> Техника, страница 88 > Усилитель

Усилитель

Усилитель, электротехнич. прибор, имеющий назначением повысить мощность источника электрической энергии переменного тока или пульсирующего постоянного, не меняя при этом частоты тока, а во многих случаях и формы кривой тока (в случае несинусоидального тока). Область применения У. крайне обширна, гл. обр. в технике связи: 1) в дальней телефонии и телеграфии по проводам (усилительная трансляция), 2) в аппаратах (передатчик-приемник), предназначенных для радиотелеграфных и радиотелефонных связей, 3) в радиовещании (усиление микрофонных токов, усиление в радиовещательном передатчике и приемнике,мощные усилители в радиотрансляционных узлах),

4) в приборах для передачи и приема изображений на расстоянии (усиление фототоков),

5) в приборах для записи и воспроизведения звука (звуковое кино, электрозапись для граммофона) и т. д. В зависимости от характера усиливаемого тока различают У. постоянного тока и У, переменного тока. У. постоянного тока имеют назначением усиливать импульсы постоянного тока при телеграфировании, при передаче изображений и т. д. У. переменного тока разбиваются на две основные группы: а) У., имеющие назначением усиливать токи в широком диапазоне частот; б) У., имеющие назначением усиливать ток одной какой-либо частоты (в узком диапазоне частот). К первой

лителю от усиливаемого источника энергии:

Фигура 1.

группе относятся все типы У., применяемые в телефонии (проволочная и радиотелефония), в широковещании, в приборах для записи звука, в приборах для передачи движущихся изображений. Здесь требуется особенно широкая полоса частот усиления (10—1 000 kHz). Ко 2-й группе относятся У. высокой частоты в передающих устройствах, У. высокой частоты в приемниках, У. низкой частоты в телеграфных приемниках. [Под низкой частотой (смотрите) понимают диапазон частот, слышимых человеческим ухом, то есть от 30 Hz до 14—16 kHz; все частоты выше мы называем высокими частотами.] В У. этой группы в целях выделения той частоты, которая подлежит усилению, применяют резонансные контуры, поэтому эта группа У. называется также иногда резонансной. У. первой группы в отличие от второй называются иногда апериодическими (электрические цепи этого типа У. обладают большим затуханием и апериодичны).

x-V

Рвых. Рвх.

О)

При одинаковой величине входного сопротивления У. и сопротивления нагрузки коэф. усиления равен отношению напряжения на выходе к напряжению на входе:

К =

Е вых.

(2)

Иногда под коэф-том усиления понимается отношение напряжений независимо от соотно-

Фигура 2.

тения сопротивлений входа и нагрузки У. К_е (коэфициент усиления по напряжению). Коэф. усиления измеряется в децибелах или неперах:

К=10 lg ^р°^ых- децибел, l

Гвх. I /β)

К=i In ^р°^ых- непер.

* Рвх. *

Типовые схемы усилителей. Основным составным элементом усилителя является электронная лампа. У. состоит из одной или нескольких электронных ламп, соединенных параллельно или каскадно, и из элементов анодной нагрузки лампы (сопротивление, дроссель, контур, трансформатор), служащих

Фигура з.

связью между отдельными каскадами У. На фигуре 1—6 даны схемы двухкаскадных У. с трансформаторной (фигура 1), реостатной (фигура 2), дроссельной (фигура 3) связью и связью через резонансные контуры (фигура 4, 5, 6). В целях экономии в источниках энергии питание ряда каскадов У. производится от одного источника анодного напряжения и одного источника накала. При этом приходится при дроссельной

Коэфициент у с и л е н и я. Основные величины, характеризующие У.: его коэф. усиления и полоса частот, им усиливаемая. Коэф. усиления К равен корню "квадратному из отношения мощности Р_вш., отдаваемой усилителю, к мощности Р_ех., подводимой к уси-

и реостатной связи ставить разделительный конденсатор С_р (фигура 2 и 3) и сопротивление утечки R_g. В противном случае на сетку последующей лампы попадет анодное напряжение предыдущей лампы, то есть высокий положительный потенциал; на сетку же как правило надо подавать отрицательное напряжение по отношению к нити. В У. постоянного тока можно использоватц лишь реостатную связь; разделительных конденсаторов применять нельзя— благодаря этому У. постоянного тока требуют большего количества источников энергии. На фигуре 7 и 8 даны схемы У. постоянного тока: на фигуре 7—с раздельными батареями накала, на фигуре 8—со специальной батареей в цепи сетки.

