Uczmy
się radiotechniki |
Poznaliśmy w poprzednich artykułach własności
elektryczne triody. Wiemy, że własności triody określone są trzema
parametrami lampowymi, a mianowicie: nachyleniem charakterystyki lampy
S[mA/V]; współczynnikiem amplikacji µ[V/V]; oraz oporem wewnętrznym Ri
[]. Nauczyliśmy się
obliczać powyższe współczynniki z charakterystyk siatkowych lampy względnie
z charakterystyk anodowych. W katalogach lampowych podane są dla każdego
typu lampy jej wielkości charakterystyczne. Należy jednak pamiętać, że
w rubryce "Nachylenie charakterystyki" podana jest zawsze wartość
maksymalna nachylenia, natomiast w rubryce katalogu pt. "Opór wewnętrzny"
podana jest wartość minimalna oporu wewnętrznego lampy Ri. W
normalnych warunkach pracujemy przy mniejszym od podanego w katalogu
nachyleniu charakterystyki i przy większym od podanego oporze wewnętrznym
lampy.
Trzecia odmiana wzmacniacza napięciowego, to wzmacniacz transformatorowy, przedstawiony na rys.3. W obwodzie anodowym lampy zamiast oporu włączone jest pierwotne uzwojenie transformatora małej częstotliwości. Na oporze indukcyjnym tego uzwojenia powstaje wskutek wahań prądu anodowego napięcie zmienne Ua, które zostaje jeszcze wzmocnione przez transformator. Napięcie wyjściowe na uzwojeniu wtórnym transformatora jest kilkakrotnie wyższe od napięcia pierwotnego Ua. Przekładnia transformatorów napięciowych jest rzędu 3 do 5. Przy wzmacniaczu transformatorowym (rys.3) dla oddzielenia zacisków wyjściowych od stałego, wysokiego potencjału anody lampy, nie potrzeba kondensatora Cs, ponieważ sam transformator, posiadając uzwojenie wtórne dobrze izolowane od uzwojenia pierwotnego, spełnia rolę separatora napięcia. Przy wzmacnianiu napięć wielkiej częstotliwości stosowanie układu oporowego nie daje pożądanych rezultatów. W tym przypadku stosuje się zwykle obwód rezonansowy równoległy zamiast oporu anodowego. Układ wzmacniacza rezonansowego wielkiej częstotliwości przedstawia rys.4.
Obwód rezonansowy równoległy zachowuje się tak
samo jak opór rzeczywisty dla prądów zmiennych o częstotliwości równej
częstotliwości rezonansowej obwodu. Dla tej częstotliwości
rezonansowej obwodu wartość oporu rezonansowego jest bardzo duża (dla
fal długich i średnich rzędu 100 tys. omów). Dla innych częstotliwości
większych lub mniejszych od częstotliwości rezonansowej obwodu opór
obwodu jest bardzo mały. W rezultacie otrzymamy wzmocnienie jedynie tej
częstotliwości, na którą nastrojony jest obwód rezonansowy.
