Вибір величини опору резистора у ланцюзі сітки
Вибір величини опору резистора в ланцюзі сітки
На всіх схемах, розглянутих вище, показаний резистор ланцюга сітки лампи, проте величина його опору поки не визначена. Через відсутність сіткового струму, постійний струм через цей резистор також відсутній, але через нього закорочується незначна частина змінного струму від джерела сигналу, викликаючи його витік. Історично склалося, що величина опору цього резистора для попередніх малосигнальних каскадів вибиралася близько 1 МОм, а каскадів посилення потужності дещо менше. Розглянемо докладніше критерії вибору опору цього резистора.
Резистор у ланцюзі сітки утворює дільник напруги разом з вихідним опором попереднього каскаду (джерела сигналу), і, отже, викликає зменшення коефіцієнта посилення, оскільки керуюча змінна напруга, що прикладається між сіткою і катодом лампи, виявляється нижче вихідної напруги попереднього каскаду. Ці втрати зазвичай невеликі, але вони накопичуються при багатокаскадному побудові підсилювача таким чином, що коефіцієнт посилення може бути істотно меншим, ніж прогнозований, якщо ці втрати не брати до уваги. Таким чином, бажано прагнути збільшення опору цього резистора.
Друга причина прагнути збільшувати опір полягає в тому, що велике його значення дозволяє встановлювати розділовий конденсатор між каскадами меншої величини при збереженні необхідної нерівномірності.
АЧХ в області низьких частот (докладніше про вибір розділових конденсаторів див. нижче). Конденсатори з меншою ємністю, як правило, стабільніші.
Нагадаємо, що зовсім відмовитися від встановлення цього резистора не можна, оскільки він забезпечуєнульовий потенціал сітки по постійному струму, проте потрібно прагнути збільшення його опору.
Якщо уважно подивитися специфікацію більшості електронних ламп, неважко помітити, що є обмеження на граничне значення опору ланцюга сітки. Зазвичай дається два граничні значення - одне для катодного зміщення і одне для сіткового зміщення. Значення для сіткового зсуву зазвичай значно відрізняються, відносно випадку катодного автозміщення. Пов'язано це з тим, що при катодному зміщенні номінальна напруга зміщення встановлюється не миттєво (є перехідний процес), тоді як при сіточному зміщенні його величина задається зовнішнім джерелом, і початковий анодний струм встановлюється практично миттєво.
Однак, не можна забувати і про те, що через сітковий резистор протікає не тільки частина змінного струму від попереднього каскаду, але і невеликий струм витоку самої сітки, що існує навіть за відсутності струму. У цього явища є дві причини. По-перше, завжди буває невелике технологічне забруднення сітки оксидним покриттям, що використовується для формування емісійної поверхні катода, що викликає незначну емісію електронів із поверхні сітки. Другою, більш істотною причиною є наявність так званого струму іонного розряду. Розглянемо докладніше це.
Струм іонного розряду завжди має місце, тому що в електронній лампі завжди є залишковий газ (ідеальний вакуум забезпечити неможливо). Молекули залишкового газу перебувають у постійному хаотичному русі, званому броунівським рухом, що визначає рівномірний розподіл окремих молекул газу всередині об'єму балона електронної лампи. Таким чином, досить велика ймовірність знаходження окремихмолекул газу по дорозі руху електронів від катода до анода лампи. Спочатку молекули газу є електрично нейтральними, тобто не заряджені. Коли великий швидкості відбувається удар електрона по молекулі газу, його велика кінетична енергія призводить до вибивання електронів із зовнішньої орбіти молекули газу. Електрони, що відірвалися від молекули, продовжують свій шлях до анода разом з основними, а молекули газу, тепер позитивно заряджені (тому що вони втратили електрони), відштовхуються анодом і рухаються зустрічно у напрямку до сітки/катода. Коли заряджена молекула, звана іоном, ударяється об сітку, відбувається нейтралізація цих зарядів, унаслідок чого виникає невеликий сітковий струм витоку, також званий іонним струмом.
Струм витікання сітки викликає деяке падіння напруги на сіточному резисторі, а отже, сітка знаходиться під позитивним потенціалом. Ця позитивна напруга тим більша, чим більший опір сіткового резистора. Воно віднімається з напруги сіткового зміщенняVск, і струм анода наростає. Збільшення струму анода піднімає внутрішню температуру електронної лампи, звільняючи ще більше залишкового газу гарячих елементів конструкції, ще більше збільшуючи іонний струм. При цьомуVск знижується далі, катод емітує більше електронів, і процес стає самонаростаючим до тих пір, поки не настане насичення, або електронна лампа не зруйнується. Статистично, при збільшенні потоку електронів з катодом на анод, між електронами і молекулами газу ставати більше випадкових зіткнень, і з цієї причини позитивний іонний струм сітки збільшується зі струмом анода. Таким чином, вибирати опір сіткового резистора дуже великим не можна, інакше падіння напруги на ньому за рахунок іонного струму станеістотним з погляду зміни напруги зміщенняVск, що може призвести до тих незворотних процесів, про які щойно йшлося.
З точки зору розглянутої проблеми, слід зауважити, що при використанні катодного автозміщення, негативний зворотний зв'язок по постійному струму, створювана катодним резисторам, не дозволяє анодному струму наростати, оскільки чим більше анодний струм, тим більша величина напруги, що замикає, падає на катодному резистори.
Мал. 3.10 Граничне значення опору в ланцюзі сітки (за даними компанії Міллард)
ЗнаючиRK(діюче) і крутість лампи gm, звернімося до графіка, розробленого названою фірмою, щоб знайти коефіцієнт, на який слід помножити значення максимального встановленого специфікацією лампи опору витоку сітки (рис. 3.10).
Інтерполяція кривих передбачає, що у конкретних схемах може використовуватися опір витоку сітки вчетверо більше, ніж максимально встановлений опір витоку сітки (2,2 МОм) = 8,8 МОм.
Тим не менш, на практиці іноді встановлюють навіть більші опори витоку сітки в деяких конструкціях.
Вихідний розділовий конденсатор запобігає короткому замиканню джерела ВН на навантаження (наступний каскад посилення). Він є вихідним для даного каскаду, а також вхідним для наступного, оберігаючи як джерело ВН, так і вхідні ланцюги наступного каскаду.
Насамперед, слід зазначити, що цей конденсатор повинен витримувати анодне напруження, додане до нього. Однак робочу напругу цього конденсатора слід вибирати із запасом. Сучасні підсилювачі часто збудовані з використанням напівпровідникових кремнієвих випрямлячів ВН. Це означає, що в момент включення,катоди електронних ламп холодні, що є причиною нульового струму анода. Так як напівпровідниковий джерело ВН прогріву не потребує, практично миттєво видає максимальну напругу і при цьому виявляється без навантаження, напруга на анодах ламп наростає до максимально можливого значення ВН, і саме ця напруга буде додана безпосередньо до висновків розділових конденсаторів. Якщо при цьому розділові конденсатори будуть пробиті, то електронні лампи починають перегріватися, оскільки велика позитивна напруга, будучи поданою на їх сітки, викликає анодний струм, що перевищує номінальний у десятки разів. Електронні лампи при цьому просто руйнуються.
Використання конденсаторів, розрахованих на більш високу напругу, може бути дорожчим, але придбання дорожчих конденсаторів завжди дешевше, ніж необхідність заміни електронних ламп (або гучномовців).
В принципі, завжди є можливість знизити вимоги до робочої напруги розділових конденсаторів, - це виключити подачу ВН до повного прогрівання ниток запалення ламп. Таким чином, необхідна затримка включення напівпровідникового випрямляча ВН, або застосування лампового, оскільки нитки напруження вакуумних діодів (кенотронів) прогріваються досить довго. Більше того, на нитки розжарення малопотужних ламп (каскадів попереднього посилення) накальна напруга найчастіше подається відразу після включення шнура живлення підсилювача в мережу, незалежно від положення вимикача живлення.