Схемы простых апериодических усилителей на лампах

К основным параметрам режима усиления относятся – коэффициент усиления усилителя по току K_I, коэффициент усиления усилителя по напряжению K_U, коэффициент усиления усилителя по мощности K_P, входное сопротивление усилителя R_ВХ, выходное сопротивление усилителя R_ВЫХ.

Если для выбранного транзистора известны h-параметры транзистора (h₁₁ – входное сопротивление транзистора, h₁₂ – коэффициент обратной связи по напряжению транзистора, h₂₁ – коэффициент передачи тока транзистора, h₂₂ – выходная проводимость транзистора), то основные параметры режима усиления усилителя на биполярном транзисторе , включённом по схеме с ОЭ, можно определить с их учётом.

Коэффициент усиления усилителя по току K_IЭ определяется по формуле

где R_KH – сопротивление нагрузки для переменной составляющей коллекторного тока, определяемое по формуле R_KH = R_KR_H / (R_K + R_H). Обычно h_22ЭR_КН ≪1, поэтому можно считать, что K_I ≈ h_21Э.

Коэффициент усиления усилителя по напряжению K_UЭ определяется по формуле

где ∆h = h_11Э h_22Э – h_12Э h_21Э. Обычно ∆h R_КН ≪ h_11Э , поэтому можно считать, что приближённо K_UЭ ≈ – h_21ЭR_КН / h_11Э. Знак « – » в формуле K_U показывает, что фаза входного и выходного сигналов отличаются на 180°.

Коэффициент усиления усилителя по мощности K_РЭ определяется по формуле

Входное сопротивление усилителя R_ВХ определяется по формуле

Выходное сопротивление усилителя R_ВЫХ определяется по формуле

где R_И – внутреннее сопротивление источника входного сигнала.

[1] Название схемы включения связано с электродом транзистора являющегося общей точкой входа и выхода каскада. Под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение (ток).

А) б)

Рис.4. Схемы включения триода с общей сеткой (а) и общим анодом (б)

Схемы простых апериодических усилителей на лампах

Усилитель на лампе триод, включённой по схеме с общим катодом (ОКат). Усилители с общим катодом (ОКат) чаще всего применяются на практике, так как они обладают наи­большим коэффициентом усиления по мощности К_Р.

Усилительный каскад по схеме с ОКат аналогичен схемам на биполярном транзисторе с ОЭ и на полевом транзисторе с ОИ. Типичная схема усилителя на триоде, включённом по схеме ОКат, приведена на рис.2.

Назначение деталей аналогично усилителям на транзисторах по схемам ОЭ и ОИ. Режим лампы задаётся напряжением анодного источника Е_Аи напряжением смеще­ния U_СМ, подаваемым на управляющую сетку лампы при помощи цепочки R_KC_K в цепи катода. Конденсатор С_К блокирует резистор R_Kпо переменной составляющей анодного тока.

Напряжение сигнала u_ВХ,подлежащее усилению, подводится в цепь сетки от источника входного сигнала е_г, с внутренним сопротивлением R_Г, через разделительный конденсатор С_Р1. Разделительный конденсатор входной цепи С_Р1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала u_ВХ на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы триода.

Усиленное переменное напряжение, выделяемое на аноде, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением R_H через разделительный конденсатор С_Р2. Конденсатор С_Р2 необходим для разделения выходной анодной цепи от внешней нагрузки R_н по постоянной составляющей анодного тока I_А0. Чаще всего, внешняя нагрузка R_н – это входное сопротивление последующего каскада усиления.

u_ВХ u_А

U_вх.m U_Аm

0 t₁ t₂ t₃ t

U_A0

u_C

0 t

– U_C0 0 t

U_Cm

i_A u_ВЫХ

U_вых.m

I_A0

I_Am 0 t

0 t

Рис.5. Графики, поясняющие работу усилителя

Усилитель может работать в двух режимах: покоя – нет входного сигнала; динамическом – на вход поступает сигнал, например, с эдс е_ВХ = Е_m sinωt. Работа усилителя поясняется графиками токов и напряжений, изображёнными на рис.5.

