Графо-аналитический анализ работы усилительного каскада

Этот метод дает возможность наиболее просто и наглядно выбрать режим работы, уяснить принципы усиления каскада и определить необходимые расчетные параметры его. При этом обычно выбираются или задаются: тип усилительной лампы; ее основные параметры S, Ri, μ, Pа доп, Ua предельное, Ia предельное; -Uс0 и ±Um вх в режиме класса А; семейство анодных характеристик лампы; Ra и Eа.

Требуется построить график и определить все необходимые параметры каскада (Iа0, Iа макс, Iа мин, Ima; Ua0, Ua макс, Ia мин, Uma, а также К = Uma / Um вх, ηэ и ηп и др).

Приведем ориентировочный ход решения этой задачи.

1. На листе миллиметровой бумаги построить семейство анодных характеристик выбранной лампы, взяв их из справочника или каталога (рис. 7).

2. Если не задана величина Ra = Rн то для триодных схем выбрать Ra = (2 ÷ 4) Ri.

3. Построить линию нагрузки в координатах анодных характеристик. Нагрузочная линия, описываемая уравнением Uа = Ea — Ia * Ra, представляет собой прямую линию, которую можно построить в отрезках на осях координат по двум точкам:

а) приняв Ia = 0, получим Ua = Ea (В);

б) приняв Ua = 0, получим Iа = Ea / Ra (мА).

Через эти две точки провести прямую нагрузочную линию, которая при одном Rа, т. е, (Ra = Rн), сольется как для постоянной, так и для переменной составляющих анодного тока. Причем угловой коэффициент наклона нагрузочной линии равен tgα = 1 / Ra.

4. Построить гиперболическую кривую допустимой мощности, рассеиваемой анодом лампы, т. е. Ра = Iа * Uа = const. Для этого задавшись несколькими значениями анодного напряжения, определить соответствующие значения анодного тока. Из формулы Ia = P0 / Ua определяют:

при Ua Ua1 Ua2 Uа3... Uаn

Ia Ia1 Ia2 Ia3... Ian

5. Отметить положение рабочей точки в режиме класса А при пересечении нагрузочной линии со статической анодной характеристикой, соответствующей заданному или выбранному значению—Uc0.

6. Исходя из значений величин — Uc0 и ±Um вx, отметить на линии нагрузки рабочий участок (аб). При этом в классе А обычно нельзя выходить в область положительных напряжений на сетке + Uс, а также на нижние загибы анодных характеристик и в область Pа > Ра доп, иначе появятся большие нелинейные искажения усиливаемого сигнала.

7. Из рабочей точки провести три временные оси и построить в пределах рабочего участка кривые входного напряжения Uвх = f(t), выходного анодного тока iа = f(t) и выходного напряжения Uа = f(t).

8. Положение рабочей точки и рабочий участок (аб), соответствующий данному значению ±Um вх, дают возможность графически определить и записать полученные значения всех искомых токов и напряжений (Iа0, Iа макс, Iа мин, Ima; Ua0, Ua макс, Ia мин, Uma = Um вых).

Для более точного определения взять среднеарифметические значения:

9. Пользуясь линией нагрузки, построить динамическую анодно-сеточную характеристику Iа = f / (Uс) при Eа = const и Rа = const.

Для этой цели необходимо перенести ординаты токов из координат анодных характеристик при соответствующих значениях сеточных напряжений в координаты анодно-сеточной характеристики. Из рабочей точки динамической входной характеристики провести вниз ось времени и построить относительно ее кривую входного напряжения

10. Графически определить коэффициент усиления каскада по напряжению К = — Um вых / Um вх, a затем аналитически проверить по формуле

11. Пользуясь ранее приведенными формулами, определить Ра0, PRa0, Pполезн, Pнакала, P01, P02, ηэ и ηп, а также величины Rк, Cк, Rc, Cp.

Следует отметить, что подобный графоаналитический метод применяется для исследования любых усилительных каскадов, собранных и на пентоде, и на лучевом тетроде, и на транзисторе.

При этом графики будут отличаться в основном только видом (формой) входных и выходных характеристик активных усилительных элементов.