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

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

4-1. ОДНОТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ КЛАССА А, С ТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВЫХОДОМ

Усилители мощности класса At с трансформаторным выходом используются в усилительных устройствах для усиления звуковых и видеосигналов При работе лампы в режиме А, мгновенное напряжение между сеткой и катодом всегда остается отрицательным, вследствие


Рис. 4-J. Основные схемы усилителей мощности. [ - усилитель на триоде; 6 - усилитель иа пентоде.

этого отсутствует необходимость во входной мощности. В усилителе мощности, как правило, применяется трансформаторная связь с нагрузкой, поскольку она позволяет соответствующим выбором величины коэффициента трансформации обеспечить наивыгоднейшее сопротивление анодной нагрузки и изолировать цепь нагрузки от лампы по постоянному току.

Типовые условия работы ламп однотактных усилителей мощности режима Ai приводятся в заводских паспортах. В паспорте обычно указываются электрические данные (напряжения, токи, выходная мощность, коэффициент нелинейных искажений) для различных значений сопротивления нагрузки Эти данные указывают применительно к режимам покоя и динамическому. Если фактические условия работы лампы не соответствуют рекомендуемым данным, то необходимо произвести подробный графоаналитический расчет по реальным характеристикам лампы, из которого можно определить все показатели усилителя

Выходной каскад усилителя обычно является усилителем мощности. Он потребляет наибольшую мощность источника постоянного тока. Режим выходной лампы обычно является причиной наибольших нелинейных искажений,

возникающих в усилительном устройстве. Искажения возникают вследствие значительной амплитуды возбуждающего напряжения, так как в этом случае лампа работает с частичным использованием нелинейного участка характеристики. Обычно нагрузочное сопротивление и рабочая точка в режиме покоя выбираются в соответствии с требованием получить наибольшую выходную мощность при возможно меньшем коэффициенте нелинейных искажений. При определении максимальной выходной мощности в условиях выбранной рабочей точки и заданной нагрузочной характеристики амплитуда возбуждающего напряжения Um<. выбирается так, чтобы получить мгновенное напряжение на сетке кс = 0 или такое значение кс, при котором нелинейные искажения не превышают величину допустимых искажений.

4-1а. Основные энергетические соотношения для усилителя мощности класса Л:. На рис. 4-1 изображены схемы триодного и пентодного однотактных усилителей в режиме А[ с постоянным смещением, имеющих трансформаторную связь между лампой и цепью нагрузки. Для каждого усилителя рабочая точка в режиме покоя определяется пересечением линий нагрузки с характеристикой лампы, снятой при выбранном смещении £с *.

Начальная точка линии нагрузки соответствует напряжению анодного источника £а; эта характеристика проходит под углом, тан-1

гене которого равен--, где г,-сопроти-

вление первичной обмотки трансформатора. При наличии автоматического смещения предполагают, что сопротивление в цепи катода зашунтировано емкостью для прохождения переменной составляющей тока. Если пренебречь потерями в сердечнике трансформатора, то формула для расчета нагрузочного сопро-

* При автоматическом смещении рабочая точка в режиме покоя для триодного усилителя определяется пересечением анодной характеристики лампы и линии нагрузки (см § З-За), для тетродного и пентодного усилителей указанная точка определяется пересечением анодной характеристики и характеристики i =я = Ни) (см. § 3-4).



тнвления имеет вид:

г„ = г1+ (г, + /?„), (4-1)

где Гз - сопротивление вторичной обмотки;

Ra - сопротивление нагрузки, подключаемой к вторичной обмотке;

я, - число витков первичной обмотки;

Яз - число витков вторичной обмотки.

