Когда «эффект конденсатора» становится преобладающим
Л. – Превосходно! Теперь представь себе, что произойдет в анодной нагрузке нашей лампы (рис. 39) на частотах выше той, которой соответствует потеря усиления в 3 дб. Ток, который проходит по С (т. е. по паразитной емкости, шунтирующей резистор R2 ). больше тока, проходящего по резистору R2 . Основное влияние начинает оказывать ток Iс ; отношение IR /Iполн быстро снижается, это же происходит и с усилением.
Рис. 39. Полный ток, протекающий R через и С , поступает на лампу. (Здесь показано условно принятое направление движения тока.)
Можно, например, сказать, что на частоте 1 Мгц, когда реактивное сопротивление С в 10 раз меньше сопротивления R2 , анодная нагрузка лампы состоит только из С ; следовательно, усиление может упасть в 10 раз (на самом деле падение усиления несколько меньше и коэффициент 10 справедлив для пентода, внутреннее сопротивление которого можно считать бесконечно большим по сравнению с сопротивлением R2 ).
Н. – Значит, конденсатор С начинает серьезно мешать, когда его реактивное сопротивление падает ниже сопротивления R2 ?
Л. – Именно это я пытаюсь заставить тебя сказать уже на протяжении четверти часа. Ну, так что же надлежит сделать, чтобы паразитная емкость не мешала на возможно более высокой частоте?
Н. – Уменьшить С .
Л. – Правильно, но это ты мне уже говорил. Что еще можно сделать?
Н. – Но я ничего не вижу. Может быть уменьшить величину R2 ?
|
|
|
Низкие сопротивления нагрузки
Л. – Наконец‑то!.. Конечно, Незнайкин, нужно уменьшить R2 , чтобы реактивное сопротивление С (которое снижается с увеличением частоты) стало меньше сопротивления R2 на как можно более высокой частоте. Широкополосные усилители обычно рассчитываются на низкое сопротивление анодной нагрузки. В нарисованном тобой усилителе усиление снижается на 3 дб на частоте 100 кгц. А если бы сопротивление нагрузки было не 100 ком, а 1 ком, снижение усиления на 3 дб произошло бы только на частоте 10 Мгц.
Н. – А уменьшив нагрузку до 10 ом, мы расширили бы полосу до 1000 Мгц!
Л. – В принципе ты прав. Но я готов поспорить с тобой на что угодно, что при анодной нагрузке с сопротивлением 10 ом усиление твоей лампы по напряжению будет значительно меньше единицы.
Н. – Какой ужас! Об этом‑то я и не подумал. Но скажи, пожалуйста, ведь и с нагрузкой 1 ком усиление тоже не очень большое?
Полоса и усиление
Л. – Увы! Всякая медаль имеет свою оборотную сторону. Для улучшения дела используют пентоды с большой крутизной, что позволяет и при низком сопротивлении анодной нагрузки получить не такое уже малое усиление. Кроме того, используют известные коррекции, о которых ты уже мне говорил. В частности, можно включить небольшую катушку последовательно анодной нагрузке – параллельная коррекция (рис. 40, а ); можно включить эту катушку последовательно с конденсатором связи – последовательная коррекция (рис. 40, б ) или применить оба вида коррекции – комбинированная коррекция (рис. 40, в ). С помощью этих коррекций, если они хорошо отрегулированы, удается почти удвоить полосу пропускания.
|
|
|
Рис. 40. Высокочастотную коррекцию усилителя можно осуществить с помощью катушки, включенной последовательно с анодной нагрузкой (а – параллельная коррекция), катушки, включенной последовательно с цепочкой связи между двумя каскадами (б – последовательная коррекция), или с помощью двух катушек (в – комбинированная коррекция).
Н. – И до какой частоты можно дойти при использовании всех этих средств?
Л. – Без особого труда удается сделать усилители с верхней границей до 30 или 50 Мгц. Можно еще больше расширить полосу, но для этого требуется особый усилитель, получивший название «усилителя с распределенным усилением»; это своего рода длинная линия с включенной в нее лампой, но о нем мы говорить не будем.
|
|
|
Н. – А можно ли устранить сдвиг фазы в такой широкой полосе частот?
Л. – Это невозможно, да, впрочем, и не нужно. Достаточно, чтобы сдвиг фазы был пропорционален частоте, но это не всегда легко осуществить.
Низкие частоты
Н. – Я догадываюсь, что последует дальше: после рассказа о способах расширения полосы пропускания усилителя в сторону высоких частот вполне логично заняться расширением полосы в сторону низких частот.
