Реферат: Усилитель звуковых частот

Под действием входного сигнала рабочая точка смещается в пределах его двойной амплитуды . Большую часть периода напряжения транзистор будет закрыт и только в течение части положительного полупериода сигнала появится ток базы . При этом транзистор откроется и его коллекторный ток вызовет напряжение на резисторе нагрузки , которое и будет усиленным выходным сигналом, существенно отличающимся, но форме от входного.

Для получения выходного сигнала с минимальными нелинейными искажениями следует выбрать такое положение рабочей точки, при котором каждому новому мгновенному значению входного сигнала будет соответствовать новое мгновенное значение выходного. Схема такого каскада усиления и графическое представление его работы показаны на рис. 5, а, 6. Напряжением постоянного смещения . В рабочая точка выводится на середину прямолинейного участка входной характеристикитранзистора. В режиме покоя базовый ток транзистора , а коллекторный , так как среднее значение данного транзистора равно 50.

Коллекторная цепь транзистора состоит издвух участков: промежутка коллектор — эмиттер и резисторанагрузки между которыми напряжение коллекторного источника распределяется следующим образом:

.

Для лучшего использования транзистора напряжение принимают равным. Тогда при коллекторном напряжении . равном 30 В,сопротивление загрузки

.

При подаче на базу транзистора входного сигнала, амплитуда которого ограничена линейным участком входной характеристики (для получения малых нелинейных искажений рабочая точка не должна выходить за пределы этого участка), в цепях базы и коллектора появятся переменные составляющие их токов, соответственно имеющие амплитуды и . При этом амплитуда выходного сигнала, а коэффициент усиления напряжения

.

Таким образом, мы рассмотрели принцип построения каскада усиления.

3. Усилители на лампах

На рис. 6 показана схема простейшего лампового усилителя. Управляемой в нем является анодная цепь, а управляющей — сеточная. При изменении напряжения на сетке лампы пропорционально изменяется анодный ток, который создает на нагрузочном сопротивлении пульсирующее напряжение. Разделительный конденсатор пропускает на выходные клеммы только переменную составляющую анодного напряжения. Подбирая соответствующие величины _, и тип лампы, можно получить на выходных клеммах переменное напряжение, амплитуда которого будет во много раз превышать величину .

Ламповый усилитель усиливает не только напряжение, но и мощность входного сигнала. Для управления анодным током требуется только изменять разность потенциалов между сеткой и катодом. В этом случае в сеточной цепи лампы протекает незначительный ток и входная потребляемая мощность намного меньше, чем полезная мощность, выделяемая в нагрузке.

Важным условием нормальной работы усилителя является строгое соответствие формы выходного и входного сигналов. Анодный ток изменяется пропорционально сеточному напряжению только на прямолинейном участке ламповой характеристики. Чтобы анодный ток изменялся па прямолинейном участке и чтобы эти изменения были наибольшими, начальное значение тока (ток покоя) должно соответствовать середине прямолинейного участка сеточной характеристики (рис. 7, а), Точка А на ламповой характеристике, определяющая значение тока покоя, называется рабочей. Положение рабочей точки определяется величиной постоянного напряжения смещения на сетке — . На рис, 7, а приведен график, иллюстрирующий процесс изменения анодного тока при подаче на вход усилителя переменного синусоидального напряжения с амплитудой . Режим работы электронной лампы, при которой изменение анодного тока происходит в пределах прямолинейной части ламповой характеристики, называется режимом класса А. В режиме А анодный ток протекает в течение всего периода изменения сеточного напряжения. Этот режим характеризуется малой величиной нелинейных искажений, но является неэкономичным (к. п. д. не более 20—30%). Его обычно применяют в предварительных усилителях низкой частоты и в выходных усилителях малой мощности (до 3—4 вm). Для характеристики режимов усиления вводят понятие об угле отсечки. Угол отсечки — это половина той части периода, в течение которой через лампу протекает ток.

При выборе рабочей точки в начале сеточной характеристики, анодный ток протекает в течение половины периода (). Такой режим работы лампы называется режимом В(рис. 7, б). В данном режиме возникают большие нелинейные искажения, но к. п. д. достигает 60—65%.

Промежуточный режим, при котором , называется режимом АВ(рис. 7, в). Режим, при котором угол отсечки , называется режимом С (рис. 7, г). Режимы В, АВ и С применяются в двухтактных усилителях мощности низкой частоты.

К буквам, обозначающим режим, ставятся индексы: 1 — при отсутствии сеточных токов, 2 — при работе с сеточными токами. Например: .

Анодное напряжение лампы усилителя равно разности между напряжением источника и падением напряжения на сопротивлении :

Изменение напряжения на сетке вызывает пропорциональное изменение анодного тока, что в свою очередь вызывает изменение анодного напряжения. С увеличением сеточного напряжения возрастает величина тока , а анодное напряжение уменьшается. Следовательно, сеточное и анодное напряжения изменяются в противофазе и выходной сигнал сдвинут относительно входного по фазе на угол 180°.

Динамическую анодную, или нагрузочную, характеристику усилительной лампы строят следующим образом. На осях координат семейства статическиханодных характеристик обозначаются две точки А и В (рис. 8). Точка А соответствует анодному напряжению при ; точка В — анодному току при

Рис. 8. Построение динамической анодной характеристики.

Прямая линия, соединяющая точки А и В, и будет динамической характеристикой.

Рабочая точка С расположена на статической характеристике, снятой при сеточном напряжении , и соответствует анодному напряжению . Угол наклона динамической характеристики

.

Для количественного анализа усилительных схем часто электронную лампу заменяют эквивалентным генератором.

Генератором напряжения называют такой генератор, у которого величина вырабатываемого напряжения не зависит от потребляемого тока. К реальным генераторам напряжения относятся такие, у которых внутреннее сопротивление намного меньше сопротивления нагрузки.

У идеального источника тока величина потребляемого тока не должна зависеть от сопротивления нагрузки, подключенного к его зажимам. К реальным генераторам тока относятся такие, у которых внутреннее сопротивление намного превышает сопротивление нагрузки. Если источник переменного напряжения с амплитудой включить непосредственно в анодную цепь усилителя (вместо лампы), то возникший переменный ток будет намного меньше, чем действующая величина переменной составляющей анодного тока . Для получения тока с амплитудой необходимо увеличить напряжение источника во столько раз, во сколько изменение сеточного напряжения сильнее влияет на анодный ток, чем изменение анодного напряжения, т. е. в раз. Поэтому источникнапряжения должен вырабатывать э. д. с, равную . Внутреннее сопротивление лампы учитывается включением в эквивалентную схему сопротивления, равного .

На рис. 9 показана эквивалентная схема анодной цепи усилителя (рис. 6), учитывающая действие только переменных составляющих напряжений и токов, поэтому в нее не включен источник постоянного анодного напряжения. В рассматриваемой схеме общим электродом лампы для анодной и сеточной цепей является катод, поэтому она называется схемой усилителя с общим катодом.

Включив источник входного сигнала в разрыв катодного проводника, можно получить схему с общей сеткой (рис. 10, а).