Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

В усилителях НЧ главная арена борьбы за повышение к. п. д. — это анодные цепи ламп выходного каскада. Уменьшить мощность, потребляемую накальными цепями, мы не можем: для данного типа лампы напряжение и ток накала ни при каких обстоятельствах уменьшать нельзя. Экономить энергию, потребляемую в анодных и экранных цепях усилителя напряжения, не имеет особого смысла: на долю этих каскадов приходится сравнительно небольшая часть общего анодного тока, а значит, и небольшая часть мощности выпрямителя. Таким образом, остается единственная возможность заметно повысить к. п. д. всего усилителя — нужно уменьшить мощность, потребляемую в анодной цепи выходной лампы, точнее, повысить соотношение между выходной мощностью и потребляемой. Сейчас нам предстоит выяснить, какие существуют пути для того, чтобы улучшить это соотношение, и в какой степени повышение к. п. д. повлечет за собой рост (а может быть, и уменьшение?) искажений сигнала в выходном каскаде.

А, В и АВ с единицами и двойками

В этой странной, шифрованной записи скрыт секрет повышения к. п. д. усилителя. Ключ к шифру можно узнать, познакомившись с работой усилительного каскада, с теми событиями, которые происходят при изменении анодной нагрузки, смещения, напряжения сигнала, анодного и экранного напряжения— одним словом, при изменении режима лампы.

Еще раз нарисуем упрощенную схему выходного каскада и запишем, чему равна его выходная мощность Р_вых и мощность, потребляемая в анодной цепи Р_ао (рис. 53, 1, д, е). Теперь прямо в «лоб» начнем атаку на к. п. д. — попробуем увеличить полезную мощность, повышая переменное напряжение U_а~ и переменную составляющую анодного тока I_а~.

Рис. 53, 1

Если увеличить сопротивление нагрузки R_а, а это несложно сделать, изменив коэффициент трансформации Тр_в (рис. 49), то одновременно возрастет и напряжение U_а~ (закон Ома: U = I·R!). Казалось бы, найден путь повышения выходной мощности Р_вых. Но, к сожалению, по этому пути мы далеко не уйдем.

Переменное напряжение на нагрузке U_н, складываясь с постоянным анодным напряжением U_aо, определяет напряжение на аноде лампы U_а. Во время положительных полупериодов результирующее напряжение на аноде равно сумме U_а0 и U_а~, а во время отрицательных полупериодов — их разности (рис. 53, 2). Поэтому вместе с напряжением на нагрузке U_н растет максимальное напряжение на аноде (U_макс = U_а0 + U_{н. ампл}) и уменьшается минимальное напряжение (U_мин = U_а0 — U_{н. ампл}). Если в погоне за большой мощностью увеличить U_н до такой степени, чтобы оно стало больше чем U_а0, то в некоторые моменты времени напряжение на аноде окажется отрицательным (рис. 53, 2, б, интервалы 1–2 и 3–4). При этом, естественно, и анодный ток станет равным нулю: при отрицательном напряжении на аноде он не притягивает электроны и они летят на управляющую, а в тетроде — на экранную сетку.

Прекращение анодного тока, пусть даже кратковременное, — это не что иное, как искажение формы сигнала, а его мы допустить не можем. Таким образом, и устанавливается предел повышения напряжения на нагрузке U_н — оно не может быть больше чем U_а0. Об этом можно сказать и иначе, если ввести коэффициент использования анодного напряжения . Искажений кривой тока можно избежать, если коэффициент  будет меньше единицы (рис. 53, 2, в, г).

Рис. 53, 2

Потерпев неудачу с увеличением U_н, попробуем подступиться к задаче с другой стороны — увеличим переменную составляющую анодного тока I_а~. Сделать это довольно просто — достаточно увеличить переменное напряжение на сетке U_вх, под действием которого меняется анодный ток. На рис. 53, 3, а вы видите встречавшийся раньше (рис. 30, 21) тройной график, на котором ламповая характеристика (динамическая) совмещена с графиками напряжения U_c и тока I_а. На графиках показан случай, когда амплитуда переменного входного напряжения U_{вх (ампл)} равна постоянному отрицательному смещению на сетке. Ну, а что будет, если в погоне за большим переменным током увеличивать напряжение входного сигнала? Графики для этого случая показаны на рис. 53, 3, б. Присмотритесь к этим графикам и вы увидите, что результаты увеличения U_вх оказались весьма печальными — форма графика тока сильно искажена. За счет захода в положительную область напряжений на сетке срезаны верхушки на графике тока (интервалы 1–2 и 5–6). Как только на сетке появляется «плюс», она перехватывает часть электронов и ток I_с резко уменьшает входное сопротивление лампы.

Рис. 53, 3