УСИЛИТЕЛЬ НА ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЕ

February 2, 2012 by admin Комментировать »

Любой ламповый усилитель состоит из радиолампы, источников питания и нагрузки, включенной в анодную цепь радиолампы. Принцип работы лампового усилителя проще всего рассмотреть на примере работы усилителя с трехэлектродной лампой, нагрузкой которой является активное сопротивление Rа (рис. 70,а).

Динамическая характеристика лампы. Перед тем как рассмотреть сам принцип усиления, познакомимся с так называемыми динамическими характеристиками

Рис. 70. Схемы усилителей: а, б — на радиолампе; в — на транзисторе

лампы. Они отличаются от статических тем, что снимаются с лампы при включенном в ее анодную цепь активном сопротивлении.

Включение в анодную цепь лампы активного сопротивления приводит к тому, что напряжение на аноде лампы становится меньше напряжения анодной батареи, так как анодный ток /а, проходя через сопротивление R а, вызывает на нем падение напряжения, равное Ur = IaRа– А поэтому анодный ток лампы будет меньше, чем при отсутствии сопротивления На рис. 71 для сравнения приведены статическая сеточная характеристика (Ra=0) лампы типа 6Н2П, снятая при напряжении источника анодного питания 250 в и динамическая сеточная характеристика этой лампы, снятая при #а = 50 ком и том же напряжении источника питания. Сравнивая эти характеристики, можно заметить, что динамическая сеточная характеристика идет более полого, чем статическая, т. е. имеет меньшую крутизну. Кроме того, динамическая характеристика более прямолинейна. Чем больше величина сопротивления Rа, тем сильнее уменьшается крутизна сеточной характеристики и тем прямолинейнее характеристика..

Простейший усилитель. Рассмотрим теперь, как же работает простейший усилитель, схема которого приведена на рис. 70,а. В усилителе используется один триод лампы типа 6Н2П.

Выберем R а равным 50 ком, напряжение анодной батареи Еа 250 в, а напряжение сеточной батареи Uc = —1,5 в. Напряжение между сеткой и катодом лампы, которое в нашем случае равно напряжению батареи £с, называется напряжением смещения лампы, или, просто, смещением. Тогда, воспользовавшись се« точной динамической характеристикой, снятой приRа = 50 ком и £=250 в (рис. 71), можно найти значение тока черев лампу и сопротивление Rа. Этот ток, который называется током покоя /а0, оказывается равным 1 ма. При этом токе падение напряжения на сопротивлении равно 50 в, а напряжение между анодом и катодом лампы: Uz = Ea—U я=250 е- —50 в = 200 в.

Включим последовательно с батареей Ес схемы рис. 70 источник переменного синусоидального напряжения с амплитудой 0,5 в. Из точки А (рис. 71) на динамической характеристике, соответствующей выбранному значению напряжения смещения (1,5 в), проведем вниз вертикальную линию (ось времени t) и построим на ней график изменения переменного напряжения . Тогда напряжение между сеткой и катодом лампы будет являться суммой двух напряжений: постоянного—1,5 в и переменного с амплитудой 0,5 в и будет изменяться с частотой подводимого переменного напряжения от —1 до —2,0 в (рис. 71).

Благодаря управляющему действию сетки триода анодный ток также начнет изменяться в такт с изменениями напряжения между сеткой и катодом. При положительной полуволне переменного напряжения (от момента времени t\ до момента времени U) отрицательное напряжение между сеткой и катодом уменьшается и анодный ток лампы возрастает по сравнению с током покоя (график изменения анодного тока показан на рис. 71). При отрицательной полуволне переменного напряжения (от момента времени tz до момента времени /5) отрицательное напряжение между сеткой и катодом возрастает, а анодный ток лампы уменьшается по сравнению с током покоя. В те моменты времени, когда переменное напряжение, подводимое к сетке, проходит через нуль (а напряжение между сеткой и катодом становится равным —1,5 в), анодный ток становится равным току покоя (т. е. 1 ма).

