§ 4.2. Трансформаторный каскад

В схеме трансформаторного каскада, изображенной на рис. 4.8, связь анодной цепи с нагрузкой осуществляется при помощи трансформатора, поэтому такой каскад может быть назван каскадом с трансформаторной связью. Схема его отличается от схемы каскада с емкостно-трансформаторной связью рис. 4.1, в сущности, лишь отсутствием конденсатора С. Чтобы получить эквивалентные схемы трансформаторного каскада, достаточно в схемах рис. 4.2, б, г закоротить конденсатор С. Поскольку эквивалентные схемы двух каскадов для фронта импульса и области высших частот одинаковы, соответствующие переходная и частотные характеристики каскадов также одинаковы, если предположить, что сопротивление нагрузки Z. - активное или комплексное с емкостной составляющей.

Переходная характеристика для вершины импульса представляет собой простую экспоненту

t

k(t) = e Vb, (4.47)

Если трансформатор работает в каскаде и связан с анодной цепью лампы, то сопротивлением источника сигнала является выходное сопротивление каскада R, поэтому

Постоянную времени первичной цепи можно получить из формулы (4.30), если положить R = oq и С = оо.

Искажение вершины импульса усугубляется нелинейной зависимостью магнитного потока в стальном сердечнике от тока намагничивания. Из-за нелинейности кривой намагничивания для увеличения магнитной индукции в стали ХВП с 10 000 до 15 000 гс, т. е. в полтора раза, требуется увеличивать намагничивающий ток в 4,7 раза. Если импульс входной эдс существует настолько долго, что магнитная индукция наросла до значений, соответствующих загибу кривой намагничивания, то для дальнейшего нарастания индукции необходимы все большие приращения тока Источник сигнала выдает этот ток, происходят резко увеличивающееся падение напряжения на сопротивлении (/?h + i) быстрое уменьшение напряжения а,. Вершина выходного импульса начинает быстро спадать. Трансформатор и внутреннее сопротивление источника рассчитывают так, чтобы при заданной длительности импульса магнитная индукция в сердечнике нарастала бы не более чем до значений, соответствующих загибу характеристики намагничивания.

так как в соответствующей эквивалентной схеме рис. 4.2, г содержится лишь один реактивный элемент - индуктивность намагничивания Постоянная времени Tgg легко получается из формулы (4.30) в предположении, что С = оо, а именно:

Частотные характеристики в области низших частот подобны характеристикам реостатного каскада с емкостной связью, граничная частота

которых равна

(4.48)

Рис. 4 8. Схема трансформаторного каскада.

Как видно из последних формул, уменьшение спада вершины и расширение полосы в сторону низших частот могут быть достигнуты за счет увеличения индуктивности намагничивания 1 и уменьшения сопротивлений /?вых. в Rh- При выбранной лампе и определенной нагрузке величины этих сопротивлений фиксированы, поэтому остается лишь увеличивать индуктивность Увеличение L затрудняется тем обстоятельством, что через первичную обмотку трансформатора проходит постоянная составляющая анодного тока, вызывающая подмагничивание сердечника и уменьшение его магнитной проницаемости. Чтобы повысить проницаемость, в сердечнике трансформаторов, как правило, устраивают немагнитный зазор, величину которого определяют по графику рис. 4.21. Индуктивность рассчитывают по формуле (4.38), причем величину эквивалентной начальной магнитной проницаемости находят из графика рис. 4.22.

Сопротивлением анодной нагрузки лампы является входное сопротивление трансформатора со стороны первичной обмотки *). Это сопротивление для постоянного тока обычно невелико, оно равно 1{ = г и бывает от нескольких ом до тысячи ом. Сопротивление для переменного тока в области средних частот значительно больше -

*) Иногда параллельно первичной обмотке присоединяют шунтирующее сопротивление R. Это делают для улучшения частотных характеристик в тех редких случаях, когда трансформатор работает без нагрузки, а внутреннее сопротивление лампы велико. Благодаря сопротивлению уменьшается величина Квых-

iff-

Ra~ = r4-Rn iRH=Rn (ffii/oy ). Эти особенности предопределили основное применение трансформаторного каскада как усилителя мощности. Во-первых, благодаря малому R получается малое падение постоянного напряжения на анодной нагрузке и постоянный потенциал анода лампы почти равен что ясно из рис. 2.6, б. Во-вторых, подбором коэффициента трансформации можно легко изменять сопротивление Ra~ и располагать динамическую характеристику таким образом, чтобы получить от каскада максимальную мощность. Рассмотрим коэффициент полезного действия каскада

Ра Р ао

У1 - - л тата - J. о-Е

(4.49)

где g==-r - коэффициент использования анодного тока, 5 =

коэффициент использования анодного напряжения.

Заметим также, что благодаря малому R.

В оптимальном режиме, когда R=2Ri и каскад на триоде отдает максимально возможную мощность в классе А, коэффициент g меньше половины. Действительно, из формулы (2.14) следует, что

(4.50)

При R =2Ri имеем:

2 и, 2

По этой причине к,п.д. каскада принципиально меньше 1/4 и практически не превышает 20 / . Из-за малого к.п.д. однотактный трансформаторный каскад применяется лишь в тех случаях, когда требуемая полезная мощность не искажения при полной раскачке могут достигать 5-б /, в уси-

превышает 3-5 вт. Нелинейные

лителе на триоде и 10 в усилителе на пентоде при его оптимальной нагрузке.

§ 4.3. Двухтактный трансформаторный каскад

Основные свойства и особенности каскада. В двухтактном трансформаторном каскаде (рис. 4.9) переменные составляющие потенциалов сеток каждой лампы одинаковы по величине, но имеют противоположные знаки;

Рис. 4.9. Схема двухтактного трансформаторного каскада.