Wzmocnienie napięciowe otrzymane w układzie rezonansowym jest więc
selektywne, podczas gdy poprzednie wzmacniacze wzmacniały większe lub
mniejsze pasmo częstotliwości. Po tym krótkim wstępie, który miał dać
pewien obraz stosowanych wzmacniaczy napięciowych możemy przystąpić do
analizy matematycznej wzmacniacza napięciowego. Zadanie, jakie sobie
postawimy do rozwiązania jest następujące: znając typ lampy oraz znając
poszczególne elementy układu wzmacniacza oporowego obliczyć ile razy
napięcie wyjściowe Ua będzie większe od napięcia wejściowego
Us,
czyli jak duże będzie wzmocnienie napięciowe układu? Przez współczynnik
wzmocnienia napięciowego będziemy rozumieli liczbę k, która mówi, ile
razy napięcie wyjściowe Ua jest większe od napięcia
Us, czyli: k=Ua/Us. Ua = -Ja . Rs. Znak minus oznacza, że dodatnia amplituda prądu anodowego Ja powoduje ujemną amplitudę napięcia anodowego Ua. Zamiast małych przyrostów prądu i napięcia, które oznaczyliśmy przez Ja i Ua możemy podstawić amplitudy składowych zmiennych prądu i napięcia: Ja i Ua, pod warunkiem, że amplitudy te są dostatecznie mały w stosunku do wartości stałych prądu i napięcia Jao i Uao. Przy powyższych założeniach równanie różniczkowe prądu anodowego, które wyprowadziliśmy w poprzednim artykule, przybierze postać następującą:
Pamiętajmy, że Ja, Us, i Ua są amplitudami poszczególnych wartości zmiennych. Równanie powyższe możemy zastosować do obliczania prądu anodowego Ja w naszym przypadku układu oporowego. Chcemy obliczyć Ja mając dane napięcie zmienne Us przyłożone do siatki lampy. W obwodzie anodowym lampy włączony jest opór anodowy Ra, przy czym nie ma żadnej obcej siły elektromotorycznej działającej w tym obwodzie. Napięcie anodowe zmienne Ua jest wynikiem przepływu prądu anodowego Ja przez opór Ra, przy czym mamy zależność: Ua = - Ja . Ra. Podstawiając powyższą wartość napięcia anodowego do równania różniczkowego otrzymamy:
Podstawiając jeszcze zamiast S wartość , która wynika z równania wewnętrznego lampy, będziemy mieli:
Mnożąc obie strony równania przez Ri otrzymamy Ja Ri = µ Us - Ja Ra. Stąd już możemy obliczyć prąd anodowy zmienny Ja, dokonując następujących przekształceń
Wartość prądu zmiennego w obwodzie anodowym Ja proporcjonalna jest do napięcia µUs czyli µ-krotnie większego od napięcia siatkowego Us i odwrotnie proporcjonalna do sumy oporów leżących w obwodzie anodowym, czyli do (Ri+Ra). Znając prąd anodowy Ja możemy łatwo obliczyć napięcie Ua, które prąd Ja wywołuje na oporze anodowym Ra: Ua = -Ja . Ra. Podstawiając otrzymaną wartość Ja do powyższego wzoru otrzymamy:
Powyższy wzór na napięcie anodowe zmienne uprości się, jeżeli podzielimy licznik i mianownik przez Ra:
Wobec powyższego otrzymamy współczynnik wzmocnienia napięciowego biorąc stosunek napięcia wzmocnionego Ua do napięcia przyłożonego do lampy Us. stosunek ten powie nam ilokrotnie układ wzmacnia napięcie przyłożone do siatki lampy. Mamy zatem
Jeżeli weźmiemy bezwzględną wartość tego stosunku otrzymamy:
Z ostatniego wzoru wynika, że współczynnik wzmocnienia napięciowego
lampy zależy od współczynnika amplifikacji lampy µ, oraz od stosunku
oporów wewnętrznego i zewnętrznego lampy: (Ri/Ra). Ra >> Ri Jeżeli powyższa nierówność jest spełniona wartość stosunku Ri/Ra jest bardzo małym ułamkiem, który możemy pominąć w rachunkach wobec jedności
W tym przypadku wzmocnienie napięciowe k osiągnie swoją maksymalną wartość, a mianowicie równe będzie współczynnikowi amplifikacji lampy:
Widzimy więc, że współczynnik amplifikacji lampy µ określa maksymalne wzmocnienie napięciowe jakie możemy teoretycznie przy danej lampie uzyskać. Otrzymanie większego wzmocnienia od µ jest niemożliwe. Jednak w celu otrzymania wzmocnienia napięciowego w układzie oporowym równego µ należy opór anodowy Ra uczynić nieskończenie duży. Jest to jednak praktycznie niemożliwe, ponieważ opór Ra nieskończenie duży równoznaczny jest przerwaniu obwodu anodowego. Stąd wniosek, że wartość stosunku nie może być dowolnie mała. W praktyce opór Ra wybiera się 4- do 5-krotnie większy od oporu wewnętrznego triody, czyli:
Jeżeli podstawimy do wzoru na współczynnik wzmocnienia k powyższą zależność, otrzymamy
Praktycznie osiągamy więc wzmocnienie napięciowe, które jest mniejsze od wzmocnienia maksymalnego µ o 20% k ~ 0,8µ
Ostatni wzór łatwo zapamiętać. |
© 2000-2002 FonAr Sp. z o.o. e-mail: waw@fonar.com.pl |