1.11. Схема с заземленной сеткой

Cхема с заземленным – общим - катодом (ОК), входная и выходная цепи лампы связаны проходной емкостью лампы Саg, которая у генераторных триодов достигает десятков и сотен пФ (в зависимости от мощности лампы). Наиболее опасным проявлением этой связи является обратная реакция напряжения в анодной цепи на цепь сетки: из-за емкости Саg на управляющей сетке появляется напряжение обратной реакции, DUg, которое тем больше, чем больше эта емкость и чем выше рабочая частота. Если это напряжение совпадает по фазе с создаваемым возбудителем напряжением возбуждения Ug, то при достаточно сильной обратной связи возможно паразитное самовозбуждение. В 1929г. М.А. Бонч-Бруевичем была предложена схема генератора с заземленной общей - сеткой (ОС). В этой схеме нагрузка генератора - анодный контур - включена между анодом и заземленной управляющей сеткой, поэтому входная и выходная цепи генераторной лампы связаны не емкостью Саg, как в схеме с ОК, а выходной емкостью лампы Сак, которая в десятки раз меньше емкости Саg. Особенности этой схемы можно уяснить из рис.1.30а. Независимо от того, какой из электродов генераторной лампы заземлен, фазовые соотношения между переменными напряжениями, действующими на электродах лампы (рис.1.1), не изменяются, т.е. и в схеме с заземленной сеткой переменные напряжения и – напряжения между анодом и катодом лампы и между управляющей сеткой лампы и катодом – противофазны друг другу, поэтому между анодом и управляющей сеткой, т.е. на контуре, действует переменное напряжение , амплитуда которого равна:

Uagm= Uакm + Ugкm , (1.19)

где Uaкm–амплитуда переменного напряжения на лампе (в схеме с ОК она была равна напряжению на контуре Uк), а Ugк=Ugm–амплитуда напряжения возбуждения.

Второй особенностью этой схемы является то, что, как видно из рис.1.30а, через входную цепь лампы протекают и сеточный, и анодный токи, поэтому мощность, отдаваемая в сеточную цепь предыдущим каскадом (возбудителем), равна:

Рвозб= 0,5Ugm(Ia1+Ig1) = 0,5Ig1Ugm + 0,5Ia1U (1.20)

Мощность в нагрузке согласно (1.19):

P~н= 0,5Ia1Uag=0,5Ia1(Uaк+Ugк)= 0,5Ia1Uaк + 0,5Ia1Ugк (1.21)

В выражении (1.20) первое слагаемое представляет собой мщность Рg~, расходуемую на возбуждение лампы, как и в схеме с общим катодом лампы, а первое слагаемое в (1.21) – мощность P~л, развиваемую генераторной лампоей. Второе лагаемое в обеих формулах носит название проходной мощности:

Рпрох=0,5Ia1Ugm. ,

которая поступает от предыдущего каскада в анодный контур, минуя лампу. В связи с этим потери на электродах лампы определяются теми же формулами, что и в схеме с ОК: потери на аноде

Ра= Р0- P~л = ЕаIа0 - 0,5Ia1Uaк ,

а потери на сетке:

Pg= Рg~ - Pg0 = 0,5Ig1Ugm-÷Eg÷Ig0

где Еа и Еg – соответственно напряжение питания анода и напряжение сеточного смещения, Ia1, Ia0, Ig1 и Ig0 – составляющие импульсов анодного и сеточного токов. Электронный КПД генератора h= P~л0.

Эквивалентное сопротивление анодного контура в схеме с ОС равно:

Rэ= = ,

где - эквивалентное сопротивление анодного контура в схеме с ОК. Таким образом, в схеме с ОС величина Rэ несколько больше, чем в схеме с ОК.

Входное сопротивление схемы с ОС:

Rвх=

Согласно (1.4) Ia1= Sср(Ug+DUак), а т.к. проницаемость D мала, то Ia1@ ScрUg.