В режиме покоя (на рис.5 это отрезок времени от 0 до t₁), т.е. при u_ВХ = 0, в цепи катода и анода будут протекать постоянные токи анода и катода – токи покоя I_А0 и I_К0. Т.к. при отрицательном напряжении U_С ток сетки I_C = 0, следовательно, I_А0 = I_К0 . Величина этих токов определяется величиной постоянного напряжения на сетке U_С = U_Rк = U_CM – напряжением смещения.

Ток покоя анода I_А0, протекая через резистор R_А, создаёт на нем падение напряжения U_Rа = I_А0R_А. Поэтому напряжение на аноде U_А0 в режиме покоя меньше напряжения Е_А (рис.5) и определяется из условия

U_А0 = Е_К – I_А0 (R_А + R_К) = Е_А – U_Rа – U_Rк.

С учётом величин напряжений, т.к. U_Rа ≫ U_Rк, можно записать U_А0 ≈ Е_А – U_Rа.

Выходное напряжение в режиме покоя, равно нулю u_ВЫХ = 0, т.к. разделительный конденсатор С_Р2 постоянный ток и напряжение не пропускает.

В динамическом режиме на вход поступает сигнал, изменяющийся по закону u_ВХ = U_вxm sinωt.

Под действием отрицательного полупериода входного напряжения U_вxm отрицательное напряжение на сетке U_С увеличивается (см.рис.5), что вызывает уменьшение тока анода i_А относительно тока покоя I_А0.

При положительном полупериоде входного напряжения, отрицательное напряжение на сетке U_С уменьшается (см.рис.5), что вызывает увеличение тока анода i_А относительно тока покоя I_А0.

Следовательно, в цепи анода кроме постоянной составляющей тока I_А0 протекает переменная составляющая тока I_Аm sin ωt

i_А = I_А0 + I_Аm sin ωt ,

где I_Аm – амплитуда синусоидальной составляющей анодного тока.

Изменение анодного тока сопровождается изменением падения напряжения на резисторе R_А и на аноде лампы. При увеличении анодного тока i_А растёт падение напряжения на резисторе R_А и уменьшается на аноде лампы.

Поскольку по резистору R_А протекает как постоянная I_А0, так и переменная I_Аmsinωt составляющая анодного тока, то падение напряжения на нем можно представить в виде

u_Ra = R_Ai_A = R_AI_А0 + R_AI_Аmsinωt/

При этом напряжение на аноде u_А, равное разности Е_А – U_Ra , определяется из соотношения

u_А = Е_А – R_AI_А0 – R_А I_Аm sin ωt.

Из этого уравнения видно, что переменное напряжение на аноде u_А также изменяется по синусоидальному закону.

Переменная составляющая R_АI_Аmsinωt = U_Аmsinωt = U_ВЫХmsinωt напряжения u_А через разделительный конденсатор С_р2, не пропускающий только постоянную составляющую, поступает на выход усилителя, т.е. в нагрузку.

При правильном выборе сопротивления резистора R_А, амплитуда выходного напряжения будет больше амплитуды входного сигнала U_выxm ≫ U_вxm.

Это свидетельствует об усилении сигнала в схеме усилителя на триоде, включённом по схеме с ОКат.

Схема усилителя на триоде, включённом по схеме с ОКат, изменяет фазу входного сигнала на 180°, т.е. инвертирует входной сигнал (см. рис.5).

Коэффициент усиления по напряжению усилительных каскадов на лампах в области средних частот определяется равенством

K_U = – SR_АН,

где S – крутизна анодно-сеточной характеристики лампы, R_АН – сопротивление нагрузки, определяемое по формуле R_АН = R_А R_Н / (R_А + R_Н). Знак минус в выражении K_U указывает на то, что усилительный каскад с ОКат меняет фазу усиливаемого сигнала на 180°.

Входное сопротивление зависит от сопротивления резисторов, подсоединённых к сетке R_ВХ ≈ R_С. Выходное сопротивление определяется по формуле R_ВЫХ ≈ R_А.

Усилитель на лампе триод, включённой по схеме с общей сеткой (ОСет).

