Эти уравнения можно решить графически. Для этого необходимо на графике выходных характеристик построить прямую линию, описываемую выражением (3.2) и называемую нагрузочной. Анодный ток находится по точке пересечения нагрузочной линии с выходной характеристикой, снятой при % = Eg. Из построения можно найти также анодное напряжение Uao и падение напряжения на нагрузке UoRa (рис. 3.2).

Нагрузочную линию обычно строят по отрезкам, отсекаемым

ею на осях: на оси ia{Ua = 0) она отсекает отрезок - , а на оси

«а (ia = 0) - отрезок Еа. Очевидно, что при увеличении нагрузки нагрузочная линия проходит более полого (тангенс угла наклона

нагрузочной линии к оси Ua пропорционален ~\ , а при увеличена /

НИИ питающего напряжения Еа смещается параллельно самой себе вправо.

Определение анодного тока по управляющим характеристикам требует построения нагрузочной управляющей характеристики. Нагрузочными характеристиками в дальнейшем будем называть зависимости анодного тока (нагрузочные управляюиие характеристики) или тока сетки (нагрузочные входные характеристики) от напряжения, питающего цепь сетки (в схеме, представленной на 3.1, от напряжения и ), при наличии сопротивлений в цепях анода Ra и сетки Rg.

В рассматриваемом случае нас интересует только нагрузочная управляющая характеристика, снятая при Ra= Q (сопротивление

Rg при отсутствии тока сетки роли не играет). Такая характеристика при напряжении анодного источника питания Еа и определенном значении сопротивления Ra показана на рис. 3.3, где построено также семейство статических управляющих характеристик.

Так как при отсутствии анодного тока падение напряжения на нагрузке равно нулю, то нагрузочная характеристика начинается в точке, где начинается статическая, снятая при том же напряжении анодного источника питания. При уменьшении отрицательного напряжения на сетке анодный ток из-за сопутствующего уменьшения напряжения на аноде возрастает медленнее, чем при отсутствии нагрузки, и нагрузочная характеристика проходит более полого, чем статические характеристики.

Нагрузочная Рис. 3.3

На рис. 3.3 показано, как, имея семейство статических управляющих характеристик, можно построить нагрузочную характеристику. Ее начальная точка, как указано, определяется началом соответствующей статической характеристики. При уменьшении отрицательного сеточного напряжения анодное напряжение также уменьшается и при некотором токе становится равным Е, т.е. напряжению, при котором снималась следующая статичесчая характеристика. Очевидно, что это произойдет, когда ток анода до-

стигнет величины -Следовательно, нагрузочная характеристика пересечет статическую, снятую при напряжении Е , в точке, где ток имеет это значение. Статическую характеристику, снятую при напряжении Е, нагрузочная пересечет в точке, в которой ток

равен

-, и т. д.

-6 -S -« -2 о

Рис. 3.4

Значительно удобнее строить нагрузочную управляющую характеристику по семейству выходных характеристик (рис. 3.4). Для этого на графике выходных характеристик по заданным значениям Еа и Ra наносят нагрузочную линию и точки ее пересечения с характеристиками переносят, как показано на рисунке, на левую часть диаграммы, где по горизонтальной оси отложено сеточное напряжение.

Изменение сопротивления нагрузки изменяет лишь наклон нагрузочной характеристики (ее начальная точка от Ra не зависит). При увеличении Ra она проходит более полого. Изменение напряжения Еа анодного источника питания не влияет на наклон нагрузочной характеристики, оно только сдвигает ее в сторону соответствующей статической характеристики.

Расчет тока по нагрузочной характеристике осуществляется так же, как и по статической характеристике в случае отсутствия нагрузки (левый график на рис. 3.2).

Когда на сетку, кроме постоянного отрицательного напряжения Eg, подано и переменное «g~ с амплитудой СУ (для простоты предположим, что оно является синусоидальным переменным напряжением), можно встретиться с различными режимами работы исследуемой схемы.

Разберем сначала режим, называемый режимом Ль В этом режиме мгновенное значение сеточного напряжения

«; = £ + и = E-\-g sin 2ift

в любой момент имеет отрицательную величину, превышающую напряжение запирания анодного тока Ugo, т.е.

«go<«;<o- М

Условие (3.3) выполняется, если максимальное значение сеточного напряжения {Eg + Ug) имеет отрицательную величину, т.е. если Ug<\Eg\, а минимальное {Eg - Ug) превышает Ugg. В режиме Al анодный ток существует в любой момент времени, а сеточный - отсутствует.

Исхиднан рабочан тачка

Рис. 3.5

На рис. 3.5 показан метод построения зависимости анодного тока от времени в режиме Ai по нагрузочной управляющей харак-

Для сокращения количества индексов здесь и в дальнейшем индекс т, указывающий на амплитудное значение рассматриваемого тока илн напряжения, опускается.

теристике (при Ra - О построение ведется по статической управляющей характеристике).

Под графиком, на котором нанесена заданная характеристика, как показано на рисунке, строят график зависимости сеточного напряжения от времени t (или от 2nft). Задаваясь каким-либо моментом времени t (или углом 2nft), можно найти мгновенное значение сеточного напряжения ug (точка а). Если эту точку снести по вертикали на характеристику, то найдем точку в, дающую мгновенное значение анодного тока ia- Построив найденное значение тока при абсциссе, равной выбранному значению угла 2nf\t (или времени i/), получим одну из точек искомой зависимости (точка с на правом верхнем графике). Остальные точки находятся аналогично.

