Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

Сворень Рудольф Анатольевич

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 R_с создать смещение в несколько вольт.

Сопротивление в сеточной цепи — сопротивление утечки R_c (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 R_к. Проходя по нему, анодный ток создает напряжение U_см = I_а0·R_к — «Плюс» этого напряжения приложен к катоду, а «минус» через R_c — к

сетке. Чтобы на R_к действовало только постоянное напряжение, переменную составляющую замыкают через конденсатор С_к. Его емкостное сопротивление х_с должно быть меньше R_к на самой низкой из возможных частот f_мин — по крайней мере в 5—10 раз. При этом на более высоких частотах подавно будет выполняться условие х_с < R_к.

Пример. Дано: I_а = 50 ма; U_cм = 10 в.

Находим: R_к = 200 ом (5, ж).

Задаемся: для 100 гц х_с = 40 ом, в 5 раз меньше, чем R_к.

Находим: С не менее 50 мкф (табл. 10). Мощность сопротивления R_к не менее P_к >= 0,5 вт (рис. 8, в).

24. Усиление, которое дает каскад, так же, как выходная мощность Р_вых и выходное напряжение U_вых, зависит от величины сопротивления анодной нагрузки R_a. Чем больше R_a, тем больше напряжение, которое создает на нем анодный ток (5, д) и тем больше Р_вых и U_вых. В то же время чрезмерное увеличение R_a 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 R_{а. 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 R_c2 С_с2 проходит часть переменной составляющей (только переменной — в цепи конденсатор!) анодного тока и создает на R_c2  переменное напряжение U_вых. Оно и представляет собой выходной сигнал в чистом виде.

Важно заметить, что в тот момент, когда растет U_с, то вместе с ним увеличиваются I_а и U_н, падение напряжения на нагрузке. В результате напряжение на аноде U_a уменьшается, то есть U_a и U_с 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.

Пример. Для лампы 6П14П при U_в = 250 в оптимальное сопротивление нагрузки R_{а. опт} = 5,2 ком. Необходимо подключить к лампе громкоговоритель 5ГД-10 с сопротивлением звуковой катушки 4,5 ом. Находим: n = 0,03.

26. Простейшая усилительная лампа — триод — имеет два существенных недостатка. Во-первых, анод и сетка образуют своего рода конденсатор С_ас, 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 U_э0. 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 С_э ее соединяют с катодом или с корпусом. Переменные токи, которые в триоде через междуэлектродную емкость С_ас могли попасть в цепь управляющей сетки, в тетроде замкнутся по кратчайшему пути С_аэ — С_э (26, в). Напряжение на экранную сетку и на анод, как правило, подают от одного

источника. Чтобы снизить U_э0 по сравнению с U_a0 чаще всего включают гасящее сопротивление R_э. Постоянная и составляющая экранного тока (на экранную сетку тоже попадают электроны!), проходя по R_э, создают на нем некоторое напряжение (U_Rэ = I_эо·R_э), которое вычитается из общего напряжения U_в. Емкость конденсатора С_э выбирается из тех же соображений, что и С_к: для частоты f_мин емкостное сопротивление должно быть значительно меньше, чем R_э. Чтобы снизить напряжение на экранной сетке, достаточно увеличить R_э.

Пример. Дано: U_в = 250 в; U_э0 = 100 в; I_э0 = 0,5 ма; f_мин = 50 гц.

Находим: U_Rэ = 150 в; R_э = 300 ком; С_э не менее 0,1 мкф; P_Rэ = 0,75 мвт.

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.

28. Из большого числа комбинированных ламп (в одном баллоне две совершенно самостоятельные лампы) в усилителях НЧ чаще всего используются двойные триоды с общим (28, а) либо раздельными катодами (28, б).

29. Справочные данные о лампе включают ее цоколевку (схему соединения электродов с ножками цоколя), рекомендованные режимы U_ao, U_см, U_э0, номинальные токи для этих режимов I_ao, I_э0 и основные параметры лампы S,  и R_i. Крутизна S (б, в) показывает, насколько сильно напряжение U_c влияет на величину анодного тока I_а. Коэффициент усиления — это число, показывающее, во сколько раз напряжение на сетке U_c влияет на анодный ток I_а сильнее, чем U_a. Внутреннее сопротивление R_i показывает, насколько изменяется I_а при изменении U_a. Греческая буква (дельта) говорит о том, что речь идет о небольших изменениях величин U_c, U_а и I_а. Параметры лампы можно определить по семейству характеристик (29, а) — по нескольким графикам зависимости от Uс, снятых для различных анодных напряжений. Эти графики снимают в идеальных условиях — когда лампа работает без анодной нагрузки. Если же включить нагрузку R_a, то одновременно с I_а будет меняться и U_a; чем меньше отрицательное напряжение U_c на сетке, тем больше анодный ток, больше напряжение на нагрузке и меньше напряжение на самом аноде. Таким образом, реальная динамическая характеристика как бы объединяет несколько идеальных статистических характеристик и расположена более полого, то есть имеет меньшую крутизну, чем любая из них. Чем больше R_a, тем меньше крутизна динамической характеристики. Именно эту характеристику мы рисуем, когда строим объединенный график для реального усилительного каскада.

30. Для воспроизведения грамзаписей можно построить двухкаскадный усилитель НЧ. Главная задача второго (выходного) каскада — обеспечить достаточную выходную мощность. Для этого служат специальные выходные лампы (второй элемент обозначения — буква П), с довольно большим (десятки миллиампер) анодным током, высокой крутизной и сравнительно небольшим внутренним сопротивлением. Благодаря большому току лампа может создавать достаточно мощную электрическую копию (для распространенных типов ламп —5–6 вт) входного сигнала. Однако для этого напряжение на сетке лампы должно достигать 2—10 в. Ни один из известных нам переводчиков (в частности, звукосниматель) такого напряжения дать не может, и поэтому перед выходным каскадом необходим по крайней мере еще один каскад — усилитель напряжения. Для него используют триоды или пентоды небольшой мощности. Первый каскад усиливает напряжение, полученное от звукоснимателя, в 50—150 раз и обеспечивает достаточно высокую чувствительность усилителя.