книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

чувствительный элемент (КМТ-11) укреплен в специальной оправе с защитным чехлом п цоколем.

Стабилизаторы напряжения. Для стабилизации напряжения в цепях малой мощности выпускаются ТС типов ТП2/0,5, ТП2/2и ТП 6/2. Первая цифра указывает величину номинального напря­ жения в вольтах, вторая — величину среднего рабочего тока в миллиамперах. Конструктивно эти ТС оформлены в виде ламп с нормальным 8 -штырьковым цоколем. Полупроводниковый эле­ мент в виде тонкой нити укреплен на проволочных тра­ версах.

6 Заказ 448.

Г л а в а III

УСИЛИТЕЛИ НА ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМПАХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТРИОДАХ

§ 1. Чтение электронных схем

Электронные схемы можно разделить на два основных вида: принципиальные н монтажные. Принципиальная схема не дает никаких указаний о конструкции прибора, размещении деталей. Она лишь указывает, как элементы схемы электрически соеди­ нены между собой, содержит обычно сведения об электрических данных элементов схемы. На принципиальных схемах все эле­ менты прибора — сопротивления, конденсаторы, электронные лампы, трансформаторы и т. д., а также соединяющие их провода показаны определенными условными знаками.

Монтажная схема — это чертеж, на котором показаны распо­ ложение отдельных деталей, соединение их между собой прово­ дами. Элементы схемы показаны на монтажной схеме не услов­ ными знаками, а так, как они примерно выглядят без изображе­ ния подробностей конструкции. Часто на монтажных схемах соединяющие провода показываются условно в виде линий.

Кроме схем этих двух основных видов, применяют схемы, пред­ ставляющие нечто среднее между ними. Они в некоторой степени отражают особенности конструкции прибора и расположение его деталей, но вместе с тем в них используются условные знаки для всех или некоторых деталей. Такие схемы обычно называют полумонтажными или принципиально-монтажными.

Основной п наиболее важный вид схем — принципиальная схема. Монтажная схема лишь дополняет принципиальную схему, позволяя быстрее определить расположение деталей и частей при­ бора. Только принципиальная схема дает возможность понять принцип работы прибора п назначение ето отдельных элементов, составить правильный план проверки при отыскании неисправ­ ностей и т. д.

Ниже при описании использования свойств электронных ламп и принципа действия электронных приборов отдельных видов

82

будем пользоваться исключительно принципиальными схемами. Принципиально-монтажные схемы приводятся как справочный материал, имеющий практическое значение.

Обозначения на принципиальных схемах электронных ламп и других электронных приборов (газотронов, тиратронов, газораз­ рядных ламп, фотоэлементов) приводились выше. В приложении 5 приведены обозначения других основных элементов, применяе­ мых обычно на схемах. Некоторые элементы имеют несколько раз­ личных обозначений.

Обычно около каящого условного обозначения прибора ста­ вится латинская или русская буква (или две буквы), характерная для данного элемента. Например, электронные лампы, газотроны, тиратроны, неоновые лампы, стабилитроны и лампы накаливания

в индексе ставится порядковый номер, показывающий нумера­ цию детали: лампы Л1 , Лг, Лз и т. д., сопротивления Ri, R 2, R з и т. д. В некоторых схемах применяется сквозная нумерация всех деталей. Тогда применяются одни цифры без букв.

Элементы схем нумеруются для того, чтобы данную деталь можно было легко указать, делая описание схемы или приводя данные этой детали.

Постоянные сопротивления. Постоянные сопротивления имеют три разных условных обозначения (а, б я в, см. приложение 5). Обозначение а обычно применяется в сложных схемах с большим числом элементов. В более простых схемах чаще применяют обо­ значения б пли в. Но этому правилу следуют не всегда. Иногда в сложных схемах придерживаются такого правпла: пепроволочные сопротивления имеют обозначение а, а проволочные б или в. Такой способ представляет большие удобства, делая схему бо­ лее «выразительной». Этого правила будем придерживаться при дальнейшем изложении.

Для указания величины сопротивления, обозначенного на схеме, применяют два способа: 1 ) указывают эту величину в подписи под схемой (или в тексте); 2 ) указывают величину непо­ средственно на схеме, проставляя соответствующую цифру рядом с буквой.

Во втором случае часто прибегают к сокращенному обозначе­ нию величин:

1) сопротивления величиной от 1 до 999 ом обозначают числом, соответствующим пх величине в омах, без наименова­ ния «ом»;

2 ) сопротивления от 1000 до 99 000 ол1 обозначают числом, соответствующим числу тысяч ом, с буквой Т или т;

3) сопротивления 1 0 0 0 0 0 ом и больше указываются в мегомах пли их долях без наименования «мгом»; если величина сопроти­ вления равна целому числу мегом, то для отличия от обозначе­ ния величины сопротивления в омах после цифры ставится запя­ тая и нуль.

