Ламповые усилители низкой частоты

Другие усилители предназначены для получения определенной мощности. К ним относятся оконечные усилители радиотрансляционных узлов, оконечные студийные усилители и оконечные усилители установок для усиления речей ораторов. Они не могут работать непосредственно от источников электрических колебаний звуковой частоты и требуют подачи на вход напряжения от предварительного усилителя.
Схема усилительного каскада.

Простейшая схема усилителя с одной лампой при батарейном питании показана на рис. 1. Основными ее частями являются: лампа Л", источники питания БВ и Ба и резистор Rа, включенный последовательно в анодную цепь. Все эти части образуют каскад усиления. Источник переменного напряжения UBX, которое нужно усилить, соединяемся со входом усилителя (к управляющей сетке и катоду лампы). Переменное напряжение, поступающее на управляющую сетку, вызывает пульсации анодного тока, во время положительного полупериода напряжения на управляющей сетке анодный ток лампы увеличивается, а во время отрицательного полупериода уменьшается, как показано на рис. 2. Пульсирующий анодный ток содержит постоянную и переменную составляющие. Проходя через резистор Rа, анодный ток создает на нем пульсирующее падение напряжения, которое также имеет постоянную и переменную составляющие. Если резистор Rа имеет достаточно большое сопротивление, то получающееся на нем переменное напряжение Uвых будет значительно больше переменного напряжения UBX, поданного на управляющую сетку, т. е. получится усиление. Зажимы резистора Ra называются выходом усилительного каскада.

Коэффициент усиления каскада.
Важной величиной, характеризующей работу усилительного каскада, является его коэффициент усиления, обозначаемый буквой К. Этот коэффициент показывает, во сколько раз каскад усиливает переменное напряжение, подводимое к сетке лампы. Для определения величины коэффициента усиления каскада нужно разделить выходное напряжение Uвых на входное напряжение Uвх. Таким образом, можно написать: к вых и к вх.
Если, например, от детектора в цепь сетки лампы усилителя поступает переменное напряжение низкой частоты с амплитудой 0,1, в, а в второй лампы усилителя нужно получить переменное напряжение с амплитудой 7 в, то коэффициент усиления первого каскада должен быть 7. Чем больше сопротивление резистора Ra, тем большее напряжение С/Вых выделяется на нем и, следовательно, тем больше коэффициент усиления каскада. Коэффициент усиления всего усилителя К зависит от коэффициентов усиления его отдельных каскадов. Если обозначить их через КГ, К2, и т. д., то К = КxК2xК3.
Например, если усилитель имеет три каскада с коэффициентами усиления К — 20; К2 = 20 и К3 — 5, то общий коэффициент усиления всего усилителя будет К = 20x20x5 = 2 ООО.
Это значит, что если на вход этого усилителя подать напряжение Uвх = 10 МВ = 0,01 в, то на выходе получится напряжение Uвых = 2 000х0,01 = 20 в.
Выходная мощность.
Второй величиной, характеризующей усилитель, является выходная мощность РВых. Эта мощность переменного тока низкой частоты, которую усилитель создает в выходной нагрузке, т. е. в громкоговорителях, включенных на его выходе. Выходная мощность усилителей низкой частоты радиовещательных приемников с батарейным питанием составляет доли вольт-ампера, а при питании от электросетей достигает нескольких вольт-ампер.
Каждый усилитель может развивать мощность больше номинальной, но такой случай называют перегрузкой. При работе с перегрузкой увеличиваются нелинейные искажения и, кроме того, повышенные напряжения в цепях последнего каскада усилителя могут привести к пробою изоляции в трансформаторах, выходу из строя ламп.

