Переменное напряжение через разделительный конденсатор С
подается на выход усилителя. Так как сопротивление Ra~
выбирается довольно большим (в несколько десятков и сотен тысяч Ом), то
переменное напряжение Uвых
на выходе устройства получается значительно большим, чем на входе. Число
К, показывающее, во сколько раз напряжение на выходе каскада больше
напряжения на его входе, называется коэффициентом усиления
Чем больше сопротивление Ra~, тем большее
переменное напряжение образуется на нем при одном и том же напряжении Uс~
. Однако рост этого напряжения ограничивается тем, что с увеличением Ra~
уменьшаются изменения анодного тока лампы, т. е. уменьшается его переменная
составляющая. Определим предельную величину коэффициента усиления.
Коэффициент усиления каскада максимален, когда сопротивление,
включенное в анодную цепь лампы, бесконечно велико. При этом изменения
анодного тока получаются настолько малыми, что если построить динамическую
характеристику лампы, она будет проходить горизонтально (рис. 6). При
изменении напряжения на сетке лампы на величину ∆Uс
(например 1 В) напряжение на аноде изменится на величину ∆Uа
(в нашем случае на 100 В). Так как ∆Uа
является амплитудным значением переменной составляющей напряжения на аноде
лампы, то максимально возможный коэффициент усиления данного Каскада равен
отношению
(в нашем случае Кмакс = 100);
Произвести какие-либо измерения, когда в анодную цепь лампы
включено бесконечно большое сопротивление, конечно, невозможно. Однако то,
что в этом случае анодный ток в пределах рабочего участка характеристики
лампы практически не изменяется, позволяет следующим простым способом
определить Максимально возможный коэффициент усиления. С помощью
потенциометров R1
и R2 (рис. 1) устанавливают определенные напряжения на
управляющей сетке и на аноде лампы (например,
Uс = — 2,5 В, a Uа
= 250 В, что соответствует точке а на статической
характеристике, рис. 6). Затем незначительно изменяют напряжение на
управляющей сетке лампы (например, на 1 В); при этом изменяется ее
анодный ток (точка а’). Далее потенциометром R2
изменяют напряжение на аноде лампы настолько, чтобы анодный ток принял
первоначальное значение (для нашего случая на 100 В точка б на
характеристике для Uа = 150 В). Таким
образом, мы приходим в ту же точку б, что и при построении
динамической характеристики. И в этом случае, как и раньше,
При описанном способе измерения максимально возможного
коэффициента усиления мы по сути дела сравнивали, во сколько раз изменение
напряжения на сетке лампы влияет на анодный ток сильнее, чем изменение
напряжения на ее аноде, т. е. определяли свойства самой лампы. Поэтому этот
коэффициент называют коэффициентом усиления лампы и обозначают буквой μ
(мю). Его приводят во всех справочниках по радиолампам.
Рис. 7. а — эквивалентная схема усилителя НЧ;
б — зависимость коэффициента усиления каскада от соотношения между
сопротивлением нагрузки Rа~ и
внутренним сопротивлением Лампы Ri
Понижение коэффициента усиления каскада с уменьшением
сопротивления нагрузки объясняется тем, что при этом возрастает падение
напряжения на внутреннем сопротивлении лампы Ri, которое
она представляет переменному току. Это видно из эквивалентной схемы
усилителя, приведенной на рис. 7,а. Лампа здесь изображена как
генератор переменного тока, развивающий ЭДС, равную μUc~ —
произведению переменного напряжения Uc~ на входе каскада и
коэффициента усиления лампы, и обладающий внутренним сопротивлением Ri.
Источники питания для упрощения не показаны. Чем меньше Rа~
, тем большее напряжение падает на сопротивлении Ri
и меньшее напряжение выделяется на сопротивлении нагрузки Rа~.