Определение коэфициента усиления и отдачи (кпд) У. Электронную лампу, работающую в качестве У., можно заменить нек-рым эквивалентным генератором (фигура 9) с здс μΕ_Β(μ — коэф. усиления ламп, Ё_д—переменное напряжение, подаваемое на сетку — нить лампы) и с внутренним сопротивлением ^-.Переменное напряжение Е_а на анодной нагруз-

Фигура 7.

Фигура 9.

ке Ζ_α лампы, коэф. усиления по напряжению ЙГ“, и кажущаяся мощность Р_а, отдаваемая усилителем во внешнюю цепь, равны

Е_а — μΕ₉

Za

Ri + Z_a

R*’ Λ-Ζα RjZ_a

“ ** * {R_i+z_ar

(4)

(5)

(6)

где S—крутизна характеристики лампы в A/V, Е_д—амплитуда напряжения на сетку. Эти соотношения получаются непосредственно из анализа схемы фигура 9. Максимум отдачи мы имеем при Д,-=Z_a (если Z_a—активное сопротивление); мощность, отдаваемая при этом, равна

Ραηαχ^μβψ· (7)

Зависимость коэф-та усиления К_е (относительно μ) и мощности Р_а (относительно Р_атах) от отношения внешней нагрузки к внутреннему сопротивлению (jPj _п

даны на фигуре 10. ~j*

Для определения коэф-та усиления согласно формуле (1) эквивалентная схема фигура 9 не пригодна,т. к. входное сопротивление У. в ней не отражено. Входное сопротивление Z_gопределяется током сетки и действующей емкостью сетка—нить. Коэф. усиления по формуле (1):

юо

0.7з

0.50-1*—

(8)

или, подставляя (5), имеем YZ^Zg Ri+Za I

Κ=μ,

(9)

В целях повышения величины входного сопротивления необходимо использовать электронную лампу на том участке ее характеристики, на к-ром нет тока сетки, то есть в отрицательной области характеристики лампы. Емкостная составляющая Z_g для усилительной лампы средней величины соответствует С=1004-200 см; активная составляющая при отрицательном смещении на сетку, бблынем 1 V,—порядка нескольких миллионов и даже десятков миллионов Ω; при нуле на сетку она равна 50 4-100 тыс. Ω. Основное практич. значение для расчетов имеет коэф. усиления по напряжению К_е.

Кпд У. определяется сл. образом. Основным источником энергии, питающим У., является анодная батарея (или выпрямитель). Под кпд У. мы понимаем отношение. отдаваемой У. мощности-Р„ к мощности,расходуемой батареей, Р. Эта последняя равна постоянному току проходящему через лампу и батарею, помноженному на напряжение Е- батареи. Мощность, отдаваемая У. во внешнюю цепь, равна

Р __ Е а.

^г«= ~ 2 ’

здесь 1_а—амплитуда перемен, тока, проходящего через сопротивление нагрузки. Кпд равен

^Еа -^11а - (10)

п —5^Ра — A hi—

¹ “*р ”

2 1₌ Е₌ 2 1

Величина £ называется коэфициентом использования анодного напряжения, она в У. всегда меньше единицы. В У., усиливающих токи не синусоидальной формы (У. телефонного типа), имеющих назначением сохранить форму

Фигура 11.

кривой тока, величина 1_а должен быть меньше 1₌. Кпд в таких У.—порядка 5—10% и лишь в последних каскадах—порядка 20%.

Частотная характеристика апериодического и резонансного У. Кривую, характеризующую зависимость коэф-та усиления по напряжению от частоты, называют частотной характеристикой У. (на фигура 11 кривая а—частотная характеристика апериодического и б—резонансного У.). В резонансных У.надо, чтобы коэф. усиления при всех частотах был возможно меньше по сравнению с коэф-том усиления в области той узкой полосы частот, которая подлежит усилению. Качество частотной характеристики резонансного У. определяется его избирательностью (смотрите). Наоборот, в апериодич. У. важнейшим требованием, предъявляемым к нему, является одинаковость величины коэф-та усиления на всем диапазоне усиливаемых частот. Допустимая норма отклонения коэф-та усиления в У. высокого качества не выше 2 децибел (0,23 непера, 25%).

