Название: Электровакуумные приборы (Алексеев C. Н.)

Жанр: Военный

Просмотров: 3945

2.2.4 способы подачи отрицательного смещения  на сетку.

Реостатный усилитель напряжения на триоде

Усиливаемое триодом напряжение снимается с сопротивления нагрузки Ra, включенного в анодную цепь (рис. 2.20). Режим работы триода при нали- чии анодной нагрузки называется динамическим в отличие от статического режима при отсутствии её [4]. В динамическом режиме напряжение на аноде триода Ua  меньше напряжения его анодного источника Еа  на величину паде- ния напряжения на нагрузке UR.

Рис. 2.20 Усилитель напряжения на триоде:

а – принципиальная схема; б – графики анодного напряжения и анодного тока усилителя

U a    E a

 U R  , где U R

 I a R a .

При работе триода напряжение на аноде лампы зависит от напряжения на сетке. С увеличением сеточного напряжения Uc растёт анодный ток Ia, увели-

чивается падение напряжения на нагрузке

U R    I a R a , что приводит к умень-

шению напряжения на аноде Ua. При уменьшении напряжения на сетке анодный ток и падение напряжения на нагрузке уменьшаются, а напряжение на аноде лампы растёт. Следовательно, напряжения на сетке и аноде лампы находятся в противофазе. Для того чтобы изменения анодного тока происхо- дили пропорционально изменениям приложенного к сетке напряжения, необ- ходимо правильно выбрать величину отрицательного смещения Ес  на сетке, т. е. рабочую точку лампы (Д). Чтобы не было искажений усиливаемого на- пряжения, рабочая точка должна находиться на прямолинейном участке анодно-сеточной характеристики. Выбор рабочей точки триода производится подачей смещения на сетку лампы. Напряжение смешения выбирается таким, чтобы амплитуда усиливаемого переменного напряжения не выходила за пределы прямолинейного участка анодно-сеточной характеристики лампы.

Подача отрицательного смешения на сетку может выполняться одним из трёх способов (рис. 2.21): включением в цепь сетки источника постоянного напряжения Ес  (а); автоматическим смещением за счёт падения напряжения на сопротивлении в катодной цепи (б); автоматическим смещением за счёт падения напряжения от сеточного тока на сопротивлении, включенном в се- точную цепь (в). Источником напряжения смещения при первом способе яв- ляется стабилизированный выпрямитель, сухая батарея или аккумулятор, подключенные отрицательным полюсом к сетке.

Во втором способе смещение создаётся за счёт падения напряжения на

Рис. 2.21 Способы подачи отрицательного смещения па сетку лампы: a — от отдельного источника;  б — автоматическое смещение за счёт падения напряжения  на сопротивлении в катодной  цепи; в —  автома- тическое смешение за счёт падения напряжения от сеточного тока на сопротивлении, включенном в сеточную цепь

катодном сопротивлении Rk при прохождении по нему анодного тока.

В третьем способе смещение на сетке образуется за счёт падения напря-

жения на сеточном сопротивлении от постоянной составляющей сеточного тока. При положительной полуволне входного напряжения конденсатор Сс (рис. 2.21 в) заряжается через сопротивление участка сетка - катод лампы, которое в этом случае мало. При отрицательной полуволне входного напря- жения конденсатор Сс  разряжается через большое сопротивление Rc, созда- вая на нем напряжение, которое «минусом» приложено к сетке. Время разря- да конденсатора такое, что конденсатор не успевает полностью разрядиться к следующей положительной полуволне. В результате этого при каждой поло- жительной полуволне конденсатор дозаряжается до её амплитудного значе- ния. Разрядный ток конденсатора Сс и создаёт отрицательное смещение на сетке.

Электроны, накопившиеся на пластинах конденсатора при его заряде, по- степенно стекают через сопротивление сетки  Rc , поэтому его называют сопротивлением утечки.

Триоды           применяются для      усиления        напряжения   и          мощности,      ге-

нерирования незатухающих колебаний и импульсов различной длительности и частоты повторения.

Устройство, состоящее из лампы, источников питания её и нагрузки в ви- де активного сопротивления, называется реостатным усилителем. Различа- ют усилители мощности, напряжения, тока.

Усилитель мощности позволяет получить большую мощность на выходе усилителя по сравнению с мощностью на входе. Усилители напряжения (или

тока) дают возможность получить на выходе большее напряжение (или ток), чем на входе. Во всех случаях усиление колебаний достигается за счёт энер- гии источника анодного напряжения.

Напряжение на выходе реостатного усилителя всегда противоположно по

а          б Рис. 2.22 Реостатный усилитель напряжения на триоде: а  – принципиальная схема; б – эквивалентная схема

фазе входному напряжению. На рис. 2.22 б приведена эквивалентная схема реостатного усилителя, в которой лампа представлена в виде генератора с

ЭДС

e  Uвх 

и внутренним сопротивлением Ri , равным внутреннему сопро-

тивлению лампы. Коэффициент усиления по напряжению одного каскада та-

кой схемы вычисляется по формуле

K               ,

R

1          a

R i

где    – коэффициент усиления триода;

Rа  – сопротивление нагрузки;

Ri –  внутреннее сопротивление триода.

