2. Каскад с трехэлектродными лампами

Для определения желательных параметров триода и наивыгоднейшего сопротивления их анодной нагрузки в режиме В используем семейство идеализированных выходных статических характеристик триода (рис. 7).

Рис. 7. Расчет каскада мощного усиления с триодами в режиме В

При работе без токов сетки и полном использовании дамп нагрузочная линия, проходящая через точку Rа0, касается нулевой характеристики триода (прямая А по рис. 7). При этом сопротивление анодной нагрузки плеча переменному току Ra~n и внутреннее сопротивление триода Ri определяются формулами:

, (11)

. (12)

Отсюда в режиме В

. (13)

Решив (13) относительно Uам и подставив в формулу, определяющую отдаваемую каскадом мощность сигнала P~, получим

. (14)

Это показывает, что наибольшая мощность, которую триоды могут отдать при работе в режиме В без токов сетки:

1)прямо пропорциональна квадрату анодного напряжения Uа0;

2)обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению триодов Ri;

3)зависит от отношения сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению лампы.

Отсюда следует, что для получения наибольшей мощности в режиме В при заданном напряжении на аноде необходим триод с малым внутренним сопротивлением, как и в режиме А. Продифференцировав знаменатель правой части выражения (14) по а и приняв производную нулю, нетрудно убедится, что максимум отдаваемой мощности имеет место при а=1. Следовательно, при заданном анодном напряжении и работе без токов сетки триод в режиме В отдает наибольшую мощность при сопротивлении анодной нагрузки, равном его внутреннему сопротивлению.

Для определения зависимости кпд каскада мощного усиления с триодами в режиме В от сопротивления нагрузки используем выражение (4), которое после замены U0 через Uам+Uост и деления числителя и знаменателя полученного выражения на Uост примет вид

, (15)

так как согласно (13) отношение .

Из (15) видно, что кпд каскада мощного усиления с триодами в режиме В растет с увеличением сопротивления нагрузки, стремясь к при безграничном возрастании Ra~n.

Сопротивление нагрузки плеча Ra~n двухтактного каскада в режиме В желательно брать порядка 1,5 Ri или выше, если последнее допустимо с точки зрения отдаваемой каскадом мощности.

3. Каскад с экранированными лампами

В режиме В, так же как и в режиме А, наивыгоднейшей нагрузкой для экранированной лампы является такая, при которой верхний конец нагрузочной прямой проходит через сгиб статической анодной характеристики для uc=0. При этом отдаваемая лампами мощность и кпд близки к максимальным. Ввиду того что нагрузочная прямая в режиме В проходит через точку Uа0 на горизонтальной оси, а не через точку Iа0 режима А, сопротивление анодной нагрузки плеча Ra~n получается меньше, чем в режиме А, обычно находясь в пределах .

Для уменьшения коэффициента гармоник при большой амплитуде сигнала отрицательное смещение на управляющей сетке экранированных ламп, как и в случае триодов, берут таким, при котором I’1 вдвое меньше I’макс. Для уменьшения нелинейных искажений при слабых сигналах необходимо иметь статическую крутизну характеристики в точке покоя не ниже крутизны в рабочей ее части.

4. Каскад с транзисторами

В режиме В, так же как и в режиме А, ввиду незначительности остаточного напряжения у транзисторов максимальная амплитуда переменной составляющей выходного напряжения Uвых.м почти равна напряжению питания выходного электрода U0. отсюда отдаваемая каскадом мощность P~ и сопротивление плеча переменному току R~n определяется выражениями:

. (16)

Из этих формул нетрудно получить следующие расчетные формулы для транзисторного двухтактного каскада, работающего в режиме В:

. (17)

Напряжение питания транзисторов U0 для уменьшения входной мощности сигнала и коэффициента гармоник в режиме В желательно брать возможно более высоким, но не выше максимально допустимого напряжения между выходными электродами для примененного способа включения.

Так как в транзисторном каскаде , максимальная мощность выделяется на коллекторе при входном сигнале, соответствующем . Ее рассчитывают по формуле (5), подставив в последнюю значение I’макс, соответствующее .

Повышение входного сопротивления транзистора при малых входных токах приводит к изгибу нижней части сквозной динамической характеристики, что при слабых сигналах вызывает появление значительных искажений. Поэтому в каскадах, работающих в режиме В с изменяющейся амплитудой сигнала, на базу относительно эмиттера подают небольшое отрицательное смещение ( в для германиевых транзисторов) от низкоомного делителя напряжения. При этом сквозная характеристика спрямляется и нелинейные искажения при слабых сигналах практически исчезают.

При работе в режиме В с постоянной амплитудой сигнала и включении с общей базой можно получить низкий коэффициент гармоник и без смещения, спрямив нижний изгиб сквозной характеристики высоким сопротивлением источника сигнала.

Динамические характеристики транзисторного каскада в режиме В строят для одного полупериода сигнала. Напряжение, ток и мощность входного сигнала находят по входной динамической характеристике; коэффициент гармоник – по сквозной динамической характеристике.

Заключение

Режимом В называют такой режим работы усилительного элемента, в котором при идеализированной (спрямленной) проходной динамической характеристике ток выходной цепи протекает в течение половины периода сигнала.

В виду незначительности тока покоя и малого среднего значения выходного тока по сравнению с его амплитудой, кпд режима В значительно выше, чем режима А. Однако большое содержание четных гармоник в выходном токе позволяет применять режим В в однотактных каскадах усиления гармонических сигналов лишь в резонансных усилителях, где нагрузкой является параллельный резонансный контур, настроенный на частоту сигнала или на одну из его гармоник. В этом случае напряжение на нагрузке практически синусоидально, так как для других частот параллельный контур представляет собой почти короткое замыкание. В усилителях импульсных сигналов одной полярности режим В может применятся и в однотактной схеме.