Принципиальная электрическая схема такого усилительного каскада, работающего в режиме класса А, показана на рис, 5, а. Принцип работы усилительного каскада состоит в следующем. При отсутствии входного сигнала, то есть в режиме покоя, в анодной цепи проходит только постоянной величины ток покоя I_а0, который создает на резисторе Rк постоянной величины отрицательное напряжение смещения U_c0 — R_к которое минусом подается на сетку лампы. При этом выходное напряжение, снимаемое с анода лампы, имеет величину U_а0 = E_а - I_{а0 *} R_а

При подаче на вход каскада Uвх = Umax * sinώt малой величины в анодной цепи проходит пульсирующий анодный ток, имеющий постоянную и полезную переменную составляющие, т. е. ia =  I_а0 + I_ma sinώt который создает на резисторе Ra усиленное пульсирующей формы напряжение

Одновременно, но противофазно изменяется и анодное, то есть выходное, напряжение каскада, равное

при этом |±U_{m вых}| > |±U_{m вх}|

Рассмотренный процесс усиления входного сигнала, который осуществляется за счет расхода энергии источника питания Еа , графически поясняется на рис. 5, б.

Теперь поясним назначение каждого элемента схемы, усилительного каскада.

Л — лампа как активный усилительный прибор. Резистор Ra — активное сопротивление анодной нагрузки, предназначенное для выделения на нем усиленного полезного сигнала, а также для подачи через него на анод необходимой величины анодного напряжения Ua0 .

Резистор Rк — активное сопротивление смещения, на котором автоматически создается постоянной величины напряжение смещения за счет прохождения через него постоянной составляющей анодного тока Iа0. При этом напряжение смещения, минусом подаваемое на сетку лампы относительно ее катода, равно Uсмещ = Uс0 = Ia0 * Rк. Отсюда величина Rк = |Uco| / Ia0 ≈ десятки Ом ÷ единицы кОм.

Конденсатор Ск, шунтируя Rк, пропускает только переменную составляющую анодного тока. Для этого необходимо, чтобы на самой низкой частоте Fн емкостное сопротивление конденсатора составляло

Отсюда если Rк в омах, а частота fн в герцах, то емкость конденсатора берется в микрофарадах:

Резистор Rc называется сопротивлением утечки. Он предназначен: во-первых, для стекания электронов, захваченных сеткой; во-вторых, для подачи через него снимаемого с Rк отрицательного напряжения смещения на сетку лампы; в-третьих, этот резистор входит составной, частью в величину входного сопротивления каскада. Поэтому обычно берут Rc = (0,l  ÷ 1,5) МОм.

Разделительный, или переходной, конденсатор Cр предназначен для свободного пропускания переменной составляющей входного сигнала и непропускания на сетку лампы постоянной его составляющей. Для этого берут емкость его

если Rc в омах, fн в герцах. Для ламповых схем при высоких значениях Ea требуются конденсаторы с малой утечкой, т. е. с малым саморазрядом, например типа КБГ и т.п., с емкостью Сr ≈ (0,03 ÷ 0,25 мкФ.)

Для расчета параметров усилительного каскада составляется эквивалентная схема, то есть схема замещения его по переменной составляющей напряжения или тока. При этом усилительную лампу обычно замещают эквивалентным генератором напряжения с ЭДС lr = — μUвх и с внутренним сопротивлением его Rr = Ri лампы, а источник питания Eа и конденсатор Ск по переменной составляющей усиливаемого сигнала закорачиваются.

 

Из упрощенной схемы замещения, показанной на рис. 6, можно определить:

а) действующее значение переменной составляющей анодного тока и действующее значение выходного напряжения на сопротивлении анодной нагрузки, т. е.

б) из предыдущего уравнения можно получить коэффициент усиления каскада по напряжению

Минус в этой формуле указывает на противофазность выходного напряжения относительно фазы входного напряжения;

в) приведенное выходное сопротивление каскада по переменной составляющей анодного тока

В триодной схеме усилительного каскада принимают величину сопротивления анодной нагрузки, равную Rа = (2 ÷ 4) Ri. Входное сопротивление каскада

где Cвх = С0 - Cмонт + Сск + Сас(1 + К) ≈ 50 ÷ 200 пФ. Динамическая крутизна анодно-сеточной характеристики

Мощность, выделяемая на аноде лампы в классе А,

Мощность, выделяемая на резисторе Rа,

Полезная мощность усиленного выходного сигнала в нагрузке

Мощность, расходуемая на накал катода лампы, Рнак = Iнак * Uнак (Вт), берется по справочнику. Полная мощность, потребляемая от источника питания, а) без учета Рнак равна Р01 = Ра0 +РRaо = Ia0 * Еа (Вт); б) с учетом Рнак Ро2 = P01 + Рнак (Вт). Электрический КПД усилительного каскада, рассчитываемый без учета Рнак» равен отношению полезной колебательной мощности, выделяемой на сопротивлении анодной нагрузки Ra, к мощности, потребляемой от источника питания, т. е.

Промышленный КПД каскада, рассчитываемый с учетом Рнакала, равен

---

В.Майоров, С.Майоров - Усилительные устройства на лампах, транзисторах и микросхемах

---

---