Усилитель низкой частоты с емкостной междукаскадной связью. Это наиболее распространенная схема усиления колебаний низкой частоты (рис. 3). Переменное напряжение здесь подается на управляющую сетку первой лампы ЛГ. Это напряжение обозначено U3X. Анодный ток первой лампы становится пульсирующим, его постоянная составляющая проходит через анодную батарею Ба, а переменная составляющая — через блокировочный конденсатор Cq, шунтирующий эту батарею.
На резисторе Ra под действием переменной составляющей анодного тока получается усиленное переменное напряжение. Это напряжение для дальнейшего усиления подается на управляющую сетку следующей лампы Л2.
Нельзя подать переменное напряжение с резистора Ла непосредственно в цепь сетки следующей лампы, так как тогда на сетку лампы L2 попадет положительный полюс высокого напряжения, что совершенно недопустимо. Поэтому переменное напряжение всегда подается на следующий каскад усилителя через конденсатор Сс, называемый переходным конденсатором. Он изолирует сетку лампы Л2 от высокого постоянного напряжения анодной батареи, но свободно пропускает переменное напряжение.
В цепь сетки лампы Л2 включают резистор RC. Без него лампа не может нормально работать. Для оседающих на сетке электронов надо создать путь к катоду лампы. В противном случае через небольшой промежуток времени отрицательный заряд на сетке лампы возрастет настолько, что лампа «запрется», т. е. перестанет работать. Резистор RC и служит тем путем, по которому электроны стекают к катоду лампы. Таким образом, переменное напряжение с анодного (верхнего на рис. 3) конца резистора Ra подается на сетку лампы L2 через конденсатор Сс, а с другого (нижнего) конца этого резистора к катоду этой лампы через блокировочный конденсатор. Это переменное напряжение, подводимое к управляющей сетке второй лампы, является выходным напряжением первого каскада.
Детали Сс и Cс при рассмотрении работы усилительного каскада принято считать входящими в состав этого каскада (дополнительно к Ra).
Частотная характеристика усилителя.
Усилитель обычно бывает рассчитан на усиление колебаний в определенном диапазоне (полосе) частот.
Усилители разговорной речи имеют сравнительно узкую полосу воспроизводимых частот, примерно 300—3 000 гц, а усилители, предназначенные для художественных передач, должны усиливать возможно более широкий диапазон частот. Чем шире полоса частот, пропускаемых усилителем, тем натуральнее будет звучать воспроизводимая передача.
Если подводить к усилителю напряжения определенной амплитуды, но разной частоты и измерять напряжения, которые дает усилитель на выходе, то можно определить коэффициенты усиления, даваемые усилителем при той или другой частоте усиливаемых колебаний. Результаты этих измерений можно изобразить графически, откладывая по горизонтальной оси частоты усиливаемых колебаний, а по вертикальной усиление на этих частотах. В результате получим так называемую частотную характеристику усилителя, по которой можно судить о равномерности усиления в диапазоне частот. Пример частотной характеристики усилителя низкой частоты приведен на рис. 4.

Усилитель должен по возможности одинаково усиливать колебания всех частот, лежащих в заданной полосе, частотная характеристика хорошего усилителя должна иметь вид прямой или почти прямой горизонтальной линии. Нелинейность частотной характеристики свидетельствует о том, что колебания разных частот усиливаются неравномерно, т. е. что усилитель искажает передачу. Искажения, получающиеся из-за неравномерности усиления на разных частотах, носят название частотных искажений. Нельзя построить усилитель, который обладал бы абсолютно прямолинейной частотной характеристикой. Влияние емкостей между отдельными элементами схемы сказывается тем сильнее, чем больше частота усиливаемых колебаний. Если считать, что величина этих паразитных емкостей составляет несколько десятков пикофарад, то эти емкости будут представлять для средних частот звукового диапазона сопротивления порядка нескольких миллионов ом и, следовательно, они не будут сколько-нибудь заметно понижать коэффициент усиления. Однако для наиболее высоких частот звукового диапазона сопротивление этих паразитных емкостей
понижается до сотен тысяч ом и, следовательно, может оказаться одного порядка с сопротивлением резисторов, применяемых в анодных цепях усилителя. Поэтому каскады усилителя низкой частоты по схемам на рис. 3 в области высоких частот имеют спадающую частотную характеристику («завал» на верхних частотах).
С другой стороны, при усилении самых низких частот звукового диапазона начинает заметно сказываться влияние сопротивления переходной емкости Сс, которое становится сравнительно большим для таких низких частот. Поэтому на очень низких частотах каскад дает тоже малое усиление («завал» на низких частотах).
Итак, наиболее высокие и низкие частоты звукового диапазона будут усиливаться хуже, в средней же части звукового диапазона колебания всех частот будут усиливаться примерно одинаково. Устранение частотных искажений, которые возникают вследствие неравномерного усиления колебаний различных частот, достигается в усилителе низкой частоты правильным выбором электрических величин деталей схемы и рациональным ее выполнением. Во всех же других схемах усилителей низкой частоты достигнуть совершенно равномерного усиления всех частот чрезвычайно трудно. Поэтому по сравнению со всеми другими видами усилителей каскады низкой частоты по схемам на рис. 3 по праву могут считаться «неискажающими». В этом заключается основное достоинство каскадов по этой схеме. Коэффициент усиления усилителя низкой частоты с емкостными связями всегда меньше произведения коэффициентов усиления примененных в нем ламп.