Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

Сворень Рудольф Анатольевич

В трансформаторном каскаде так же, как и в реостатном, к лампе подключен сложный делитель напряжения, одним из элементов которого является полезная нагрузка R_a. Во всех случаях желательно, чтобы сопротивление R_п было как можно меньше по сравнению с R_a. Чем меньше R_п, тем меньшая часть переменного напряжения U_а~, а значит, и мощности на нем теряются.

Индуктивность первичной обмотки L_I шунтирует нагрузку. На высших частотах индуктивное сопротивление обмотки велико (рис. 30, 11), и оно мало влияет на общее сопротивление участка аб.

С уменьшением частоты индуктивное сопротивление катушки падает, и она все сильнее шунтирует нагрузку, уменьшает общее сопротивление участка аб, заваливая частотную характеристику на низших частотах. Чтобы предотвратить этот завал, нужно, чтобы индуктивность L_I была достаточно большой, чтобы даже на самых низших частотах ее сопротивление было больше R_a. Обычно L_I  составляет десятки генри. Для получения такой большой индуктивности обмотки выходного трансформатора размещают на стальном сердечнике, и первичная обмотка содержит несколько тысяч витков.

рис. 30, 11

Индуктивность рассеяния L_pаc, наоборот, должна быть как можно меньше. С увеличением частоты на ней теряется все большая часть переменного напряжения U_а~, и из-за этого появляется завал частотной характеристики в области высших частот. При конструировании выходных трансформаторов принимают меры для уменьшения L_pac.

На обеих эквивалентных схемах остался неразобранным лишь один элемент — внутреннее сопротивление лампы R_i. А вместе с тем выбор многих других элементов схемы, и в первую очередь сопротивления анодной нагрузки, в большой степени определяется величиной R_i. В практике приняты следующие ориентировочные нормы: для триодов R_a должно быть в два-три раза больше R_i, для пентодов — в три — пять раз меньше. В выходных каскадах желательно применять лампы с небольшим R_i, так как это улучшает демпфирование громкоговорителя. Именно поэтому в выходных каскадах иногда применяют мощные триоды, внутреннее сопротивление которых значительно меньше, чем у тетродов и пентодов. Правда, и у этих ламп можно заметно понизить величину R_i, применяя интересную схемную «хитрость» — отрицательную обратную связь.

Фокусы с фазами

Переменное напряжение на сетке управляет анодным током, и он создает на анодной нагрузке переменную составляющую напряжения. Это нормальная прямая связь сеточной и анодной цепи, связь через электронный поток в направлении сетка — анод. А теперь попробуем создать связь в обратном направлении. Возьмем часть мощности усиленного сигнала (мощной копии) и направим ее из анодной цепи в сеточную (рис. 38, рис. 39, 1). Давайте попытаемся выяснить, к чему это приведет.

Рис. 38. Возвращая некоторую часть выходной мощности усилителя во входную цепь, мы вводим обратную связь. Если сигнал обратной связи содействует входному сигналу, обратная связь положительна, а если противодействует — отрицательна.

рис. 39, 1

На рис. 39, 1, а показан один из способов введения обратной связи. Со специальной обмотки III выходного трансформатора Тр_в напряжение обратной связи U_o.с подается в цепь управляющей сетки. Туда же, как обычно, подается напряжение U_вх — сигнал, поступающий на вход усилителя с предыдущего каскада. Теперь напряжение U_с, действующее на сетке Л₁ складывается из двух напряжений — U_вх и U_o.с. Результат этого сложения прежде всего зависит от фазовых соотношений U_вх и U_o.с.

Если оба напряжения совпадают по фазе, то они действуют согласованно и U_c больше U_o.с (рис. 39, 1, б, в). Такую обратную связь называют положительной. Она фактически повышает усиление каскада, так как «бесплатно» увеличивает входное, а значит, и выходное напряжение.

Если напряжения U_вх и U_o.с действуют в противофазе, то результирующее U_c оказывается меньше U_вх (рис. 39, 1, г, д), а это фактически означает, что усиление каскада уменьшается. Такая обратная связь называется отрицательной.

В обоих случаях для оценки влияния обратной связи вводят коэффициент (рис. 40), который показывает, какая часть выходного напряжения подается обратно в цепь управляющей сетки ( = U_o.с/U_вых). Чем больше , тем сильнее, глубже обратная связь, тем в большей степени она повышает (положительная) или понижает (отрицательная) усиление каскада.

Часто вместо коэффициента указывают другую величину. Она называется «глубина обратной связи» и численно равна 1 + U_o.с/U_c. Чем больше U_o.с по сравнению с U_вх, тем меньше оказывается их разность U_c (отрицательная обратная связь), тем, следовательно, глубже обратная связь. Глубину обратной связи обычно выражают в децибелах. Если сказано, что глубина обратной связи составляет 20 дб, это значит, что U_o.с в девять раз больше U_c, то есть U_вх, поступающее с предыдущего каскада, почти на 90 % скомпенсировано отрицательной обратной связью.

В нашей схеме глубина обратной связи зависит от числа витков обмотки III: чем больше витков в этой обмотке, тем сильнее обратная связь.

В схеме рис. 39, 1, а довольно просто изменить характер обратной связи — положительную превратить в отрицательную, и наоборот. Для этого достаточно поменять местами выводы А и Б обмотки III. Если при заземлении вывода А получается положительная обратная связь, то при заземлении вывода Б она будет отрицательной. Объясняется это очень просто. Напряжение на обмотке III непрерывно меняется. Во время одного полупериода на выводе А действует «плюс», а на выводе Б — «минус». Во время следующего полупериода полярность меняется: на выводе А появляется «минус», на выводе Б — «плюс». В зависимости от того, какой из выводов заземлен, мы подаем на сетку «плюс» либо во время четных полупериодов, либо во время нечетных (это, разумеется, условное разделение). Таким образом, U_o.с оказывается в фазе с напряжением U_вх либо действует против него. Иными словами, меняя местами выводы А и Б, мы сдвигаем фазу напряжения U_o.с на 180° (рис. 39, 1, б, в, г, д).

На первый взгляд может показаться, что в усилителях имеет смысл применять только положительную обратную связь. По крайней мере она дает выигрыш в усилении, в то время как при введении отрицательной обратной связи мы только проигрываем (рис. 39, 1, в). Однако более глубокий анализ показывает, что, проигрывая в усилении (как вы сейчас увидите, этот проигрыш легко вернуть), мы можем получить сразу несколько важных и крупных выигрышей.

Прежде всего с помощью отрицательной обратной связи можно сделать то, чего никаким иным путем добиться невозможно, — снизить нелинейные искажения, возникающие в лампе и выходном трансформаторе (рис. 40).