книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

жения R3, Rh Re и нагрузочный резистор Ra проходит ток в на­ правлении, показанном стрелками. Этот ток образует на дели­ теле R3, R4, Re падение напряжения, часть которого с потенцио­ метра подается в качестве положительного смещения на управляющую сетку пентода </74. Для поддержания постоянной величины потенциала катода лампы </74 в цепь катода включен стабилитрон Л5, принцип действия которого рассмотрен выше.

При неизменном напряжении ив, снимаемом с выпрямителя, н неизменном сопротивлении нагрузочного резистора Ru движок потенциометра /?4 устанавливают в положение, при котором на нагрузке R„ получается требуемое напряжение и„. Электронный стабилизатор напряжения и обеспечивает его стабильность при изменении величин ив и Ru. Например, если напряжение ив возрастает, анодный ток в цепи триода Л3 увеличивается, что вызывает увеличение напряжения на нагрузочном резисторе R„ и на делителе напряжения R3, R4, R3. При увеличении падения напряжения на делителе потенциал управляющей сетки пенто­

да Л 4 увеличится, сопротивление пентода уменьшится			и ток
через	него возрастет. Это приведет к падению напряжения
на	резисторе R{ и	уменьшению потенциала	управ­
ляющей сетки триода Л3.		Внутреннее сопротивление триода Л 3

увеличится, что приведет к уменьшению тока через триод. В результате токи, проходящие через делитель R3, /?4, R3 и нагру­ зочный резистор RB, уменьшатся, что вызовет понижение на­ пряжения на нагрузочном резисторе Ru практически до первона­ чального значения. При понижении напряжения щ, наблюдается обратный процесс, по окончании которого напряжение на на­ грузочном резисторе Rn увеличивается до первоначального зна­ чения. Аналогично работает стабилизатор напряжения и при изменениях сопротивления нагрузки.

Таким образом, электронный стабилизатор напряжение ре­ агирует на любые изменения входного напряжения выпрямите­ ля ив и сопротивления нагрузочного резистора Rh, удерживая выходное напряжение и„ практически постоянным.

Электронные стабилизаторы реагируют не только на случай­ ные изменения входного напряжения, но и на его периодические пульсации, т. е. они являются в дополнение к вышесказанному м сглаживающими фильтрами.

Для стабилизации постоянного и переменного тока, протека­ ющего через нагрузку, используют барреторы. Барретор — это электровакуумный прибор, состоящий из баллона, наполненно­ го водородом, внутри которого помещена железная или воль­ фрамовая нить. Барретор включается последовательно с нагруз­ кой Rn, через которую должен проходить ток неизменной вели­ чины (рис. 121).

Действие барретора основано на изменении сопротивления нити при изменениях ее температуры. При увеличении входного напряжения ивх ток в цепи iH, проходящий через барретор и на­

120

грузку Rn, возрастает. При этом увеличивается температура, а с ней и сопротивление нити барретора. В результате падение напряжения на барреторе ив возрастает практически на ту же величину, на которую повышается входное напряжение ивх, а ток, протекающий через нагрузку, остается неизменным. Ана-

барретор

Рис. 121. Схема включения барретора

логичные процессы происходят при уменьшении напряжения иах или при различных изменениях величины сопротивления на­ грузки Rn.

§ 3. Усилители напряжения

Электронным усилителем называется устройство, при подаче на которое электрического сигнала малой величины на выходе получают электрический сигнал большой величины. Электриче­ ским сигналом может быть напряжение, ток или мощность.

В состав электронного усилителя входят усилительный при­ бор, источник питания, нагрузочные элементы и элементы связи с электронной схемой. В качестве усилительных приборов мо­ гут использоваться электронные и ионные лампы, транзисторы и другие электронные приборы, обладающие усилительными свойствами.

Простейшим усилителем напряжения является однокаскад­ ный усилитель с резистором в качестве анодной нагрузки, назы­ ваемый резистивным усилителем (рис. 122). Его усилительным элементом является триод. Для питания анодной цепи применя­ ется источник постоянного электрического напряжения £ а. В се­ точной цепи установлен источник питания Eg, напряжение кото­ рого регулируется с помощью потенциометра R%. В анодную цепь включены нагрузочный резистор Ra и переходная цепь, со­ стоящая из конденсатора С[ и резистора Ri. Переходная цепь Cj — обеспечивает связь рассматриваемого каскада усилите­ ля с последующим каскадом в многокаскадном усилителе или с нагрузкой.

