КИМ выражениям, малопригодным для инженерных расчетов. На практике, как правило, ограничиваются покаскадным расчетом усилителя в направлении от последнего каскада к первому, причем выходным сопротивлением предшествующего каскада задаются, исходя из общих соображений по компоновке всей схемы. Допускаемые при таком расчете погрешности обычно приводят толыад к некоторым отклонениям частотных характеристик, а коэффициенты усиления по напряжению в области средних частот не изменяются. Для определения ncj кажений фронта импульса в многокаскадном транзисторном усилителе с резистивно-емкостной связью можно пользоваться переходными характеристиками, приведенными на рис. 10-37.

10-4. МОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Ламповый усилитель в режиме А

При работе лампы в режиме А изменения анодного тока с малыми искажениями повторяют изменения напряжения на управляющей сетке лампы, для чего ток покоя

Рис. 10-38. Работа лампы в режиме А.

(/о на рис. 10-38) должен быть не меньше максимальной амплитуды (1т) переменной составляющей, а напряжение управляющей сетки не должно заходить в область положительных смещений (работа лампы без сеточных токов).

Такой режим усиления связан с низким к. п. д. анодной цепи (теоретически предельное значение к. п. д. - 50 7о. практически-30- 40% для пентодов или тетродов и менее 25% для триодов), а потому применяется в усилителях с небольшой выходной мощностью (до 3-5 вт).

Усилители с трехэлектродными лампами вносят меньшие нелинейные искажения и обладают меньшим выходным сопротивлением, чем усилители с пентодами. Однако из соображений экономичности питания в последнее время триодные усилители почти полностью вытеснены пентодными, у которых снижение нелинейных искажений и вы-

ходного сопротивления достигается применением отрицательной обратной связи (см. § 10-5).

Сопротивление нагрузки. В типичном случае усилитель в режиме А имеет трансформаторную связь с нагрузкой (рис. 10-39), причем выбором соответствующего коэффициента трансформации создают оптимальное нагрузочное сопротивление Рн.э, при котором достигается большая выходная мощность с малыми нелинейными искажениями.

Наивыгоднейшее значение Rb.s в общем случае можно определить с помощью семейства выходных (анодных) характеристик. Через выбранную исходную

рабочую точку (для получения максимальной выходной мощности ее выгодно располагать вблизи гиперболы предельно допустимой мощности рассеяния на аноде Ра.ДСП, рис. 10-40) проводят несколько линий нагрузки. Рабочий отрезок каждой линии нагрузки ограничивается слева характеристикой С/о=0, а справа - характери-

Рис, 10-39. Принципиальная схема мощного усилителя в режиме А.

Рис. 10-40. Линии нагрузки усилителя в режиме А. Отдаваемая мощность пропорциональна площади заштрихованного треугольника.

стикой С/о=2С/оо- Учитывая это, для каждой линии нагрузки вычисляют максимальную выходную мощность

(10-192)

и коэффициент гармонических искажений (см. стр. 489). Сопоставляя полученные значения Рвых и Кт, выбирают наивыгоднейшее положение линии нагрузки, причем необходимая величина Rs.a составляет:

Рн.э = -Т- <0-93)

! тт

Для триодов обычно принимают

Rh.s.tpx{23)Ri. (10-194)

причем с увеличением Rb.s уменьшаются и нелинейные искажения и выходная мощность.

Для пентодов существует оптимальное сопротивление нагрузки, при котором коэффициент гармонических искажений проходит через минимум. Соответствующее значение н.э часто указывается в справочных данных и лежит в районе

/?в.,.певг (0,8 1) - . (10-195) о

Оптимальное значение Rb.s реализуется соответствующим выбором коэффициента трансформации выходного трансформатора

вых

(10-196)

где Чтр -к. п. д. выходного трансформатора.

Коэффициент полезного действия анодной цепи лампы определяется соотношением

Рвых (/макс- /мин) (/макс- мин)

Рпит 8/of/o

(10-197)

Напряжение возбуждения С/о т, которое должно подводиться к управляющей сетке, определяется по выходным характеристикам и не должно превышать напряжения сеточного смещения С/оо. соответствующего исходной рабочей точке. При этом условии отсутствуют заметные сеточные токи лампы и входную цепь можно считать линейной.

Усилитель в режиме А, работающий без сеточных токов, обычно связывают с предшествующим каскадом с помощью резистивно-емкостной цепи. При этом сопротивление утечки сетки Rc (рис. 10-39) не должно превышать особо оговариваемой для мощных ламп величины (0,2-0,5 Мом): в противном случае устойчивый режим работы лампы может быть нарушен термоионным током сетки, который вызывает падение постоянного напряжения на этом сопротивлении и уменьшает отрицательное напряжение сеточного смещения.

Частотные искажения в области низших частот зависят от индуктивности Z-i первичной обмотки выходного трансформатора, которая при заданной нижней граничной частоте Ин и коэффициенте частотных искажений Мн должна быть

obVmI-i

(10-198)

где RiB - общее сопротивление параллельного соединения Ri и Rb.3- У пентода, как правило Ri > Rb.s, и при прочих равных условиях для пентода требуется большая индуктивность Li, чем для триода.