Линия нагрузки имеет тангенс угла наклона, равный--и проходит через рабочую

точку, соответствующую режиму покоя, для случая линейных ламповых характеристик. Если характеристики нелинейны, то смещение линии нагрузки от рабочей точки в режиме покоя пропорционально амплитуде возбуждающего напряжения, степени нелинейности и сопротивлению анодной цепи для постоянного тока (т. е. сопротивлению первичной обмотки и сопротивлению в цепи катода при автоматическом смещении). Построение линии нагрузки (см § 3-36) одинаково для триодов, тетродов и пентодов. Имея линии нагрузки для постоянного и переменного токов, можно найти:

1) амплитуды гармоник;

2) мощность постоянного тока, подводимую к анодной цепи;

3) выходную мощность,

4) к. п. д. усилителя;

5) мощность, рассеиваемую на аноде, в режимах покоя и динамическом.

Коэффициент полезного действия, выраженный в процентах, определяют как отношение выходной мощности тока основной частоты к мощности постоянного тока, подводимой к анодной цепи.

Расчет нелинейных и с к а ж е-и и й. Чтобы произвести гармонический анализ, необходимо точно построить линию нагрузки и динамическую анодно-сеточную характеристику. Согласно методу, описанному в § 3-36, можно найти амплитуды второй, третьей и четвертой гармоник и их относительные величины в процентах по сравнению с амплитудой основной частоты.

Мощность постоянного тока Ро Мощность постоянного тока, подводимая к анодной цепи, определяется выражением

Ро - EJa,

(4-2)

где Е

напряжение источника анодного питания;

постоянная составляющая анодного тока, значение которой находится из формулы (3-7) (этот ток равен току покоя /п, если отсутствует входной сигнал или нет искажений). Выходная мощность основ-

однотактного усилителя в режиме Аь возбуждаемого синусоидальным сигналом, найденная при отсутствии искажений, определяется формулой

: 0,125 (ца

н) (*а.макс

гДе "а.макс - максимальное значение анодного напряжения;

ма.мин - минимальное значение анодного напряжения;

га.макс - максимальное значение анодного тока;

а.мии - минимальное значение анодного тока.

При наличии искажений выходная мощность, создаваемая я-гармоникой, равна:

Рп = 0£Рпг«, (4-4)

амплитудное значениетока я-гармо-

где / ники.

Эффективные значения тока второй, третьей и четвертой гармоник могут быть найдены умножением их амплитудных значений, определяемых формулами (3-8), (3-9) и (3-12), на коэффициент 0,707.

Эффективное значение тока основной частоты оказывается равным:

1эф = 0,236 (га.макс +

где значения ;а ма.;с, i в § З-Зв. "

Результирующая выходная мощность представляет сумму частных мощностей, создаваемых током основной частоты и гармониками.

Коэффициент полезного действия анодной цепит). Коэффициент полезного действия анодной цепи определяется выражением

а.мин), (4-5) iv - даны

(4-6)

выходная мощность, создаваемая током основной частоты; мощность постоянного тока, подводимая к анодной цепи при наличии сигнала. При отсутствии искажений мощность Рвых1 может быть найдена из формулы (4-3) и Р0 = = аоа- В эгих условиях теоретически максимальное значение к. п. д. равно 50%, при этом "а-мин и га.мин будут равны нулю, а иЛ

-макс

и га.макс. вдвое больше значений Еа и /п. На практике к. п. д. усилителей мощности в режиме Ai лежит в пределах от 15 до 35%. Большие значения к. п. д. могут быть получены в тетродах и пентодах.

В некоторых случаях необходимо знать результирующий к. п. д. каскада усилителя мощности. В этом случае при расчете мощности постоянного тока, подводимой к лампе, помимо Р0, необходимо учесть моГцность, расходуемую в цепи экранирующей сетки, и мощность накала.

Мощность, рассеиваемая на аноде. В режиме покоя мощность, рассеиваемая на аноде, определяется формулой

Да = £а/п-/п(П + Як), (4-7)

где RK - сопротивление в цепи катода (если оно имеется); /п - анодный ток в режиме покоя; rt - сопротивление первичной обмотки

трансформатора. В динамическом режиме мощность, рассеиваемая на аноде,

*а.мин)>

(4-3)

Р я-ЕЯ1Я Ро

-/..СЧ + Я.). (4-8)



где /а0 - среднее значение анодного тока при наличии сигнала;

Рвых- суммарная выходная мощность всех переменных составляющих анодного тока, расходуемая в цепи нагрузки.