Расчет частотной характеристики в апериодических У. Из ф-лы (6) и из кривой I на фигуре 10 видно, что постоянства коэф-та усиления при разных частотах можно достичь двумя методами: 1) сохраняя величину сопротивления внешней нагрузки, одинаковой на всем диапазоне усиливаемых частот, или 2) подбирая сопротивление внешней нагрузки т. о., чтобы оно на всем диапазоне частот было значительно выше (2—3 раза) внутреннего сопротивления лампы R,. В этом участке кривая 1 (фигура 10) идет почти горизонтально; следовательно коэфициент усиле-

ся даже при резких изменениях величин внешней нагрузки. В промежуточных каскадах усиления входное сопротивление лампы последующего каскада является анодной нагрузкой лампы данного каскада (фигура 12). Входное сопротивление лампы имеет всегда емкостную составляющую. Поэтому анодное сопротивление промежуточного каскада всегда защунтировано емкостью порядка 100 — 200 ем. К емкости входного сопротивления лампы прибавляется еще распределенная емкость анодной нагрузки (дроссель, проволочное сопротивление, вторичная обмотка трансформатора).

В реостатном и дроссельном У. всегда можно так подобрать сопротивление утечки или сопротивление в аноде лампы (в реостатном У.), чтобы активная проводимость анодной нагрузки была на всем диапазоне усиливаемых частот значительно выше емкостной и индуктивной составляющих проводимости. Для этого надо взять сопротивление достаточно малым. Напр.: полоса усиливаемых частот со=300 -f-100 000, емкость входного сопротивления С =180 ем, тогда при со=100 000 емкостная составляющая проводимости соС=0,2·10^-4. Если сопротивление утечки взять равным 10* й, то проводимость ее (10^-4) будет в 5 раз больше емкостной. Ясно, что при этом емкость мало будет влиять на величину анодного сопротивления. Т. о., шунтируя анодную нагрузку малыми активными сопротивлениями, всегда можно добиться относительного постоянства анодной нагрузки при разных частотах, а следовательно и коэф-та усиления. Но это ведет к общему снижению коэфициента усиления, что видно из ф-лы (5). Этот метод неэкономичен и к нему прибегают лишь в случае необходимости усиливать очень широкую полосу частот, например в У. для телевидения (смотрите). Обычно в основу расчета апериодич. У. низкой частоты кладут второй метод, то есть делают сопротивление внешней нагрузки бблыним, чем сопротивление лампы на всем диапазоне усиливаемых частот. Наибольшую трудность это представляет при низшем и при высшем пределе частот. В области низших частот сопротивление анодной нагрузки в У. с дроссельной или трансформаторной связью падает пропорционально уменьшению частоты, т. к. в первом приближении оно равно coL (L—коэф. самоиндукции дросселя или первичной обмотки трансформатора). Очевидно величина L должен быть таковой, чтобы <о_п L было больше, чем R_t (ω_Η—низший предел усиливаемых частот). Чем больше L, тем меньше частотных искажений вносит .У. в области низших частот. Необходимая величина L дросселя или трансформатора определяется из следующей формулы:

^тп L ^ Кщ 1 /1 i V

Ri "Ri+Rm у_Mf_l_₁ ⁽

Здесь R_m—величина омич, сопротивления, шунтирующего дроссель или трансформатор, М„—коэф. частотного искажения на низких частотах, М_и=где К₀—максимальн. коэф. усиления по напряжению, К_н—коэф. усиления в низшем пределе частот. Величины со_к, М_нзадаются условиями проектирования. В области высших частот сопротивление анодной нагрузки снижается благодаря емкости входного сопротивления лампы и распределенной емкости обмоток (дросселя, трансформатора, проволочного сопротивления). В целях уменьшения емкости делают обмотку дросселя, трансформатора или проволочного сопротивления секционированной (фигура 13). Допустимая величина емкости, шунтирующей анодную нагрузку, С₀ для дроссельного и реостатного усилителя определяется из следующей ф-лы:

