Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [27] 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

3-3. ГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТРИОДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Графический метод расчета усилительных схем позволяет определять токи и напряжения для режима покоя, динамические характеристики, а также искажения в зависимости от амплитуды сигнала.

З-За. Рабочие условия в режиме покоя. Приводимые изготовителями ламп анодные харак-


Рис 3-8. Усилитель на сопротивлениях

теристики представляют собой зависимость анодного тока /а от анодного напряжения иа и от сеточного напряжения ис. Напряжения ца и ис представляют собой напряжения, действующие на аноде и сетке лампы, а не напряжения соответствующих источников питания.

Использование линий нагрузки позволяет находить графически совместные решения для

1 Линия анодной нагрузки для постоянного тока. Линия анодной нагрузки для постоянного тока проводится на характеристиках лампы так, как показано на рис. 3-9. Эта линия определяет разделение напряжения источника анодного питания между лампой и сопротивлениями в анодной и катодной цепях. Наклон нагрузочной линии по отношению к оси абсцисс равен - \l(Ra + RK)-Ее положение полностью определяется следующими точками пересечения с осями напряжения и тока. 1) если анодный ток равен нулю, то напряжение на аноде равно напряжению источника £„, и 2) если падение напряжения на лампе равно нулю, то ток должен иметь величину £а/(а+ #к)- ПРИ которой падение напряжения на сопротивлениях равно £а. На рисунке нагрузочная линия проведена между точками А (300 в, нулевой анодный ток) и В (нулевое анодное напряжение, 15 ма). Эта линия представляет собой геометрическое место всех возможных рабочих точек для данной схемы.

2. Линия автоматического смещения. Эта линия определяет зависимость между падением напряжения на катодном сопротивлении (ик) и током в цепи катода и наносится на семейство статических характеристик лампы, причем в качестве координат используются ось токов и сеточные напряжения, указанные на характеристиках лампы. При любом значении тока /а произведение I3RK является падением напряжения «к, а следова-


значений анодного тока, напряжения на аноде, напряжения на сетке, а также падения напряжений на сопротивлениях в анодной и катодной цепях в режиме покоя.

Ниже излагается последовательность такого расчета для усилителя на сопротивлениях, типичная схема которого приведена на рис 3-8. Анодные характеристики лампы показаны на рис. 3-9 *.

* Усилитель с внешним сеточным смещением и с обратной связью в цепи кагода рассмотрен в примере

тельно, и сеточным смещением лампьТТ--ис). Для построения этой линии задаются различными значениями анодного тока и определяют соответствующие им падения напряжения на катодном сопротивлении. Например, при RK - = 2 ООО ом н /а = 3 ма напряжение ик = 6 в (точка С), а при /а = 5 ма ик = 10 в (точка D). Прямая, проведенная между точками С и D, пересекает линию анодной нагрузки в точке О (в рабочей точке для режима покоя).

Так как одна из координат, в которых строится линия автоматического смещения,



представляет собой кривую, то линия смещения также искривлена. Это особенно заметно при малых токах Для большей точности построения линии смещения точки С и D следует выбирать вблизи от линии нагрузки л предпочтительно с разных сторон ее.

3. Данные режима покоя. Точка О и ее проекции на оси тока н напряжения на аиоде определяют следующие данные:

/а0 = 4,2 ма; иао - 216 в; ис0 = - ик0 = - I0sRK - - 8,4 в.

Мощность рассеяния на аноде

а = /ао"ао = 0.91 вт-

Падение напряжения на Ra равно:

Мощность, рассеиваемая в Ял, равна: /•„Я, = 0,32 вт.