При напряжении на сетке триода Л, равном напряжению за­ пирания Eg зап, анодный ток равен нулю. При этом падение на­ пряжения на нагрузочном резисторе Ra отсутствует, а напряже­ ние на аноде лампы иа равно напряжению анодного источника питания £ а. Этому режиму триода соответствует точка А на

121

статической сеточной характеристике 1 и временной промежуток

—1\, показанный на графиках рис. 123.

При уменьшении с помощью потенциометра R2 отрицатель­ ного напряжения на сетке до значения Ее в лампе появляется анодный ток ia, который протекает через нагрузочный резистор Ra и создает на нем падение напряжения «я = /аЯа. На эту вели­ чину анодное напряжение будет меньше напряжения анодного источника питания £ а, т. е.

« а = £ . — Ur = Е а —

(6 ? )

Рис. 122. Схема однокаскадного резистив­ ного усилителя

Из формулы (67) и графиков видно, что при увеличении анодного тока ta анодное напряжение на будет уменьшаться. Вследствие этого рабочая точка находится не на статической се­ точной характеристике 2, где бы она была при отсутствии ре­ зистора Ra, а на статической сеточной характеристике 3 (точка С). Рабочая точка определяет значение тока покоя i^ в анод­

ной цепи, который имеет место при постоянном напряжении смещения на сетке Eg (временной промежуток U—/3). На этом временном промежутке режим работы лампы считают исходным, так как в режиме покоя напряжение на сетке лампы Eg, величи­ на анодного тока i и напряжение на аноде лампы ка оста­

ются неизменными. Конденсатор Сi при увеличении анодного

тока га от нуля до значения ia		заряжается	до величины
ц„	— Е .—и „по цепи: положительный полюс источника питания
£ а,	нагрузочный резистор R&, конденсатор Сь резистор Ru кор­
пус прибора, отрицательный полюс		источника	питания £ а.	Он
остается заряженным в режиме покоя		лампы до напряжения		иа .

В результате анодный ток ia через резистор Ri переходной цепи Ri—Ci не проходит, а выходное напряжение «пых, снимаемое в точках т и п, равно нулю (рис. 122).

122

<

При подаче от источника питания Е в точках k и I на сетку лампы входного переменного напряжёния цВХ) изменяющегося с течением времени / по закону синусоиды (графики а и б рис. 123), разность потенциалов между сеткой и катодом будет равна -ал­ гебраической сумме (с учетом знака) постоянного сеточного на­ пряжения Eg и поданного входного переменного напряжения ивх, т. е. ug = Eg+ uBX (временной промежуток t3—t5 и t5—t7). Этому суммарному напряжению на сетке лампы с учетом падения на­ пряжения на резисторе RB будут соответствовать при отрица-

123

тельных полупериодах входного напряжения ивх значения анод­ ного тока i[ (точка В статической сеточной характеристики 2), при положительных полупериодах — значения анодного тока

Г(точка D).

Кривая ABCD, показывающая зависимость анодного тока лампы ia от напряжения на ее сетке ие при наличии резистора /?а в анодной цепи, называется динамической сеточной характе­ ристикой лампы. Из сравнения графиков а и в видно, что на­ пряжение на сетке ug, оставаясь все время отрицательным, изме­ няет свою величину на временном промежутке tz—17 по закону переменного входного напряжения. На этом же временном про­ межутке, как видно из графика г, изменяет свои значения по тому же закону и анодный ток /а.

Из графика д определяем, что в любой момент времени сум­ ма напряжений на нагрузочном резисторе uR и на лампе иа рав­

на напряжению источника питания Еа, т.	е.
Еа= «а + Hr = hRa +	«а-	(68)

Выходное напряжение, как показано на рис. 122, снимается не с резистора анодной нагрузки Ra в виде напряжения uR, а с промежутка анод — катод через переходную цепь Ri—Сь Эта переходная цепь предназначена для отделения постоянной со­ ставляющей анодного напряжения. Емкость конденсатора Ct и сопротивление резистора Ri выбираются достаточно большими. Постоянная составляющая анодного напряжения отделяется на конденсаторе С\. На временном промежутке —h (график д рис. 1123) конденсатор заряжен до напряжения и . При умень­

шении напряжения на аноде лампы «а, что соответствует вре­ менному промежутку U—U, конденсатор Ci разряжается через лампу и резистор R\. Так как величины С\ и R\ велики, напря­ жение на конденсаторе не успевает заметно уменьшиться за четверть периода. Поэтому все уменьшение анодного напряже­ ния выделяется на резисторе R u а напряжение на конденсаторе остается практически постоянным и равным иа. При увеличе­ нии напряжения на аноде лампы конденсатор дозаряжается че­ рез резистор Ri. Но за четверть периода, в течение которого на­ пряжение на аноде возрастает (временной промежуток U—U), напряжение на конденсаторе не успевает заметно , увеличиться вследствие больших величин Ci и R\, т. е. все увеличение анод­ ного напряжения практически выделяется на резисторе Ru а на конденсаторе С{ напряжение остается неизменным. Как видно из графика д, падение напряжения на резисторе Ru со­ ответствующее для схемы выходному напряжению, как и вход­ ное напряжение, является переменным, но имеет большую в не­ сколько раз амплитуду, т. е. является усиленным. Как видно из графиков а, б, в, г, переменная составляющая анодного тока ia совпадает по фазе с входным переменным напряжением мВх, а