УЖ=I · (12)

Здесь ω_β—высший предел усиливаемых частот, Me — коэф. частотных искажений при высшей частоте, R_m—омич, сопротивление шунтирующей анодной нагрузки (в дроссельном У. это сопротивление утечки R_g, фигура 3); в реостатном У. это—сумма двух параллельных сопротивлений: сопротивления анода R_a и утечки R_g (фигура 2). Несколько иначе обстоит дело в области высших частот с У.,имеющими трансформаторную связь. Эквивалентная схематранс-форматора представляет собою Т-образный ч е-тырехполюсник (фигура 14), то есть электрич. цепь, имеющую 2 конца входа и 2 конца выхода. Вертикальная ветвь состоит из самоиндукции первичной обмотки трансформатора и из сопротивления, эквивалентного потерям в же-с лезе. Горизонтальные ветви содержат самоиндукцию рассеяния и активное со-

Фигура i з.

^ri ·^r! Lsbr *

—тшяр-

Фигура 14.

Фигура 15.

противление обмоток трансформатора, причем во второй ветви надо брать приведенные к первичной цепи величины, ^области более высоких частот сопротивлениявертикальной ветви очень велики, поэтому ими можно пренебречь. Тогда эквивалентная схема трансформатора принимает форму двухполюсника (фигура 15, а). В промежуточном каскаде трансформатор нагружен на емкость. Полная эквивалентная схема У. с трансформаторной связью изображена на фигуре 15, б. При определенной частоте ω_ρ наступает резонанс напряжения между емкостью С₀ и самоиндукцией L_s=L_S1 + L_si

Q

(резонанс рассеяния); 0$=—°, где С о—приведенная к первичной обмотке емкость, а где п—коэф. трансформации, W_x и W₂—

числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. При этом величина внешней нагрузки становится очень малой: Z_a=r₁ + г₂; тем не менее коэф. усиления по напряжению сильно возрастает, т. к. на клеммах емкости С₀—большое переменное напряжение. Резонанс рассеяния наступает при частоте

1

Ор=П -=—=

^Г Y°YC_aL_x

(13)

Здесь L_x—коэф. самоиндукции первичной обмотки; σ=-=Д—коэф. рассеяния. Коэф. усиле-

bi

ния по напряжению К_р при со_р равен ъ-гтЦУЦ··. <“>

он не зависит от коэф-та трансформации, тогда как при всех других частотах К_р обратно пропорционален коэф-ту трансформации.

В последнем (выходном) каскаде усиления трансформатор нагружен на внешнюю нагрузку усилителя. Если эта нагрузка активная, то Я- L; эквивалентная схема по-

гздм—ТШЗО⁴-! следнего каскада при бо-

Θ¹ 1 ₍ лее высоких частотах имеет

IRSk вид, изображенный на фигуре 16. Чем вьппе частота, тем меньше будет коэф: усиления,^ к. тем большая часть напряжения падет на сопротивление <»L_a. Чем меньше L_s, тем выше м. б. поднят предел усиливаемых частот. Низший предел тем ниже, чем больше величина L_x. Отсюда ясно, что ширина полосы усиливаемых частот тем больше, чем меньше коэф. рассеяния а. Полоса усиливаемых частот для выходного каскада усиления определяется из следующей ф-лы:

(15)

Фигура 16.

Р =

₌ 1 (Кн+ Rif _Vw-_~i ° RsR

Здесь р=—отношение высшего предела ча стот к низшему; R_m—сопротивление внешней нагрузки, приведенное к первичной цепи трансформатора. Формулы (11), (12), (13), (14), (15) являются расчетными для определения параметров анодной нагрузки в апериодическом У. Наибольший коэф. усиления К₀ мы имеем обычно при средних частотах, там, где емкостная С₀ и индуктивная L слагающие нагрузки компенсируют друг друга. Величина К₀ определяется из ф-лы:

1‘г

(16)

При дроссельной и реостатной связи п=1 : R_mравно утечке при дроссельной связи, утечке и анодному сопротивлению (параллельно) при реостатной связи и приведенному к первичной цепи сопротивлению шунта вторичной обмотки при трансформаторной связи.