Тогда:

Rвх@ 1/Sср=ai/S

Из рис.1.6а следует, что входное сопротивление схемы с ОС тем меньше, чем больше угол отсечки анодного тока и ее крутизна. Поскольку анодный ток в несколько раз больше сеточного тока, то и входное сопротивление лампы в схеме с ОС в несколько раз меньше, чем в схеме с ОК. Так как при изменении электронного режима лампы токи анода и сетки меняются в противоположных направлениях, то входное сопротивление схемы с ОС сохраняет относительное постоянство.

Формулы (1.20) и (1.21) можно представить в виде:

Рвозб= 0,5UgmIg1(1 + )=Рg~(1 + ) ( 1.20)

и

P= 0,5Ia1Uaк=0,5Ia1Uaк(1+ )=Р(1+ ) , ( 1.21)

где Рg~ - мощность, расходуемая на возбуждение лампы, а Р~л – мощность, развиваемая лампой. Из этих формул видно, что в схеме с ОС требуемая от возбудителя мощность намного больше, чем в схеме с ОК, при этом мощность в нагрузке здесь незначительно больше, чем в схеме с ОК. Отсюда следует, что коэффициент усиления по мощности лампы в схеме с ОС меньше, чем в схеме с ОК. Расчеты показывают, что наибольший коэффициент усиления по мощности имеет место при угле отсечки анодного тока q=900.

При расчете построенного по схеме с ОС генератора на заданную мощность Рзад от лампы требуется несколько меньшая мощность за счет проходной мощности, поступающей в нагрузку от возбудителя: Р~л@(0,90 - 0,93)Рзад .

Обычно управляющую сетку заземляют по высокой частоте через конденсатор, емкость которого должна быть равна Сg >200Cag. Катод изолируют от земли дросселями Lн (рис.1.30б). Через эти дроссели протекает весь ток накала, Iн, а также ток , эффективное значение этих токов равно:

ωIeff= .

Требуется, чтобы Ieff был больше Ieffнак хотя бы на 5%, т.е. должно выполнятся неравенство ωLн ≤ 2 . Конденсаторы Сн – разделительные, их величина должна быть такой, чтобы ХСн<<Xвх.л., т.е. Сн>>Свх.лампы.

При необходимости схему с ОС можно использовать и в качестве умножителя частоты, при этом анодный контур настраивают на частоту гармоники, а поступающая от возбудителя проходная мощность Рпрох в анодном контуре не выделяется, поскольку он настроен на другую частоту.

Как правило, схему с ОС используют в генераторах, предназначенных для работы в диапазонах коротких и ультракоротких волн, где устойчивость схемы с ОС оказывается недостаточной из-за влияния индуктивности сеточного вывода Lg (рис.1.30в). Из этого рисунка видно, что емкостный ток Iag, создаваемый напряжением на анодном контуре Uк и опережающий это напряжение на 900 (рис.30г), проходит через емкость Cag, являющуюся на УКВ основной частью емкости контура. Этот ток создает на индуктивности сеточного вывода Lg падение напряжения ΔULg=IagωLg, которое опережает ток Iag на 900, оно противоположно напряжению на контуре Uк и, следовательно, совпадает по фазе с напряжением возбуждения генератора Ug. Таким образом, из-за индуктивности сеточного вывода Lg возникает напряжение ΔuLg, которое поддерживает существующие в генераторе колебания, т.е. в схеме имеет место положительная обратная связь между выходом схемы и ее входом (напряжение возбуждения и напряжение на контуре противоположны по фазе относительно земли – при определении фазы напряжения необходимо учитывать относительно какой точки оно отсчитывается). При выполнении условий баланса амплитуд и фаз в схеме с ОС возникнут автоколебания. Для обеспечения устойчивой работы схемы в возможно более широком диапазоне частот необходимо стремиться к тому, чтобы индуктивность Lg и выходная емкость лампы Сак были минимальны. Эти требования принимаются во внимание при конструировании как ламп, так и усилителя в целом. Для уменьшения Сак лампа должна иметь густую сетку. Вывод сетки делается кольцевым, индуктивность которого незначительна.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.