Переменные сопротивления. Употребление обозначений и спо­ соб указаний величины переменных сопротивлений те же, что и для постоянных. Следует обратить внимание на обозначение г {см. приложение 5); оно иногда применяется в измерительных схе­ мах компенсационных приборов для обозначения калиброванных переменных сопротивлений, т. е. сопротивлений, имеющих шкалу, — реохордов, сопротивлений установки нуля шкалы и т. д.

Конденсаторы. При обозначении величины емкости конден­ саторов непосредственно на схеме обычно прибегают к таким со­ кращенным обозначениям:

1) емкость от 1 до 999 пикофарад (микромикрофарад) обозначается числом, соответствующим их емкости в пикофарадах;

микрофарад или в целых микрофарадах без наименований; если емкость равна целому числу микрофарад, то в отличие от обо­ значения емкости в пикофарадах в этом случае после цифры ста­ вятся запятая и нуль.

таны, иногда существенно знать тип (марку) конденсатора. Эти данные обычно непосредственно на схеме не приводятся, а про­ ставляются в специальной таблице, прилагаемой к схеме, или в подписи под схемой.

Соединение элементов схемы между собой (провода) на схеме показывается в виде прямых сплошных линий. Пунктиром показы­ вается экран, а иногда механическое соединение элементов схемы — управление несколькими переключателями или переменными со­ противлениями от одной рукоятки, механическое воздействие элек­

84

Для упрощения схемы часто некоторые цепи показывают не полностью, например цепи накала ламп. В этих случаях линия на схеме, изображающая провод, оканчивается стрелкой. Такая же стрелка ставится в том месте схемы, куда линия должна бы быть проведена, пли около стрелки делается надпись или условный знак, указывающие место включения данного провода.

§ 2. Усилительный каскад на триоде

На рис. 53 показана простейшая схема включения электронной лампы Л — триода для усиления переменного напряжения Umс, подводимого в цепь сетки. На рис. 53, а показано включение три­

а

Рис. 53. Включение для усиления напряжения.

ченном в анодную цепь лампы, и выделяется усиленное переменное напряжение Uma, которое передается дальше для усиления или использования в каком-либо приборе.

Эта схема, состоящая из лампы Л, источников питания Бв и Б а и нагрузочного сопротивления R a, называется к а с к а д о м или с т у п е н ь ю у с и л е н и я .

На рис. 53, б приведен каскад усиления па триоде с косвен­ ным накалом. Цепь накала здесь полностью не показана, источ­ ник анодного напряжения Еа изображен условно в виде двух зажимов с обозначенной полярностью.

Наличие переменного потенциала на сетке лампы вызывает изменение силы анодного тока. Анодный ток становится пульси­ рующим, причем пульсации анодного тока повторяют изменения

85

потенциала сетки: когда напряжение на сетке становится поло­ жительным, анодный ток возрастает; при отрицательном напря­ жении на сетке анодный ток убывает. Пульсирующий анодный ток, протекая по сопротивлению нагрузки R a, создает на этом сопротивлении падение напряжения, которое будет тоже пуль­ сирующим.

Как известно, пульсирующий ток или напряжение можно раз­ ложить на постоянную и переменную составляющие. Переменной составляющей пульсирующего анодного тока будет переменный ток 1т а, а пульсирующего напряжения на Ra будет перемен­ ное напряжение U,Ла, которое имеет такую же форму, что и на­ пряжение на сетке триода Um с. При достаточно большой величине нагрузочного сопротивления R a переменное напряжение на этом сопротивлении Uта будет значительно больше напряжения на сетке Uтс, т. е. напряжение будет усиливаться. Степень усиле­ ния, которое дает каскад, можно определить, сравнив величины Umа и Uтс, она характеризуется коэффициентом усиления кас­ када, который обозначается буквой к:

Коэффициент усиления каскада показывает, во сколько раз каскад усиливает подводимое к нему напряжение. Коэффициент к зависит от параметров лампы и от величины нагрузочного со­ противления R a. Чем больше сопротивление R&, тем больше коэф­ фициент усиления каскада, так как падение напряжения на этом сопротивлении при его увеличении также возрастает. Но при этом к всегда остается меньше статического коэффициента усиле­ ния лампы р.