Расчет частотной характеристики резонансного У. В У. резонансного типа для получения наибольшей избирательности необходимо, в отличие от апериодич. У., величину сопротивления внешней нагрузки делать меньшей, чем Rg, то есть работать на крутом участке кривой I (фигура 10). Величина внешней нагрузки должна как можно резче меняться с частотой, то есть логарифмич. декремент затухания системы должен быть как можно меньше. Если в апериодич. У. выгодно иметь лампы с малым R_{, т. к. Rg < Z_a, то в резонансном У. Rg лампы м. б. достаточно велико, так как Rg > Z_a. Величина Z_a при хорошем контуре с малыми потерями для частоты в 100 kHz обычно порядка 200—300 тыс. Ω, а для частоты в 1 MHz- порядка 7·10⁴ Ω, следовательно Rg лампы м. б. порядка нескольких сотен тысяч Ω. Если для усиления применяется лампа с экранированным анодом, имеющая большое Rg, то резонансный контур можно включать непосредст-венно в анод лампы (фигура °-4 и 5). В случае применения трехэлектродной лампы, имеющей Rg порядка 10—30 тыс. Ω, необходима трансформаторная связь °-(фигура 6), благодаря которой Фигура 17.

приведенное к первичной цепи сопротивление контура м. б. значительно снижено. Индуктивное сопротивление mL_xпервичной обмотки трансформатора должно быть значительно (7—10) меньше, чем Rg. Связь между первичной и вторичной обмоткой берется небольшая (коэф. связи порядка 0,3—0,5). Коэф. усиления по напряжению при отсутствии трансформатора (контур помещен непосредственно в аноде лампы, фигура 4 и 5) определяется из сл. приближенной ф-лы:

К_е=μ

R-i + Ru

(17)

Здесь R_m—эквивалентное сопротивление всех потерь контура (потери в катушке, диэлектрич. потери и т. д.), включенное параллельно контуру, д—логарифмич. коэф. затухания контура с учетом влияния внутреннего сопротивления лампы:

V—расстройка, ρ=^ω° ^ω, ω₀—резонансная ча-

COq

стота; ω—частота, при которой определяется усиление. В любом контуре сопротивление, включенное последовательно в контур, R_n мы можем заменить эквивалентным сопротивлением R_m, включенным параллельно контуру (фигура 17). Связь между ними для контуров с малыми потерями следующая:

Р _ (coi.)²

^ги ~ р J*n

Ф-ла (17) справедлива лишь для малых значений р (до ОД). При резонансной частоте второй множитель ф-лы (17) превращается в единицу (р=0). Чем больше второй член под корнем, то есть чем меньше <3, тем резче меняется коэф. усиления с частотой, тем избирательнее устройство. При наличии трансформаторной связи коэф. усиления по напряжению определяется из следующей ф-лы:

К.

= -]/b.

V с,

V «ia-

4jjr2p2

(1 + А2)

; (is)

L₂, С₂, R_n—параметры контура; величина А =

—, где М—коэф. взаимоиндукции между-

Y RgRn ·

первичной и вторичной обмоткой; ω₀ — резонансная частота; А характеризует собой связь^:

2A f

V

Фигура .18.

контура с первичной цепью; <5_г=πϋ_η j/~^ —

логарифмический декремент затухания контура. При резонансной частоте третий множитель превращается в единицу. Максимум усиления наступает при А=1; это соответствует оптимальной связи а>₀М=]/л_гВ_ге. Однако в целях повышения избирательности надо величину А брать меньше единицы, так как второй член под корнем в формуле (18) резко уменьшается с увеличением А. Итак с уменьшением связи (увеличением рассеяния) избирательность возрастает. Основная задача при проектировании и расчете резонансных усилителей заключается в расчете контуров (катушек) с наименьшими потерями. Для увеличения избирательности применяется несколько каскадов усиления. Если параметры всех каскадов одинаковы, то коэф. усиления и избирательность всего устройства равны коэф-ту усиления и избирательности одного каскада, возведенным в степень, равную числу каскадов. К У. высокой частоты в радиотелефонных и радиовещательных прием-„ никах предъявляются не толь ко требования высокой избирательности, но и равномерного усиления в полосе частот, равной 4—10 kHz. Идеальная форма частотной характеристики такого усилителя дана на фигуре 18. Получить такую форму кривой можно, применяя полосные фильтры в качестве анодной нагрузки. Наиболее простым фильтром являются два контура, связанных индуктивно или через емкость.

