Выходные каскады в режиме В (стр. 2 из 3)
Рис. 3. Cемейство статических выходных характеристик триода ГМ-70 и нагрузочная прямая
для одного плеча двухтактного каскада, работающего в режиме В при Ra~n=2200 ом
Проведенная на семействе статических выходных характеристик усилительного элемента нагрузочная прямая, соответствующая выбранному значению сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току, в режиме В представляет собой лишь половину полной нагрузочной прямой. Вторая половина прямой, являющаяся продолжением первой, расположена ниже горизонтальной оси. При симметричности плеч двухтактного каскада, работающего в режиме В, он не вносит четных гармоник; из формул метода пяти ординат следует, что при I’1=0,5 I’макстретья гармоника также исчезает. Отношение токов I’1 и I’макс зависит от величины смещения на входном электроде усилительного элемента, поэтому для получения наименьшего коэффициента гармоник при максимальной амплитуде сигнала смещение желательно брать таким, чтобы I’1=0,5 I’макс.
В каскадах работающих в режиме В с изменяющейся в широких пределах амплитудой сигнала (например, в усилителях для усиления сигналов речи и музыки), необходимо иметь крутизну характеристики усилительного элемента в точке покоя не ниже 0,3 
0,4 средней крутизны за рабочий полупериод. При крутизне в точке покоя меньше указанного значения суммарная динамическая характеристика каскада заметно искривляется вблизи точки покоя, и каскад вносит значительные нелинейные искажения при малых амплитудах сигнала.
Параметры усилительных элементов, используемых в двухтактной схеме, отличаются друг от друга в пределах допусков технических условий. Вследствие этого верхний и нижний полупериоды сигнала на выходе двухтактной схемы, работающей в режиме В, оказываются неравными, что вызывает появление в выходном сигнале четных гармоник и смещает точку, соответствующую прохождению сигнала через нулевое значение, с горизонтальной оси.
Для расчета коэффициента гармоник двухтактного каскада с несимметричными плечами токи I’макс, I’1, I’0, найденные по статическим характеристикам усилительного элемента, принимают за номинальные и находят пять значений токов Iмакс, I1, I0, I2 и Iмин, предположив, что одно плечо имеет токи в (1+b), а другое в (1-b), отличающиеся от номинальных. Учитывая, что токи второго плеча имеют обратное направление, их считают отрицательными. Остаточный ток покоя I0, вызывающий подмагничивание выходного трансформатора, равен разности токов покоя обоих плеч. В результате получим следующие формулы для вычисления указанных токов:
. (9)В ламповом каскаде, работающем в режиме В, отрицательное смещение на управляющие сетки желательно подавать от отдельного источника (выпрямителя). Чтобы токи сетки, имеющие место при случайной перегрузке усилителя, не запирали выпрямитель смещения и не заряжали выходной конденсатор его фильтра до напряжений, при которых мощный каскад будет работать в режиме С, выпрямитель смещения нагружают сопротивлением Rн (рис. 4).
Ток нагрузки этого выпрямителя для каскада в режиме В без токов сетки берут порядка 0,1 от среднего значения анодного тока каскада при максимальном сигнале.
Отрицательное смещение на сетки ламп в режиме В можно подавать и с сопротивления, включенного в общий катодный провод двухтактной схемы (катодное смещение). Однако ввиду того, что среднее значение анодного тока в режиме В сильно зависит от амплитуды сигнала, смещение на сетке при малых амплитудах будет невелико и каскад будет работать почти в режиме А. При максимальном расчетном сигнале и правильно рассчитанном сопротивлении катодного смещения каскад будет работать в режиме В, но при сигнале выше расчетного перейдет в режим С. Вследствие возрастания отрицательного смещения на сетках при увеличении амплитуды сигнала средняя крутизна характеристики ламп за период падает, и амплитудная характеристика каскада, работающего в режиме В с катодным смещением, получается криволинейной (рис. 5).
Рис. 5. Амплитудная характеристика каскада мощного усиления,
работающего в режиме В с катодным смещением
Значение Rк для каскада, работающего в режиме В с катодным смещением, находят, поделив напряжение отрицательного смещения Uс0 на средний ток в катодном проводе при максимальном расчетном сигнале Iк.ср
. (10)Для триодов Iк.срравно среднему току в анодном проводе Iа.ср и находят по формуле (2); для экранированных ламп Iк.ср равно сумме Iа.ср и среднего значения тока экранирующих сеток за период сигнала.
При расчете каскада в режиме В с катодным смещением необходимо проверять мощность, рассеиваемую на аноде ламп в режиме покоя. Так как по отношению к источнику анодного питания лампы двухтактной схемы включены параллельно, то для нахождения тока покоя каскада при отсутствии сигнала строят статическую характеристику зависимости удвоенного катодного тока от смещения на сетке и находят точку пересечения этой характеристики с прямой, проходящей через начало координат и через точку пересечения перпендикуляров, восстановленных из точек Uc0и 2Iк.ср (рис. 6).
Рис. 6. Определение тока покоя каскада мощного усиления
с катодным смещением, работающего в режиме В.
Прямая характеризует падение напряжения на сопротивлении Rк в зависимости от тока через него, а точка пересечения прямой и характеристики суммарного тока определяет смещение на сетках каскада U’с0и суммарный катодный ток 2I’к0 при отсутствии сигнала. Поделив этот ток пополам и вычтя из него ток экранирующей сетки при каскаде с экранированными лампами, находят анодный ток покоя одной лампы и мощность, рассеиваемую на аноде в режиме покоя. Если найденная таким образом мощность превышает Pа.доп взятой лампы, работа в данном режиме с катодным смещением невозможна и смещение на сетку необходимо подавать от отдельного источника.
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.