|
Этот расчет, бесспорно, является наиболее сложным при проектировании усилителя мощности с отрицательной обратной связью,
вводимой в катодную цепь входного каскада. Сложность этой задачи заключается в том, что может потребоваться перепробовать
несколько различных вариантов, снова и снова вычерчивая характеристики и проводя расчеты, прежде чем будет найдено нужное
решение. Попытки решить данную проблему, используя приблизительные расчеты на клочке бумаге, или оборотной стороне старого
конверта, обречены на неудачу.
При решении проблемы необходимо учитывать четыре воздействующих фактора:
• необходимо точно задать напряжение смещения на катоде. Это могло бы оказаться
просто обычным применением закона Ома, однако ток смещения протекает не только по резистору катодного смещения, но и по резистору
обратной связи;
• входная лампа сама генерирует ток обратной связи, который протекает через
катодный резистор в дополнение к току, определяемому выходом усилителя;
• необходимо правильно задать соотношение сопротивлений двух резисторов, чтобы
получить необходимый коэффициент передачи цепи отрицательной обратной связи;
• поскольку через рассматриваемые цепи протекает постоянный ток, то катодный
резистор оказывается шунтированным катодным сопротивлением лампы rk.
После того, как сформулированы ограничивающие проблему рамки, необходимо решать задачу, пользуясь умением чтения схем
и решения некоторых видов математических уравнений.
Так как на катоде необходимо задать напряжение смещения 2,5 В, а анодный ток определяется частным отделения 190 В на
47 кОм (подобранная величина анодного резистора входной лампы), то суммарное сопротивление катодной цепи не землю должно
составить 618,4 Ом.
Размах амплитуд напряжения сигнала на аноде и катоде фазоинверсного каскада (являющиеся напряжением возбуждения оконечных
ламп), необходимый для отдачи полной выходной мощности оконечным каскадом, составляет 8,636 В среднеквадратического значения,
исходя из анализа других разработок при тех же оконечных лампах. Учитывая, что коэффициент усиления фазоинверсного каскада
близок к единице, можно считать, что переменное анодное напряжение на входной лампе, также должно составлять 8,836 В. Это
означает, что переменный анодный ток входной лампы, определяющийся частным от деления напряжения 8,836 В на сопротивление
47 кОм и будет равен 0,1837 мА среднеквадратического значения. Этот ток также протекает в цепи катода и будет определять
падение напряжения обратной связи на любом последовательно включенном сопротивлении в цепи катода.
Для обеспечения такого переменного напряжения на аноде, как было определено выше, с учетом крутизны лампы входного каскада,
необходимо подвести к ее управляющей сетке переменное напряжение величиной 298 мВ среднеквадратического значения. Однако,
введение отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления усилителя. С учетом того, что на входе блока усилителя
мощности всегда включают блок предварительного усиления, чувствительность мощного усилителя может быть снижена с 298 мВ среднеквадратического
значения до 2 В, которые вполне способен развить блок предварительного усиления. Таким образом, величина напряжения обратной
связи, вводимой на катод, составит (2 — 0,298) В = 1,702 В среднеквадратического значения. По прежнему известно, что для
получения полной выходной мощности 10 Вт на выходе усилителя, переменное анодное напряжение входного каскада должно составлять
8,944 В среднеквадратического значения. Следовательно, на сопротивлении обратной связи падение напряжения должно составлять
7,242 В среднеквадратического значения.
Так как эквивалентное сопротивление катодной цепи лампы rь по постоянной составляющей
включено параллельно катодному сопротивлению, необходимо рассчитать значение rь:
В соответствии с решением уравнения значение сопротивления равно rк = 1,559 кОм.
Далее (для упрощения расчетов) следует принять, что выход усилителя представляет собой идеальный источник напряжения
(источника Тевенина), к которому подключено сопротивление обратной связи «rу». Следует также принять
собственный ток обратной связи лампы в качестве идеального источника тока (источника Нортона), а катодный резистор «rх»
шунтировать сопротивлением rk. Эти приближения довольно близки к жизни и не внесут значительной
погрешности в расчет. Таким образом, можно вычертить схему замещения рассматриваемой цепи (рис. 7.34). Необходимо на схеме
замещения пометить величины токов и все другие известные величины (следует подчеркнуть, что это схема замещения соответствует
режиму по постоянной составляющей).
Рис. 7.34 Эквивалентная схема замещения входного каскада по постоянной составляющей
Теперь можно двигаться вперед: решение рассматриваемой задачи будет простым, хотя и несколько рутинным. Прежде всего,
следует обратить внимание, что в схеме замещения есть резистор с известными значениями сопротивления (rk)
и падения напряжения на нем (1,702 В), что позволяет рассчитать значение протекающего по нему тока. Ток равен 1,091
мА, — полученное значение следует сразу отметить на схеме замещения.
Отметив ток на схеме, следует обратить внимание, что в узел «1» на схеме втекают два известных тока, что позволяет по
закону Кирхгофа найти третий ток. С учетом направления протекания токов: в узел «1» втекает ток 0,1837 мА и вытекает ток
1,091 мА, следовательно, ток, поступающий в узел «2» равен 0,9073 мА.
В соответствии с законом Ома можно выразить падения напряжений на неизвестных резисторах с сопротивлениями «rх»
и «rу» в виде:
Если проанализировать узел «2» с другой стороны, то видно, что некоторый неизвестный ток Iy, втекающий
в узел «2», разветвляется на два тока: ток, протекающий через резистор «rх», и ток, поступающий
в узел «1». С чисто формальной точки зрения можно написать:
а затем выразить значения токов.
Ранее уже указывалось, что при параллельном включении сопротивлений х и у их значение было
равно 618,4 Ом. Следовательно, можно написать:
После группировки членов и упрощения оно примет вид:
Таким образом, имея систему уравнений, число которых равно числу неизвестных, можно получить решение. Это достаточно
проще и легче по сравнению с усилиями, затраченными на составление системы уравнений. Для этого следует подставить второе
и третье уравнения в первое:
После подстановки данного уравнения в четвертое будет получено соотношение rу = 2,953rх,
которое после обратной подстановки в уравнения даст значение rх = 828 Ом. Используя полученное значение
rх можно определить, что rу = 2,44 кОм.
Используя стандартные значения сопротивлений резисторов, можно определить, что параллельное включение резистора 1,2 кОм
с резистором 2,7 кОм составит требуемое сопротивление резистора катодного смещения, а параллельное соединение резисторов
4,7 кОм с резистором 5,1 кОм составит требуемое сопротивление резистора обратной связи.
Часть катодного тока лампы V1 проходит через обмотку выходного трансформатора и следует предположить,
что он будет приводить к возникновению искажений. Если предположить, что сопротивление по постоянному току вторичной обмотки
трансформатора пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением резистора обратной связи, то значение тока будет равно частному
отделения напряжения 2,5 В на сопротивление 2,44 кОм, что дает значение тока примерно 1 мА. Отношение числа витков в обмотках
трансформатора, по которым протекает ток, составляет 31,6:1 (вторичной обмотки к первичной), следовательно, постоянный ток
величиной 1 мА, протекающий во вторичной обмотке, эквивалентен постоянному току разбаланса величиной 31 мкА, протекающего
в первичной обмотке. По сравнению с токами 40 мА, протекающих в каждой половине обмоток, эта величина пренебрежимо мала.
|