Нелинейные искажения в У. У. телефонного и широковещательного типа не должны вносить искажение в форму кривой тока. Для того чтобы ток на выходе У. (в цепи внешней нагрузки) имел точно такую же форму, как подводимый к У, ток (напряжение), У. не должен иметь частотных, фазовых и нелинейных искажений. О частотных искажениях говорилось выше. Фазовые искажения заключаются в том, что сдвиг фаз в усилителе для различных гармонических, входящих в состав усиливаемого тока, различен; благодаря этому форма кривой тока на выходе являющаяся суммой всех гармоник, может существенно отличаться от формы кривой на входе. Фазовые искажения тесно связаны с частотными искажениями. Если У. не дает частотных искажений, то фазовые искажения невелики. Т. к. человеческое ухо мало чувствительно к фазовым искажениям, то обычно при расчете телефонных У. фазовые искажения не принимаются во внимание. Качество воспроизведения речи или музыкальных тонов в сильной степени зависит от величины нелинейных искажений. Под этим видом искажения понимают искаже-ние, обусловленное нелинейностью усилительной системы, отсутствием линейной зависимости (прямая пропорция) между напряжением (током) на входе и выходе У. Мерилом искажения этого рода является коэф. нелинейных искажений (к л и р ф а к т о р и), определяемый из следующего выражения:

V ж +еb + е +.

(19)

	a г	q
	л a.	ss:
	ч	(ot
	Фиг.	19.

на выходе. На вход У. при этом подается чисто синусоидальное переменное напряжение. При отсутствии нелинейных искажений и=0. Точных норм для величины и не существует: от У. высокого качества требуется, чтобы его коэ-фициент нелинейных искажений не превышал нескольких процентов (3—5%).

Режим ламп. На фигуре 19, 20 и 21 изображены три различных режима лампы: режим класса А (фигура 19), режим класса В—угол отсечки равен 90° (фигура

20) и режим класса С— угол отсечки меньше 90° (фигура 21). Предельная величина кпд лампы в режиме класса А равна 50%, класса В-78%, класса С до 90% и выше. В мощньгх резонансных У. в передатчиках лампа работает в режиме класса В или С. Несмотря на несинусоидальность анодного тока напряжение на клеммах анодного контура синусоидально, т. к. для всех высших гармоник тока, кроме первой гармоники, сопротивление анодного контура ничтожно мало. (Это справедливо для случая, когда анодный контур настроен на частоту синусоидального напряжения, подаваемого на сетку лампы.) В апе-риодич. У., усиливающих источник энергии несинусоидальной формы, работать в режиме класса В или С нельзя, т. к. У. будет вносить значительные нелинейные искажения.,Поэтому в апериодич. У. лампы во всех каскадах усиления, вплоть до мощного выходного каскада, должны работать в режиме класса А. Только применение двухтактной схемы (смотрите ниже) дает возможность использовать лампу в режиме класса В, не внося при этом нелинейных искажений. Дело в том, что форма кривой анодного тока при работе лампы в режиме класса

A	a	la !	T-	i<j
	ε9	-Г :_/A		Λ A
		>90°	4	io° 0>r

Фигура 20.

Фигура 21.

Здесь Е_г—амплитуда основной частоты (первая гармоника) на выходе усилителя; Е_г,Е₃,Е_А,.— амплитуды соответствующих высших гармоник

В имеет лишь четные высшие гармоники (II, IV и т. д.). Все нечетные гармоники, начиная с III, равны нулю. В двухтактной же схеме четные гармоники тока создают на внешней нагрузке напряжение, равное нулю. Отсюда ясна возможность использования режима класса В при двухтактных схемах. Работая в режиме класса А, мы все же не освобождаемся целиком от нелинейных искажений, т. к. характеристика лампы не прямолинейна. Однако при правильном выборе режима лампы можно коэф. нелинейных искажений, вносимый лампой, свести до долей процента. Характеристика лампы имеет форму кривой, похожую на параболу; благодаря этому лампа дает ярко выраженную вторую гармонику, третья и высшие гармоники обычно невелики. Если учитывать только вторую гармонику, то коэфициент нелинейных искажений определяется крайне просто: он равен (фигура 22)

