Чтение онлайн

20. В простейшей усилительной лампе — триоде — на пути анодного тока установлена металлическая сетка (в современных лампах спираль). Управляющая сетка (УС) расположена близко к катоду, и поэтому напряжение, действующее между сеткой и катодом, весьма сильно влияет на величину анодного тока. К сеточной цепи (вход усилительного каскада) подключают источник усиливаемого сигнала, а в анодную цепь (выход каскада) включают нагрузку, где выделяется усиленный сигнал. Под действием входного сигнала меняется напряжение на сетке, и вместо постоянного анодного тока появляется ток сложной формы — нужная нам мощная копия. Энергию на ее создание дает анодная батарея. На анод триода всегда подают довольно высокое положительное напряжение Uв от анодной батареи или выпрямителя (50—250 в), а на накал — небольшое переменное напряжение Uн, для большинства ламп 6,3 в. Напряжение накала (его величину приближенно указывает первая цифра в названии лампы) обычно получают от отдельной обмотки силового трансформатора. Для удобства монтажа вместо одного из проводов используют металлическое шасси приемника или усилителя, и на схеме подключение к этому общему проводу показывают как соединение с шасси. Подключение к шасси часто называют заземлением. Все напряжения принято указывать относительно шасси. Для краткости говорят: «напряжение на аноде», «напряжение на сетке» и т. д., имея при этом в виду напряжение между анодом и шасси, сеткой и шасси и т. д.

21. Работу усилительного каскада хорошо иллюстрирует объединенный график, похожий на тот, который мы строили для громкоговорителя (рис. 16). Основа графика — анодно-сеточная характеристика лампы (21, а), показывающая, как меняется анодный ток Iа при изменении напряжения на сетке Uс. К этой характеристике снизу мы пристраиваем график напряжения на управляющей сетке Uc. Располагаем его так, чтобы ось Uс совпала с такой же осью на ламповой характеристике. Теперь, следуя по маршруту «график Uc— характеристика лампы», можно быстро и легко найти значение Iа для любого момента времени t. Полученное значение тока тут же переносится на третий график, показывающий, как изменяется Iа с течением времени (21, в).

Вспомните, что заход на криволинейные участки характеристики громкоговорителя — верхний и нижний загибы — приводил к нелинейным искажениям воспроизводимого звука. Точно так же работа на загибах ламповой характеристики приведет к тому, что форма графика Iа будет отличаться от формы графика Uс. Иными словами, в процессе усиления сигнала появятся нелинейные искажения. Для того чтобы не выходить за пределы нелинейного участка, на сетку вместе с сигналом подают «минус» постоянного напряжения — смещение Uсм. Этот «минус» определяет рабочую точку — режим лампы при отсутствии входного сигнала. Отрицательное смещение подбирают так, чтобы «исходная позиция» (рабочая точка) соответствовала середине прямолинейного участка на ламповой характеристике. С одной стороны граница прямолинейного участка проходит там, где начинаются положительные напряжения на сетке. Как только на сетке появится «плюс», она начнет притягивать электроны, появится сеточный ток Iс, и это приведет к некоторому уменьшению анодного тока (верхний загиб). С другой стороны прямолинейный участок ограничен областью, близкой к запиранию лампы: при больших отрицательных напряжениях сетка вообще не пропускает электроны к аноду, и анодный ток прекращается (нижний загиб).

22. Чтобы создать отрицательное смещение, можно включить в цепь сетки очень большое сопротивление (10–20 Мом). Единичные электроны всегда попадают на сетку, даже при отрицательных напряжениях на ней. Этого небольшого тока (доли микроампер) достаточно, чтобы на большом Rс создать смещение в несколько вольт.

Сопротивление в сеточной цепи — сопротивление утечки Rc (чаще всего 0,5–1 Мом) должно быть включено всегда при любой другой схеме смещения, так как всегда должен быть путь, по которому электроны смогут вернуться с сетки на катод. Иначе, накопившись на сетке, они создадут там большой «минус» и запрут лампу.

23. Обычно отрицательное смещение создают с помощью катодного сопротивления Rк. Проходя по нему, анодный ток создает напряжение Uсм = Iа0·Rк — «Плюс» этого напряжения приложен к катоду, а «минус» через Rc — к сетке. Чтобы на Rк действовало только постоянное напряжение, переменную составляющую замыкают через конденсатор Ск. Его емкостное сопротивление хс должно быть меньше Rк на самой низкой из возможных частот fмин — по крайней мере в 5—10 раз. При этом на более высоких частотах подавно будет выполняться условие хс < Rк.

