ГЛАВА 8 УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 8.1. Особенности усилителей постоянного тока

Усилителями постоянного тока называют усилители, коэффициент усиления которых не уменьшается при понижении частоты вплоть до нуля. Такие усилители способны без искажений усиливать сколь угодно медленно изменяющиеся напряжения.

Реостатные усилители не способны усиливать напряжения очень низких частот или передавать длительные импульсы без искажения вершины вследствие изменения разности потенциалов на обкладках конденсаторов С,. Трансформаторный усилитель также искажает вершину импульса из-за недостаточно большой - не бесконечной- индуктивности намагничивания трансформатора. В усилителях постоянного тока осуществляют гальваническую связь между каскадами: сетку последующего каскада соединяют с анодом предыдущего или непосредственно проводником, или через омические сопротивления, или при помощи батарей.

Благодаря гальванической связи между каскадами амплитудно-частотная характеристика усилителя в области низких частот не изменяется до частоты, равной нулю, фазовый сдвиг в диапазоне от средних частот до нуля отсутствует. По этим причинам отпадает вопрос об изучении искажений вершины импульса или низкочастотных искажений. В области высших частот свойства и характеристики усилителей постоянного тока ничем не отличаются от свойств и характеристик реостатных усилителей. Поэтому все выводы, касающиеся искажений фронта импульса или сигналов высших частот реостатным усилителем, полностью применимы для усилителей постоянного тока.

Гальваническая связь обусловливает две особенности рассматриваемых усилителей: медленное самопроизвольное изменение выходного напряжения (дрейф) и своеобразие схем каскадов и целых усилителей. Главной задачей разработки усилителей постоянного тока является рациональное построение схемы усилителя, обеспечивающее

уменьшение дрейфа до максимально допустимой величины при выполнении прочих требований, как-то: верхняя граничная частота или время нарастания фронта, величина выходного напряжения и т. п. Особенности усилителей лучше всего выяснить в процессе рассмотрения нескольких конкретных схем.

В старых схемах усилителей (рис. 8.1) каскады связаны через батареи. Для удобства описания числами без скобок на схеме отмечены постоянные потенциалы, характеризующие начальный режим каскадов при Mgx = 0; эдс батарей подобраны так, чтобы получить

-X-X

-те f-BOe)

--ГЬ.+ -Ж+ -3+

требуемый режим. Если, например, требуется начальный потенциал анодов 100 8, а сеток -3 в, то эдс батарей должна быть равна 103 е.

Предположим, что усиление каждого каскада равно 10. Тогда входное напряжение величиной, например, --30 мв усиливается тремя каскадами н потенциал выходного зажима изменяется до -30 е. При неизменном входном напряжении выходное напряжение оставалось бы неизменным сколь угодно долгое время, если бы напряжения £д и f/ j 5 были строго стабильны, а свойства катодов ламп не изменялись.

Практически, однако, напряжения питания и {/ 3 всегда изменяются, хотя бы и ненамного. Из-за нестабильности напряжений питания происходят изменения выходного напряжения даже в том случае, когда входное напряжение строго неизменно, например равно нулю. Это явление называют дрейфом усилителя. Для определения величины дрейфа замыкают вход усилителя и измеряют изменение выходного напряжения за определенный выбранный промежуток времени. Для получения величины дрейфа, приведенного ко входу усилителя, измеренное изменение выходного напряжения делят на коэффициент усиления всего усилителя.

Дрейф может быть очень серьезным ограничением при использовании усилителя. В этом можно убедиться из следующего примера.

= иь,х +27,3 мв.

Оказывается, что величина дрейфа по изменению напряжения анодного питания на 0,3°/ получается такого же порядка, как величина входного сигнала. Чтобы выходное напряжение заметно не искажалось, необходимо или сильно уменьшить дрейф, или сильно увеличить входной сигнал, одновременно снизив усиление. Последнее обычно недопустимо.

Дрейф при изменении напряжения накала не менее вреден. Известно, что вследствие изменения напряжения накала изменяется температура катода и начальная скорость электронов, вылетающих из катода. Увеличение напряжения накала на Ю /, вызывает увеличение анодного тока настолько, насколько он увеличился бы при повышении потенциала сетки на -{--(0,08 -т- 0,1) ей неизменном напряжении накала. Эти цифры действительны для ламп любого типа с подогревным оксидным катодом: для диодов, триодов, пентодов и т. д. любой мощности. Следовательно, увеличение напряжения накала на 3°/ вызовет в рассматриваемом усилителе дрейф -[-(22-V-27) ма, приведенный ко входу.

Из сказанного следует, что бессмысленно строить усилитель, входное напряжение которого одного порядка с напряжением дрейфа и. На практике, однако, часто возникает необходимость точного усиления слабых сигналов величиной 1 мв и менее. Поэтому одной из основных задач разработки усилителя постоянного тока является всемерное уменьшение его дрейфа.

§ 8.2. Уменьшение дрейфа усилителя

Дрейф ламп является главной причиной дрейфа усилителя. Для определения величины дрейфа ламп по изменению напряжения накала были испытаны 18 двойных триодов типа 6Н9С при токе 0,2 ма и потенциале анода 150 в. Оказалось, что при изменении напряжения накала от 0,9 до 1,Шнз иои потребовалось понижать потенциал сетки в среднем на 200 мв, чтобы привести ток к прежнему значению 0,2 ма. При этих испытаниях изменение потенциала

Пусть напряжение анодного питания уменьшается всего только на 0,3° 1а, т. е. на 0,6 в. Если положить, что = /?,., то потенциал анода первого каскада уменьшается на 0,3 в, что вызывает изменение выходного напряжения на величину

вых=[( 0,3)/С -0,3]/ ,-0,3 =

= [+3-0,3]( -10)-0,3= -27,3 9.

Величина дрейфа, приведенного ко входу, равна