В настоящей статье рассматривается принцип действия электронных
усилителей низкой частоты.
Основные свойства электронной лампы
Сила тока, протекающего через лампу, зависит от напряжений,
приложенных к ее аноду и управляющей сетке. Чем выше положительное
напряжение на аноде, тем больший ток протекает через лампу и наоборот.
Однако влияние анодного напряжения невелико, и, чтобы получить заметное
изменение анодного тока, необходимо довольно сильно изменить напряжение на
аноде.
Значительно больше на величину анодного тока влияет напряжение
на управляющей сетке, расположенной между анодом и катодом лампы. Если это
напряжение положительно, то управляющая сетка помогает аноду притягивать к
себе электроны, и через лампу протекает относительно большой ток. Если же
напряжение на управляющей сетке отрицательно, то она возвращает обратно к
катоду лампы часть из электронов, направившихся к аноду, вследствие чего
анодный ток оказывается значительно меньшим, чем в предыдущем случае.
Наконец, при определенном отрицательном напряжении на управляющей сетке она
полностью преодолевает притягивающее действие анода и возвращает обратно к
катоду все вылетающие из него электроны. В результате этого ток через лампу
прекращается.
Рис. 1. Схема для снятия статических характеристик лампы
Если включить лампу так, как показано на рис. 1, то, изменяя с
помощью потенциометра R1 напряжение Uс
на ее управляющей сетке и поддерживая потенциометром R2
неизменным напряжение на аноде, можно снять характеристику зависимости
анодного тока лампы Iа от напряжения Uc
,
называемую статической (рис. 2,а). По вертикальной оси графика
отложены значения анодного тока в миллиамперах, а по горизонтальной —
напряжения на сетке в вольтах. Пунктирной линией со стрелками показано, как
с помощью такой характеристики определить ток, протекающий через лампу при
данном напряжении на ее сетке.
Рис. 2. а — статическая характеристика лампы (пунктирной
линией со стрелками показано, как определить анодный ток лампы при требуемом
напряжении на ее управляющей сетке); б — семейство статических характеристик
ламп, снятых при различных напряжениях на аноде
Статическая характеристика показывает, что, изменяя напряжение
на сетке лампы, можно управлять ее анодным током. Чем круче идет кривая
зависимости Iа от Uс, тем
больше меняется анодный ток при одинаковом изменении напряжения на
управляющей сетке. Для количественной оценки этого свойства лампы, различных
расчетов и сравнения ламп между собой введен специальный параметр,
называемый крутизной характеристики и обозначаемый буквой S. Он показывает,
на сколько миллиампер изменится ток лампы при изменении напряжения на
управляющей сетке на 1 В, и имеет размерность мА/ В.
Группа статических характеристик одной и той же лампы, снятых
при различных анодных напряжениях (рис. 2,6), называется семейством
характеристик.
Принцип действия усилителя
Рассмотрим теперь процессы, происходящие в усилителе.
Предположим, что в цепь управляющей сетки лампы (рис. 3) включены
последовательно батарея Бс, дающая напряжение
смещения Uc0
и источник И электрических колебаний звуковой частоты,
например микрофон или звукосниматель, развивающий небольшое переменное
напряжение Uc~ . В этом случае
результирующее напряжение
Uск на управляющей сетке остается все
время отрицательным относительно катода, но меняется по величине в
соответствии с подводимым переменным напряжением Uc~_
(график в верху рис. 3).
Если установить переключатель П в положение 1, то анод
лампы окажется присоединенным непосредственно к батарее
Ба и напряжение Uа на ее аноде
будет оставаться неизменным и равным напряжению
Eа независимо от величины тока, протекающего
в анодной цепи. Следовательно, при изменении напряжения на управляющей сетке
лампы значения анодного тока можно определить, пользуясь статической
характеристикой лампы, снятой при напряжении на аноде, равном Eа.
