Как работает радиолампа. Классы усиления

Будем равномерно и непрерывно менять напряжение на сетке, делая его то положительным, то отрицательным. С этой целью подведём к сетке переменное напряжение U_mg1, называемое напряжением возбуждения лампы. График этого напряжения (синусоида) нанесён на вертикальной оси времени t, идущей вниз от нуля. Анодный ток будет пульсировать — периодически увеличиваться и уменьшаться — с частотой, равной частоте напряжения возбуждения. График пульсаций анодного тока, повторяющий по своей форме график напряжения возбуждения, нанесён вдоль горизонтальной оси времени t вправо от характеристики. Чем больше величина U_mg1, тем в бо́льших пределах изменяется анодный ток (сравните U_mg1 и I_ma1 с U_mg2 и I_ma2) (фиг. 24). Точка а на характеристике, соответствующая среднему значению напряжения на сетке и току покоя в анодной цепи, называется рабочей точкой.

Фиг. 24. Переменное напряжение на сетке создаёт пульсирующий анодный ток

Что произойдёт, если в анодную цепь лампы (схема слева) включить сопротивление R_a? Через него будет проходить анодный ток i_a, вследствие чего на нем получится падение напряжения U_Ra, пульсирующее с частотой напряжения возбуждения. Пульсирующее напряжение, как известно, состоит из двух слагаемых: постоянной (в нашем случае U_Ra=) и переменной (U_ma). При правильно выбранной величине R_a переменная слагаемая анодного напряжения U_ma в усилителях напряжения оказывается больше U_mg, т. е. осуществляется усиление переменного напряжения. Отношение U_ma к U_mg называется коэффициентом усиления схемы. Если усиление, производимое одной лампой, недостаточно, то усиленное первой лампой напряжение подают ко второй лампе, а от второй — к третьей и т. д. Так осуществляется каскадное усиление (фиг. 25). На фигуре справа приведены сильно упрощённые схемы трехкаскадных усилителей: наверху — на сопротивлениях, а внизу — на трансформаторах.

Фиг. 25. Как работают усилители

На фиг. 26 показана такая же характеристика лампы, как и на фиг. 24, только без верхнего и нижнего плавных сгибов. Это — идеализированная характеристика. Сравните между собой фиг. 24 и 26 и вы увидите, к чему приводит наличие сгибов на реальной характеристике. Они вызывают искажения в анодной цепи формы кривой усиливаемых колебаний, а эти искажения недопустимы, в особенности, когда они большие. Громкоговоритель, присоединённый к усилителю, работающему с искажениями, воспроизводит хриплые звуки, речь становится неразборчивой, пение — неестественным и т. п. Такие искажения, обусловленные нелинейностью ламповой характеристики, называются нелинейными. Их совершенно не будет, если характеристика строго линейна: здесь график колебаний анодного тока в точности повторяет график колебаний напряжения на сетке.

Фиг. 26. Характеристика лампы, работающей без искажений

Характеристики большинства усилительных ламп в своей средней части прямолинейны. Напрашивается вывод: использовать не всю характеристику лампы вместе со сгибами, а только прямолинейный средний участок её (фиг. 27). Это избавит усиление от нелинейных искажений. Чтобы это осуществить, напряжение на сетке не должно превышать в сторону отрицательных значений -U_g1, а в сторону положительных значений +U_g2. Величина анодного тока при этом будет меняться в суженных пределах: не от i_a = 0 до i_a =i_s (фиг. 23), а от i_a1 до i_a2. В этих пределах ламповая характеристика совершенно линейна, искажений не получится, но зато лампа будет использована не до пределов своих возможностей, её коэффициент полезного действия (к. п .д.) окажется низким. В тех случаях, когда необходимо получить неискажённое усиление, с этим обстоятельством приходится мириться.

Фиг. 27. Как устранить искажения при усилении