Представить себе это можно так. Электронную лампу, рабо­ тающую в каскаде усиления переменного напряжения, можно считать источником переменного напряжения (генератором пере­ менного напряжения), электродвижущая сила которогоЕт& равна переменному напряжению, подводимому к сетке UmC, умножен­

Внутренним сопротивлением этого источника будет внутрен­ нее сопротивление лампы переменному току Ri.

Напряжение на сопротивлении нагрузки Ra, на которое за­ мкнут источник переменного напряжения (лампа), будет всегда меньше э. д. с. источника на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника Ri. Чем больше Ra, тем больше величина Umа приближается к величине Е,па, а значение к к значению р, но эти показатели будут равными только тогда, когда Ra станет бесконечно большой величиной (разрыв анодной цепи), т. е. в случае, который практически невозможен.

86

Зависимость коэффициента усиления каскада от величины сопротивления анодной нагрузки и параметров лампы выра­ жается следующей формулой:

каскада возрастает незначительно, зато появляется необходи­ мость в увеличении напряжения источника анодного питания Ба. Кроме того, многокаскадный усилитель при больших значениях /?а начинает неодинаково усиливать напряжения различной ча­ стоты — вносит частотные искажения. Но в отдельных случаях сопротивление анодной нагрузки берется значительно большее: Да = Ю-М5 i?i (например, в усилителях контрольно-измери­ тельных электронных приборов). Это объясняется особыми требованиями, которые предъявляются к этим усилителям, в частности необходимостью усиливать переменное напряжение только одной определенной частоты (50 гц).

В рассмотренном усилительном каскаде усиливается не только напряжение, подводимое к сетке лампы, но и, очевидно, одновре­ менно усиливаются ток и мощность, так как в сеточной цепи под действием подводимого напряжения будет протекать ток, всегда меньший по величине, чем переменная составляющая анодного тока. То же можно сказать о мощности: мощность электрических колебаний, подводимых к сеточной цепи в нормальных условиях (при отсутствии больших сеточных токов), во много раз меньше мощности, выделяемой в анодной цепи каскада.

Наивыгоднейшие условия для получения максимального уси­ ления по току и мощности отличаются от тех, которые необхо­ димы для достижения максимального усиления по напряжению. Если для получения максимального усиления по напряжению нужно стремиться к тому, чтобы сопротивление анодной нагрузки i?a было в несколько раз больше внутреннего сопротивления лампы Ri, то для получения максимального усиления по току нужно сопротивление анодной нагрузки предусмотреть как можно меньшее. Нанвыгоднейшее условие получения усиления мощ­ ности — равенство сопротивлений нагрузки и внутреннего со­ противления лампы: Ra = Ri.

Во всех случаях работы каскада в его анодной цепи выде­ ляется энергия переменного тока значительно большая, чем в сеточной. Эта энергия поступает от анодной батареи, которая заставляет течь ток в анодной цепи. Энергия, подводимая к се­ точной цепи, лпшь управляет энергией анодной цепи.

Усилительный каскад должен усилить подводимое к нему пере­ менное напряжение, т. е. увеличить амплитуду колебаний напря­ жения, не исказив формы этих колебаний. Это условие может быть выполнено, если работа лампы характеризуется прямоли­ нейным участком кривой.

87

На рис. 54 приведены графики, показывающие зависимость между кривой напряжения на сетке лампы и кривой пульсации анодного тока с учетом используемого участка характеристики лампы. Графики эти построены при помощи динамической сеточ­ ной характеристики лампы, т. е. такой характеристики, которая учитывает наличие в анодной цепи лампы нагрузочного сопроти­ вления i?a.

В системе координат с осью времени t, расположенной верти­ кально, построен график изменения переменного напряжения на сетке лампы Umc в зависимости от времени. При этом взяты два

Рис. 54. Зависимость формы изменений кривой анодног* тока триода от используемого участка характеристики.

значения величины переменного напряжения. Один период по­ строен, когда амплитудное значение переменного напряжения на сетке Uт01 = 2 в, второй период построен для случая, когда

UтС2 = 6 в.

При помощи простых геометрических построений, о которых говорилось в главе I, находится форма изменения анодного тока. Когда переменное напряжеппе на сетке равно нулю (Uc= 0), анодный ток имеет определенную величину, называемую током покоя и обозначаемую / ао. В данном случае / ао = 4 ма.

Точка характеристики в, соответствующая напряжению на сетке при отсутствии усиливаемого переменного напряжения, называется р а б о ч е й т о ч к о й . Как дальше увидим, напря­ жение на сетке в этом случае необязательно должно быть равно нулю.