Рис. 3. Схема, поясняющая принцип действия усилителя. График
сверху показывает, как изменяется во времени результирующее напряжение Uск
на сетке лампы
Графики, приведенные на рис. 4, показывают, как изменяется
анодный ток лампы под воздействием переменного напряжения на ее управляющей
сетке. На рис. 4,а, вниз от горизонтальной оси, проведена ось, по которой
отложено напряжение на управляющей сетке лампы для различных моментов
времени t. Рис. 4,б демонстрирует изменения во времени
анодного тока лампы. Из графиков видно, что. когда переменное напряжение
Uc~ отсутствует, напряжение на сетке
равно напряжению смещения Uc0 (участок аб
на рис. 4,а) и ток в анодной цепи остается постоянным, равным Iа0
(участок а'б' на рис. 4,6).
Ток Iа0 называют током покоя.
Рис. 4. Графики, иллюстрирующие зависимость между
напряжением на сетке и анодным током лампы: а —
статическая характеристика лампы; б — изменение анодного тока
во времени; в — постоянная составляющая
анодного тока; г — переменная составляющая анодного тока
С появлением переменного напряжения Uc~
напряжение на управляющей сетке лампы начинает изменяться, в результате чего
меняется и анодный ток, возрастая при положительной полуволне переменного
напряжения и убывая при отрицательной (рис. 4,6). Так как
характеристика лампы на рабочем участке АБ прямолинейна, изменение
анодного тока происходит пропорционально изменению напряжения на сетке.
Таким образом, в результате воздействия на сетку лампы
переменного напряжения анодный ток начинает периодически изменяться или
пульсировать. Такой пульсирующий ток состоит из постоянного (постоянной
составляющей) Iа0 (рис.
4,в) и переменного Iа~
(переменной составляющей) тока, который изменяется с частотой подводимого к
сетке переменного напряжения (рис. 4,г).
Переведя переключатель П (рис. 3) в положение 2, мы
включим в анодную цепь лампы в качестве нагрузки активное сопротивление Rа.
Теперь анодный ток Iа, проходя через сопротивление
Rа,
вызовет на нем падение напряжения UR = IaRa.
В состоянии покоя напряжение на аноде окажется равным Ua0.
Если подать на управляющую сетку лампы переменное напряжение,
то, как и прежде, при положительной полуволне этого напряжения анодный ток
будет возрастать, а при отрицательной уменьшаться. Но теперь его изменения
окажутся уже значительно меньшими. Действительно, с увеличением анодного
тока падение напряжения на сопротивлении Ra возрастает и
напряжение на аноде лампы Ua = Ea — RaIa
уменьшается, что препятствует увеличению анодного тока. При уменьшении
анодного тока напряжение на аноде лампы возрастает, препятствуя этому
уменьшению. Таким образом, при наличии сопротивления Ra
статическая характеристика рис. 2,а уже непригодна для определения
анодного тока. Так, например, при максимальном положительном значении
переменного напряжения на управляющей сетке напряжение на аноде окажется
равным не Ua, а некоторой величине Ua1
Следовательно, и ток для этого момента следует определять по статической
характеристике, снятой при анодном напряжении Ua1
(точка Б на рис. 5,а). Соединив точки А и Б
линией, получим новую характеристику, по которой можно определить величину
анодного тока при наличии в анодной цепи лампы сопротивления Ra.
Такая характеристика называется динамической характеристикой лампы. Она
справедлива только для данного сопротивления Ra.
Чем больше Ra, тем меньше изменяется анодный
ток лампы при одном и том же переменном напряжении на сетке и тем положе
идет динамическая характеристика.
Рис. 5. Графики, поясняющие работу лампы при активной
нагрузке: а — статические и динамическая характеристики; б
— зависимость анодного тока во времени; в — напряжения на
аноде лампы и сопротивлении нагрузки
Пульсирующий анодный ток Iа, проходя через
сопротивление Ra, создает на нем пульсирующее напряжение
UR = IaRa. Напряжение на
аноде лампы также является пульсирующим; оно состоит из постоянной
составляющей Ua0 и переменной составляющей
Ua~ изменяющейся с той же частотой,
что и подводимые колебания (рис. 5,в).
Рис. 6. Определение коэффициента усиления лампы
Активные сопротивления цепи переменному и постоянному току в
усилителях не всегда равны между собой. Чтобы их можно было различить,
сопротивление цепи переменному току принято обозначать как Ra~.
Часть [1] [2]
|