Содержание

Ограничения по выбору рабочей точки

Принципиальная схема простейшего резисторного каскада.

Рассмотренный выше усилитель не только искажал усиливаемые колебания, но на его выход кроме полезного переменного колебания было приложено постоянное анодное напряжение. Для блокирования постоянного тока в нагрузочной цепи, выходные клеммы подключают к аноду лампы через разделительный конденсатор. Выше также говорилось о том, что для исключения значительных искажений усиливаемого сигнала, на сетку необходимо подать некоторое напряжение смещения. Таким образом, схему усилителя нужно несколько усложнить (рис. 3.4).

Рис. 3.4 Резисторный усилитель с аккумулятором в цепи смещения

Здесь следует обязательно обратить внимание на то, что присутствующий в этой и последующих схемах резистор, включенный параллельно выходным клеммам каскада, не что иное — как эквивалентный значок нагрузки, сопротивление которого равно входному сопротивления следующего каскада усиления, либо громкоговорителя (головного телефона)! В реальных каскадах этого резистора нет! Аналогично, в реальных каскадах отсутствует и резистор, включенный на рис. 3.4 последовательно с генератором входного напряжения. Этот значок символизирует выходное сопротивление предыдущего каскада усиления, либо источника входного сигнала.

Итак, на сетку электронной лампы подано напряжение смещения от аккумулятора через резистор Rg, который предотвращает аккумулятор коротко! замыкание источника сигнала (генератора переменного тока) через аккумулятор, поскольку сопротивление аккумулятора переменному току близко к нулю. Cg — разделительный конденсатор, который предотвращает короткое замыкание аккумулятора через генератор, r_s — внутренне (выходное) сопротивление генератора.

Возвращаясь к выходным статическим характеристикам лампы и нагрузочной линии, обратим внимание, что при сильном увеличении V_a, статические характеристик, соответствующие разным сеточным напряжениям становятся существенно нелинейными. Нелинейность становится особенно большой, когда V_a приближается к напряжению ВН. Эта область называется областью отсечки (поскольку при приближении V_a к ВН анодный ток прекращается — отсекается). При построении линейных усилителей, работа близко к области отсечки не рекомендуется, хотя позже будет рассмотрен и режим работы с отсечкой тока, применительно к некоторым разновидностям каскадов усиления мощности.

Перемещаясь вдоль нагрузочной линии в противоположном направлении, мы открываем электронную лампу больше и больше (увеличивая анодный ток и уменьшая падение напряжения на лампе), до тех пор, пока на ней не исчезнет падение напряжения. При этом нельзя не обратить внимание на еще один важный момент. Когда потенциал сетки становится положительным, часть электронов, оторвавшихся от катода, больше не отталкиваются сеткой, а притягиваются к ней, вызывая сеточный ток. Это уменьшает входное сопротивление электронной лампы, которое при отсутствии сеточного тока стремится к бесконечно большому (поскольку сопротивление входной емкости сетка-катод на звуковых частотах очень велико), и генератор с ненулевым выходным сопротивлением начинает нагружаться (то есть часть входного напряжения начинает падать на внутреннем сопротивлении его источника). При этом ослабляются положительные полуволны входного сигнала, что вызывает искажения входного сигнала, даже если электронная лампа работает в линейном режиме. Точное значение сеточного напряжения, при котором появляется сеточный ток, варьирует у разных типов электронных ламп (обычно около 1 В) и обычно обозначается в спецификациях электронной лампы. Для уверенности в полном отсутствии сеточного тока, полезно выбирать напряжение смещения таким образом, чтобы максимальное напряжение на сетке (при воздействии на нее усиливаемого колебания) не превышала — 1 В.

Если к электронной лампе приложено напряжение и через нее протекает ток, то на ней будет рассеиваться мощность, вызывая разогрев анода. Имеется предельно-допустимая мощность, превышение которой вызывает расплавление внутренних элементов конструкции электронной лампы. Она называется максимальная мощность рассеяния на аноде и приводится в спецификации лампы, для ЕСС83 она равна 1 Вт. Для мощных электронных ламп кривая, соответствующая предельной мощности часто начерчена на анодных характеристиках, но, при желании, можно легко построить ее самим. Все, что необходимо для этого сделать — это подсчитать ток, необходимый для достижения предельной мощности для разных значений анодного напряжения. Построим эти результаты на графике, начертив кривую через рассчитанные точки, образующую гиперболу.

Спецификация электронной лампы также определяет еще два взаимосвязанных ограничения по выбору точки смещения, это предельно-допустимые напряжения на аноде. Здесь могут нормироваться две величины — максимально-допустимое постоянное питающее напряжение, а также максимальное мгновенное напряжение на аноде в режиме усиления сигнала. Игнорирование этих пределов обычно вызывает быстрое разрушение электронной лампы, сопровождаемое голубыми вспышками и хлопками, так как остаточный газ в электронной лампе ионизируется и разрушает ее. Само по себе наличие повышенного напряжения между анодом и катодом может и не вызывать необратимого повреждения, но если при этом через лампу течет большой анодный ток, то она может быть разрушена! Вас предупредили!

Последнее ограничение — максимально допустимый ток катода I_a(max). Обычно сначала вступает в действие одно из других ограничений, но иногда входные каскады могут работать при минимальных V_a и максимальных I_а, чтобы максимизировать крутизну лампы и минимизировать шум. В этом случае обязательно нужно сделать проверку по предельному току, если такие данные приведены в спецификации лампы.

Теперь можно начертить эти ограничения на анодных характеристиках и выбрать рабочую точку в «чистой» области (рис. 3.5).

Рис. 3.5 Ограничения на выбор рабочей области

Информация

Продолжение