U= tmax-Jrnin (₂₀)

^{Δ 1} max "г * пип

Сила тока в анодной цепи лампы меняется не по статической, а по динамич. характеристике, которая полозке и более прямолинейна, чем ста-

Фигура 2

тическая (фигура 23, где I— статич. характеристика, Л— i динамическая,! Л—динами ческая при очень большом сопротивлении в аноде). Крутизна динамич. характеристики равна н.·

Ri+Ra

(21)

При весьма большой величине сопротивления анодной нагрузки В_а динамич. характеристика очень полога и коэф. нелинейных искажений крайне мал. При холостом ходе коэф. нелинейных искажений равен нулю, при коротком замыкании (R_a=0) он имеет наибольшее значение. В тех каскадах усиления (выходной и предпоследний каскад), где лампа используется довольно широко (на сетку подается большое переменное напряжение), в целях уменьшения величины нелинейных искажений сопротивление анодной нагрузки должен быть по крайней мере в 3 раза больше внутреннего сопротивления лампы h,·. Выбор режима лампы в последнем и предпоследнем каскаде усиления

Фигура 23. Фигура 24.

анодное напряжение Е_а (для каждой лампы заводом устанавливается нормальное анодное напряжение.), отрезаем горизонтальной линией АА наиболее криволинейную часть (нижний загиб) статич. характеристики. Т. к. необходимо работать в области отсутствия токов сетки, то есть в отрицательной области, то динамическая характеристика должна целиком лежать в отрицательной области. Выбираем отношение

α= дт (Ra—сопротивление внешней нагрузки, приведенное в первичной цени трансформатора, R_a=Л_аи²). Правильный подбор величины R_a при заданной величине R_a (внешняя нагрузка) достигается соответствующим выбором коэфициента трансформации

Это отношение а должен быть не меньше трех; особенно большим его делать невыгодно, т. к. при этом сильно снижается отдаваемая лампой мощность; поэтому его берут порядка 3—5. Амплитуда допустимого переменного напряжения на сетку равна

⁽²²⁾

Зная Е_д, строим динамич. характеристику (фигура 24). Амплитуда анодного тока 1_а, напряжение на внешней нагрузке Е_а, величина отдаваемой лампой мощности Р_а определяются из следующих ф-л:

Ia=Eo°S^’	(23)
Еа=Ед	(24)
р _ еуо аи а 2 0/ν+2)2	(25)

Постоянная слагающая анодного тока равна

1ц~ Ia + lamin· (26)

Двухтактная схема (смотрите Пуш-пулл) имеет значительное преимущество перед обычными, особенно для выходных мощных каскадов усиления, поэтому широко применяется в

Фигура 25. Фигура 26.

У. низкой и высокой частот в радиопередатчиках (фигура 25). Напряжение, подаваемое на сетку лампы, сдвинуто по фазе на 180° по отношению к напряжению, подаваемому на сетку другой лампы; анодные токи обеих ламп находятся в таком же соотношении. Графически это изображено на фигуре 26, где линия I представляет собою динамич. характеристику одной лампы, а линия II—другой. Точка р—рабочая точка. Точки обеих ламп в трансформаторе направлены в противоположные стороны, поэтому результирующий магнитный поток, создаваемый токами обеих ламп, равен разности магнитных потоков. Так, во время отсутствия колебаний магнитный поток в железе трансформатора равен нулю., т. к. токи в обеих лампах одинаковы. Для получения величины тока, создающего результирующий магнитный поток, надо взять разность обоих токов; линия III (фигура 26)

видно, что даже при работе в области криволинейной части характеристики каждой лампы динамич. характеристика всего устройства почти прямолинейна. При двухтактной схеме уничтожаются все четные гармоники (2, 4, 6 и т. д.), это дает возможность работать в

режиме класса В с углом отсечки в 90° (фигура 27). В этом режиме кпд лампы, равный

П f.

У ^

(27)

значительно выше, что дает возможность шире использовать лампу. Преимущества двухтактной схемы следующие: а) отсутствие четных

Фигура 28.

