Ламповые электронные усилители

Принцип действия этих усилителей основан на электронной эмиссии. Под электронной эмиссией понимают физическое явление испускания электронов твердыми телами при внешнем энергетическом воздействии. Так, при нагревании вольфрамовой проволоки до 2000 °С с ее поверхности будут вырываться электроны, которые образуют электронное облако. Сам электрон представляет собой отрицательно заряженную элементарную частицу.

Трехэлектродная лампа — триод представляет собой вакуумную стеклянную или металлическую колбу с тремя электродами: A—анод, К — катод, С —сетка (рис. 3.2, а). Если

Рис. 3.2. Схемы электронных ламп и усилителя

к катоду и аноду приложить соответственно отрицательный и положительный потенциал, то электроны от катода начнут перемещаться на анод, замыкая электрическую цепь. Управление этими электронами производится сеткой лампы. Если сетка лампы будет иметь отрицательный потенциал относительно катода, то она будет отталкивать электроны катода и лампа будет заперта. Если на сетку подать положительный потенциал, то лампа откроется и в анодной цепи появится ток.

За условные параметры лампы в статическом режиме работы принимаются:

1. Крутизна характеристики лампы:

где Δί₃ — приращение анодного тока; AU_C — приращение напряжения на сетке.

Крутизна для большинства триодов составляет 5 = 2... 10 мА/В;

2. Статический коэффициент усиления:

где Δ U _a — приращение анодного напряжения. У триодов μ = = 20... 100.

3. Внутреннее сопротивление переменному току:

R_i = Δ U_a/ Δ i_a.

Для большинства типов триодов R _i = 0,5...10 кОм. Указанные параметры лампы связаны между собой уравнением

μ = SR_i.

При работе лампы на высоких частотах становится заметным влияние межэлектронных емкостей: сетка — катод (входная емкость), анод — катод (выходная емкость), сетка — анод (проходная емкость). Наличие этих емкостей приводит к паразитной связи цепи сетки и цепи анода, вызывающих самовозбуждение лампового усилителя. Наибольшее влияние оказывает проходная емкость. Поэтому при совершенствовании ламп было уделено главное внимание на уменьшение этой емкости. Для этого в лампу между управляющей сеткой и анодом введена вторая сетка С₂ (рис. 3.2, б) —экранирующая, на которую подают положительное (относительно катода) постоянное напряжение. Этот положительный потенциал ускоряет движение электронов и экранирует управляющую сетку от влияния переменной составляющей поля анода. Лампу с экранирующей сеткой называют тетродом.

Основным недостатком тетрода является некоторый спад анодного тока. Это явление объясняется тем, что электроны получают дополнительную энергию от экранирующей сетки и выбивают вторичные электроны с поверхности анода. Эти электроны движутся к экранирующей сетке, анодный ток при этом уменьшается. Такое явление называется динатронным эффектом.

Для предотвращения динатронного эффекта между анодом и экранирующей сеткой С₂ необходимо создать потенциальный минимум (отрицательный потенциал по отношению к аноду). Тогда вторичные электроны будут отталкиваться обратно к аноду. Для этого устанавливают третью защитную сетку С₃ (рис. 3.2, в). Такую лампу с пятью электродами называют пентодом.

На этих лампах собираются различные электронные усилители. Простейший однокаскадный усилитель показан на рис. 3.2, г. На этой схеме сопротивление нагрузки R_H последовательно включается в анодную цепь. В цепи сетки действует два напряжения: постоянное сеточное смещение U_c и напряжение управляющего сигнала U_BX. Сопротивление r_вх служит для того, чтобы электроны, случайно попавшие в сетку, могли стекать с нее в цепь источника питания. С другой стороны, это

Рис. 3.3. Схема фотоэлектронного релейного усилителя

есть входное сопротивление усилителя. Сопротивление r _у служит для ограничения сеточных токов. Работа усилителя сводится к следующему: при отсутствии сигнала управления (U_ΒΧ = 0) лампа заперта отрицательным сеточным напряжением смещения. При подаче управляющего сигнала на сетку лампа открывается, в анодной цепи появится ток, величина которого определяется потоком электронов. Чем больше электронов попадает на анод, тем больше анодный ток. Количество движущихся электронов к аноду определяется потенциалом сетки, т. е. величиной сигнала управления.

Для увеличения коэффициента усиления из таких ламп собирают многокаскадные усилители.

Режим работы этого однокаскадного усилителя определяется потенциалом (вернее, напряжением смещения) управляющей сетки.

Расчет необходимого сеточного смещения электронной лампы производится по формуле

где I _а — ток в цепи анода, мА; S — крутизна характеристики лампы, мА/В.

Для обеспечения этого напряжения смещения относительно катода вводят сопротивление смещения R_c (рис. 3.3), которое для данного случая определяется по формуле

где I_Ф — величина фототока.

Величина фототока определяется по уравнению

где k' — чувствительность фотоэлемента VL₁; Ф — величина светового потока (управляющий сигнал). Коэффициент усиления составит

Эта схема (см. рис. 3.3) обеспечивает две ступени усиления. Первая ступень усиления это электронная лампа VL₁, а вторая

ступень усиления — реле К с контактами К. Следует также отметить, что данная схема усилителя имеет релейную характеристику выходного сигнала управления (цепь включается и выключается замыкающим контактом К).

Усилители на электронных лампах имеют очень высокую чувствительность, высокий коэффициент усиления. Практически они безынерционны. К основным недостаткам следует отнести ограниченный срок службы и сравнительно небольшую выходную мощность.

Дата добавления: 2015-08-27