Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 33

Для расчета была выбрана полоса частот 100—6000 гц при неравномерности частотной характеристики ±6 дб. Все данные приведены для двух напряжений на аноде +180 в и +300 в.

На рис. 37, б приведена весьма упрощенная эквивалентная схема усилительного каскада с трансформаторным выходом. Здесь R_п — сопротивление проводов, L_I — индуктивность первичной обмотки трансформатора, R_a сопротивление нагрузки, пересчитанное в первичную цепь (рис. 30, 12).

рис. 30, 12

Катушка L_pac — это условный элемент, который отображает рассеяние магнитного поля. Чем большая часть магнитного поля первичной обмотки охватывает витки вторичной обмотки, то есть чем сильнее связаны эти катушки общим магнитным полем, тем меньше L_pac.

Рис. 37. Эквивалентные схемы реостатного (а) и трансформаторного (б) усилительных каскадов. Это сравнительно простые электрические цепи, на которых удобно анализировать поведение того или иного каскада на разных частотах.

В трансформаторном каскаде так же, как и в реостатном, к лампе подключен сложный делитель напряжения, одним из элементов которого является полезная нагрузка R_a. Во всех случаях желательно, чтобы сопротивление R_п было как можно меньше по сравнению с R_a. Чем меньше R_п, тем меньшая часть переменного напряжения U_а~, а значит, и мощности на нем теряются.

Индуктивность первичной обмотки L_I шунтирует нагрузку. На высших частотах индуктивное сопротивление обмотки велико (рис. 30, 11), и оно мало влияет на общее сопротивление участка аб. С уменьшением частоты индуктивное сопротивление катушки падает, и она все сильнее шунтирует нагрузку, уменьшает общее сопротивление участка аб, заваливая частотную характеристику на низших частотах. Чтобы предотвратить этот завал, нужно, чтобы индуктивность L_I была достаточно большой, чтобы даже на самых низших частотах ее сопротивление было больше R_a. Обычно L_I  составляет десятки генри. Для получения такой большой индуктивности обмотки выходного трансформатора размещают на стальном сердечнике, и первичная обмотка содержит несколько тысяч витков.

рис. 30, 11

Индуктивность рассеяния L_pаc, наоборот, должна быть как можно меньше. С увеличением частоты на ней теряется все большая часть переменного напряжения U_а~, и из-за этого появляется завал частотной характеристики в области высших частот. При конструировании выходных трансформаторов принимают меры для уменьшения L_pac.

На обеих эквивалентных схемах остался неразобранным лишь один элемент — внутреннее сопротивление лампы R_i. А вместе с тем выбор многих других элементов схемы, и в первую очередь сопротивления анодной нагрузки, в большой степени определяется величиной R_i. В практике приняты следующие ориентировочные нормы: для триодов R_a должно быть в два-три раза больше R_i, для пентодов — в три — пять раз меньше. В выходных каскадах желательно применять лампы с небольшим R_i, так как это улучшает демпфирование громкоговорителя. Именно поэтому в выходных каскадах иногда применяют мощные триоды, внутреннее сопротивление которых значительно меньше, чем у тетродов и пентодов. Правда, и у этих ламп можно заметно понизить величину R_i, применяя интересную схемную «хитрость» — отрицательную обратную связь.

Переменное напряжение на сетке управляет анодным током, и он создает на анодной нагрузке переменную составляющую напряжения. Это нормальная прямая связь сеточной и анодной цепи, связь через электронный поток в направлении сетка — анод. А теперь попробуем создать связь в обратном направлении. Возьмем часть мощности усиленного сигнала (мощной копии) и направим ее из анодной цепи в сеточную (рис. 38, рис. 39, 1). Давайте попытаемся выяснить, к чему это приведет.

Рис. 38. Возвращая некоторую часть выходной мощности усилителя во входную цепь, мы вводим обратную связь. Если сигнал обратной связи содействует входному сигналу, обратная связь положительна, а если противодействует — отрицательна.

рис. 39, 1

На рис. 39, 1, а показан один из способов введения обратной связи. Со специальной обмотки III выходного трансформатора Тр_в напряжение обратной связи U_o.с подается в цепь управляющей сетки. Туда же, как обычно, подается напряжение U_вх — сигнал, поступающий на вход усилителя с предыдущего каскада. Теперь напряжение U_с, действующее на сетке Л₁ складывается из двух напряжений — U_вх и U_o.с. Результат этого сложения прежде всего зависит от фазовых соотношений U_вх и U_o.с.

Если оба напряжения совпадают по фазе, то они действуют согласованно и U_c больше U_o.с (рис. 39, 1, б, в). Такую обратную связь называют положительной. Она фактически повышает усиление каскада, так как «бесплатно» увеличивает входное, а значит, и выходное напряжение.

Если напряжения U_вх и U_o.с действуют в противофазе, то результирующее U_c оказывается меньше U_вх (рис. 39, 1, г, д), а это фактически означает, что усиление каскада уменьшается. Такая обратная связь называется отрицательной.

В обоих случаях для оценки влияния обратной связи вводят коэффициент β (рис. 40), который показывает, какая часть выходного напряжения подается обратно в цепь управляющей сетки (β = U_o.с/U_вых). Чем больше β, тем сильнее, глубже обратная связь, тем в большей степени она повышает (положительная) или понижает (отрицательная) усиление каскада.

Часто вместо коэффициента β указывают другую величину. Она называется «глубина обратной связи» и численно равна 1 + U_o.с/U_c. Чем больше U_o.с по сравнению с U_вх, тем меньше оказывается их разность U_c (отрицательная обратная связь), тем, следовательно, глубже обратная связь. Глубину обратной связи обычно выражают в децибелах. Если сказано, что глубина обратной связи составляет 20 дб, это значит, что U_o.с в девять раз больше U_c, то есть U_вх, поступающее с предыдущего каскада, почти на 90 % скомпенсировано отрицательной обратной связью.

В нашей схеме глубина обратной связи зависит от числа витков обмотки III: чем больше витков в этой обмотке, тем сильнее обратная связь.

В схеме рис. 39, 1, а довольно просто изменить характер обратной связи — положительную превратить в отрицательную, и наоборот. Для этого достаточно поменять местами выводы А и Б обмотки III. Если при заземлении вывода А получается положительная обратная связь, то при заземлении вывода Б она будет отрицательной. Объясняется это очень просто. Напряжение на обмотке III непрерывно меняется. Во время одного полупериода на выводе А действует «плюс», а на выводе Б — «минус». Во время следующего полупериода полярность меняется: на выводе А появляется «минус», на выводе Б — «плюс». В зависимости от того, какой из выводов заземлен, мы подаем на сетку «плюс» либо во время четных полупериодов, либо во время нечетных (это, разумеется, условное разделение). Таким образом, U_o.с оказывается в фазе с напряжением U_вх либо действует против него. Иными словами, меняя местами выводы А и Б, мы сдвигаем фазу напряжения U_o.с на 180° (рис. 39, 1, б, в, г, д).