4. Линия наибольшей допустимой мощности рассеяния на аиоде. Максимально допустимая мощность рассеяния иа аноде лампы, выраженная в ваттах, позволяет рассчитать максимальные значения постоянного тока анода длн любого данного напряжения на аноде Если эти значения токов и напряжений нанести на семейство анодных характеристик лампы, то полученная кривая будет ограничивать область допустимой мощности рассеяния на аноде лампы в режиме покоя. Например, кривая, показанная на рис. 3-9, соответствует максимальной мощности рассеяния 2,5 вт. Точка О должна всегда находиться ниже этой кривой; допустимы лишь кратковременные заходы за эту кривую под действием сигнала.

3-36 Динамические рабочие условия. Для усилительного каскада, подобного изображенному на рис. 3-8, можно графически определить коэффициент усиления, максимальную амплитуду сигнала и величину искажений. Динамическая анодно-сеточная характеристика позволяет определять границы линейной области.

1 Линия анодной нагрузки для переменного тока. Линия нагрузки для постоянного тока была проведена для условий покоя. Если на частотах усиливаемого сигнала можно пренебречь реактивными сопротивлениями конденсаторов Ск и Сс, то нагрузкой лампы для переменного тока Raj

действующей между анодом и землей, является параллельное соединение Ra и Rc. Поэтому сопротивление нагрузки для переменного тока равно

Ra+Rc

или в нашем случае " •

18 • 103 • 105 1КОСА (18- 10»)+10-= 15250 °М-

Если сопротивление анодной нагрузки для переменного тока Ra не равно сопротивлению для постоянного тока /?а, то нагрузочная линия для переменного тока может не прохо-

дить через рабочую точку для режима покоя. Смещение ее относительно точки вызывается искажениями, обусловленными нелинейностью характеристик лампы. Следует заметить, что при наличии искажений величина смещения нагрузочной линии для переменного тока по отношению к точке покоя О является функцией амплитуды выходного сигнала. При очень малых амплитудах это смещение стремится к нулю, и в этом случае можно считать, что линия нагрузки для переменного тока пересекает линию нагрузки для постоянного тока в исходной рабочей точке, определенной для режима покоя. При этих условиях, или если характеристики лампы считают линейными, метод построения линии нагрузки для переменного тока состоит в следующем определяют величину /ао#а, которую прибавляют к £а0. В нашем примере суммарная величина напряжения равна 0,0042 • 15 250 + 216 = 280 в. Это напряжение определяет собой точку пересечения линии нагрузки для переменного тока с осью абсцисс (на рис. 3-9 точка Е). Линия, проведенная из точки Е через точку О, представляет собой линию анодной нагрузки для переменного тока.


Рис. 3 10. Графики выходного напряжения и тока при

синусоидальном входном сигнале. / - линия нагрузки для переменного тока, 2 - вход ной сигнал, 3 - выходной ток, 4 - выходное напряжение.

2. Определение коэффициента усиления. На рис. 3-10 показана зависимость между анодным током и анодным напряжением для одного периода входного напряжения. Приложенный сигнал представляется здесь перемещениями мгновенной рабочей точки вдоль линии нагрузки, проходящей через точку Т, которая соответствует действующему в рабочих условиях смещению (при отсутствии искажений она совпадает с рабочей точкой в режиме покоя). Величина входного сигнала определяется по сеточным напряжениям, указанным на характеристиках лампы. Входной сигнал по точкам проектируется на оси анодного тока и напряжения на аноде.

На рис. 3-9, б напряжение сигнала с размахом ±4 в вызывает перемещения мгновенной рабочей точки между точками F и G. Проекции



Этих точек на ось абсцисс рис. 3-9, а определяют значения £/а.мин и f/a.MaKC, соответствующие крайним значениям изменения напряжения на аноде под действием сигнала. Усиление К определяется выражением

257-165

П,5,

с.макс

где £/с.макс - пиковое (при синусоидальном сигнале - амплитудное) значение входного сигнала.

Способ определения коэффициента усиления каскада с отрицательной обратной связью в цепи катода описан в п. 3 примера 3-1.