24. Усиление, которое дает каскад, так же, как выходная мощность Рвых и выходное напряжение Uвых, зависит от величины сопротивления анодной нагрузки Ra. Чем больше Ra, тем больше напряжение, которое создает на нем анодный ток (5, д) и тем больше Рвых и Uвых. В то же время чрезмерное увеличение Ra может ухудшить все эти показатели, а вдобавок еще и увеличить искажения. Вот почему для каждой лампы и каждого ее режима существует оптимальное (наивыгоднейшее) сопротивление нагрузки Rа. опт, при котором получается большое усиление, или малые искажения, или, наконец, удовлетворительно выполняются оба условия.

Если нагрузкой является обычное сопротивление, то приходится разделять постоянную и переменную составляющие анодного тока (напряжения) с помощью простейших фильтров. По цепочке Rc2 Сс2 проходит часть переменной составляющей (только переменной — в цепи конденсатор!) анодного тока и создает на Rc2  переменное напряжение Uвых. Оно и представляет собой выходной сигнал в чистом виде.

Важно заметить, что в тот момент, когда растет Uс, то вместе с ним увеличиваются Iа и Uн, падение напряжения на нагрузке. В результате напряжение на аноде Ua уменьшается, то есть Ua и Uс изменяются в противофазе. По этому поводу принято говорить, что лампа поворачивает фазу на 180°(б, е).

25. Если нагрузкой лампы является низкоомный громкоговоритель, то его приходится включать в анодную цепь через трансформатор. Правильно рассчитав (б) коэффициент трансформации n, можно создать необходимое (обычно 2—10 ком) сопротивление нагрузки даже при небольшом (обычно 2—10 ом) сопротивлении звуковой катушки громкоговорителя.

26. Простейшая усилительная лампа — триод — имеет два существенных недостатка. Во-первых, анод и сетка образуют своего рода конденсатор Сас, через который переменное напряжение попадает обратно из анодной цепи в сеточную. Во-вторых, анодное напряжение, хотя и меньше, чем сеточное, но все же довольно сильно влияет на анодный ток, а это заметно ухудшает усилительные свойства лампы. Для устранения этих недостатков между анодом и управляющей сеткой располагают еще одну — экранную — сетку (ЭС) и получают четырехэлектродную лампу — тетрод. На экранную сетку подают положительное напряжение Uэ0. Оно всегда с равной силой подтягивает к аноду электроны, независимо от того, как меняется напряжение на самом аноде. Для переменного тока сетку заземляют: через конденсатор Сэ ее соединяют с катодом или с корпусом. Переменные токи, которые в триоде через междуэлектродную емкость Сас могли попасть в цепь управляющей сетки, в тетроде замкнутся по кратчайшему пути Саэ — Сэ (26, в). Напряжение на экранную сетку и на анод, как правило, подают от одного источника. Чтобы снизить Uэ0 по сравнению с Ua0 чаще всего включают гасящее сопротивление Rэ. Постоянная и составляющая экранного тока (на экранную сетку тоже попадают электроны!), проходя по Rэ, создают на нем некоторое напряжение (URэ = Iэо·Rэ), которое вычитается из общего напряжения Uв. Емкость конденсатора Сэ выбирается из тех же соображений, что и Ск: для частоты fмин емкостное сопротивление должно быть значительно меньше, чем Rэ. Чтобы снизить напряжение на экранной сетке, достаточно увеличить Rэ.

27. Дальнейшее улучшение усилительных свойств лампы достигнуто в пентоде (пятиэлектродная лампа). Третья сетка расположена вблизи анода и отталкивает, возвращает обратно к аноду так называемые вторичные электроны, которые идут против общего тока — от анода к «плюсу» на экранной сетке. Это неприятное явление называют динатронным эффектом, а третью сетку — антидинатронной или пентодной (ПС). Ее обязательно соединяют с катодом, причем у некоторых ламп это соединение сделано внутри баллона (27, а). Существует еще один способ борьбы с динатронным эффектом: лучевые тетроды (27, в) и пентоды сконструированы так, что первичные электроны идут к аноду концентрированными пучками (лучами) и сами возвращают вторичные электроны обратно на анод.