При наличии напряжения сигнала Ucm sin at и напряжения смещения Ее результирующее напряжение на сетке лампы усилительного каскада будет пульсирующим:

Uc = \Ec\+UcmSmuyt. (13.11)

Под действием этого напряжения изменяется анодный ток. Если результирующий потенциал в цепи сетки изменяется в пределах линейного участка MN нагрузочной анодно-сеточной характеристики (см. рис. 13.5,6), то анодный ток изменяется по тому же закону, что и сеточное напряжение (см. рис. 13.5, е). В цепи анода возникает пульсирующий ток

ia~aO + amSmbit. (13.12)

Анодный ток создает на нагрузке Ra (см. рис. 113.5, а) падение напряжения:

= Rata = Raao + Rataт sin = U+Rm

Анодное напряжение в соответствии с уравнением (13.1) нагрузочного режима

«a = taO-bamSino)i; . (13.14)

изменяется по тому же закону (рис. 13.5, г), причем напряжения на нагрузке и на аноде лампы равны по абсолютному значению, но сдвинуты по фазе на 1180° [если напряжение ив растет, то на аноде «но падает и наоборот (см. рис. 13.5, б и г)].

Эффект усиления зависит от величины переменной составляющей тока ta~ = /amsin ш/, определяющей напряжение (/д sin ю/ на нагрузке Ра. Это напряжение представляет собой усиленный сигнал. Изменения напряжения в цепи сетки Af/c и анодного тока Д/а связаны соотношением, вытекающим из определения крутизны, т. е.

С учетом значения крутизны нагрузочного режима [см. (13.8)] амплитуда переменной составляющей анодного тока

Эквивалентная схема триода. Полученное уравнение выражает соотношение лишь между переменными составляющими анодного тока и напряжениями на электродах лампы в усилительном каска-,де, так как постоянные составляющие напряжений и токов в это уравнение не входят. Роль источников постоянного тока состоит только в питании усилителя электроэнергией.

Поскольку переменные напряжения и токи имеют синусоидальную форму, уравнение (13.15) для их эффективных значений запишется /а =м.С/с/(Ра+0- Этому уравнению соответствует схема на рис. 13.6. Эта схема эквивалентна анодной цепи резисторного усилительного каскада (см. рис. 13.5, а) с синусоидальными напря--жениями на его входе и выходе. Лампа в схеме, работающая на

1ц линейном участке характеристики, где

~\ практически постоянны параметры ixiSiRi, Ri -J заменена эквивалентной схемой генератора

Up=iaRa переменного тока с э. д. с. pf/c и внутрен-L ним сопротивлением Ri. Этот генератор

имеет э. д. с. в р раз большую, чем подаваемое на вход триода напряжение возбужде-Рис. 13.6. Эквивалентная ния Uq. Генератор работает на внешнюю схема анодной цепи три- цепь с нагрузкой R и создает в ней пере-

менный ток ta. Заметим, замена лампы эквивалентным генератором справедлива лишь для переменных составляющих токов и напряжений. Такая замена ламп позволяет использовать при анализе усилительных каскадов общеизвестные методы расчета электрических цепей.

Эффективность усиления. При работе каскада в качестве усилителя напряжения эффект усиления оценивают коэффициентом усиления каскада. Он представляет собой отношение действующего значения переменного напряжения на нагрузке к действующему значению напряжения возбуждения, подводимого в цепь сетки,

а + Ri "с~ а -t- Ri

Результат работы каскада в режиме усиления мощности оценивается полезной мощностью, выделяемой переменной составляющей анодного тока /а на нагрузке.

Если параметры лампы и амплитуды сигнала постоянны, мощность Pr достигает максимального значения при Ra=Ri, т. е. при условии отдачи генератором максимальной полезной мощности

Если Ra-tRi, возникают значительные нелинейные искажения усиливаемого сигнала вследствие работы в нелинейной области характеристик лампы. Для снижения искажений выбирают нагрузку >Ra= (2-4)Ri, хотя это и ведет к уменьшению полезной мощности.

Полезная мощность усилительного каскада согласно уравнению (13.17) зависит от переменного напряжения Ucm, подводимого в цепь сетки, и произведения параметров pS, которое иногда называют добротностью лампы G = pS.

§ 13.4. Выбор рабочего режима лампы

Виды рабочих режимов. Для получения неискаженного усиления сигнала рабочий режим нужно выбирать так, чтобы изменения анодного тока были прямо пропорциональны изменениям напряже-

ния на сетке лампы и отсутствовал бы сеточный ток. Для удовлетворения этих требований целесообразно применять лампы с левыми (смещенными влево от начала координат) характеристиками. Рабочую точку (исходное значение /а)- выбирают в середине прямолинейного участка характеристики. Положение рабочей точки фиксируется отрицательным напряжением смещения Ее (см. рис. 13.5, а и б). Практически напряжение смещения принимается равным примерно половинному значению напряжения отсечки (запирания), при котором /к=0. Напряжение отсечки [согласно (12.4)] ориентировочно

cO=-Dfia = -£a/P-, а cMemeHHe-ficl~0,S£/co = fia/(2(i.).

Чтобы в лампе не возникал сеточный ток, амплитуду сигнала, подводимого в цепь сетки, выбирают меньше напряжения смещения, т. е. Uc-m<\-Ec\. В зависимости от расположения рабочей точки на характеристике лампы различают три основных режима работы: А, В и С.

В режиме А (см. рис. 13.5) напряжение смещения Ее устанавливается таким, чтобы рабочая точка О находилась в середине прямолинейного участка характеристики. Амплитуду переменного напряжения Ucm выбирают меньше смещения Ее. При таком выборе исходного режима анодный ток прямо пропорционален напряжению сигнала на сетке, вследствие чего минимальны нелинейные искажения, вносимые лампой. В энергетическом отношении режим А неэкономичен, так как анодный ток протекает через лампу как при наличии сигнала на входе каскада, так и при его отсутствии. Практически к. п. д. составляет 20-25%. Режим А применяется в усилителях напряжения и маломощных выходных каскадах, когда необходимо обеспечить минимальные нелинейные искажения, а величина к. п. д. не имеет значения.

В режиме В (рис. il3.7, а) напряжение смещения устанавливают приблизительно равным напряжению отсечки. Анодный ток в этом режиме проходит через лампу только в течение действия положительной полуволны входного напряжения Wbx- За счет большого им-

VI h-J

Рис. 13.7. Режимы усиления В и С