9zip.ru Инструкции Резонансные усилители, управляемые напряжением и током

В настоящее время известно, что в зависимости от схемы включения усилительного прибора возможны два вида усилителей с различными способами управления — усилители, управляемые напряжением (УУН) и током (УУТ). Общими для них являются принципы энергетической оценки усиления сигнала реальным усилителем, включенным между источником сигнала с конечным внутренним сопротивлением и сопротивлением нагрузки. Однако способы реализации оптимальных схем с различным характером управления могут существенно отличаться. В этой связи возникает прежде всего необходимость уточнения самого определения УУН и УУТ. Это определение должно распространяться только на схему включения усилительного прибора.

Итак, одни схемы включения усилительного прибора относятся к УУН, другие — к УУТ. Следует отметить, что характер управления той или иной схемой включения усилительного прибора не является функцией, только параметров ее входной цепи. Проиллюстрируем это на частном примере.

Рассмотрим пентод с крутизной характеристики S = 10 ма/в на такой частоте fKр, на которой его входное сопротивление в схеме с общим катодом становится равным 100 ом. Для современных широкополосных пентодов типа 6Ж5П, 6Ж9П и др. эта частота равна примерно 300 Мгц. Такое малое входное сопротивление схемы с общим катодом на УКВ связано с обусловленным инерционностью лампы конвекционным током управляющей сетки. Пусть далее две одинаковые лампы, включенные по схемам с общим катодом и общей сеткой, имеют одинаковое выходное сопротивление, равное 1 ком. Будем рассматривать обе схемы на резонансной частоте усилителей в режиме согласования на входе и на выходе, вследствие чего их приве

денные эквивалентные сопротивления будут чисто активными. Коэффициент полезного действия согласующих резонансных контуров для простоты, не влияющей на общность последующих рассуждений, примем равным единице.

Предположим еще, что обе схемы работают от одинаковых источников сигнала с внутренним сопротивлением Rс=1 ком и нагружены на одинаковые резонансные нагрузки с эквивалентным сопротивлением R'н= 1 ком. Попытаемся сформулировать определение характера управления для каждой из рассматриваемых схем.

Если за формальный признак разделения схем на УУН и УУТ взять простые отношения сопротивлений Rc/Rbx и Rвыx/Rbx, то обе схемы следовало бы отождествить с УУТ, так как в рассматриваемом примере эти отношения больше единицы. С другой стороны, простой подсчет усиления обеих схем свидетельствует о том, что при сформулированных условиях их коэффициенты усиления мощности одинаковы и равны 2,5. Следовательно, с точки зрения учета соотношений абсолютных величин параметров усилителя рассмотренные схемы как четырехполюсники неразличимы. Однако в нашем примере известна внутренняя структура четырехполюсников, которой мы и воспользуемся для расшифровки кажущейся неопределенности. Если учесть особенности каждой схемы, то следует прежде всего обратить внимание на существенно разную природу входного сопротивления схем. Действительно, в первом случае величина входного сопротивления определяется инерционностью лампы и квадратично зависит от частоты, во второй схеме, наоборот, входное сопротивление практически не зависит от частоты и определяется величиной крутизны характеристики лампы.

Известно, что большинство реальных источников сигнала являются весьма маломощными, откуда понятны трудности их использования с усилителями, управляемыми напряжением, с малым входным сопротивлением. Не следует думать, что любую наперед заданную малую мощность управления на входе УУН с малым входным сопротивлением можно получить путем уменьшения UBX, так как пределом этому уменьшению является уровень напряжения шумов усилительного прибора. С этих позиций УУН будет эффективным усилителем до тех пор, пока его входное сопротивление для источника сигнала остается гораздо больше приведенного ко входу сопротивления шумов. Таким образом, для усилителя, управляемого напряжением, наиболее существенны следующие особенности:

1. Необходимость оценки усилительных свойств схемы по напряжению, как этого требует сущность физических процессов (значения токов сигнала в цепях схемы имеют подчиненный характер, хотя при формальной оценке в рассмотренном примере коэффициент усиления напряжения равен коэффициенту усиления тока). Как известно, в теории усилителей оценка усиления схем УУН делается именно по напряжению.

