Схемы питания анодной и сеточных цепей усилителя

В усилителях обычно используют схему последовательного питания анода, т. е. лампу и нагрузку подключают последовательно к источнику питания (рис. 133, а).

Для того чтобы переменная составляющая анодного тока не проходила через источник анодного питания Е_а и не создавала на его внутреннем сопротивлении переменного падения напряжения с частотой сигнала, источник анодного питания шунтируют емкостью С_ф. Сопротивление ее для переменной составляющей анодного тока сигнала на самой нижней частоте должно быть много меньше внутреннего сопротивления источника питания.

А так как последнее не превышает нескольких сотен ом, то емкость конденсатора Rф пришлось бы выбирать весьма большой (порядка нескольких сотен микрофарад). Рис. 133. Схемы питания анодных цепей усилителя: а — последовательная; б — параллельная.

Подключение сопротивления R_ф последовательно с источником питания как бы увеличивает его внутреннее сопротивление и тем самым позволяет использовать в схеме конденсатор С_ф значительно меньшей емкости.

В многокаскадных усилителях аноды ламп обычно питаются через сопротивления нагрузки от общего источника анодного питания. При этом цепочка R_ф, С_ф образует развязывающий фильтр. Он исключает возможность появления в усилителе межкаскадной связи, которая часто приводит к его самовозбуждению, т. е. к возникновению незатухающего колебательного процесса даже при отсутствии входного сигнала.

В усилителях, работающих на одной частоте или в узком диапазоне частот, целесообразно активное сопротивление R_ф заменить дросселем, так как на нем не будет падения напряжения источника анодного питания, а для переменной составляющей анодного тока величина сопротивления дросселя может оказаться не меньшей, чем сопротивление R_ф.

Недостатком рассмотренной схемы питания анодной цепи является наличие значительного падения напряжения источника анодного питания на активном сопротивлении нагрузки (если последнее высокоомно) и наличие на элементах нагрузки, например на обкладках конденсатора контура, высокого постоянного напряжения источника питания.

От указанных недостатков свободна схема, в которой источник питания, лампа и нагрузка включены параллельно — так называемая схема с параллельным питанием анодной цепи лампы (рис. 133, б). В этой схеме пути постоянной составляющей I_а0 и переменных составляющих анодного тока I_а~, I_а1~, I_а3~ и т. д. — разделены. Переменные составляющие протекают через лампу и сопротивление нагрузки Z_н, выделяя на ней колебательную мощность или напряжение. Постоянная составляющая протекает через источник питания и лампу. Такое прохождение токов обеспечивают вспомогательные элементы: разделительное сопротивление Z_р, представляющее большое сопротивление переменным составляющим анодного тока и малое сопротивление для постоянной составляющей анодного тока, и разделительный конденсатор С_р, представляющий малое сопротивление для переменных составляющих анодного тока и бесконечно большое сопротивление для его постоянной составляющей.

В усилителях, работающих с малыми значениями постоянной составляющей анодного тока, в качестве сопротивления используют активное сопротивление R_р; в усилителях, работающих на высоких частотах в узком диапазоне частот и с большими постоянными токами, удобнее в качестве сопротивления Z_р использовать дроссель (L_р). Так как, несмотря на наличие в схеме разделительного сопротивления Z_р, не исключена возможность проникновения в цепь источника питания Е_а переменных составляющих анодного тока, то последний заблокирован конденсатором С_бл,  через который замыкаются переменные составляющие.

Нетрудно показать, что Z_р и Z_н относительно частоты входного сигнала подсоединены параллельно (конденсаторы С_р и С_бл представляют в первом приближении короткое замыкание). Поэтому если нагрузкой является настроенный контур, а в качестве разделительного сопротивления используется дроссель L_р, то во избежание значительной расстройки контура при подключении его к схеме величина L_р должна быть много больше индуктивности   контура L'_к.

Действительно, величина L'_к при подключенном дросселе равна

Если L_р ≈ (10÷20) L_к, то можно считать, что L'_к≈ L_к. Выбирать L_р >> L_к не следует, так как с увеличением L_р будет увеличиваться распределенная емкость дросселя, которая, будучи подключенной параллельно дросселю, а стало быть и контуру, вызовет дополнительную расстройку последнего.

Если заградительным элементом служит активное сопротивление R_р, то оно будет вносить в контур дополнительные потери ∆r_вн = ρ2/R_П, что приведет к ухудшению добротности контура (к расширению полосы пропускания) и уменьшению сопротивления контура при резонансе:

Выше было установлено, что на управляющую сетку, кроме переменного напряжения сигнала, необходимо подавать напряжение смещения. Это может быть осуществлено от отдельного постороннего источника тока, как показано на рис. 134, а, но в маломощных усилителях обычно используют автоматическое смещение.

Одна из наиболее распространенных схем автоматического смещения за счет сеточного тока лампы показана на рис. 134, б. В цепи управляющей сетки работающей усилительной лампы возникает сеточный ток.

Постоянная составляющая его создает на сопротивлении R_с падение напряжения U = I_с0·R_с, которое численно равно напряжению смещения.

Переменные составляющие сеточного тока замыкаются через блокировочный конденсатор Сбл, что обеспечивает постоянство напряжения смещения. Рис. 134. Схема подачи смещения на управляющую сетку.

В маломощных усилителях не удается получить значительное напряжение смещения за счет сеточного тока, так как сеточные токи малы, а сопротивление смещения не превышает 1—2 Мом.

Более широко применяется схема смещения за счет суммарного тока лампы (рис. 134, в). В цепь катода лампы включают сопротивление R_к, на котором образуется напряжение смещения; сопротивление R_к блокируют конденсатором С_к с такой величиной емкости, чтобы для сигнала самой низкой частоты сопротивление конденсатора было много меньше R_к. Тогда напряжение смещения будет постоянным, так как переменные составляющие анодного и сеточных токов лампы не будут проходить через сопротивление R_к.

Следует иметь в виду, что при использовании для целей усиления сигнала многосеточных ламп напряжение на экранирующей сетке составляет примерно половину или две трети напряжения на аноде.

На рис. 135 приведены две схемы питания экранирующей сетки. На первой схеме (рис. 135, а) оно осуществляется через гасящее сопротивление R, на котором гасится часть напряжения источника питания. Рис. 135. Схемы питания экранирующей сетки.

Напряжение на экранирующей сетке определяется выражением

Е_с2=Е_а - I_{с2 0}R,                      (226)

где I_{с2 0} — постоянная составляющая тока экранирующей сетки.

При наличии входного сигнала в цепи экранирующей сетки, помимо постоянной составляющей, появляется переменная составляющая тока этой сетки I_с2~. Для того чтобы она не проходила по гасящему сопротивлению, т. е. для того, чтобы сохранить постоянным напряжение на экранирующей сетке, между ней и катодом включают блокировочный конденсатор С_бл  большой емкости.

В импульсных и мощных усилителях находит применение схема питания экранирующей сетки через делитель напряжения R₁ — R₂ (рис. 135, б). Такой способ питания менее выгоден с энергетической точки зрения, но зато обеспечивает постоянство напряжения E_с2 при быстрых изменениях  входного сигнала.

Защитная сетка обычно соединяется с катодом, т. е. имеет нулевой потенциал. Иногда в схемах мощных усилителей на нее подают небольшое положительное напряжение для получения большего усиления.