Из построения видно, что при наличии в цепи сетки переменного напряжения точка в на характеристике, называемой рабочей точкой, колеблется вокруг точки О, положение которой определяется величиной постоянного напряжения Eg. Эта точка носит название исходной рабочей точки, а соответствующее ей напряжение fg- напряжения смещения. При этом вокруг среднего значения, определяемого положением исходной рабочей точки, колеблется и ток.

Гармонический анализ кривой анодного тока показывает, что он состоит (нижний график справа) из постоянной составляющей /ао, переменной составляющей iaf частоты f изменения напряжения, приложенного к сетке, и гармонических составляющих ia2f,iazf частот, кратных частоте f{ia2f) частоты 2/, iasf частоты 3/ и т.д.). На этом графике показаны временные зависимости каждой из этих составляющих (построение ограничено второй гармоникой). Появление составляющих - постоянной и переменной частоты f, называемой составляющей основной частоты, очевидно, не требует пояснений. Возникновение высших гармонических объясняется нелинейностью характеристики лампы.

Анодный ток, протекая по анодной нагрузке R а, вызывает на ней падение напряжения, которое содержит составляющие, соответствующие отдельным составляющим тока. Это напряжение следует рассматривать как конечный эффект воздействия напряжения, подводимого в цепь сетки.

В каждой электронной схеме, в зависимости от выполняемых ею функций, полезную роль играет только одна из составляющих напряжения на нагрузке. Так, в усилительной схеме полезной является составляющая основной частоты, высшие же гармонические, искажающие форму кривой напряжения на нагрузке (она не повторяет форму кривой напряжения, подведенного к сетке), играют вредную роль. Искажения, вызванные ими, называются нелинейными искажениями. Вредной будет и постоянная составляющая тока. Чем она больше, тем больше энергии расходует источник анодного питания и тем сильнее разогревается анод лампы и нагрузка.

в схемах «умножения частоты», предназначенных для получения колебаний с частотой, кратной частоте колебания, подведенного к сетке, полезна лишь соответствующая высшая гармоническая составляющая.

В выпрямительных схемах, работающих на диодах, полезным будет постоянное (выпрямленное) напряжение на нагрузке. Наличие переменных составляющих приводит к колебаниям выпрямленного напряжения.

В большинстве же электронных схем полезной составляющей является составляющая напряжения основной частоты. Высшие гармонические напряжения на нагрузке приходится подавлять. Это осуществляется следующими методами.

Один из них состоит в использовании избирательной анодной нагрузки, т.е. нагрузки, сопротивление которой для тоса основной частоты имеет конечную величину, а для токов кратных частот равно нулю. Примером такой нагрузки может служить колебательный контур, настроенный на колебание основной частоты. Несмотря на наличие высших гармонических тока, на избирательной нагрузке появится только переменное напряжение основной частоты.

Подавление нелинейных искажений достигается также тем, что рабочий участок характеристики, т.е. участок, в пределах которого перемещается рабочая точка (точка в на рис. 3.5), располагается в области, где характеристика более линейна. Пользуясь ур-нием (2.53), нетрудно показать, что кривизна характеристики уменьшается при увеличении тока. Отсюда следует, что если, уменьшая напряжение смещения Eg, исходную рабочую точку брать при большем токе, то нелинейные искажения будут меньше.

Из изложенного вытекает, что требования подавления высших гармонических и уменьшения постоянной составляющей тока противоречат друг другу. Уменьшение постоянной составляющей улучшает энергетические условия работы схемы, но увеличивает нелинейные искажения. Поэтому вопрос о выборе положения исходной рабочей точки решается только путем компромисса.

При ориентировочных расчетах работы схемы в режиме Л] нелинейными искажениями пренебрегают и считают, что анодный ток имеет только постоянную составляющую /оо, определяемую положением исходной рабочей точки (при наличии высших гармонических ток /ао, конечно, не равен этой величине), и переменную основной частоты с амплитудой /а, равной наибольшему отклонению тока от величины /„о. Определение этих токов иллюстрирует правый верхний график, представленный на рис. 3.5.

Большие возможности дает расчет схемы, изображенной на рис. 3.1, по выходным характеристикам (рис. 3.6). Начинается он с построения по заданным значениям Еа » Ra нагрузочной линии. Пересечение этой линии с характеристикой, снятой при сеточном напряжении, равном напряжению смещения Eg, определяет исход-116

ную рабочую точку, а при пренебрежении высшими гармониками тока - и величину постоянной составляющей/ао анодного тока. При наличии переменного напряжения мгновенное значение сеточного напряжения изменяется в пределах от (Eg + Ug) до (Eg-Ug), и рабочая точка, оставаясь на нагрузочной линии, переходит с одной характеристики на другую, занимая крайние положения на характеристиках, снятых при напряжениях (Eg + Ug} и (Eg-Ug).

Рис. 3.6

Постро.Ч1м теперь на отрезках нагрузочной линии, соединяющих исходную рабочую точку с ее крайними положениями, прямоугольные треугольники. Они называются нагрузочными. Из построения следует, что вертикальный катет этого треугольника определяет амплитуду /а переменной составляющей тока. Горизонтальный катет характеризует амплитуду Ua переменного напряжения на аноде. Когда рабочая точка перемещается по нагрузочной линии вокруг своего исходного положения, анодное напряжение, кроме постоянной составляющей Uao, определяемой положением исходной рабочей точки, имеет и переменную с амплитудой Ua (изменение анодного напряжения во времени показано на нижнем графике). Последняя появляется вследствие того, что переменная