2. Оптимальное схемное построение усилителя должно сводиться к обеспечению посредством увеличения ku на входе каждого усилительного прибора максимального управляющего напряжения. При этом следует отчетливо представлять, что входной ток в реальных усилительных каскадах, управляемых напряжением, органически не связан с самим процессом управления усилителем, напротив, при равенстве этого тока нулю (бесконечно большое входное сопротивление) процесс усиления представлялся бы наиболее совершенным.

Типичными усилителями, управляемыми током, являются схемы включения лампы с общей сеткой и транзистора с общей базой. Тот факт, что потенциальные возможности этих схем полностью не изучены, является следствием тенденций, связанных с успехами более разработанных схем резонансных усилителей на пентодах, однако попытки применить схемные принципы построения УУН к токоуправляемым усилителям часто приводят к неудовлетворительным результатам. Например, ниже будут приведены результаты экспериментального изучения резонансных усилителей и показано, что триод в схеме УУТ на высоких частотах усиливает широкополосный радиосигнал эффективнее, чем пентод в схеме УУН, и что возврат к изучению триодных схем в современных условиях может открыть большие неиспользованные возможности этих приборов.

Итак, для УУТ наиболее существенны следующие признаки, дуальные соответствующим свойствам УУН:

1. Необходимость оценки усилительных свойств схемы по току (значения напряжений сигнала в различных участках схемы имеют подчиненный характер).

2. Оптимальное схемное построение усилителя должно сводиться к обеспечению посредством увеличения kt на входе каждого усилительного прибора максимально возможного управляющего тока.

В противоположность УУН здесь следует отчетливо представлять, что наличие падения напряжения на входном сопротивлении реальных УУТ органически не связано с самим процессом управления, каскадом, напротив, при равенстве нулю падения напряжения на его входных зажимах формально процесс усиления представлялся бы наиболее совершенным. Роль тока и напряжения на входе УУТ можно оценить на примере лампы в схеме с общей сеткой. Поскольку в этой схеме выходной ток (ток анода) по величине равен входному току (току катода), так как ток сетки равен нулю, то отсутствие входного тока означало бы равенство нулю выходного тока. В этом глубокий физический смысл утверждения, что эта схема управляется током. С другой стороны, если бы лампа имела бесконечно большую крутизну характеристики, то ее входное сопротивление в схеме с общей сеткой равнялось бы нулю, вследствие чего отсутствовало бы и входное падение напряжения, но это отнюдь не означало бы, что схема стала неуправляемой, напротив, такая схема была бы идеальным усилителем, управляемым током, — в этом состоит подчиненная роль входного падения напряжения в схемах УУТ. Поскольку в реальных схемах УУТ имеет место падение напряжения на входном сопротивлении, наличие этого падения напряжения следует связывать с несовершенством современных усилителей, управляемых током. Сравнение усилителей, управляемых напряжением и током, позволяет сделать вывод, что их совершенствование должно приводить при равных условиях к росту входного сопротивления для первых и к его уменьшению для вторых.

Таким образом, приведенный анализ схем УУН и УУТ показывает, что никакой набор абсолютных значений параметров эквивалентного четырехполюсника не дает возможности однозначного установления характера управления схемой усилителя. Поэтому приходим к необходимости введения дифференциального условия определения характера управления четырехполюсником. Это условие следует непосредственно из рассмотрения схем, и может быть сформулировано в следующей полуэмпирической форме. Если для эквивалентных УУН и УУТ условие согласования на входе определить коэффициентом ku=ki= =k(RBX, Rc), то знак частной производной dk(RBX, Rc)/dRBX должен однозначно определить характер управления схемой, причем УУН будет соответствовать положительная производная, а УУТ — отрицательная, что еще раз подчеркивает дуальность свойств этих схем. В соответствии с этим определением можно сделать вывод; что методы синтеза оптимальных схем УУН и УУТ должны нести в себе коренные различия и что только в случае весьма несовершенных усилительных приборов (малое входное сопротивление УУН и большое входное сопротивление УУТ как, например, в схеме с общим эмиьтером на всех частотах и в схеме включения пентода с общим катодом на УКВ) способы межкаскадного согласования при построении схем резонансных УУН и УУТ могут совпадать.

Понравилась статья? Алиса Селезнёва говорит: поделись с друзьями!