Электроника?.. Нет ничего проще!

Л. — Не торопись, Незнайкин. Речь идет об одном частном случае применения схемы катодного повторителя. Однако изображенная на рис. 47 схема существенно отличается от обычной.

Рис. 47.Катодный повторитель. Результирующее напряжение между сеткой и катодом лампы равно разности входного U_вх и выходного U_вых напряжений.

Как ты видишь, анод лампы непосредственно соединен с положительным полюсом источника питания, между катодом и корпусом включен резистор (с выводов этого резистора я и снимаю выходное напряжение U_вых). Входное напряжение U_вх прикладывается между сеткой и корпусом, создавая на сетке положительное напряжение относительно корпуса и…

Н. — Какой ужас! Положительная сетка!

Л. — Не беспокойся. Сетка действительно положительная относительно корпуса, но катод будет еще более положительным вследствие вызываемого катодным током лампы падения напряжения на резисторе R. Следовательно, положительная относительно корпуса сетка будет отрицательной по отношению к катоду, «как принято в лучших домах» (именно так выразился бы один мой приятель).

Н. — Уф, я вновь начинаю дышать. Но скажи мне, пожалуйста, как понять, что катод будет более положительным, чем сетка?

Л. — Нет, только чуть-чуть, в противном случае смещение на лампе оказалось бы чрезмерным и не пропустило бы в резистор R тока, необходимого для создания на катоде потенциала U_вых выше, чем U_вх.

Н. — Кое-что в твоем ответе меня заинтриговало. Если потенциал катода поднимется слишком высоко, смещение лампы окажется очень большим и анодный ток уменьшится, что вызовет снижение потенциала катода. И наоборот, если этот потенциал снизится очень сильно, например ниже U_вх, то смещение лампы упадет (даже до нуля), а ток лампы вновь повысится и повысит потенциал катода. Ведь тогда схема должна генерировать, разве не так?

Катодный повторитель

Л. — Никоим образом. Вспомни принцип работы гетеродина: колебания возникают потому, что контур через цепь обратной связи так воздействует на себя, что любое возмущение имеет тенденцию усилиться (например, увеличение анодного тока делает сетку положительной). Здесь же все наоборот.

Обратная связь у нас не положительная (как в гетеродине), а отрицательная, и генерации колебаний поэтому не происходит. Но твоя реплика показала мне, что ты очень легко поймешь, какой интерес представляет эта схема. А чтобы тебе было легче рассуждать, возьмем конкретный пример: лампа 12АТ7 (крутизна 7 ма/в); анодное напряжение +300 в, U_вх = 50 в и R = 5 ком.

Если U_вых будет близко к 50 в, то проходящий по резистору R ток будет близок к 10 ма, а напряжение анод — катод будет около 250 в. Возьми семейство анодных характеристик лампы (рис. 48) и скажи мне, каким должно быть смещение, чтобы пропустить ток около 10 ма при напряжении на аноде 250 в?

Рис. 48.Это семейство кривых позволяет найти рабочую точку лампы в режиме катодного повторителя.

Н. — Подожди минутку, вот, нашел — ровно — 2 в.

Л. — Следовательно, наше напряжение U_вых будет 50 в + 2 в = 52 в и…

Н. — Но этого не может быть, Любознайкин; если на катоде будет 52 в, то тогда, во-первых, напряжение анод — катод было бы не 250 в, а 248 в, а, во-вторых, катодный ток был бы не 10 ма, а 52 в: 5 ком = 10,4 ма!

Л. — Если рассуждать со всей строгостью, ты, Незнайкин, прав. Вооружившись этими уточненными значениями, ты можешь еще раз заглянуть в семейство характеристик и посмотреть, какое напряжение смещения соответствует анодному току 10,4 ма при напряжении анод — катод 248 в; если взять точные цифры, то смещение будет 1,92 в вместо 2 в. Разница столь мала, что в дальнейшем в подобном уточнении значений нет надобности. Ты, надеюсь, не станешь придираться ко мне из-за одной десятой вольта?

Н. — Хорошо. Но что ты будешь делать с этими 51,92 в на выходе (чтобы доставить тебе удовольствие, скажу 52 в)?

Л. — Следи повнимательнее за моими рассуждениями. Предположим, что от этого источника 52 в я хочу потребить ток 2 ма. Что произойдет?

Н. — Я предполагаю, что выходное напряжение U_вых снизится, как напряжение любого источника, ток которого я потребляю.

Л. — Совершенно верно. А теперь меня интересует, насколько понизится это напряжение? Падение напряжения, обозначенное U_пад (иначе говоря, U_вых), соответствующее отсутствию потребления, равно 52 в, снижается до (52 в — U_пад), когда в цепочку, обозначенную на рис. 47 пунктиром, будет ответвляться ток 2 ма. Откуда поступают эти 2 ма?

Н. — Конечно из лампы.

Л. — Да, в значительной части. Раз потенциал катода снизился на U_пад, то соответственно снизилось и смещение.