3. Реостатний підсилювальний каскад із загальним катодом

Реостатним підсилювачем (RCпідсилювачем) називається такий підсилювач, у якого навантаженням лампи є активний опір. Реостатний каскад зазвичай виконується на тріод або пентод. Типові схеми реостатних каскадів із загальним катодом (ОК) показано на рис.4. Робота обох схем однакова й у пояснення процесів, які у підсилювачі, можна скористатися кожен із них.

Аналізувати роботу каскаду зручно за допомогою анодно – сіткової (прохідної) характеристики радіолампи. На рис.5 наведено одну таку характеристику IA=f(UC). На малюнку представлені також графіки фізичних процесів у реостатному підсилювачі на тріоді.

Під впливом вхідного напруги відбувається зміна анодного струму, тобто. в анодному ланцюзі лампи утворюється його змінна складова. При активному анодному навантаженні змінна складова а

нодного струму знаходиться у фазі зі змінною напругою на сітці лампи і дорівнює IА = SdUВХ. Тут Sd - крутість прохідної (анодно - сіткової) характеристики лампи. При посиленні коливань середніх частот опір анодного навантаження лампи приблизно дорівнює РА. Змінна напруга на аноді лампи знаходиться у протифазі зі змінною напругою на її сітці. Дійсно, при підвищенні напруги на сітці анодний струм зростає та збільшується падіння напруги на опорі RА. Так як UА = ЕП-IАRА, то напруга U Ападає. Таким чином, зсув фаз між вхідною та вихідною напругою дорівнює 180. Коефіцієнт посилення напруги на середніх частотах дорівнює.

Для того, щоб підсилювач працював без сіткового струму, що вносить нелінійні спотворення, і зменшити постійну складову анодного струму на сітку лампи (щодо катода) подається негативна напруга зміщення так, щоб робоча точка була приблизно насередині прямолінійної ділянки характеристики, як показано на рис.5. Джерелом напруги зміщення може бути батарея або малопотужний випрямляч. На рис.6 показано включення такого джерела до ланцюга сітки. Найбільш поширеним є автоматичне зміщення, як якого використовується невелика частина напруги анодного джерела. Отримання автоматичної напруги усунення показано на рис.4а. В анодний ланцюг між катодом і мінусом анодного джерела ЕПвключається опір RК, званий опір зміщення, або катодним опором. Постійна складова анодного струмуIА створює на опоріRКпадіння напруги ЕСМ=IАRК. Потенціал землі () щодо катода дорівнює IАRК, а потенціал сітки щодо землі дорівнює нулю, оскільки лампа працює без сіткового струму. Тому потенціал сітки щодо катода дорівнює ЕСМ = IАRК. Наприклад, якщо RК = 500Ом і IА = 6мА, то напруга зміщення ЕСМ = 0,06 500 = 3В.

З рис.5 видно, спочатку при збільшенні вхідної напруги анодний струм і напруга вихідного сигналу лінійно збільшуються, тобто. UВИХ пропорційноUВХ. Це відповідає лінійній ділянці амплітудної характеристики (рис.2). При подальшому збільшенні амплітуди вхідного сигналу форма імпульсів анодного струму спочатку спотворюється і надалі обмежується, що пов'язано з нижнім і верхнім загином анодно - характеристики сіткової лампи. На амплітудній характеристиці (рис.2) з'являється відхилення від лінійності та загин. Таким чином, при великих вхідних гармонійних сигналах на вході вихідний сигнал стає не гармонійним, тобто. з'являються нелінійні спотворення.

Як очевидно з рис.3б частотна характеристика реостатного підсилювача має спад нижніх і верхніх частотах. Для пояснення форми АЧХ зручно скористатисяеквівалентними схемами. На рис.7 показана еквівалентна схема всіх частот для змінних струмів і напруг підсилювача, зображеного на рис.4а. На цій схемі радіолампа замінена еквівал