В области высших частот снижение коэффициента усиления обусловливается влиянием индуктивности рассеяния Lb, величина которой (в пересчете на первичную цепь) при заданных значениях Ив и Мв должна быть

L, < < - I (10-199)

Обобщенные частотные характеристики мощного каскада в режиме А при трансформаторной связи с активным сопротивлением нагрузки имеют такой же вид, как у каскада с резистивно-емкостной связью (см. рис. 10-16), если обозначить

Тя = (10-200)

Тв =

(10-201)

Коэффициенты гармонических искажений по второй (Kri), третьей (/Сгз) и четвертой (Kri) гармоникам обычно вычисляются методом пяти ординат. Для этого, используя линию нагрузки для переменного тока (например, M N на рис. 10-40), определяют пять значений анодного тока: /о, /макс, /мин, / и / . Токи /макс и /мин Соответствуют амплитудным значениям выбранного напряжения входного сигнала, а токи / и / - половинам амплитуд напряжения входного сигнала. Тогда приращение постоянной составляющей анодного тока равно:

А /ао= (/макс -f /мин -f 2/ + 2/ - 6/о);

(10-202)

амплитуда основной составляющей анодно го тока

/al = - J (/макс - /мни + Г - / ); (10-203)

коэффициент второй гармоники

(/макс Ь /мин 2/о) 100;

(10-204)

коэффициент третьей гармоники

/Сгз = (/макс ~ /мин - 2/ -Ь 2/ ) 100

6/ai

(10-205)

и коэффициент четвертой гармоники 1

. Кгй = , о , (макс + /мин - 41 -Ь 6/о) 100.

4/ - (10-206)

Суммарный коэффициент гармонических искажений

К,= У KI2+ гЗ+ -rt (0-207)

I макс 60 I

Рнс. 10-41. Анодная характеристика лампы 6П14П (к примеру расчета 9).

В случае больших нагрузочных сопротивлений, при которых линия нагрузки располагается почти горизонтально (как на рис. 10-24, б) вместо токов /о, /макс, /мин, / и / надо пользоваться соответствующими значениями напряжения выходного сигнала

(С/о, С/макс, С/мин, U и U ).

Пример 9. Рассчитать ламповый усилитель в режиме А при условии: Рвых >

>3 вт при /Сг< 10%; £а=250 е; /?н=12 ом; /н = 60 гц; fB = 12 000 гц; Мн = Мв<1,2.

Решение. Выбираем лампу типа

6П14П (Ра.доп = 12 вт, так что Рвых<30%

Ра.доп), выходные статические характеристики которой (при С/э=250 в) приведены на рис. 10-41. Пренебрегая падением постоянного напряжения в первичной обмотке выходного трансформатора, считаем, что t/ao=£a=250 в и выбираем рабочую точку при С/со=-6 в (точка О располагается вблизи гиперболы Ра.доп, несколько ниже ее). Анодный ток покоя /ао=46 ма.

Проводим через точку О несколько линий нагрузки (аг, аг, а г ) и изучаем, при какой из них будут меньшие нелинейные искажения.

Наряду с формулами (10-204) - (10-207) для определения коэффициентов гармонических искажений можно воспользоваться эквивалентными соотношениями длин определенных отрезков нагрузочных линий (см. рисунок):

/С. = -.100; (10-204а)

(аг)-2(ба) 3( г)

100; (10-205а) (об) -f- (ее) - 3(60) -3 (Об)

6(сг)

100. (10-206а)

С/с = 0,5 С/оо, точка в на С/с = 1,5 Uoe, точка г иа С/о = 2 С/со-

Из выражения (10-204а) следует, в частности, что /Сг2=0 при условии, что отрезки (аО) = (Ог). Это условие очень легко проверяется циркулем путем сопоставления расстояний точек а и г от точки О.

Выходные характеристики пентодов и тетродов почти всегда позволяют найти такую линию нагрузки, на которой отрезки (аО) = (Ог). Однако при этом /Сг2=0 только при амплитуде входного напряжения, равной начальному смещению С/со (режим максимальной мощности), а при меньшей выходной мощности искажения могут быть значительными. Именно такой результат дает выбор в качестве линии нагрузки прямой а г . Несмотря на то что (а 0) = (Ог ). при половинной амплитуде входного напряжения точкам а и г соответствуют точки б и в , но (б 0)<(Ое )-

У линии нагрузки аг, напротив, (бО) = = (0е), но зато (а0)>(Ог). Наилучшие результаты даст линия аг, у которой (аО)>(Ог), а (бО)<(Ое). При этом /Crj обратится в нуль при амплитуде входного напряжения средней между С/со и 0,5С/оо, а при амплитудах, равных С/оо и 0,5С/оо, будет приобретать различный знак (фаза второй гармоники противоположная), но максимальное значение его будет меньше, чем в двух других случаях.

Выбрав нагрузочную прямую аг, определяем необходимые для дальнейших расчетов токи и напряжения: /макс =87 ма; /= = 70 ма; / =21 ма; / ин = 8 ма; /тт = 79 ма; С/пгт=423 е. При этом выходная мощность по формуле (10-192)

79-10-S-423

= 4,15 emi

При этом точка а наносится на характеристике С/с=0 (рис. 10-41), точка б на

амплитуда первой гармоники (10-203) /al = (86 - 8 + 70 - 21) = 42,5 лв