузки являются активное

.сопротивление и колебательный контур. При активном сопротивле­ нии в качестве нагрузки в графике семейства анодных характеристик

строят

нагрузочную

прямую,

соответствующую

заданным

зна­

чениям Еа и Ra,

и

находят точку ее пересечения с анодной характе­

ристикой для

Uc =

Ес (см.

рис. 3.79,в). Это будет точка покоя в дан­

ных условиях. На графике она расположена против

абсциссы

Ua —

= Еа — / а/?а.

Если

нагрузкой

является контур, настроенный на

частоту

сигнала,

то при

учете

его

 

 

 

 

 

 

влияния

на

электрический

режим

 

 

 

 

 

 

анодной цепи нужно различать два

 

 

 

 

 

 

значения

его

сопротивления,

оми­

 

 

 

 

 

 

ческое R, представляющее собой соп­

 

 

 

 

 

 

ротивление контура постоянному

то­

 

 

 

 

 

 

ку, и

эквивалентное

R3.

На поло­

 

 

 

 

 

 

жение точки покоя влияет лишь

 

 

 

 

 

 

омическое

сопротивление,

 

так

как

 

 

 

 

 

 

точка

покоя

определяется

только

 

 

 

 

 

 

постоянными

составляющими

напря­

 

 

 

 

 

 

жений

электродов.

Для переменной

Рис. 3.85.

Рабочая

точка и

составляющей

 

анодного

тока

при

частоте,

равной

резонансной,

контур

нагрузочная

прямая

 

для

представляет

собой

сопротивление,

каскада

усилителя

с

колеба­

тельным

контуром

в

анодной

равное

R3. Наклон нагрузочной пря­

цепи при

резонансной

частоте

мой, по

которой

происходит

работа

 

контура

 

 

 

лампы, определяется, таким образом,

 

 

 

 

 

 

величиной R3. У колебательных конту­

R R э. Поэтому при опре­

ров, используемых в радиотехнике, всегда

делении точки

покоя практически

можно

считать

R = 0. Тогда точка

покоя будет лежать на анодной характеристике для

Uc = Ес против

абсциссы Ua = Еа (рис. 3.85),

а нагрузочной прямой являться прямая

снаклоном l/R 3, проведенная через эту точку.

3.13.5.Рабочие параметры триода

В зависимости

от назначения

схемы, в которой работает лампа,

в выходной цепи

лампы могут

потребоваться возможно большие

значения тока, напряжения или мощности. При этом согласно дан­ ным в 3.13.1 определениям под выходными током, напряжением и мощностью следует понимать переменные составляющие тока через нагрузку, падения напряжения на нагрузке и выделяющейся на ней мощности. Величины, сопоставляющие эти выходные величины с ве­ личиной переменных напряжения или мощности, подаваемых на вход, называются рабочими параметрами лампы. Эти параметры следующие.

203


I. Р а б о ч а я к р у ти зн а S p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходное определение ее следующее:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dla

при £ а =

const.

 

 

 

(3.253)

dUа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это выражение отличается от определения

статическом

крутизны

тем, что при изменении / а предполагается

 

постоянным

не анодное

напряжение Ua, а напряжение

источника

питания

Еа.

Величина

 

 

Uа при изменении

/ а более не

пос­

 

 

тоянна, так как одновременно

из­

 

 

меняется

падение

напряжения

на

 

 

нагрузке. Sp согласно определению

 

 

равно тангенсу

угла

наклона

ка­

 

 

сательной

 

к рабочей

анодно-се­

 

 

точной

характеристике.

Если при

 

 

малых

амплитудах

сигнала

заме­

 

 

нить

приращения

 

постоянных

 

 

электрических

величин

амплиту­

 

 

дами

их

 

переменных

 

составляю­

Рис. 3.86. Зависимость рабочей кру­

щих,

как

это

уже

делалось

в

2.6.6, то

(3.253)

можно записать в

тизны от отношения R J R i

 

 

 

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

!лв- ,

 

 

 

 

 

 

(3.254)

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/am =

Spt/cm.

 

 

 

 

 

(3.254а)

Таким образом, зная 5 р, можно определить амплитуду переменной составляющей анодного тока / ат, если известна амплитуда сигнала

и ет.

Для определения связи между рабочей и статической крутизнами заменим в уравнении полного дифференциала анодного тока (3.235) приращения токов и напряжений амплитудами соответствующих переменных составляющих

ат

s u cm + Ri

U,т-

(3.255)

в рабочем режиме

 

и ;т = - ~Iam Ra-

(3.256)

Тогда

 

 

 

 

am

SUcm

Ra /

(3.257)

Ri

ат>

 

 

 

откуда

^ат s

т1+ Ra/Ri

204


Сопоставляя это выражение с (3.254), получаем

(3.258)

р1-!- RJRi

Таким образом, рабочая крутизна всегда меньше статической и отличается от нее тем больше, чем больше Ra (рис. 3.86).

