Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 42

Рис. 53, 3

Кроме того, анодный ток искажен и в области его минимальных значений. Отрицательное напряжение на сетке «перестаралось» — оно зашло слишком далеко, в ту область, где лампа оказывается запертой и анодного тока вообще нет. Из-за этого происходит так называемая отсечка анодного тока — напряжение на управляющей сетке меняется, а анодный ток равен нулю (интервал 3–4). Из графиков ясно видно, что во избежание искажений амплитуда переменной составляющей анодного тока I_{а~(ампл)} не должна превышать постоянной составляющей I_ао, а для этого напряжение на сетке U_c не должно заходить ни в положительную область, ни в область, соответствующую запиранию лампы. Если ввести коэффициент использования анодного тока γ (рис. 53, 5, в), то можно сказать, что неискаженное усиление возможно тогда, когда у не превышает единицы. Работа усилителя при этих условиях называется классом усиления А.

Максимальная неискаженная мощность, которую можно получить в классе А, соответствует коэффициентам ζ = 1 и γ = 1, то есть U_{н (ампл)} = U_а0 и I_{а~(ампл)} = I_а0. Таким образом, амплитуда наибольшей выходной мощности P_{вых (ампл)} равна мощности Р_а0, потребляемой в анодной цепи от выпрямителя. Не забудьте, что здесь речь идет об амплитуде выходной мощности, а ее эффективное значение будет в два раза меньше (рис. 30, 9). Иными словами, эффективная выходная мощность P_вых  не превышает половины потребляемой мощности Р_а0. Это значит, что максимально возможный к. п. д. анодной цепи в классе А не превышает 50 %. Практически к.п.д. для этого класса усиления составляет 20–30 %.

рис. 30, 9

Сейчас вам предстоит стать свидетелями того, как будет найден выход из, казалось бы, безвыходного положения. Мы познакомимся со схемами усиления, в которых к. п. д. анодной цепи выше и даже значительно выше, чем 50 %. При этом мы пойдем по только что забракованному пути повышения мощности Р_вых — будем увеличивать переменную составляющую анодного тока. Как и раньше, этот путь приведет нас к недопустимым нелинейным искажениям. Но для схем, о которых пойдет речь, — это не слишком большое зло. Искажая форму анодного тока, они (чудеса, да и только!) дают на выходе неискаженный сигнал. Правда, это относится не ко всем искажениям, а лишь к некоторым их видам. Вот почему прежде, чем рассматривать «чудесные» схемы, нам целесообразно подробнее познакомиться с самим механизмом искажений.

На рис. 53 и 54 показаны тройные графики основных режимов работы усилителя, основных классов усиления. Переход из одного класса в другой можно осуществить, изменяя напряжение входного сигнала и отрицательное смещение на сетку.

График рис. 53, 3, а относится к классу А, для которого характерны низкий к. п. д. и малые искажения.

Класс усиления АВ (рис. 54, 55 и 56, 1, б, в) характеризуется отсечкой анодного тока.

В отличие от класса А, рабочую точку (начальное отрицательное смещение U_cм) выбирают не в середине прямолинейного участка ламповой характеристики, а сдвигают ее влево — в сторону больших отрицательных напряжений. Проще говоря, отрицательное смещение U_cм в классе АВ больше, чем в классе А (рис. 55).

Рис. 55. Изменяя уровень входного сигнала (U_вх) и постоянное смещение на сетку (U_см), можно менять режим усилителя, переводить его из одного класса усиления в другой.

Одновременно со смещением увеличивают напряжение входного сигнала. В результате всего этого и появляется отсечка — какую-то часть периода лампа заперта и анодный ток равен нулю. При переходе в класс АВ мы дважды выигрываем в борьбе за к. п. д. Во-первых, растет переменная составляющая анодного тока I_а~, а во-вторых, уменьшается его постоянная составляющая I_а0. Происходит это потому, что под действием большого смещения U_cм уменьшается постоянный ток при отсутствии сигнала — ток покоя I_пок. Постоянная составляющая I_а0 в классе АВ несколько больше, чем I_пок, но все же она меньше, чем в классе А.

Теперь, не меняя смещения U_cм, будем увеличивать переменное напряжение на сетке U_вх. После того как амплитуда U_вх превысит U_cм, на сетке в некоторые моменты времени будет появляться «плюс», а вместе с ним и небольшие импульсы сеточного тока I_с. Это уже будет класс АВ₂. Индекс «2» как раз и говорит о том, что каскад работает с сеточным током. Индекс «1» (A₁ и AB₁) соответствует классам усиления, при которых каскад работает без сеточных токов.

Индекс «1» часто не пишут, и поэтому, если вы встретите запись «класс А» или «класс АВ», знайте, что это относится к классам усиления A₁ и AB₁. Если же каскад работает с сеточными токами, то индекс «2» пишут обязательно.

Рис. 54, 2

Класс АВ — понятие весьма расплывчатое. Ему может соответствовать и очень большая и очень небольшая по длительности отсечка анодного тока, а значит, большие и малые нелинейные искажения. Согласитесь сами, что одно дело, когда напряжение на сетке запирает лампу ненадолго, ну, скажем, на сотую долю периода, и совсем другое дело, когда лампа заперта чуть ли ни на целую половину периода. Поэтому в ряде случаев недостаточно указать, что каскад работает в классе АВ (иногда говорят: в режиме АВ или даже в режиме класса АВ), а нужно добавить, что анодный ток существует такую-то часть периода.

В теории усилителей для оценки времени существования тока применяют особую меру — угол отсечки θ (рис. 55, 56). Этот угол, как и угол сдвига фаз, измеряется в градусах (единица времени) и соответствует половине времени существования анодного тока. Так, например, если в результате отсечки ток существует лишь 3/4 периода, то угол отсечки равен 135° (время существования тока 270°). Для класса А, где никакой отсечки вообще нет, угол θ равен 180° (время существования тока 360°, то есть весь период). Ясно, что с уменьшением угла отсечки θ импульсы анодного тока становятся все более кратковременными, а паузы между ними растут, то есть резко возрастают искажения формы сигнала (ничего не поделаешь — знали, на что шли!). Одновременно с этим уменьшается I_а0 и повышается к. п. д.

Увеличивая угол отсечки, можно дойти до того, что анодный ток будет существовать лишь половину периода (θ = 90°). Такой режим усиления выделяют особо и называют классом В (рис. 54, 55 и 56, 1, г). Теперь вам, очевидно, понятно и название класса АВ — оно говорит о том, что этот класс является промежуточным между классом А (время существования тока 360°, то есть угол отсечки 180°) и классом В (время существования тока 180°, то есть угол отсечки 90°). Класс В₂ — это тот же класс B₁, но в случае, когда каскад работает с сеточными токами. Реальный к. п. д. анодной цепи в классе В достигает 70 % (в два раза больше, чем в классе А).