Из рис. 71 видно, что изменение напряжения на сетке на 0,5 в вызывает изменение анодного тока лампы на ±0,5 ма от значения тока покоя. При этом маскимальное значение анодного тока /а = = 1,5 ма.

По закону Ома нетрудно подсчитать, что максимальное и минимальное значение падений напряжений на сопротивлении равны соответственно 75 и 25 в. Напряжение между анодом и катодом лампы всегда равно разности между напряжениями £а и Ur и изменяется от 175 до 225 в (см. рис. 72).

Форма напряжения на аноде имеет вид, показанный на рис. 72. Напряжение такой формы называется пульсирующим и может быть представлено в виде суммы двух напряжений, или, как обычно говорят, двух составляющих: постоянной составляющей 1/= (рис. 72,в) и переменной составляющей (рис. 72,г). В нащем случае постоянная составляющая напряжения на аноде лампы равна 200 в, а переменная 25 е. Обычно слово «составляющая» не употребляют, а говорят просто переменное и постоянное напряжение на аноде лампы. Таким образом, переменное напряжение на аноде лампы, т. е. выходе каскада, получилось в 50 раз больше, чем напряжение на входе, т. е. между сеткой и катодом. Разделение переменной и постоянной составляющей производится с помощью конденсатора Ср (см. рис. 70,6). Число, показывающее, во сколько раз напряжение на выходе каскада Umx больше напряжения на его входе f/BX, носит название коэффициента усиления К и вычисляется по формуле:

В нашем примере

Коэффициент усиления каскада К может быть определен по формуле:

где \i —статический коэффициент усиления лампы;

Rа — сопротивление нагрузки, ком;

Rt — внутреннее сопротивление лампы, ком.

Чем больше сопротивление нагрузки и коэффициент лампы, тем больше коэффициент усиления каскада. Обычно для усилителей на триодах сопротивление Rа берут равным (З-ь-5)Rl лампы, а для^ пентодов Rа выбирают в пределах (0,1 -г-0,3)R,. Однако поскольку |л пентодов во много раз больше \х триодов, коэффициент усиления каскада на пентоде обычно равен 100—250, а для триодов 20—70.

Анализируя графики’ рис. 72, можно сделать два следующих важных вывода:

1.     Форма напряжения на выходе каскада та же, что и переменного напряжения, которое мы подвели к сетке лампы. Из графиков также видно, что в тот момент времени, когда переменное напряжение на сетке достигает своего максимального положительного значения (в момент времени t2 на рис. 72), переменное напряжение на выходе каскада                                                 достигает своего максимального отрицательного значения и наоборот. Таким образом, характер изменения напряжения на сетке противоположен характеру изменения переменного напряжения на выходе каскада. В таких случаях говорят, что эти напряжения изменяются в противофазе.

2.    Напряжение на выходе каскада противофазно напряжению на входе каскада, или, как принято говорить, что один каскад усиления «переворачивает» фазу усиливаемого напряжения.

Рабочая точка. Важным понятием в технике применения электронных ламп и транзисторов является рабочая точка. Под рабочей точкой понимают точку на характеристике лампы, которая связывает между собой величину напряжения на сетке и анодный ток лампы при отсутствии переменного напряжения на сетке лампы, т. е. в режиме покоя. На характеристике рис. 71 рабочая точка лампы соответствует точке Л. Когда говорят о рабочей точке лампы, имеют в виду не точку на характеристике, а величину напряжения смещения на управляющей сетке лампы (в нашем случае это напряжение равно—1,5 в).

Чтобы усилитель работал без искажений, рабочая точка в нем должна выбираться на прямолинейном участке сеточной характеристики, а амплитуда переменного напряжения на сетке должна быть такой, чтобы напряжение на ней не выходило за пределы прямолинейного участка характеристики.

В случае применения ламп в качестве детектора, ограничителя, генератора, преобразователя частоты и т. д. рабочая точка почти всегда выбирается на криволинейных участках сеточной характеристики, с тем, чтобы специально получить в анодной цепи напряжения, отличающиеся по форме от сеточного напряжения.