Усилитель на триоде с общей сеткой (рис.4,а) по свойствам аналогичен схемам с ОБ на биполярном транзисторе и с ОЗ на полевом.

Схема с ОСет не усиливает ток, поэтому коэффициент усиления по мощности во много раз меньше, чем в схеме с ОКат. Эта схема имеет малое входное сопротивление, потому что входным током является ток катода. Фаза напряжения при усилении не инвертируется. Усилители по схеме с ОСет применяются, как правило, только на достаточно высоких частотах или редко, как динамические нагрузки других каскадов.

Усилитель на лампе триод, включённой по схеме с общим анодом (ОА) – катодный повторитель. Усилитель на триоде, включённом по схеме с общим анодом, обычно называют катодным повторителем, т.е. устройством не изменяющем поляр­ность (фазу) подаваемого на вход сигнала.

На рис.4,б приведена схема катодного повторителя на триоде. По своим свойствам он аналогичен эмиттерному повторителю на биполярном транзисторе или истоковому повторителю на полевом транзисторе – обладает большими входным сопротивлением и коэффициентом усиления по току, малым выходным сопротивлением.

Основные параметры для этой схемы можно определить по формулам

R_ВХ ≈ R_С .

Обычно К_U = 0,95-0,99, поэтому выходной сигнал по амплитуде почти повторяет входной. Фазу входного сигнала на выходе этот усилитель не изменяет.

Благодаря малому R_ВЫХ катодный повторитель рав­номерно воспроизводит сигналы в широкой полосе частот.

Высокое R_ВХ катодных повторителей используется для уменьшения связи между каскадами. Повторитель, подключённый к выходу предыдущего каскада, практически не оказывает на него влияние вследствие высокого R_ВХ.

Катодные повторители используются во входных каскадах в тех слу­чаях, когда источник сигнала имеет высокое внутреннее сопротив­ление.

Повторители также используются в качестве усилителей мощ­ности. Не усиливая напряжение, они в то же время позволяют получать значительные выходные токи, а следовательно, и мощ­ность в нагрузке. Усилители мощности на катодных повторителях строятся как по однотактной, так и по двухтактной схемам. Двухтактная схема повторителя позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия усилителя.

Усилитель на лампе тетрод или пентод, включённой по схеме с общим катодом (ОКат). Усилители на тетродах или пентодах дают большее усиление, чем каскады на триодах. Пентоды отличаются от тетродов более высоким коэффициентом усиления, достигающим иногда нескольких тысяч. Каскады на пентодах лежат в основе построения широкополосных ламповых усилителей.

Схема апериодического, т.е. с нерезонансной нагрузкой, усилителя на пентоде или тетроде (рис.6) отличается от схемы на триоде наличием цепи питания экранирующей сетки.

а) б)

Рис.6 Апериодические усилители: а – на пентоде, б – на тетроде

В маломощных усилителях конденсатор С_Э = 0,5…10 мкФ, анодная нагрузка усилителя R_А = (0,1 … 0,2)R_i, где R_i – внутреннее сопротивление лампы переменному току, a R_Э – сотни килоом.

Назначение элементов, принцип действия, графики, поясняющие работу в режимах покоя и динамическом, основные свойства и параметры режима усиления такие же, как у усилителя на триоде.

Тетроды и пентоды используются только с включением по схеме с общим катодом, т.к. схемы с общим анодом (ОА) и общей сеткой (ОСет) на этих лампах имеют очень много недостатков.

[1] По субъективному мнению некоторых меломанов, «ламповый» звук принципиально отличается от «транзисторного». Одно из объяснений различий лампового и транзисторного звука – «естественность» звучания. Ламповый звук «объёмный» в отличие от «плоского» транзисторного. Hi-Fi (англ. High Fidelity – высокая точность, высокая верность) – термин, означающий, что воспроизводимый звук очень близок к оригиналу. Hi-End (от англ. High End) аппаратурой производители называют эксклюзивную, дорогостоящую звуковоспроизводящую аппаратуру, в которой применяются нестандартные технические решения, использование которых не является экономически обоснованным для серийной аппаратуры.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 771; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!