Л. – Правильно. Поэтому скажи мне, что ограничивает усиление твоего усилителя на низких частотах.
Н. – Нет ничего легче! Ограничения вносят реактивные сопротивления конденсаторов, особенно конденсаторов С1 и С 2 в твоей схеме на рис. 37. конденсатор С1 вводит отрицательную обратную связь, а С2 плохо связывает два каскада. При желании бороться с этими неприятными явлениями я могу увеличить емкость этих конденсаторов.
Л. – Согласен, но возможности этого пути весьма ограниченны. Емкость конденсатора С1 и так достигает нескольких микрофарад и значительно увеличить ее невозможно, даже если ты доведешь ее до 100 и особенно до 1000 мкф, то неизбежные в таких конденсаторах токи утечки могут влиять на напряжение смещения. Но перейдем к конденсатору С2 ; я не советую тебе превышать 1 мкф, ибо в противном случае он станет слишком громоздким, а это приведет к значительным паразитным емкостям, не говоря уже о неизбежном токе утечки, который может сделать положительной сетку следующей лампы. Как видишь, этот путь не дает хороших результатов. Чтобы конденсатор С 1 не мешал, его лучше вообще убрать.
|
|
|
Изменим смещение
Н. – Как так? Ведь тогда потенциал катода перестанет быть постоянным и лампа не станет усиливать.
Л. – Позволь мне внести поправку: усиление уменьшится, но лампа будет продолжать усиливать. Своими действиями мы ввели напряжение (напряжение катод – корпус, вернее его переменную составляющую), которое вычтется из входного напряжения, т. е. создастся отрицательная обратная связь. А как ты знаешь, отрицательная обратная связь снижает усиление, но одновременно уменьшает искажения и шум, а также дает нам другие выгоды.
Н. – Я высокого мнения о положительных качествах отрицательной обратной связи, но тем не менее очень прискорбно потерять часть усиления, тем более что оно и без того значительно урезано из‑за применения низкоомной анодной нагрузки, позволяющей пропустить высокие частоты.
Л. – Мы можем избежать потерь. Для начала можно соединить катод лампы с корпусом, а отрицательное напряжение смещения подать на сетку лампы…
Н. – И из нашей эпохи прогресса электроники ты возвращаешь меня к первым дням истории радио.
Л. – Незнайкин, эволюция техники знает любопытные примеры возврата к прошлому. Но чтобы как‑то скрасить возникшее грустное впечатление, я познакомлю тебя с современным прибором – диодом Зенера (стабилитроном).
Н. – Раз современный, значит полупроводниковый.
Л. – Твое заключение правильно, хотя и пришел ты к нему совершенно нелогичным путем. Диод Зенера представляет собой плоскостной кремниевый диод, который при подаче положительного напряжения смешения ведет себя, как все диоды из порядочной семьи: он пропускает ток при минимальном падении напряжения на диоде около 0,7 в, которое почти не зависит от проходящего по нему тока. При подаче напряжения смещения обратного знака, т. е. отрицательного, наш новый знакомый запирается, как и все другие диоды, но в отличие от них при достижении обратным напряжением некоторой величины Uз ,именуемой «напряжением Зенера», обратный ток начинает очень быстро возрастать без существенного увеличения напряжения на выводах диода.
Н. – Это своего рода пробой?
Л. – О, нет! Это совсем другое явление: в диоде не возникает никаких повреждений, если только не превысили максимально допустимого относительно большого значения тока. Напряжения Зенера могут заключаться в пределах от 3 до 200 в. При этом наилучшими считаются диоды с напряжением Зенера 8 в.
Н. – Очень занятно, но какое отношение имеет этот полупроводниковый прибор к усилителям?
Л. – Незнайкин, ты просто лишился воображения. Включи такой диод между катодом и корпусом усилителя (рис. 41). Катод будет иметь положительный и почти постоянный потенциал, потому что напряжение на выводах диода Зенера практически не зависит от проходящего по диоду тока, т. е. от анодного тока. У тебя отпадает надобность в конденсаторе, а следовательно, исчезнут и низкочастотные искажения.
Рис. 41. Диод Зенера поддерживает между катодом и корпусом постоянное напряжение U K = |U3 | (напряжение Зенера), которое не зависит от катодного тока. Этот метод катодного смещения пригоден для самых низких частот.
Н. – Вот это здорово! Любопытный пример сотрудничества полупроводниковых приборов и ламп, которые обычно выступают как смертельные враги.