Положение рабочей точки и величина амплитуды переменного напряжения на сетке определяют качество усиления каскада, т. е. сохранение формы усиливаемого напряжения.

88

Участок характеристики, в пределах которого изменяются сеточное напряжение и, следовательно, анодный ток, называется рабочим участком характеристики.

На рнс. 54 в первом случае (UmCL = 2 в) рабочий участок характеристики заключен между точками 6 и г, во втором (UmС2 = = 6 в) — между точками а и д. В первом случае рабочий участок характеристики имеет прямолинейную форму на всем своем про­ тяжении и усиление происходит без искажений — форма пуль­ саций анодного тока повторяет форму изменений напряжения на сетке. Во втором случае рабочий участок включает н и ж н и й изгиб характеристики (участок между точками а п б), поэтому усиле­ ние происходит с искажениями — амплитуда изменений анодного тока во время отрицательных полуперподов получается заметно меньше, чем во время положительных полупериодов. Такие иска­ жения называются нелинейными или амплитудными искажениями.

Для получения неискаженного усиления нужно пользоваться прямолинейным участком характеристики. Но этого оказывается недостаточно. Необходимо, кроме того, чтобы рабочий участок лежал в области отрицательных напряжений на сетке. На графи­ ках рис. 54 это условие не выполняется, здесь искажения могут наступить и в случае прямолинейной характеристики участка.

Причина искажения в этом случае — наличие заметного сеточ­ ного тока при положительных полупериодах переменного напря­ жения на сетке.

Вернемся к схеме рис. 53. Для источника переменного напря­ жения, усиливаемого лампой, который на схеме показан как гене­ ратор переменного напряжения, нагрузкой является сопроти­ вление промежутка сетка — катод лампы. При отрицательном полупериоде сеточного напряжения сеточный ток отсутствует и, следовательно, генератор не нагружен. В этом случае напряже­ ние на его зажимах, т. е. на сетке лампы, равно э. д. с. генератора. При положительном полупериоде переменного напряжения по­ является сеточный ток, который нагружает генератор и вызывает падение напряжения на его внутреннем сопротивлении. В этом случае напряжение на сетке становится меньше э. д. с. источника переменного напряжения, т. е. форма напряжения искажается.

Искажение будет тем значительнее, чем больше сеточный ток и выше внутреннее сопротивление источника усиливаемого на­ пряжения. Обычно внутреннее сопротивление источника усиливае­ мого напряжения бывает значительным. Например, для I каскада усилителя электронного потенциометра это будет сопротивление вторичной обмоткп входного трансформатора.

Следовательно, за счет сеточных токов лампы усиливаемое напряжение искажается уже в сеточной цепи. Это явление в ряде случаев используется для выпрямления (сеточпое детектирование), но в обычных усилительных схемах является недопустимым.

Чтобы избежать появления сеточных токов, усиление произ­ водится только при отрицательных напряжениях на сетке лампы. Для этого на сетку подают постоянное отрицательное напряжение,

89

которое сдвигает, смещает рабочую точку на характеристике влево, в область отрицательных напряжений. Это постоянное отрицательное напряжение называется н а п р я ж е н и е м с м е ­ щ е н и я . Величину напряжения смещения выбирают так, чтобы оно было больше амплитуды переменного напряжения, подавае­ мого на сетку. В этом случае даже при подаче на сетку положитель­ ного полупериода переменного напряжения потенциал сетки оста­ нется отрицательным и сеточный ток не возникнет.

На рис. 55 показаны графики, соответствующие процессу уси­ ления при отрицательном напряжении смещения Ео. В этом

[а , м а

Рис. 55. Графики процесса усиления при постоянном отрицатель­ ном смещении на сетке лампы.

случае рабочая точка на характеристике 6 будет соответствовать не нулевому потенциалу на сетке, a Uc = Е о. В данном случае Е о = —-2,5 в. Величина напряжения смещения выбирается такой, чтобы рабочая точка находилась на середине прямолинейного участка характеристики (между точками а ив), лежащего в об­ ласти отрицательных напряжений па сетке. В этом случае допу­ стимой амплитудой усиливаемого переменного напряжения яв­ ляется величина Uтс = Ей. Тогда рабочий участок характеристики прямолинеен и целиком лежит левее нулевого потенциала сетки. Но если Uтс возрастет и станет больше Ео, то наступят искаже­ ния сразу обоих полуперподов переменного напряжения, так как положительный полупериод будет заходить в область поло­ жительных напряжений на сетке, а отрицательный — на изгиб характеристики.

Для усиления без искажений целесообразнее применять лампы, у которых значительная часть характеристики располагается

90