Если вместо активного сопротивления в анодную цепь усилителя вклю-

чить первичную обмотку трансформатора, получим усилитель на трансфор- маторе. При этом со вторичной обмотки трансформатора снимается напря- жение в n раз больше, чем с выхода усилителя на сопротивлении (n – коэф- фициент трансформации). Для получения большого усиления напряжения применяется несколько усилительных каскадов. Выход первого каскада под- ключается на вход второго, а выход второго на вход третьего и т. д. Общее усиление в такой схеме определяется произведением коэффициентов усиле- ния каждого каскада.

Кобщ  К1К 2К 3 ...Кn

В реальном усилителе параллельно к анодному сопротивлению оказыва- ются подключенными ёмкости монтажа (Смонт),  выходная ёмкость лампы Л1 (Сак), входная цепь последующей лампы Л2 (C1; R2) и т. д. В результате этого величина анодной нагрузки для разных частот будет различна, а значит, раз-

Полоса пропускания усилителя

Рис. 2.23 Амплитудно-частотная характеристика реостатного усилителя на триоде

личным будет и коэффициент усиления каскада. В усилителе на транс- форматоре неравномерность усиления для разных частот будет еще больше. Таким образом, форма напряжения на выходе реостатного усилителя вслед- ствие неравномерности усиления различных частот отличается от формы на- пряжения на входе его, т. е. в усилителе возникают частотные искажения. Искажения возникают и от ряда других причин. Уменьшение частотных ис- кажений достигается включением в анодную цепь усилителя корректирую- щих элементов: индуктивности, ёмкости или сочетания их. Для уменьшения искажений применяется также отрицательная обратная связь.

Коэффициент усиления реостатного усилителя непостоянен. Он зависит от частоты усиливаемых колебаний. Кривая, показывающая зависимость ко-

эффициента усиления от изменения частоты колебаний на входе усилителя,

называется амплитудно-частотной характеристикой усилителя.

Полоса частот, в пределах которой коэффициент усиления усилителя уменьшается до 0,707 от максимальной величины коэффициента усиления на средних частотах, называется полосой пропускания или частотным диапазо- ном усилителя. Полоса пропускания усилителей в приёмниках радиолокационных станций изменяется от нескольких сотен килогерц до нескольких ме- гагерц (рис. 2.23); выходное напряжение – до десятков вольт, а мощность – до единиц ватт.

2.2.5 Триоды ультракоротких волн

Междуэлектродные ёмкости и индуктивности вводов электродов обыч- ных триодов ограничивают частоту генерируемых или усиливаемых ими ко- лебаний. Ёмкости между электродами и индуктивности вводов самого триода образуют колебательную систему лампы с вполне определенной частотой. Генерировать более высокую частоту, чем частота колебательной системы триода, лампа не может. При работе триода в усилительном режиме с увели- чением частоты уменьшается реактивное сопротивление междуэлектродных ёмкостей и образуются паразитные обратные связи, что приводит к самовоз- буждению усилителя. Кроме того, с увеличением частоты растут потери в диэлектрике, баллоне и цоколе лампы [6].

Индуктивности вводов, помимо ограничения верхнего предела генери-

руемых частот генератором ультракоротких волн, вызывают расход мощно-

сти в цепи сетки. Особенно вредной является индуктивность катодного вво- да. Для уменьшения индуктивности делается несколько параллельных вводов к каждому электроду (при параллельном соединении индуктивностей общая индуктивность уменьшается). Вводы делаются толстыми и короткими, а так- же в виде дисковых или кольцевых конструкций. Для уменьшения связи ме- жду сеточной и анодной цепями в цепь катода включают дроссель, представ- ляющий для ультравысоких частот большое сопротивление. Кроме того, в диапазоне ультракоротких волн время пролета электронов между электрода- ми становится соизмеримым с периодом генерируемых колебаний. Если вре- мя пролета электронов от катода к аноду достигнет четверти периода генери-

руемых колебаний, то колебательная мощность на выходе лампы будет равна нулю.

Время пролета электронов, соизмеримое с периодом генерируемых коле-

баний, приводит к уменьшению полезной мощности и КПД генератора, ис-

кажению формы импульса в анодной цепи, резкому уменьшению входного сопротивления лампы. Чтобы использовать триоды для генерирования коле- баний высокой частоты, изменяют их конструкцию. Для уменьшения между- электродных ёмкостей размеры электродов делаются меньше. Для уменьше- ния времени пролета элeктpoнoв в лампах сокращают до возможных преде- лов расстояние между анодом и катодом, повышают анодное напряжение. Потери в баллоне и цоколе лампы уменьшаются за счёт применения бесцо- кольных ламп и замены стеклянных баллонов устройствами из высокочас- тотной керамики.

На рис. 2.24 приведены триоды ультракоротковолнового диапазона типа

Рис. 2.24 Типы триодов ультракоротковолнового диапазона

а – металлокерамический триод; б – пальчиковый триод; в – маячковый

триод; г – триод типа «жёлудь»

Несмотря на принятие специальных мер для улучшения качества триодов, они обладают рядом недостатков: малый коэффициент усиления, невозмож- ность использования для усиления сверхвысоких частот, большая величина анодных напряжений.