Л. – Нет, Незнайкин, полупроводниковые приборы лампам не враги, и их можно заставить прекрасно работать вместе. А теперь, когда мы полностью устранили неприятности, которые чинил нам конденсатор С1 , можно заняться и конденсатором С2 .
Прямая связь
Н. – Я предполагаю, что мы и его уберем из схемы.
Л. – И ты не ошибся, но необходимо проявить осторожность. Что произойдет, если анод первой лампы соединить непосредственно с сеткой второй лампы?
Н. – Любознайкин, ведь уже давно я предложил это тебе, но ты совершенно справедливо возразил, что слишком положительная сетка следующей лампы притянула бы к себе все электроны.
Л. – Но теперь, когда я сделал катод следующей лампы еще более положительным, чем сетка, этого не случится. Предположим, что анодное напряжение для питания первой лампы равно 100 в, что напряжение на ее аноде 60 в; тогда, если мы хотим иметь напряжение смещения на сетке второй лампы ‑4 в, нам нужно будет подать на ее катод напряжение 64 в.
Н. – А система получилась совсем неглупая! Какова же нижняя граница усиливаемой частоты – я не вижу ничего, что могло бы ее ограничивать?
Л. – Совершенно правильно; нельзя видеть то, чего нет! Предельная частота просто равна нулю. Мы получили усилитель постоянного тока: если на вход подать постоянное напряжение, то и на выходе получим такое же.
Н. – Чудесно. Но я вижу в твоей схеме один серьезный недостаток. Напряжение на катоде второй лампы +64 в, следовательно, напряжение анода значительно выше. А если этот анод соединить с сеткой третьей лампы, положение еще ухудшится…
Связь с помощью батареи
Л. – В этом действительно заключается главный недостаток этой системы, которая применяется только для двух или максимум для трех каскадов. Но что ты скажешь о схеме на рис. 42?
Н. – Любопытно! Более или менее обычная схема, но меня удивляет эта батарея, включенная в цепочку связи между анодом Л1 и сеткой Л2 .
Рис. 42. Батарея с напряжением 64 в позволяет соединить сетку лампы Л2 с анодом Л1 и передавать постоянную составляющую.
Л. – Подумай. Она поддерживает на постоянном уровне разность потенциалов между анодом Л1 и сеткой Л2 ; потенциал сетки всегда –64 в относительно анода Л1 и, следовательно, – 4 в относительно корпуса, когда потенциал анода Л1 относительно корпуса составляет +60 в. Поэтому катод Л2 можно соединить с корпусом.
Н. – Очень хитро. Это прекрасное решение проблемы создания многокаскадных усилителей постоянного тока.
Л. – Но оно далеко не идеальное. Прежде всего скажем, что батареи громоздки, много весят, дорого стоят, образуют с корпусом значительные паразитные емкости, а кроме того, истощаются.
Н. – Однако они ведь не отдают никакого тока.
Л. – О, знаешь ли ты, что иногда между рекламными заявлениями и реальной действительностью – целая пропасть. На каждый каскад требуется батарея и лучше заменить батарею небольшой неоновой лампой. Взгляни на схему рис. 43.
Рис. 43. Неоновая лампа Л3 , поддерживаемая в ионизированном состоянии, подключена через резистор к источнику – Е и играет такую же роль, что и батарея на рис. 42.
Когда по маленькой неоновой лампе Л3 протекает не очень большой ток, на ее выводах поддерживается постоянное напряжение. Сетку лампы Л2 подключают к источнику достаточно высокого отрицательного напряжения через резистор R2 , обладающий довольно большим сопротивлением. Таким образом заставляют ток проходить через лампу Л3 , поддерживая газ в ней в ионизированном состоянии. Этот ток очень мал по сравнению с анодным током лампы Л1 ; неоновая лампа играет роль батареи со схемы на рис. 42. Подобную систему применяют преимущественно в последних каскадах усилителей с прямой связью.
Н. – В принципе твоя неоновая лампа действует как диод Зенера; почему бы не заменить ее одним таким диодом?
Л. – Вообще‑то можно, но в схемах с довольно высокими напряжениями и малыми токами предпочтение следует отдать не диодам Зенера, а неоновым лампам. Однако надо учесть, что они обладают одним недостатком: полученное на выводах лампы Л3 напряжение не совсем постоянно, ибо содержит переменную составляющую (ее называют напряжением «дыхания» или «свиста»); из‑за этой помехи данным способом не следует пользоваться в первых каскадах усилителей с характерными для них низкими напряжениями сигнала.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 230; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!