Содержание

Межэлектродные емкости

На работу триода вредное влияние оказывают межэлектродные емкости. Влияют они тем сильнее, чем выше частота.

Триод имеет три емкости, которые на схемах иногда показывают символами конденсаторов (рис. 18.16). Емкость сетка — катод С_g-к называют входной

Рис. 18.16. Межэлектродные емкости триода

(С_вх), емкость анод — катод С_а-к — выходной (С_вых) и емкость анод — сетка С_а-g — проходной (С_пр). Они у ламп малой и средней мощности составляют единицы пикофарад. Значения этих емкостей, приводимые в справочниках, включают в себя емкости не только между электродами, но и между выводами.

Рассмотрим влияние каждой межэлектродной емкости.

При достаточном сеточном смещении, казалось бы, не должно быть сеточного тока. Однако за счет входной емкости С_g-к в цепи сетки существует емкостный ток, т. е. входная емкость нагружает источник колебаний ИК. Этот ток создаёт падение напряжения на

внутреннем сопротивлении источника колебаний R_ИK. В результате уменьшается переменное напряжение на зажимах ИК, переменный анодный ток, усиленное переменное напряжение и выходная мощность. Чем выше частота, тем меньше сопротивление входной емкости, тем больше емкостный сеточный ток и потеря напряжения на R_ИK

Это явление незаметно на низких частотах, но на высоких частотах оно может значительно снизить эффективность работы усилительного каскада. Пусть, например, R_ИK = 100 кОм и С_g-к = 10 пФ. Тогда на частоте 500 Гц сопротивление 1/(ωС_g-к) = 32 МОм, что равносильно разрыву цепи. Но если повысить частоту до 5 МГц, т. е. в 10⁴ раз, то сопротивление входной емкости станет равным 3,2 кОм. Оно будет сильно нагружать источник колебаний, и его напряжение резко понизится.

Действие выходной емкости состоит в том, что она шунтирует нагрузку каскада. Полное сопротивление нагрузки Z_H станет меньше R_H, и это приведет к понижению коэффициента усиления каскада.

На высоких частотах емкость С_а-к вызывает также фазовый сдвиг выходного напряжения. При усилении звуковых колебаний это не имеет значения, но для телевизионных сигналов и в ряде других случаев фазовый сдвиг недопустим.

В каскадах, имеющих в качестве нагрузки колебательный контур (в усилителях радиочастоты и генераторах), емкость С_а-к входит в состав контура и добавляется к его емкости. При расчете контура емкость С_а-к учитывается. На весьма высоких частотах она может оказаться больше емкости контура. Построить такой контур невозможно. Если имеется резонансный контур в цепи сетки, то входная емкость добавляется к емкости этого контура.

При смене ламп из-за разброса их межэлектродных емкостей нарушается настройка контуров.

Наиболее вредное влияние оказывает проходная емкость С_а-g. Прежде всего, она нагружает источник колебаний. Емкостный ток I_m равен сумме емкостных токов I_mg-к и I_ma-g, протекающих через емкости С_g-к и С_а-g :

I_m ≈ I_mg-к + I_ma-g (18.54)

Знак приближенного равенства стоит потому, что токи правильнее складывать геометрически, а не арифметически.

Выразим каждый ток по закону Ома:

I_mg-к = U_mgωС_g-к

и I_ma-g = U_ma-gωС_а-g, (18.55)

где U_ma-g — амплитуда напряжения между анодом и сеткой.

Так как переменные напряжения сетки и анода U_mg и U_ma сдвинуты по фазе на 180°, то напряжение U_ma-g равно их сумме:

U_ma-g = U_mg – (-U_ma) = U_mg+U_ma.

(18.56)

Вынесем в этом выражении за скобку U_mg. Тогда получим

U_ma-g =U_ma (l + U_ma/U_mg)=U_mg(l+K).

(18.57)

Отсюда следует

I_m= U_mgωС_g-к + U_mgωС_a-g (l + K) = U_mgω[С_g-к + С_a-g (l + K)]. (18.58)

Выражение в квадратных скобках представляет собой входную рабочую емкость усилительного каскада с триодом:

С_вх._раб = С_g-к + С_a-g (l + K). (18.59)

В режиме без нагрузки K = 0 и входная емкость усилительного каскада

С_вх = С_g-к + С_a-g. (18.60)

А в рабочем режиме входная емкость значительно больше, чем в режиме без нагрузки. Например, если С_g-к = 5 пФ, С_a-g = 3 пФ и K = 40, то в режиме без нагрузки С_вх = 5 + 3 = 8 пФ, а в рабочем режиме С_вх.раб = 5 + 3·(1+40) = 5 + 123 = 128 пФ, т. е. в 16 раз больше.

Второе вредное влияние емкости С_a-g заключается в том, что через нее от источника колебаний проходит переменный ток в анодную цепь. Поэтому емкость С_a-g и назвали проходной.

В некоторых схемах источник колебаний работает непрерывно, а лампа запирается на определенные промежутки времени. Но через емкость С_а-g и при запертой лампе ток от источника ИК попадает в цепь нагрузки.

Особенно неприятно третье вредное явление — обратная связь между анодной и сеточной цепями через емкость С_а-g. Усиленные колебания через емкость С_а-g проникают из анодной цепи обратно в сеточную цепь. Переменный ток от лампы идет не только в цепь нагрузки, но через емкость С_а-g также и в цепь сетки. Этот ток создает на участке сетка — катод напряжение обратной связи.

Можно сказать, что выходное напряжение на участке анод — катод приложено к делителю, состоящему из емкости С_а-g и участка сетка — катод. Часть выходного напряжения, приходящаяся на этот участок, является напряжением обратной связи. С повышением частоты сопротивление емкости С_а-g уменьшается и обратная связь усиливается. Если обратная связь положительна, то она может привести к паразитной генерации колебаний и тогда нормальная работа каскада нарушится. Поэтому в усилителях радиочастоты используют не триоды, а тетроды или пентоды, в которых устраняется вредное влияние проходной емкости (см. гл. 19).

Информация

Продолжение