§ 2.3, Нелинейные искажения в усилителе

Переменный потенциал на сетке лампы первого каскада усилителя может быть очень небольшим, например 0,1 мв. Эта величина в десятки тысяч раз меньше потенциала смещения. При столь малых амплитудах колебаний характеристики лампы можно считать практически линейными.

Лампы последних каскадов могут работать при больших изменениях потенциала сетки, например несколько вольт и более. Изменения потенциала анода и анодного тока также могут быть велики. В этом случае приходится считаться с нелинейностью реальных характеристик.

На рис. 2.8 отчетливо видно искажение переменной составляющей анодного тока пентода при большом переменном напряжении на сетке. Изменения анодного тока в положительную сторону больше, чем в отрицательную, поэтому средний анодный ток / сред лампы, работающей при большой раскачке , больше тока покоя 1, а переменная составляющая анодного тока содержит вторую гармонику заметной величины и другие гармоники более высокого порядка.

комплексном сопротивлении нагрузки картина усложняется и траектория i {Ua) не изображается прямой линией нагрузки.

На рис. 2.7 на семействе анодных характеристик нанесена траектория рабочей точки iiuj для случая, когда на вход усилителя поступает импульс сложной формы, а сопротивление анодной нагрузки /?д шунтировано емкостью нагрузки С . Вследствие влияния емкости потенциал анода не может измениться мгновенно, но анодный ток свободно увеличивается (участок траектории а - б), затем, по мере заряда емкости С, потенциал анода постепенно уменьшается [б-в) и приходит к установившемуся значению. В точке г снова происходит изменение потенциала сетки, анодный ток изменяется скорее, чем потенциал анода (г - д), и лишь спустя некоторое время, в точке е, переходный процесс завершается. Соответствующие временные диаграммы i{t) и Ид (О будут подробно рассмотрены в § 3.4.

В случае усиления синусоидальных напряжений траектория / ( а) представляет собой эллипс (рис. 2.7, б). При этом вектор тока опережает вектор напряжения. Амплитуда переменной составляющей тока получается больше, амплитуда напряжения меньше, чем при чисто активной нагрузке, равной R. Эллипс обычно заменяют динамической линией нагрузки, за которую принимают большую ось

эллипса, при этом /?дэкв mjLa-

Рассчитывать траектории рабочей точки приходится лишь в тех случаях, когда требуется определить, не выходит ли рабочая точка в нелинейную область характеристик лампы.

Положение динамической линии нагрузки при наличии нелинейных искажений зависит от амплитуды переменного напряжения на сетке. Эта зависимость объясняется возрастанием среднего анодного тока при увеличении амплитуды колебаний. Возрастание тока вызывает увеличение падения напряжения на сопротивлении Ra=, так что средние значения потенциала и тока анода в динамическом режиме характеризуются точкой А, которую назовем точкой средних значений (рис. 2.8). Рабочая точка 2(a) в динамическом режиме перемещается по динамической линии нагрузки MN. В те моменты времени,

Рис. 2.8. Определение нелинейных искажений графическим

методом.

когда / = /срд, рабочая точка проходит через точку А. Следовательно, динамическая линия нагрузки также проходит через точку А. В те моменты времени, когда переменная составляющая потенциала сетки равна нулю, потенциал сетки и= U, а соответствующий анодный ток ia = ia\t:(, - af и моменты времени рабочая точка находится в точке В, которую назовем точкой отсчета переменных составляющих. Если бы характеристики лампы были линейны, все три точки, включая О, совпадали бы. Нетрудно заметить, что при дальнейшем увеличении амплитуды колебаний динамическая линия нагрузки пройдет еще правее, а точки А п В еще дальше отойдут от начальной точки О.

Точку А находят вычислением среднего тока:

4 сред 0,5 (/д макс + la мии) = 0,5 (/, + / ).

(2.16)

Мгновенное значение анодного тока выражается через гармоники следующим образом:

ia = L сред + Imax Si 1таг COS 2Ы - SiflЗСО + 1, СОЗШ. (2.17)

На рис. 2.8 выбранные нами приращения, равные Аи = С/щс,

совпадают с интервалами между анодными характеристиками. Это обстоятельство облегчило расчет. Если теперь амплитуду колебаний увеличить, то прежними линиями характеристик воспользоваться не удастся. Чтобы выйти из затруднения, нужно построить динамическую сеточную характеристику анодного тока каскада, способ построения которой ясен из рисунка. Далее, разделяют на четыре части избранный диапазон lS.U=2U, и по динамической сеточной характеристике находят величины анодных токов, соответствующие выбранным , пяти значениям потенциала сетки.

Нелинейные искажения, создаваемые каскадом на пентоде, получаются минимальными при некотором определенном значении сопротивления Чтобы уменьшить искажения в рассмотренном нами случае, динамическую линию нагрузки нужно расположить таким образом, чтобы точка М проходила ниже загиба характеристики и = 0. Динамическая сеточная характеристика приобретет -образную форму с перегибом около точки В, и амплитуда второй гармоники станет

Через точку А проводят линию нагрузки под наклоном, соответствующим Ra~, и на пересечении с характеристикой U находят точку В.

Графический расчет гармоник. Знания амплитуд первых четырех гармоник вполне достаточно для оценки нелинейных искажений с точностью, которая требуется практикой. Для расчета можно воспользоваться методом пяти ординат. Для этого нужно определить величины анодных токов / Д/а, Jat, /~1/2, /-ц которые соответствуют пяти потенциалам сетки, отстоящим от U и друг от друга иа величину и. Амплитуды гармоник анодного тока определяются выражениями:

4cpe ={/, + 2/v, + 2/ ,/,-f/ ,),