Из этой же схемы видно, что коэффициент усиления каскада равен
Итак, чем больше Rа~,
тем выше коэффициент усиления каскада. Однако очень большим это
сопротивление брать нецелесообразно. Если Rа
велико, на нем теряется большое напряжение, вследствие чего приходится брать
очень высокое анодное напряжение. Кроме того, с увеличением Ra
коэффициент усиления быстро возрастает лишь до тех пор, пока оно
сравнительно мало и соизмеримо с Ri (рис. 1,6).
Когда сопротивление нагрузки в три — четыре раза превышает внутреннее
сопротивление лампы, коэффициент усиления составляет соответственно (0,75 -
0,8) μ. Поэтому в случае применения триодов Rа~
обычно выбирают в пределах (2 - 5)Ri; тогда коэффициент
усиления получается достаточно большим и в то же время падение напряжения на
сопротивлении Ra невелико.
Пентоды имеют очень большое внутреннее сопротивление,
измеряемое мегомами. Вследствие этого для них сопротивление Ra~
приходится выбирать значительно ниже внутреннего сопротивления лампы (0,1 -
0,3)Ri.
Однако так как μ у этих ламп очень велико, усиление каскада
получается значительно большим, чем у каскада на триоде. Коэффициент
усиления каскада, выполненного на пентоде, подсчитывается по формуле:
Усилители низкой частоты
Усилители низкой частоты делятся на усилители напряжения и
усилители мощности. Назначение первых — усилить подводимое напряжение НЧ до
уровня, необходимого для возбуждения усилителя мощности, являющегося
оконечным. Последний должен поднять мощность колебаний низкой частоты до
значения, необходимого для нормальной работы громкоговорителя, подключенного
к его выходу.
Принципиальная схема несложного , двухлампового усилителя
низкой частоты приведена на рис. 8. Его первый каскад, собранный на лампе
6Ж8, является усилителем напряжения, а второй — на лучевом тетроде 6П6С
(Л2) — усилителем мощности.
Усиление, даваемое усилителем, а также вносимые им нелинейные
искажения в большой степени зависят от режима применяемых в нем ламп, т. е.
от постоянных напряжений на их аноде, экранной и управляющей сетках. В
приведенном усилителе напряжение смещения на управляющую сетку лампы Л1
снимается с сопротивления R2. Напряжение на этом
сопротивлении образуется потому, что по нему протекает постоянная
составляющая анодного тока Ia0
и тока экранной сетки Iэ0.
Для того чтобы через R2 не протекала
переменная составляющая анодного тока лампы, оно шунтировано конденсатором
С2 большой емкости. Так как сопротивление конденсатора С2
переменному току мало, то переменная составляющая анодного тока лампы
свободно проходит через этот конденсатор, не создавая на нем заметного
напряжения низкой частоты. Если этого конденсатора нет, то на сопротивлении
R2 возникает напряжение низкой частоты, которое также
приложено к управляющей сетке лампы. Так как это напряжение противоположно
по фазе напряжению, подаваемому на вход усилителя, то результирующее
низкочастотное напряжение на управляющей сетке лампы оказывается значительно
уменьшенным, в результате понижается коэффициент усиления каскада.
Рис. 8. Принципиальная схема двухкаскадного усилителя
низкой частоты
Аналогично подается напряжение смещения и на управляющую сетку
лампы оконечного каскада. Снимается оно с сопротивления
R7.
Напряжение на экранную сетку лампы Л1
подается через гасящее сопротивление R4
Развязывающий фильтр R5C4 служит
для предотвращения паразитных связей через цепи питания, а также для
дополнительного сглаживания пульсаций анодного напряжения, даваемого
выпрямителем. Часто эта цепь используется для повышения коэффициента
усиления усилителя в области нижних звуковых частот. Для этого нужно
соответствующим обрезом подобрать емкость конденсатора С4.
Напряжение НЧ поступает на вход усилителя через разделительный
конденсатор C1, подается на потенциометр
R1 являющийся регулятором громкости, и с него
часть этого напряжения снимается на управляющую сетку лампы Л1.