124

переменная составляющая анодного напряжения ыа противофазиа ему. Таким образом, наряду с усилением поданное на управ­ ляющую сетку триода входное напряжение на выходе лампы изменяет свою фазу на 180°.

Отношение	величины выходного переменного . напряжения
.усилителя «пых	к величине входного переменного напряжения
Ubx называется	коэффициентом усиления Ki — uBB!X/uBX. Учи­

тывая коэффициент усиления лампы ц, ее внутреннее сопротив­ ление Ri, сопротивление резистора анодной нагрузки Ra и пода­ ваемое на управляющую сетку лампы .входное напряжение ивх, получаем

К	=	= = igRa __	Щ*пх	. Ra __	Г -^ а	/ с п \
*	unx	w b x	Ri + Ra	llBX	R[ +

Усиленное напряжение и с резистора ^?а подают на вход

управляющая сетка — катод следующего каскада: на управляю­ щую сетку лампы Л2— через переходной конденсатор Си пред­ ставляющий собой малое сопротивление для переменного тока, и на катод лампы Л2— через источник анодного питания Еа, имеющий определенное внутреннее сопротивление, или через блокирующий его конденсатор Сф, пропускающий только пере­ менную составляющую усиленного напряжения первого каска­ да (рис. 124). Обычно конденсатор Сф входит в состав фильтра выпрямителя, от которого питаются усилители.

Рис. 124. Схема двухкаскадного резистивного усили­ теля

Выходное напряжение второго каскада усилителя, в--много­ каскадном усилителе является входным., напряжением для треть­ его. каскада и т. п. Коэффициент усиления К многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов, т. е. К = К\К2Кз...

При конструировании усилителей учитывается влияние свя­ зей в них. Усилитель, в котором часть или все напряжение с вы­

125

хода подается на вход, имеет так называемую обратную связь. Если под действием обратной связи напряжение на входе усили­ теля возрастает, то обратная связь называется положительной, если уменьшается — отрицательной. Непредусмотренная обрат­ ная связь искажает работу усилителя и является вредной.

Часто обратная связь вводится в усилитель’для улучшения его качественных показателей. В рассмотренном ранее однокас­ кадном резистивном усилителе для выбора рабочей точки лам­ пы между ее сеткой и катодом включался источник постоянного тока Eg, от которого подавалось напряжение смещения. Чтобы решить ту же задачу без отдельного источника сеточного пита­ ния Eg, в цепь катода включают резистор катодной нагрузки RK (рис. 125). Так как этот резистор включен последовательно с лам­ пой, анодный ток лампы создает на нем падение напряжения, возникающего между точкой а и катодом. Точка а имеет отрица­ тельный потенциал по отношению к катоду. Этот потенциал по­ дают на сетку через резистор Rg. При отсутствии сеточного то­ ка падения напряжения на резисторе Rg нет, поэтому потенциал сетки будет равен потенциалу точки а.

Напряжение на резисторе RK пропорционально анодному току лампы и является напряжением сеточного смещения. Та­ ким образом, благодаря введению отрицательной обратной связи по току исключается необходимость в дополнительном источни­ ке питания в сеточной цепи лампы. Отрицательная обратная связь уменьшает возможность самовозбуждения усилителя, т. е. процесса возникновения и усиления собственных колебаний. Не­ достатком отрицательной обратной связи является то, что она может вносить искажения в работу лампы, так как через нее проходит не только постоянная, но и переменная составляющая анодного тока. Для устранения этого недостатка резистор R« обычно шунтируют конденсатором Ск большой емкости, имею­ щим малое сопротивление для переменной составляющей анод­ ного тока и отводящим ее на корпус прибора.

При положительной обратной связи фаза колебаний элект­ рических сигналов, поступающих из анодной цепи, такова, что они усиливают колебания в сеточной цепи лампы. Хотя при этом коэффициент усиления усилителя увеличивается, работа усили­ теля становится неустойчивой. Это может привести к искажению усиливаемых электрических сигналов и к самовозбуждению уси­ лителя. Принцип усиления напряжения резистивным усилите­ лем, в котором усилительным элементом является транзистор, включенный по схеме с общей базой, был рассмотрен ранее.