3. Динамическая анодно-се-точная характеристика. В правой части рис. 3-9 на оси абсцисс нанесена шкала напряжений между сеткой и катодом лампы. Если в эту систему координат перенести из левой части рисунка точки пересечения линии нагрузки для переменного тока с кривыми анодного тока для различных сеточных напряжений и провести через них линию, то получим так называемую динамическую анод-но-сеточную характеристику (каждая точка сносится горизонтально, т. е. с сохранением величины тока, и помещается над соответствующим сеточным напряжением). Изображенная на этом графике кривая является динамической анодно-сеточной характеристикой для усилительного каскада, схема которого показана на рис. 3-8. Верхняя часть этой характеристики является почти прямой линией, и работа лампы в пределах этой части характеристики будет свободна от существенных искажений.

4. Сдвиг рабочей точки в динамическом режиме. При подаче сигнала на вход недостаточно линейного усилителя происходит изменение среднего значения анодного тока. Это значение тем сильнее отклоняется от точки покоя, чем больше нелинейность усилителя и амплитуда сигнала. Такой сдвиг рабочей точки, иногда называемый «выпрямительным эффектом», обычно незначителен в усилителях слабых напряжений, но часто оказывается существенным в усилителях мощности.

Отклонение от точки покоя в динамическом режиме вследствие нелинейности характеристик ламп вызывает появление двух новых рабочих точек и смещение линии нагрузки для переменного тока (рис. 3-11). Одной из этих точек является точка А на линии нагрузки для постоянного тока; она определяет среднее значение анодного тока при наличии сигнала. Другой является точка Т на смещенной линии нагрузки для переменного тока; она определяет действующее значение напряжения смещения при наличии сигнала и, следовательно, значение анодного тока в момент, когда мгновенное значение входного сигнала равно нулю. Нагрузочная линия для переменного тока смещается в положение, при котором она проходит через точку А на линии нагрузки для постоянного тока параллельно своему положению, проходящему через точку покоя. Если лампа имеет внешний источник сеточного смещения, то положение точки Т определяется пересечением смещенной линии нагрузки для переменного тока

с характеристикой при таком сеточном смещении, которое соответствует рабочей точке е режиме покоя. Для лампы с автоматическим сеточным смещением за счет падения напряжения на сопротивлении в цепи катода точка Т определяется пересечением смещенной линии нагрузки для переменного тока с характеристикой лампы для такого напряжения смещения на сетке, которое определяется произведением сопротивления в цепи катода на среднее значение анодного тока в динамических условиях.


Напряжение на аноде (Еа)

Рис. 3-11. Сдвиг рабочей точки из режима покоя вслед*-

ствие нелинейности ламповой характеристики. / - линия нагрузки для постоянного тока; 2 - смещенная линия нагрузки для переменного тока.

Точка А располагается на линии нагрузки для постоянного тока на уровне значения анодного тока 1яД, определяемого из уравнения (3-7). Процесс определения 1зА осложнен, однако, тем, что уравнение (3-7) содержит члены, которые могут быть определены только после того, как через точку А будет проведена линия нагрузки для переменного тока. Поэтому положение точки А следует подбирать до тех пор, пока проведенная через эту точку линия анодной нагрузки для переменного тока даст такие величины, которые, будучи подставлены в уравнение (3-7), дадут значение тока IaAt соответствующее выбранной точке А.

5. Определение нелинейных искажений. Гармонический анализ выходного сигнала выполняется путем графического расчета значений анодного тока для пяти определенных значений синусоидального входного сигнала с последующей подстановкой их в соответствующие уравнения.

Эти пять значений анодного тока определяются по линии нагрузки для переменного тока (или по динамической анодно-сеточной характеристике) для следующих пяти мгновенных значений входного сигнала:

(ток в точке Т)

смакс

га.мин

0,5 с.макс

+ 0,5£/с.макс

~Ь с.макс

га.макс



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [27] 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0061