Нагрузкой лампы, на которой выделяется усиленное напряжение НЧ, являются
сопротивления R3 и R6,
соединенные для переменной составляющей анодного тока лампы параллельно
(сопротивления конденсаторов С4 и С5
через которые сопротивление R6
подключено параллельно сопротивлению R4 для
переменного тока очень малы).
Усиленное напряжение НЧ с анода лампы Л1
через разделительный конденсатор С5
поступает на управляющую сетку лампы усилителя мощности Л2.
От емкости этого конденсатора в большой степени зависит качество
воспроизведения передачи в области нижних частот. Если емкость его мала, то
на этих частотах сопротивление С5 оказывается
относительно большим, вследствие чего с понижением частоты напряжение,
подводимое к управляющей сетке лампы Л2, быстро
уменьшается и усилитель хуже усиливает («заваливает») нижние звуковые
частоты. Обычно в усилителях радиовещательных приемников разделительный
конденсатор имеет емкость 0,01 — 0,05 мкф.
Динамический громкоговоритель Гр, являющийся полезной
нагрузкой для лампы Л2, включен в анодную цепь через
понижающий трансформатор Тр. Необходимость применения такого
трансформатора объясняется следующим. Чтобы громкоговоритель хорошо
воспроизводил не только нижние и средние, но и верхние звуковые частоты, его
катушка должна иметь возможно меньшую индуктивность. Поэтому она обычно
содержит немного витков и обладает небольшим сопротивлением. Следовательно,
для хорошей работы громкоговорителя необходимо, чтобы ток, протекающий через
его звуковую катушку, был достаточно велик.
Если звуковую катушку включить непосредственно в анодную цепь
лампы Л2 то из-за того, что ее сопротивление токам низкой
частоты мало, на ней будет выделяться ничтожно малое напряжение. В
результате коэффициент усиления, а также КПД каскада окажутся ничтожно
малыми. Кроме того, низкочастотная составляющая анодного тока лампы во много
раз меньше тока, требуемого для нормальной работы громкоговорителя. Для того
чтобы увеличить ток через звуковую катушку и лучше использовать оконечный
каскад и применяется понижающий трансформатор.
Несмотря на то, что выходной трансформатор является понижающим,
напряжение на звуковой катушке получается во много раз большим, чем при
непосредственном включении этой катушки в анодную цепь лампы. Объясняется
это тем, что сопротивление между концами первичной обмотки трансформатора в
сотни и тысячи раз больше сопротивления звуковой катушки. Понижение
напряжения, даваемое трансформатором, по сравнению с напряжением,
развиваемым на звуковой катушке при непосредственном включении ее в анодную
цепь лампы, оказывается значительно меньшим, чем увеличение напряжения на
его первичной обмотке.
Таким образом, применение выходного трансформатора значительно
повышает полезную мощность, отдаваемую оконечным каскадом, а также улучшает
использование этого каскада.
Сопротивление между концами первичной обмотки выходного
трансформатора, нагруженного громкоговорителем, для переменной составляющей
анодного тока на верхних звуковых частотах с повышением частоты довольно
быстро возрастает. Вследствие этого режим лампы оконечного каскада на
указанных частотах изменяется и в усилителе возникают частотные и нелинейные
искажения. Для предупреждения этих искажений параллельно первичной обмотке
трансформатора включена корректирующая цепь, состоящая из сопротивления R8
и конденсатора С7. С повышением частоты,
сопротивление корректирующей цепи уменьшается, вследствие чего
результирующее сопротивление нагрузки становится независимым от частоты.
Если сделать сопротивление R8 переменным, то,
изменяя его величину, можно регулировать тембр передачи. Мы рассмотрели, как
работает усилитель на примере двухкаскадного усилителя НЧ. Изложенные
сведения помогут разобраться и в схеме и принципе действия сложных
многокаскадных усилителей низкой частоты.
К. Шульгин
Часть [1]
[2]
|