II. Коэффициент усиления по напряжению

Рабочий коэффициент усиления или, точнее, коэффициент усиления по напряжению /г„ в общем случае определяется как отношение дей­ ствующего значения выходного напряжения к действующему значе­ нию входного

/е„ =

 

(3.259)

^вх

 

 

или, если перейти к амплитудным значениям напряжений,

ku =

. _

(3.259а)

^вх т

 

 

При схеме с общим катодом и вшт =

IamRBи Uuxrn =

Ucm. Однако

в случае общего катода к выражению, получающемуся при подста­

новке этих величин в (3.259а), добавляют1

знак «минус»,

так что

!ги =

— - ат * а ■.

 

(3.260)

 

Ucm

 

 

Причина добавления знака

«минус» — следующая.

При сравне­

нии двух гармонических колебаний отличие в знаке указывает на то, то эти величины находятся в противофазе. Переменная составляющая

анодного тока

всегда

находится

 

 

 

 

 

в фазе с сеточным

напряжени­

 

 

 

 

 

ем, так как с ростом

Uc увели­

 

 

 

 

 

чивается и /„. С этой

точки зре­

 

 

 

 

 

ния в (3.259)

не должно

было

 

 

 

 

 

бы содержаться знака «минус».

 

 

 

 

 

Однако введение его целесооб­

 

 

 

 

 

разно

для

упрощения

расчета

 

 

 

 

 

усилителей,

состоящих

из нес­

 

 

 

 

 

кольких каскадов (см. рис.

 

 

 

 

 

3.99). Дело

в том,

что

в таких

 

 

 

 

 

схемах все потенциалы отсчиты­

Рис.

3.87. Зависимость коэффици­

ваются относительно потенциала

ента

усиления по

напряжению

от

общей

точки

схемы,

т.

е.

точ­

 

отношения

R J Ri

 

ки, в

которой при схеме с об­

 

 

 

 

 

щим

катодом сходятся

выводы

 

увеличении

Uc

вместе

с / а

катодов ламп всех каскадов. При

увеличивается и падение напряжения на нагрузке / аДа.

В результате

этого снижается по отношению к потенциалу катода потенциал обра­

205


щенного к аноду конца сопротивления нагрузки, с которого усилен­ ное напряжение подается на сетку лампы следующего каскада. Знак «минус» в (3.260), таким образом, служит для того, чтобы учесть из­ менение фазы на 180° при передаче сигнала от одного каскада к дру­ гому. Иногда определение ka дается без знака «минус». Это допустимо, если ограничиваться рассмотрением условий работы схемы в преде­ лах только одного каскада.

Для нахождения связи между ки и статическим коэффициентом

усиления р в (3.260) подставим выражение (3.254).

Тогда

=

(3.261)

Это уравнение связывает основные параметры, характеризующие рабочий режим, и напоминает по своей структуре внутреннее уравне­ ние триода (3.236). Подставляя для 5 р выражение (3.258) и учитывая, что SRi = р, получаем из (3.261)

 

 

К =

------ ------

(3.262)

 

 

 

l + t f i / t f a

 

Зависимость h t

=

/

дана на рис. 3.87. Величина ku по моду-

н-

 

\ RlI

 

<х>; при R =

лю всегда меньше р

и приближается к нему при R

= 4, например, ktl

=

0,8 р.

 

 

III.Мощность на нагрузке и связанные

сней параметры

Мощность

переменного

тока,

выделяющаяся

на

нагрузке

/?а,

 

определяется

как

 

 

 

 

 

 

• -

'

'

 

 

 

 

 

 

 

 

= / а Я а-

 

 

 

 

 

 

 

 

где / а — действующее

значение переменной

составляющей

анодного

 

тока. Если от действующего значения тока

перейти к амплитудному

 

Iа...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/а =

ТО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.263)

 

Используя для / ат

уравнение

(3.254а)

и

подставляя для

Sp

вы­

 

ражение (3.258), из (3.263)

легко получить

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

1

 

S*Rа

т,2

 

 

 

 

(3.264)

 

 

 

2

0 +

Ra/Ri)2

СJ cm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пользуясь

теперь

соотношением S =

р/Р*,

выражение

(3.264)

,

можно представить в

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

_ !_ sp — BilEiи 2

 

 

 

(3.265)

 

 

 

 

2

r (l +Ra/Ri)2

" "

 

 

 

 

 

 

206