Обычно мощность Рвых меньше на 15-35% мощности Ра для режима покоя. При работе в режиме At лампа имеет уменьшенную тепловую нагрузку анода в динамическом режиме по сравнению с режимом покоя.

4-16. Триодный однотактный усилитель мощности в режиме A t с трансформаторным выходом. Нелинейные искажения однотактных усилителей мощности в режиме А, в основном возникают за счет второй гармоники. При наличии только второй гармоники коэффициент нелинейных искажений в процентах равен:

fe2 = 0,5(p/:-l)100[o/8]) (4.9)

где р = га.макс-/ -положительная амплитуда переменной составляющей анодного тока; п=Г - а.мин-отрицательная амплитуда указанной составляющей; / - анодный ток, определяемый пересечением линии нагрузки с анодной характеристикой, справедливой для смещения, получаемого при наличии сигнала (см. § 3-36). Формула (4-9) может быть получена из (3-9) при условии, что ток ix определяется средней точкой между / и iy, а значение iv - аналогичной точкой между / и га.мин, т. е. как в случае отсутствия третьей гармоники. Отношение р/п может быть легко установлено из линии нагрузки.

Компромиссное решение между максимальной выходной мощностью и минимально допустимыми искажениями может быть получено путем тщательного выбора рабочей точки и нагрузочного сопротивления для переменного

»7S

о ; г з i

Рис. 4-2. Зависимости выходной мощности от отношения сопротивления анодной нагрузки к внутреннему сопротивлению лампы при различных величинах общего коэффициента нелинейных искажений.

тока гн. В общем случае оптимальное значение гн для однотактного триодного усилителя в режиме А± может быть найдено из соотношения гв«2/?,. (4-10)

Кривые, приведенные на рис. 4-2, показывают зависимость выходной мощности описываемого

усилителя от отношения raiRi при различных нелинейных искажениях. Из графиков следует, что при заданных искажениях максимальная выходная мощность может быть получена, если нагрузочное сопротивление гн приближенно равно 2R{. Эта мощность, обусловленная выбранным сопротивлением гн, справедлива для оптимальной рабочей точки.

Выбор оптимального режима производится путем ряда графических построений. Задавшись анодным напряжением Ея, равным или меньшим максимально допустимого напряжения EaN, восстанавливают перпендикуляр до пересечения с некоторой анодной характеристикой в точке, для которой получают максимально допустимую мощность, рассеиваемую на аноде. Таким путем получают точку А, показанную на рис. 4-3. В этой точке нагрузочное сопротивление г„ = 2 250 ом

* да

-го/

+10.

Еа=250в. р .-тлт

-10.

-20.

-30.

/ у /у

Рис. 4-3. Динамические характеристики для трех величин сопротивлений анодной нагрузки триода. Каждая характеристика соответствует 5% нелинейных искажений.

Для иллюстрации зависимости выходной мощности тока основной частоты от отношения гн

ут при заданных искажениях построены три Ri

нагрузочные прямые. В табл. 4-1 приведены результаты расчета. Нагрузочная прямая А, проведенная через точку А, соответствует сопротивлению гн = 2 250 ом, т. е. имеет место

отношение - 1. Нагрузочные прямые В и С Ri

построены для = 2. Протяженность каждой

нагрузочной прямой определит изменение тока от среднего значения, причем во всех случаях получают амплитуду второй гармоники, приближенно равную 5% от амплитуды тока основной частоты»

Из таблицы видно, что при указанных искажениях по второй гармонике имеет место значительное увеличение выходной мощности, если сопротивление нагрузки выбрано вдвое больше по сравнению с внутренним сопротивлением Ri- Из данных табл. 4-1, справедливых для нагрузочной прямой С, следует, что необходимо работать, имея анодный ток меньше его предельно допустимого значения, чтобы полу-



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



0.009