Практическая схема усилителя. Практическая схема усилителя низкой частоты на триоде приведена на рис. 70Д Она отличается от схемы рис. 70,а наличием трех элементов: сопротивлений Rс и RK и конденсатора Ск.

В схеме рис. 70,а для создания отрицательного напряжения смещений на сетке лампы использовалась батарея Ес. Необходимость в специальной батарее смещения (или отдельного выпрямителя в сетевой радиоаппаратуре) усложняет аппаратуру, поэтому такой способ создания смещения используется весьма редко. Как мы уже указывали, под напряжением смещения понимают величину напряжения между сеткой и катодом лампы. В большинстве случаев напряжение на сетке должно быть отрицательным по отношению к катоду лампы. А раз напряжение на сетке отрицательно по отношению к катоду, то, в свою очередь, катод положителен по отношению к сетке (см. рис. 70,а).

Поэтому на практике поступают следующим образом: напряжение на сетке делают равным нулю, а на катоде создают постоянное положительное напряжение за счет падения напряжения на сопротивлении ??к. В этом случае напряжение на сетке будет отрицательно по отношению к катоду, т. е. мы получим то, что нам необходимо. Действительно, пусть нам необходимо иметь напряжение смещения на сетке— 2 в. Очевидно, что в схеме с батареей (см. рис. 70,а) напряжение на катоде относительно сетки будет равно +2 е. А раз так, то, сделав напряжение на сетке равным нулю и создав на катоде напряжение +2 в, мы и получим в результате отрицательное напряжение —2 в между сеткой и катодом.

Для того чтобы сетка имела нулевой потенциал, она соединяется с общим проводом питания («землей») через сопротивление Rc, которое часто называют сопротивлением утечки. Если это сопротивление не включить, то электроны, которые оседают на витках сетки при прохождении через лампу анодного тока, будут накапливаться на ней. Поэтому через небольшой промежуток времени отрицательное напряжение на сетке, образуемое за счет этих электронов, возрастет настолько, что анодный ток через лампу прекратится (или, как говорят, лампа «запрется») и лампа перестанет работать. При наличии же сопротивления утечки электроны стекают по нему и накопления их на сетке не происходит. Ток, образуемый этими электронами, весьма мал и составляет всего сотые доли миллиампера.

Выясним теперь роль конденсатора Ск. Под действием входного напряжения в анодной цепи лампы начнет протекать и переменная составляющая анодного тока. Эта составляющая создает на сопротивлении RK напряжение с частотой сигнала, что уменьшает коэффициент усиления каскада.

Для того чтобы коэффициент усиления каскада не уменьшался при включении сопротивления, последний шунтируют конденсатором Ск.: Если емкость конденсатора С к выбрать такой, чтобы емкостное сопротивление конденсатора было для переменной составляющей много меньше, чем сопротивление RKt то переменное напряжение UK на цепочке RKCK будет мало. Поэтому напряжение U с_к будет почти равно напряжению UBX и уменьшение коэффициента усиления будет незначительным.

Поскольку емкостное сопротивление конденсатора зависит от частоты, то для усилителей различных диапазонов частот емкость конденсатора оказывается различной. В усилителях высокой и промежуточной частоты емкость конденсатора обычно лежит в пределах 0,05—0,1 мкф, а в усилителях низкой частоты в пределах 10—100 мкф.

Назначения конденсаторов Сс и Ср в схеме рис. 70,6 одинаковы: конденсатор Ср предохраняет сетку лампы следующего каскада от попадания на нее постоянного напряжения, имеющегося на аноде лампы, а конденсатор Сс предохраняет сетку лампы данного каскада. Кроме того, конденсаторы Сс и Ср должны пропускать без заметного ослабления напряжение усиливаемого сигнала. Поскольку конденсаторы Сс и Ср пропускают переменное напряжение и не пропускают постоянное напряжение, они называются разделительными.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты