Динамо-машины  Однотактные усилители 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

полупериодов результирующее напряжение на аноде равно сумме t/ao и t/a~, а во время отрицательных полупериодов - их разности (рис. 53, 2).

Поэтому вместе с напряжением на нагрузке U н растет максимальное напряжение на аноде ({Умакс = t/ao + Lh (ампл)) и уменьшается минимальное напряжение (f/мни = Uio-Un (ампл)). Если в погоне за большой мощностью увеличить (Ун до такой степени, чтобы оно стало больше чем (/ао, то в некоторые моменты времени напряжение на аноде окажется отрицательным (рис. 53,2, б, интервалы 1-2 и 3-4). При этом, естественно, и анодный ток станет равным нулю: при отрицательном напряжении на аноде он не притягивает электроны и они летят на управляющую, а в тетроде - на экранную сетку. Прекращение анодного тока, пусть даже кратковременное,- это не что иное, как искажение формы сигнала, а его мы допустить не можем. Таким образом, и устанавливается предел повышения напряжения на нагрузке U - оно не может быть больше чем t/ao. Об этом можно сказать и иначе, если ввести коэффициент использования анодного напряжения . Искажений кривой тока можно избежать, если коэффициент будет меньше единицы (рис. 53, 2, в, г).

Потерпев неудачу с увеличением Uy, попробуем подступиться к задаче с другой стороны - увеличим переменную составляющую анодного тока /а- Сделать это довольно просто- достаточно увеличить переменное напряжение на сетке Ubx, под действием которого меняется анодный ток. На рис. 53, 3. а вы видите встречавшийся раньше (рис. 30, 21) тройной график, на котором ламповая характеристика (динамическая) совмещена с графиками напряжения Uc и тока /а. На графиках показан случай, когда амплитуда переменного входного напряжения ивуцштл) равна постоянному отрицательному смещению на сетке. Ну, а что будет, если в погоне за большим переменным током увеличивать напряжение входного сигнала? Графики для этого случая показаны на рис. 53, 3, б. Присмотритесь к этим графикам и вы увидите, что результаты увеличения Ubx оказались весьма печальными - форма графика тока сильно искажена. За счет захода в положительную область напряжений на сетке срезаны верхушки на графике тока (интервалы 1-2 и 5-6). Как только на сетке появляется laquo;плюс raquo;, она перехватывает часть электронов и ток /с резко уменьшает входное сопротивление лампы.

Кроме того, анодный ток искажен и в области его минимальных значений. Отрицательное напряжение на сетке laquo;перестаралось raquo; - оно зашло слишком далеко, в ту область, где лампа оказывается запертой и анодного тока вообще нет. Из-

за этого происходит так называемая отсечка анодного тока - напряжение на управляющей сетке меняется, а анодный ток равен нулю (интервал 3-4). Из графиков ясно видно, что во избежание искажений амплитуда переменной составляющей анодного тока /а~(ампл) не должна превышать постоянной составляющей /ао, а для этого напряжение на сетке Uc не должно заходить ни в положительную область, ни в область, соответствующую запиранию лампы. Если ввести коэффициент использования анодного тока у (рис. 53, lt;?, б), то можно сказать, что неискаженное усиление возможно тогда, когда у не превышает единицы. Работа усилителя при этих условиях называется классом усиления А.

Максимальная неискаженная мощность, которую можно получить в классе А, соответствует коэффициентам =1 и

Y=l, то есть t/n (ампл) = t/aO И /а~(ампл) = /аО. ТаКИМ ОбраЗОМ,

амплитуда наибольшей выходной мощности Рвых (ампл) равна мощности Рао, потребляемой в анодной цепи от выпрямителя. Не забудьте, что здесь речь идет об амплитуде выходной мощности, а ее эффективное значение будет в два раза меньше (рис. 30, 9). Иными словами, эффективная выходная мощность Рвых не превышает половины потребляемой мощности Рао- Это значит, что максимально возможный к. п. д. анодной цепи в классе А не превышает 50%. Практически к. п. д. для этого класса усиления составляет 20-30%.

Сейчас вам предстоит стать свидетелями того, как будет найден выход из, казалось бы, безвыходного положения. Мы познакомимся со схемами усиления, в которых к. п. д. анодной цепи выше и даже значительно выше, чем 50%. При этом мы пойдем по только что забракованному пути повышения мощности Рвых - будем увеличивать переменную составляющую анодного тока. Как и раньше, этот путь приведет нас к недопустимым нелинейным искажениям. Но для схем, о которых пойдет речь, - это не слишком большое зло. Искажая фррму анодного тока, они (чудеса, да и только!) дают на выходе неискаженный сигнал. Правда, это относится не ко всем искажениям, а лишь к некоторым их видам. Вот почему прежде, чем рассматривать laquo;чудесные raquo; схемы, нам целесообразно по-, дробнее познакомиться с самим механизмом искажений.

На рис. 53 и 54 показаны тройные графики основных режимов работы усилителя, основных классов усиления. Переход из одного класса в другой можно осуществить, изменяя напряжение входного сигнала и отрицательное смещение на сетку.

График рис. 53, 3, а относится к классу А, для которого характерны низкий к. п. д. и малые искажения,

Рис. 55. Изменяя уровень входного сигнала (Увх) и постоянное смещение на сетку (Ucm), можно менять режим усилителя, переводить его из одного класса усиления в другой.

Класс усиления АВ (рис. 54, 55 и 56, /, б, в) характеризуется отсечкой анодного тока. В отличие от класса А, рабочую точку (начальное отрицательное смещение Сем) выбирают не в середине прямолинейного участка ламповой характеристики, а сдвигают ее влево - в сторону больших отрицательных напряжений. Проще говоря, отрицательное смещение Ucm в классе АВ больше, чем в классе А (рис. 55).

Одновременно со смещением увеличивают напряжение входного сигнала. В результате всего этого и появляется отсечка- какую-то часть периода лампа заперта и анодный ток равен нулю. При переходе в класс АВ мы дважды выигрываем в борьбе за к. п. д. Во-первых, растет переменная составляющая анодного тока /а~, а во-вторых, уменьшается его постоянная составляющая /ао. Происходит это потому, что под действием большого смещения Ucu уменьшается постоянный ток при отсутствии сигнала - ток покоя /пок. Постоянная составляющая /ао в классе АВ несколько больше, чем /пок, но все же она меньше, чем в классе А.

Теперь, не меняя смещения (/см, будем увеличивать переменное напряжение на сетке Ubx- После того как амплитуда (/вх превысит Ucm, НЗ сстке в некоторые моменты времени

будет появляться laquo;плюс raquo;, а вместе с ним и небольшие импульсы сеточного тока /с. Это уже будет класс АВг. Индекс laquo;2 raquo; как раз и говорит о том, что каскад работает с сеточным током. Индекс laquo;1 raquo; (Ai и ABi) соответствует классам усиления, при которых каскад работает без сеточных токов. Индекс laquo;1 raquo; часто не пишут, и поэтому, если вы встретите запись laquo;класс А raquo; или laquo;класс АВ raquo;, знайте, что это относится к классам усиления Ai и ABj. Если же каскад работает с сеточными токами, то индекс laquo;2 raquo; пишут обязательно.

Класс АВ -понятие весьма расплывчатое. Ему может соответствовать и очень большая и очень небольшая по длительности отсечка анодного тока, а значит, большие и малые нелинейные искажения. Согласитесь сами, что одно дело, когда напряжение на сетке запирает лампу ненадолго, ну, скажем, на сотую долю периода, и совсем другое дело, когда лампа заперта чуть ли ни на целую половину периода. Поэтому в ряде случаев недостаточно указать, что каскад работает в классе АВ (иногда говорят: в режиме АВ или даже в режиме класса АВ), а нужно добавить, что анодный ток существует такую-то часть периода.