гармоник, меньший коэф. нелинейных искажений; б) возможность работать с большим ξ

в) отсутствие постоянной слагающей магнитного потока в трансформаторе, что значительно уменьшает габариты трансформатора; г) возможность питать накал ламп е переменным током.

Самовозбуждение в У.

Основных причин самопроизвольных колебаний в У. две: а) обратная связь через внутреннюю емкость между сеткой и анодом лампы и б) связь через общие источники питания (анодная батарея, батарея смещения на сетку). На фигуре 28 изображена эквивалентная схема лампы с учетом внутренней емкости С_ад; из схемы видно, что эта емкость связывает непосредственно цепь сетки, в которой действует ге-

счет падения напряжения на сопротивлении R(, через которое течет анодный ток лампы. Сопротивления Яф и конденсаторы Сф являются фильтрами.

Некоторые типы У. На фигуре 30 дана схема микрофонного У. с выходной мощностью в 8 W типа УП-8, выпускаемого з-дом № 2 НКСвязи. Анод и смещение У. питаются от выпрямителя, а накал—от переменного тока. В двух первых каскадах стоят лампы 1 с косвенным накалом типа СО-118. Последний каскад имеет 6 ламп 2 типа УО-104. У. имеет три каскада, два последних имеют двухтактную схему. На входе У. стоит регулятор усиления 4—7. У. может работать от микрофона, от адаптера или от фотокаскада. У. имеет горизонтальную частотную характеристику в пределах от 60 Hz до 8 kHz, то есть диапазон частот вполне достаточный для широковещательной передачи [на фигура 30: 3—переключатель входа на три положения; 4—переключатель потенциометра на 20 положений; 5—выключи-

Ж

Фигура 29.

нератор Е_д, с цепью анода, в которой действует генератор с большим напряжением уЕ_д. При индуктивной нагрузке в анодной цепи часть энергии из анодной цепи перекачивается в цепь сетки через емкость С_ад. Чем выше частота и чем больше коэф. усиления, тем больше опасность самовозбуждения через эту емкость.

Устойчивое усиление на высоких частотах, особенно в области коротких волн, возможно лишь при помощи ламп с экранированным анодом, у которых емкость С_да сведена до минимума (порядка 0,2—0,005 сантиметров вместо 5 —10 сантиметров в обычной трехэлектродной лампе). Возможность возникновения самовозбуждения благодаря связям через источники питания одинакова для всех частот; чем шире полоса усиливаемых частот, тем эта возможность больше. В целях уничтожения связей между отдельными каскадами применяют фильтры (дроссель и конденсатор или сопротивление и конденсатор). На фигуре 29 изображены фильтры в цепях анода и сетки. Смещение на сетку подается за

Фигура зо. тель напряжений; 6—сопротивление Каминского, 2 400 Ω; 7—комбинированный потенциометр входа, 1 200 Ω; 8—сопротивление Каминского, 10 000 Ω; 9—13—проволочные сопротивления: 15 000, 1 330, 670, 570 (190 и 380), 20 Ω; 14, 15—сопротивление Каминского: 2О0ООО и 500 000 Ω; 16—18—конденсаторы: 8,4 и 4 μΡ; 19, 20—шунты к прибору; 21—24—трансформаторы: микрофонный, два междуламповых пуш-пулльных и выхода; 25—дроссель; 23, 27— гнезда; 28—компенсационная катушка; 29 — реостат накала; 30—добавочное сопротивление к вольтметру]. На фигуре 31 дана схема мощного усилительного блока совместно с выпрямителем с выходной м ощностью в водок:

Связь:,

30 W типа УП-30, выпускаемого за-

№ 2 НК Усили-

Фигура 31.

тель состоит из одного каскада, работающего на четырех лампах Г-5 по схеме nym-mjxx (смотрите).

Лит.: Берг А., Основы радиотехнических расчетов, изд. 2, М., 1930; Марк М., Усилитель высокой и низкой частоты, расчет и проектирование, М.—Л., 1932; Форет ман А. и Реппиш Г., Усилитель низкой частоты, теория и расчет, пер. с нем., Москва—Ленинград, 1930. ΙΫΙ. Марк.