В типовом однокаскадном резистивном усилителе транзистор типа р-п-р включается по схеме с общим эмиттером (рис. 126). Он подобен ламповой схеме резистивного усилителя. Напряже­ ние питания на транзистор в усилителе подают таким образом, чтобы эмиттерный переход был смещен в прямом, а коллектор­ ный переход — в обратном направлении. При таком включении

126

ток коллекторного перехода зависит от тока эмиттерного пере­ хода. Для создания напряжения на эмнттерном переходе ис­ пользуется делитель напряжения, который образуют резистор R и сопротивление эмиттерного перехода.

Рис. 125. Схема однокаскадного резистивного усилителя с отрицательной обратной связью по току

В исходном режиме в цепях транзистора протекают коллек­ торный и базовый токи („ и /б, а на коллекторе имеется посто­ янное напряжение Ек.

я,

Рис. 126. Однокаскадный резистивный усили­ тель на транзисторе типа р -п -р , включенном по схеме с общим эмцттером

При подаче через конденсатор С входного переменного си­ нусоидального напряжения мВх высота потенциального барьера эмиттерного перехода изменяется. Во время действия положи­ тельных периодов входного синусоидального напряжения ток

127

базы уменьшается, что уменьшает ток коллектора и увеличивает напряжение на коллекторе транзистора типа р-п-р. Во время действия отрицательных полупериодов входного синусоидально­ го напряжения происходят противоположные процессы. Усилен­ ное выходное напряжение ц0ых снимается с нагрузочного рези­ стора RH, включенного между коллектором и эмиттером через проходной конденсатор Сп, отделяющий переменную составляю­ щую выходного напряжения от его постоянной составляющей.

Многокаскадные усилители на транзисторах строятся по то­ му же принципу, что и усилители на электронных лампах. Рези­ стивные усилители применяются для усиления переменных на­ пряжений низкой частоты.

Для усиления переменных напряжений высокой частоты ис­ пользуются резонансные усилители. В резонансном усилителе в качестве анодной (коллекторной) нагрузки используется коле­ бательный контур. Остальные элементы схемы те же, что и в резистивном усилителе. Отличительной чертой работы резонанс­ ного усилителя является то, что вследствие избирательных свойств контура он обладает узкой полосой пропускания опре­ деленной частоты переменного напряжения.

Схема усилителя мощности отличается от схемы резистивно­ го усилителя лишь параметрами своих элементов и режимом ра­ боты. Симметричная (двухтактная) схема усилителя мощности включает в себя два усилительных прибора (две лампы или два транзистора), включенных симметрично относительно це­ пей источника питания и работающих в одинаковом режиме (рис. 1127, а, б). На выходе этого усилителя имеется трансфор­ матор. Элементы связи выполняют те же функции, что и в ре­ зистивном усилителе. На вход каждого усилительного прибора подаются одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180° входные напряжения и'вх и ивх. Под их действием усилитель­

ные приборы работают по очереди, пропуская только положи­ тельные значения синусоидального входного напряжения. Вы­ ходные токи имеют форму косинусоидальных импульсов, сдви­ нутых один от другого на 180° (рис. 127, в, г). Эти токи равны по величине и протекают последовательно друг за другом в первичной обмотке выходного трансформатора в противополож­ ных направлениях.

Через нагрузочный резистор RH, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора, будет протекать усиленный ток, не от­ личающийся практически по форме от входного напряжения. Коэффициент усиления по мощности Кр усилителя мощности с одним усилительным прибором равен произведению коэффи­ циента усиления по току Ki на коэффициент усиления по напря­ жению Ки'.

ГУ _ ТУГУ _	'вых	х^н	• (70)
1 \р — A j A a —	—j	гвх^в
	*вх

128

Выходная полезная мощность, отдаваемая в нагрузку двух­ тактным усилителем, в два раза больше, чем у одпотактного.

Рис. 127. Симметричная (двухтактная) схема усилителя мощности

§ 4. Генерация синусоидальных колебаний

Л

Для получения незатухающих синусоидальных колебаний на­ до периодически добавлять в колебательный контур энергию.

Электронная схема, с помощью которой создаются незатухаю­ щие синусоидальные колебания, называется ламповым генера­ тором синусоидальных колебаний. Этот генератор состоит из триода, одного или нескольких элементов положительной обрат­ ной связи, например катушки Lg, включенной в цепь между сет­ кой и катодом лампы, и источника питания. Обратная связь в ламповых генераторах может быть индуктивной, автотрансфор­ маторной или емкостной. Лампа и колебательный контур соеди­ няются с источником питания последовательно или параллель­ но.

5 - 8 0

129