В теории усилителей для оценки времени существования тока применяют особую меру -угол отсечки 9 (рис. 55, 56). Этот угол, как и угол сдвига фаз, измеряется в градусах (единица времени) и соответствует половине времени существования анодного тока. Так, например, если в результате отсечки ток существует лишь периода, то угол отсечки равен 135 deg; (время существования тока 270 deg;). Для класса А, где никакой отсечки вообще нет, угол 6 равен 180 deg; (время существования тока 360 deg;, то есть весь период). Ясно, что с уменьшением угла отсечки 6 импульсы анодного тока становятся все более кратковременными, а паузы между ними растут, то есть резко возрастают искажения формы сигнала (ничего не поделаешь - знали, на что шли!). Одновременно с этим уменьщается /ао и повышается к. п. д.

Увеличивая угол отсечки, можно дойти до того, что анодный ток будет существовать лишь половину периода (8=90 deg;). Такой режим усиления выделяют особо и называют классом В (рис. 54, 55 и 56, 1,г). Теперь вам, очевидно, понятно и название класса АВ - оно говорит о том, что этот класс является промежуточным между классом А (время существования тока 360 deg;, то есть угол отсечки 180 deg;) и классом В (время существования тока 180 deg;, то есть угол отсечки 90 deg;). Класс Вг - это тот же класс В], но в случае, когда каскад работает с сеточными токами. Реальный к. п. д. анодной цепи в классе В достигает 70% (в два раза больше, чем в классе А).

Отличительной особенностью класса В является то, что отрицательное смещение Ucm полностью запирает лампу (t/cM = t/зап), и поэтому при отсутствии сигнала анодный ток равен нулю (1пок = 0). Только во время положительного полупериода лампа отпирается, и в анодной цепи появляется ток. Постоянная составляющая анодного тока /ао зависит от уровня входного сигнала: чем больще Ubx, тем больше импульсы анодного тока, тем больше ho- Поэтому во время реальной передачи, когда уровень входного сигнала резко меняется (именно в этом и отражено изменение громкости звука), постоянная составляющая анодного тока также не остается постоянной.

Если, работая в классе В, еще больше увеличить отрицательное смещение, то мы перейдем в класс С (Ci или Сг, рис. 54, 55, 56, д), где угол отсечки меньше 90 deg;, то есть время существования импульсов тока меньше половины периода (меньше 180 deg;). Хотя этот класс характеризуется весьма высоким к. п. д., в усилителях низкой частоты он не применяется. Дело в том, что искажения, которые появляются в классе С, не могут быть устранены даже в тех laquo;волшебных raquo; схемах, с которых мы начали разговор. В то же время подобные схемы если не полностью устраняют, то во всяком случае резко уменьшают искажения, возникающие при усилении в классах АВ и В. Сейчас мы с вами посмотрим, как все это происходит.

Усилительная схема Тянитолнай

Все вы, конечно, знаете сказку в стихах Корнея Чуковского laquo;Доктор Айболит raquo;. Но, помимо этой стихотворной сказки про Айболита, есть еще одна - в прозе. Ее Корней Иванович пересказал нашим ребятам по мотивам сказочной повести английского писателя Гью Лофтинга laquo;Доктор Дулитл raquo;. Среди героев этой повести есть одно необычное животное, по имени Тянитолкай. Это животное чем-то похоже на горного козла с большими рогами. Только у Тянитолкая две рогатые головы, одна спереди, а другая сзади, и он одинаково хорошо ходит, рычит, бодает и вперед и назад. В повести рассказано, как головы Тянитолкая по очереди спят и кушают, как следят, чтобы не подкрался охотник. Поэтому-то Тянитолкая до сих пор не удалось поймать, и его нет ни в одном цирке, ни в одном зоологическом саду.

Существуют усилительные схемы, которые чем-то напоминают двухголового Тянитолкая. Это схемы двухтактных

1ам 0,5L

0,5,

copy;

ВЧ50 deg;

lai laz Iqo Tr,.=dIrru

Рис. 56. Зависимость формы анодного тока и амплитуд его составляющих (гармоник) от угла отсечки.