Содержание

Графоаналитический расчет режима усиления

При графоаналитическом расчете пользуются рабочими характеристиками, которые могут быть построены в семействе статических характеристик, если заданы напряжение анодного источника E_а и сопротивление нагрузки R_H. Проще и точнее расчет с помощью анодной рабочей характеристики, называемой иначе линией нагрузки. Для ее построения необходимо иметь семейство анодных характеристик (рис. 18.13). Линия нагрузки соответствует уравнению u_а = E_а - i_a R_H В системе координат i_a, u_а это уравнение выражается прямой линией, которую удобно строить по двум точкам. Пусть i_a = 0, тогда получим u_а = E_а (точка М). Эта точка соответствует запиранию лампы отрицательным сеточным напряжением. Если лампа заперта и анодный ток равен нулю, то нет падения напряжения на резисторе R_H и все напряжение E_а приложено к лампе.

Рис. 18.13. Построение анодной рабочей характеристики (линии нагрузки)

Для второй точки положим u_а = 0. Тогда получим i_a = E_а / R_H Нанесем эту точку (N) на график. Через точки М и N проводим прямую линию, которая и является линией нагрузки. Заметим, что точка N не соответствует реальному режиму лампы. При u_а = 0 анодный ток не может быть максимальным.

С помощью линии нагрузки можно определить анодный ток и анодное напряжение при любом напряжении сетки. Для примера на рис. 18.13 показано, что при сеточном напряжении U_g3 значения i_a и u_а определяются точкой Б. Отрезок, дополняющий u_а до E_а, выражает падение напряжения u_R на нагрузке.

Чем больше R_H, тем более полого идет линия нагрузки. Если R_H = 0, то она превращается в вертикальную прямую (линия МБ). Это соответствует режиму без нагрузки, когда u_а = E_а = const. Видно, что в режиме без нагрузки при сеточном напряжении U_g3 анодный ток определяется точкой Б´, а в режиме нагрузки он меньше (точка Б), так как анодное напряжение уменьшается на значение u_R. При R_H = ∞ линия нагрузки совпадает с осью абсцисс и при любых напряжениях анодный ток равен нулю.

Для расчета надо еще знать сеточное смещение Е_g и амплитуду переменного напряжения сетки U_mg. Они могут быть заданы или выбраны. Например, если необходимо усиление с малыми искажениями, то Е_g и U_mg должны быть такими, чтобы лампа работала без сеточного тока. На рис. 18.14 показано построение для более общего случая усиления с некоторыми искажениями за счет нелинейного участка характеристик. Смещение Е_g определяет рабочую точку Т, анодное напряжение в режиме покоя U_a0 и анодный ток покоя I_а0.

Далее определяют мощность, выделяемую на аноде в режиме покоя (Р_а0), и проверяют, не превышает ли она максимальное допустимое значение:

Р_а0 = I_а0 U_a0 ≤ Р_аmax (18.38)

Полная мощность, даваемая источником анодного питания, Р₀ = E_а I_а0, а мощность постоянного тока в нагрузке

Р_R0 = I_а0 U_R0 или Р_R0 = Р₀ - Р_а0. (18.39)

Для примера на рис. 18.14 взято U_mg = |E_g|. Амплитуды положительной и отрицательной полуволны сеточного напряжения соответствуют максимальному и минимальному сеточному напряжению (в данном случае нулю и U_g5), которые определяют конечные точки рабочего участка А и Б. Эти точки соответствуют максимальному и минимальному значению пульсирующего анодного тока i_amax и i_amin. График анодного тока построен справа.

При усилении без искажений

I_ma^´ = I_ma^´´ = I_ma и I_{a ср} = I_a0. (18.40)

Рис. 18.14. Работа лампы в режиме усиления

Если же работа происходит в области нелинейных участков характеристик, то положительная полуволна усиливается больше, чем отрицательная:

I_ma^´ > I_ma^´´

В этом случае амплитуда полезной первой гармоники

I_ma ≈0,5 (I_ma^´ + I_ma^´´ ) (18.41)

или

I_ma ≈0,5(i_amax - i_amin). (18.42)

Амплитуда второй гармоники

I_ma2 ≈0,25(I_ma^´ - I_ma^´´ ) (18.43)

или

I_ma2 ≈ 0,25 (i_amax + i_amin – 2I_а0). (18.44)

Коэффициент гармоник приближенно можно определить, учитывая только вторую гармонику:

k_г = I_ma2/ I_ma (18.45)

Вследствие того что положительная полуволна больше отрицательной, постоянная составляющая анодного тока I_a.ср становится больше тока покоя I_а0. Приращение постоянного анодного тока ΔI_а численно равно амплитуде второй гармоники. Отсюда следует, что

I_a.ср = I_а0 + ΔI_а = 0,25 (i_amax + i_amin – 2I_а0)

(18.46)

Далее можно рассчитать следующие величины:

усиленное (выходное) напряжение

U_mвых = U_mR = U_ma = I_ma R_H

(18.47)

коэффициент усиления каскада

K = U_ma /U_mg; (18.48)

полезную (выходную) мощность

Р_вых = 0,5 I_ma U_ma; (18.49)

мощность, подводимую от анодного источника,

Р_0ср = I_a.ср E_а; (18.50)

коэффициент полезного действия каскада (по анодной цепи)

η = Р_вых / Р_0ср (18-51)

Под семейством характеристик на рис. 18.14 дан график изменения анодного напряжения. Он показывает фазовый сдвиг на 180° между переменными напряжениями сетки и анода. Амплитуды полуволн переменного анодного напряжения U_ma´ и U_ma´´ получаются неодинаковыми за счет нелинейности лампы. Полезная мощность характеризуется прямоугольным треугольником АБВ, у которого гипотенузой является рабочий участок АБ. Катеты в соответствующем масштабе равны удвоенным значениям амплитуд (2I_ma и 2U_ma).

Если в анодную цепь лампы в качестве нагрузки включен резонансный контур или трансформатор, то построение рабочих характеристик надо делать иначе, в соответствии с тем как это рассмотрено для транзисторных каскадов с подобными видами нагрузок.

Рис. 18.15. Триодный генератор с индуктивной обратной связью

Информация

Продолжение