ентним генератором з ЕРСUВХі внутрішнім опоромRi. Тут статичний коефіцієнт посилення лампи, а Ri – її внутрішній опір (вказуються в довіднику). Опір навантаження RА одним висновком з'єднаний з анодом, а іншим – з катодом через велику ємність СІП, підключену паралельно джерелу живлення ЕП. Паралельно R Увімкнена вихідна паразитна ємність лампи анод – катод САК. Вихідна напруга сР Через розділову ємність СР подається на опір навантаження RН. Якщо до виходу першого каскаду підключений другий каскад посилення, то немає опір витоку сітки цього каскаду. Крім того, паралельно RН включена ємність СН. Якщо є другий каскад, це - вхідна ємність цього каскаду. Місткість монтажу СМ(вона є розподіленою) також підключається паралельно RН. Ємності САК, СМі СН є паразитними. Для розуміння процесів, що відбуваються у схемі, необхідно знати порядки величин опорів та ємностей підсилювача. Зазвичай Ri дорівнює кільком десяткам кОм, RА - кільком десяткам або сотням кОм, R Н повинно бути того ж порядку величини, що і R А (або більше). , СН=СВХ3пФ, СМ2пФ.

Н

а нижніх частотах опору паразитних ємностейXСПRАіXСПRН, тому їх можна не враховувати. Еквівалентна схема для нижніх частот наведено на рис.8. Наприклад припустимо, що еквівалентний генератор виробляє ЭДС UVХ=100В. Нехай RА = RiіRНRА. Тоді на опорі R Виділиться напруга U11 = 50В. Ця напруга повинна бути передана на вихідні клеми схеми (точки 2,2) через дільник напруги СРRН. Коефіцієнт передачідільника. Тож. Оскільки, тозалежить від частоти. Приf=0XСР=іUВИХ=0. При цьому вся напруга U11, що дорівнює 50В, падає на конденсаторі СР. При збільшенні частоти опір XСРзменшується,збільшується іUВИХ також збільшується. При якійсь частоті XСР стає рівним RН. Тоді= 0,5 і UВИХ = 25В. При цьому половина напруги U11 = 50В падає на XСРі половина надходить на вихід (UВИХ = U22 = 25В). При подальшому збільшенні частоти втрата напруги на конденсаторі СРзменшується, аUВИХ зростає. На якійсь частоті падіння напруги на СР стає мізерно малим і вся напруга сРапередається на RН без втрат і ВИВИХ = 50В. З цієї частоти починається область середніх частот.

Еквівалентна схема для середніх частот (рис.9), як випливає з наведених вище міркувань, не містить конденсатора СРі паразитних ємностей, так як все ще виконується умова XСПRН.

В еквівалентній схемі рис.9а опору RАіRН можна замінити еквівалентним опором

і отримати нову еквівалентну схему (рис.9б). При RНR А опір РЕ = RА.

Легко бачити, що АЧХ на середніх частотах залежить від частоти, оскільки еквівалентна схема не містить реактивних елементів.

З еквівалентної схеми для середніх частот легко отримати залежність динамічного коефіцієнта посилення каскаду від опору навантаження RЕ. Під дією ЕРСUВХв ланцюга еквівалентний генератор -Ri-REпротікає струм

. Протікаючи по RЭ, цей струм створює у ньому падіння напруги, рівне. Динамічний коефіцієнт посилення. ПриRНRА.

Графік залежності КU=f(RE) наведено на рис.10, З малюнка видно, що динамічний коефіцієнт підсилення КUпри збільшенніRE прагне до статичного коефіцієнта посилення.

П

при подальшому збільшенні частоти опірпаразитних ємностей зменшується і стає порівнянним з RАіRН. Тому еквівалентна схема для верхніх частот містить додатково паразитну ємність СП = САК + СМ + СН (рис.11). В області верхніх частот при збільшенні частоти вплив (шунтуюча дія) СП збільшується і опір навантаження, що дорівнює, зменшується. З рис.10 слід, що динамічний коефіцієнт посилення каскаду і ВИВИХ при цьому зменшуються. Таким чином, АЧХ реостатного каскаду горизонтальна на середніх частотах та має завали на нижніх та верхніх частотах (рис.3б). Граничні частоти реостатного підсилювача на рівні -3дБ дорівнюють:, де Н=СРRН,. З еквівалентної схеми рис.11, випливає, що для збільшення верхньої межі смуги пропускання необхідно зменшувати величину РЕ, тобто РА.

---