электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 
Главная / Электронные приборы / Усилители / Электронная лампа как нелинейный элемент

Электронная лампа как нелинейный элемент

Ранее было установлено, что одиночный и связанные контура, электрические фильтры, длинные линии являются линейными электрическими цепями. Они подчиняются закону Ома, их вольт-амперные характеристики прямолинейны, а сопротивление остается неизменным при прохождении по ним тока. Вольт-амперные характеристики электронных ламп, транзисторов, трансформаторов, наоборот, нелинейны. Эти элементы схемы в процессе усиления являются причиной возникновения искажений сигнала.

Поэтому при использовании ламп, транзисторов и трансформаторов в усилительных каскадах во избежание искажений необходимо обеспечить работу этих элементов на участках их характеристик, близких к линейным. Однако при других применениях (генерировании, выпрямлении, детектировании, модуляции и т. д.) форма полезного сигнала на выходе должна отличаться от формы сигнала на входе. Поэтому в таких случаях как раз используются нелинейные свойства соответствующих элементов схемы. Режим работы их подбирается так, чтобы обеспечить желаемую форму (частотный состав) выходного сигнала.

Вольт-амперная характеристика лампы может быть аппроксимирована (представлена приближенно) степенным многочленом следующего вида:

i = Iа.п + au + bu2 + cu3 + du4 + ...,

где a — коэффициент,  учитывающий наклон вольт-амперной характеристики; b, с, d — коэффициенты, зависящие от степени нелинейности характеристики лампы.

Чем больше членов многочлена учитывается, тем точнее будет представлена вольт-амперная характеристика лампы в аналитической форме.

Для определения частотного состава тока на выходе нелинейного элемента надо знать аналитическое уравнение его вольт-амперной характеристики и закон изменения напряжения сигнала на входе данного элемента.

Пусть вольт-амперная характеристика нелинейного элемента определяется уравнением

i = Iа.п + au+ bu2 + cu3,

а на вход поступает синусоидальный сигнал u = Um sin ωt. Тогда

Как видно, в состав тока на выходе нелинейного элемента входят:

  • постоянная составляющая тока  Iа0 = Iа.п + ½ bU2m;
  • составляющая тока с частотой входного сигнала ω;
  • составляющие тока с частотами 2ω; 3ω, которых не было на входе усилителя: Iа2~, Iа3~. Последние являются причиной искажения формы входного сигнала. Такие искажения называются нелинейными. Их оценивают коэффициентом нелинейных искажений

                               (217)

где А1 — амплитуда сигнала на  выходе; А2, А3, A4 — амплитуды  гармонических  составляющих сигнала, появившиеся на выходе нелинейного элемента.

Рассмотрим причины, которые вызывают искажение формы сигнала при усилении его триодом:

  1. Изменение напряжения источника питания. При уменьшении напряжения источника питания динамическая анодно-сеточная характеристика сдвигается вправо и первоначально выбранная рабочая точка из середины линейного участка характеристики сместится на ее нижний изгиб. Если напряжение источника питания возрастет, то рабочая точка сместится ближе к верхнему изгибу характеристики. Форма анодного тока (напряжения на выходе) будет отличаться от формы входного сигнала.
  2. Перегрузка со стороны входа. При подаче слишком большой амплитуды входного сигнала первоначально выбранная рабочая точка при перемещении по динамической характеристике будет выходить за пределы ее линейного участка и форма анодного тока (напряжения на выходе) тоже будет отличаться от формы входного сигнала.
  3. Недокал катода. В этом случае режим насыщения наступает при меньшем напряжении на управляющей сетке, уменьшается и ток насыщения. Рабочая точка оказывается на верхнем загибе характеристики, форма анодного тока (напряжения на выходе) исказится.
  4. Наличие сеточного тока. При положительном полупериоде входного сигнала потенциал сетки может стать положительным и появится сеточный ток. Это приводит к тому, что во время положительного полупериода анодный ток возрастает меньше, чем уменьшается во время отрицательного полупериода, когда нет сеточного тока, т. е. происходит искажение формы входного сигнала.

Для того чтобы триод в режиме усиления работал с наименьшими искажениями, необходимо правильно выбрать и поддерживать постоянным напряжение источника питания, обеспечить нормальное напряжение накала, не перегружать лампу со стороны входа (не подавать слишком больших сигналов) и работать без сеточных токов. Для выполнения последнего условия надо первоначально выбранную рабочую точку сместить в область отрицательных напряжений на сетке — подать на сетку напряжение смещения так, чтобы выполнялось условие Umc ≤ | Ec | , где Ec — напряжение смещения. При выполнении этого условия, во время положительного пол у периода) потенциал управляющей сетки будет отрицательным или, в крайнем случае, нулевым. Электроны на сетку не попадут и сеточный ток не появится.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр