|
На всех схемах, рассмотренных выше, показан резистор в цепи сетки лампы, однако величина его сопротивления пока не определена.
В силу отсутствия сеточного тока, постоянный ток через этот резистор также отсутствует, но через него закорачивается незначительная
часть переменного тока от источника сигнала, вызывая его утечку. Исторически сложилось, что величина сопротивления этого
резистора для предварительных малосигнальных каскадов выбиралась около 1 МОм, а для каскадов усиления мощности несколько
меньше. Рассмотрим более подробно критерии выбора сопротивления этого резистора.
Резистор в цепи сетки образует делитель напряжения вместе с выходным сопротивлением предшествующего каскада (источника
сигнала), и, следовательно, вызывает уменьшение коэффициента усиления, поскольку управляющее переменное напряжение, прикладываемое
между сеткой и катодом лампы, оказывается ниже выходного напряжения предыдущего каскада. Эти потери обычно небольшие, но
они накапливаются при многокаскадном построении усилителя таким образом, что коэффициент усиления может быть существенно
меньше, чем прогнозируемый, если эти потери не принимать во внимание. Таким образом, желательно стремиться к увеличению
сопротивления этого резистора.
Вторая причина стремиться увеличивать это сопротивление заключается в том, что большое его значение позволяет устанавливать
разделительный конденсатор между каскадами меньшей величины при сохранении требуемой неравномерности
АЧХ в области низких частот (подробнее о выборе разделительных конденсаторов см. ниже). Конденсаторы с меньшей емкостью,
как правило, более стабильны.
Напомним, что совсем отказаться от установки этого резистора нельзя, так как он обеспечивает нулевой потенциал сетки
по постоянному току, однако нужно стремиться к увеличению его сопротивления.
Если внимательно посмотреть спецификацию большинства электронных ламп, нетрудно заметить, что имеется ограничение на
предельное значение сопротивления в цепи сетки. Обычно дается два предельных значения — одно для катодного смещения и одно
для сеточного смещения. Значение для случая сеточного смещения обычно значительно отличаются, относительно случая катодного
автосмещения. Связано это с тем, что при катодном смещении, номинальное напряжение смещения устанавливается не мгновенно
(имеется переходный процесс), тогда как при сеточном смещении, его величина задается внешним источником, и начальный анодный
ток устанавливается практически мгновенно.
Однако, нельзя забывать и о том, что через сеточный резистор протекает не только часть переменного тока от предыдущего
каскада, но и небольшой тока утечки самой сетки, существующий даже при отсутствии сеточного тока. У этого явления существуют
две причины. Во-первых, всегда бывает небольшое технологическое загрязнение сетки оксидным покрытием, используемым для формирования
эмиссионной поверхности катода, что вызывает незначительную эмиссию электронов с поверхности сетки. Второй, более существенной
причиной, является наличие так называемого тока ионного разряда. Рассмотрим подробнее это явление.
Ток ионного разряда всегда имеет место, потому что в электронной лампе всегда имеется остаточный газ (идеальный вакуум
обеспечить невозможно). Молекулы остаточного газа находятся в постоянном хаотическом движении, называемом броуновским движением,
которое определяет равномерное распределение отдельных молекул газа внутри объема баллона электронной лампы. Таким образом,
довольно велика вероятность нахождения отдельных молекул газа на пути движения электронов от катода к аноду лампы. Изначально
молекулы газа являются электрически нейтральными, то есть не заряжены. Когда на большой скорости происходит удар электрона
по молекуле газа, его большая кинетическая энергия приводит к выбиванию электронов с внешней орбиты молекулы газа. Оторвавшиеся
от молекулы электроны продолжают свой путь к аноду вместе с основными, а молекулы газа, теперь положительно заряженные
(потому что они потеряли электроны), отталкиваются анодом и двигаются встречно по направлению к сетке/катоду. Когда заряженная
молекула, называемая ионом, ударяется о сетку, происходит нейтрализация этих зарядов, вследствие чего возникает небольшой
сеточный ток утечки, также называемый ионным током.
Ток утечки сетки вызывает некоторое падение напряжения на сеточном резисторе, а следовательно, сетка находится под положительным
потенциалом. Это положительное напряжение тем больше, чем больше сопротивление сеточного резистора. Оно вычитается из напряжения
сеточного смещения Vск, и ток анода нарастает. Увеличение тока анода поднимает внутреннюю температуру
электронной лампы, освобождая еще больше остаточного газа из горячих элементов конструкции, еще более увеличивая ионный
ток. При этом Vск понижается далее, катод эмитирует больше электронов, и процесс становится самонарастающим
до тех пор, пока не наступит насыщение, либо электронная лампа не разрушится. Статистически, при увеличении потока электронов с катод на анод, между
электронами и молекулами газа становиться больше случайных столкновений, и по этой причине положительный ионный ток сетки
увеличивается с током анода. Таким образом, выбирать сопротивление сеточного резистора очень большим нельзя, иначе падение
напряжения на нем за счет ионного тока станет существенным с точки зрения изменения напряжения смещения Vск,
что может привести к тем необратимым процессам, о которых только что шла речь.
С точки зрения рассматриваемой проблемы, следует заметить, что при использовании катодного автосмещения, отрицательная
обратная связь по постоянному току, создаваемая катодным резисторам, не позволяет анодному току нарастать, поскольку чем
больше анодный ток, тем большая величина запирающего напряжения падает на катодном резисторе.
Компания Миллард опубликовала метод определения максимально допустимого значения сопротивление в цепи сетки в практических
режимах работы. Чтобы определить максимально допустимое сопротивление утечки сетки лампового усилителя, нужно знать величину
катодного резистора RK и крутизну лампы gm (в рассматриваемом примере RK = 1,56 кОм,
gm = 1,54 мА/В). Для начала нужно вычислить, действующее катодное сопротивление схемы последующей формуле:
Рис. 3.10 Предельное значение сопротивления в цепи сетки (по данным компании Миллард)
Зная RK (действующее) и крутизну лампы gm, обратимся к графику, разработанному названной фирмой, чтобы
найти коэффициент, на который следует умножить значение максимального установленного спецификацией лампы сопротивления утечки
сетки (рис. 3.10).
Интерполяция кривых предполагает, что в конкретных схемах может использоваться сопротивление утечки сетки в четыре раза
больше, чем максимально установленное сопротивление утечки сетки (2,2 МОм) = 8,8 МОм.
Тем не менее, на практике иногда устанавливают даже большие сопротивления утечки сетки в некоторых конструкциях.
|
