Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 43

Наряду с электронной лампой и источником ее питания одним из важнейших элементов усилительного каскада является анодная нагрузка. Именно в нагрузке и выделяется «мощная копия» усиливаемого сигнала.

Как уже отмечалось, в качестве нагрузки может использоваться головной телефон, громкоговоритель, обычное сопротивление, колебательный контур, дроссель (лист 131) и другие элементы. Нагрузка, как правило, включается непосредственно в анодную цепь лампы, и через нее к аноду подводится положительное напряжение. Рассмотрим вкратце работу усилительного каскада, в котором в качестве анодной нагрузки используется обычное сопротивление (лист 132).

Если напряжение на управляющей сетке неизменно, то в анодной цепи лампы протекает постоянный ток — ток покоя. Если же к управляющей сетке подвести усиливаемый сигнал, то анодный ток станет пульсирующим: под действием сигнала, приложенного к сетке, будет изменяться величина анодного тока, однако направление его всегда будет одним и тем же — от анода к катоду. Электроны, конечно, двигаются от катода к аноду, но при рассмотрении схем мы пользуемся условным направлением тока.

Пульсирующий анодный ток содержит постоянную I_а= и переменную I_а~— составляющие, которые в случае необходимости можно разделить с помощью фильтров (лист 124). Основную роль в процессе усиления играет переменная составляющая I_а~ анодного тока, появившаяся под действием усиливаемого сигнала: именно I_а~, проходя по нагрузке, создает «мощную копию» этого сигнала.

На чертеже 11 более подробно показан путь переменяй составляющей анодного тока в усилительном каскаде.

Через лампу и нагрузку переменная составляющая I_а~ проходит вместе с постоянной I_а=, а затем пути их расходятся: переменная составляющая возвращается к лампе через конденсатор фильтра выпрямителя С_ф2 (С₃₄), а постоянная составляющая проходит через повышающую обмотку трансформатора через вентиль и сопротивление фильтра (R_ф, R₁₉). При батарейном питании анодной цепи обе составляющие I_а= и I_а~ проходят через батарею, причем последнюю рекомендуется шунтировать конденсатором большой емкости, чтобы облегчить путь для I_а~.

Переменная составляющая анодного тока I_а~, переходя по анодной нагрузке, создает на ней переменное напряжение и выделяет определенную мощность (лист 133).

Практически можно считать, что напряжение U_выx равно U_н~, так как емкостное сопротивление переходного конденсатора С_с (С₂₈) сравнительно невелико.

Чем больше сопротивление анодной нагрузки R_н, тем больше будет переменное напряжение U_н~,а следовательно, и U_выx. Иными словами: чем больше сопротивление анодной нагрузки, тем больше и усиление каскада (рис. 89).

Рис. 89. Переменная составляющая анодного тока, проходя по сопротивлению анодной нагрузки, создает на нем переменное напряжение — усиленный сигнал. Чем больше сопротивление анодной нагрузки, тем больше и переменное напряжение на нем, тем больше усиление каскада.

Однако беспредельно увеличивать анодную нагрузку нельзя, так как это может привести к появлению сильных искажений сигнала и к уменьшению переменного напряжения.

Одна из причин, ограничивающих увеличение сопротивления нагрузки R_н, связана с тем, что постоянная составляющая анодного тока I_а=, проходя по сопротивлению R_н, создает на нем постоянное падение напряжений. Чем больше ток и чем больше сопротивление R_н, тем большая часть напряжения, поступающего с выпрямителя, теряется на нагрузке и тем, следовательно, меньше постоянное напряжение, действующее между анодом и катодом лампы (анодное напряжение). При очень большом сопротивлении нагрузки анодное напряжение может уменьшиться настолько, что каскад вообще перестанет усиливать (рис. 90).

Рис. 90. На анодной нагрузке теряется часть постоянного анодного напряжения, и поэтому при чрезмерно большом сопротивлении нагрузки напряжение на аноде лампы становится настолько низким, что усиление каскада уменьшается.

Сказанное можно пояснить и иначе. Лампа и нагрузка образуют своеобразный делитель напряжения, подключенный к анодному выпрямителю. Чем больше сопротивление верхней части делителя, то есть сопротивления R_н, тем меньшая часть напряжения остается на участке анод — катод.

Максимально допустимая величина R_н определяется также переменным напряжением, которое действует между анодом и катодом лампы. В некоторые моменты времени полярность переменного напряжения на аноде такова, что оно действует против постоянного напряжения и общее напряжение на аноде очень мало (лист 130). В эти моменты анод плохо «притягивает» электроны, анодный ток резко уменьшается и перестает «подчиняться» управляющему напряжению на сетке. В результате этого форма кривой анодного тока становится не похожей на форму кривой управляющего напряжения, то есть появляются нелинейные искажения.

Для того чтобы не было всех этих неприятных явлений, минимальное напряжение, которое остается на аноде, даже в самом неблагоприятном случае должно составлять не меньше чем 10–30 % постоянного анодного напряжения. Поэтому сопротивление нагрузки нужно выбирать с таким расчетом, чтобы амплитуда переменного напряжения на нагрузке не превышала бы 70–90 % постоянного анодного напряжения.

Для каждого типа лампы имеется некоторая оптимальная (наивыгоднейшая) величина сопротивления анодной нагрузки, которая указывается в числе параметров лампы или определяется расчетным путем. Ориентировочно можно считать, что для триодов оптимальное сопротивление нагрузки должно быть в два-три раза больше, а для пентодов в два — десять раз меньше внутреннего сопротивления лампы R_i (лист 133).

Подбирая анодную нагрузку опытным путем, следует начинать с небольших сопротивлений и увеличивать R_н до тех пор, пока не прекратится рост выходного напряжения или пока не появятся искажения.

Иногда в качестве анодной нагрузки применяют дроссели (лист 131). В этом случае переменное напряжение U_н~ на нагрузке определяется в основном индуктивным сопротивлением x_L дросселя. Сопротивление это легко сделать большим, применяя, например, стальной сердечник. В то же время дроссель обладает сравнительно небольшим сопротивлением для постоянного тока, и падение постоянного напряжения на нем невелико. Поэтому в усилительном каскаде с дросселем в качестве нагрузки почти все напряжение выпрямителя действует на аноде лампы.

Этим же свойством отличается и усилительный каскад, в анодную цепь которого включен трансформатор или колебательный контур. Несмотря на указанное достоинство, дроссель редко применяется в качестве нагрузки в усилителе НЧ, так как он вносит сильные частотные искажения: сопротивление нагрузки x_L, а следовательно, усиление каскада резко меняется с частотой.