不变,而变动栅偏压Eg的数值,静态工作点将会变动,用图24加以说明。
设栅压由ug=-Eg增加到ug=-Eg2,此时的静态工作点在Q2处,如果栅压增加到ug=-Egl时。则静态工作点将移至Ql处。当栅压分别降低到ug=-Eg3和ug=-Eg4时,则静态工作点分别移至Q3和Q4处。可见,在屏极电压Ea和屏极负载电阻Ra固定的情况下,由公式u′a=Ea-ia×Ra所决定的直流负载线是不变的。电子管的工作点由栅偏压决定,栅压值的改变。必然引起静态工作点位置的改变,但其位置的变化始终在直流负载线MN上。
2)屏极负载电阻Ra的影响。如果保持其他条件不变,只改变屏极负载电阻Ra时,则直流负载线与纵坐标的交点N,将沿着纵坐标轴上下移动。如果减小Ra,则交点从N点上移到N′点,而增大R8时,则交点从N点下移到N″点,见图25。另外,从图25还可以看出,Ra的数值改变时,直流负载线与横坐标的夹角α也跟着改变。我们把α的正切值称为负载线的斜率。从图25中可以得到
从上式可以看出。直流负载线的斜率与电源电压E。无关,只决定于屏极负载电阻Ra的大小。Ra越小,直流负载线MN的斜率越大,Ra越大,直流负载线MN的斜率越小。此外还可以看出。直流负载线的斜率改变时,静态工作点也相应的改变,如图中的Q、Q′和Q″。
2.动态工作情况
现在来分析放大器电子管栅极回路有信号电压输入时的情况,我们将其称为动态工作情况。为便于分析。设在电路中输入的信号电压烛正弦波。即usr=ug=ugm sinωt=2sinωt.则作用在电子管栅极与阴极之间的总电压为ug=-Eg+ug=-Eg+Ugm sinωt=-4+2sinωt。
分析放大器的动态工作情况。
要用电子管在接上负载电阻Ra时的屏栅特性曲线。简称动态特性曲线,而不能用前面所介绍的静态屏栅特性曲线。因为那是电子管未接入负载的情况。动态特性曲线是在直流负载线和屏极特性曲线的基础上求出的。
在坐标系第一象限中,直流负载线与屏极特性曲线簇相交于点Q、Q′、Q″。得到不同栅压ug时所对应的屏流ia值。把这些ug值和它所对应的i。值逐点地绘在ia-ug(坐标系第二象限)上。将这些点连接起来,使得到电子管6N1当其Ea=300、Ra=30kΩ时的动态特性曲线。其中q点是动态特性曲线上的丁作点。
动态特性曲线求出来后,在此基础上就可以作出屏流ia及屏压m的波形了。第一步作出ug-ωt(在第三象限)、ia--ωt(在第一象限)和ua-ωt(在第四象限)三个坐标系,然后在ug-ωt坐标系上作出ug=-Eg+ug的波形,再分别求出屏流ia和屏压儡的波形。从图中可以看出,当Ug=O时,放大器处于静止状态。和静态工作时桐同。当加上usr后,ug、ia和ua的数值都相应地发生了变化。设定ug的变化最为±2V.所以该电子管只能工作在Ug=-4V±2V(-6V~-2V)的特性曲线范围内。
又因其输出回路限制了它必须在直流负载线MN上工作,所以电子管只能在直流负载线的Q‘一Q“线段上工作。在动态特性曲线中。q’点是负载线与ug=-2V的那一条特性曲线的交点,q”点则是负载线一与Ug=-6V的那一条特性曲线的交点。图27是放大器的动态工作情况的图解。
已知Ug的变化最是±2V,在正半周时。Ug由O增大到峰值(2V),电子管工作点将由Q点沿着直流负载线移动到Q‘点。相应的Ia由O增大到峰值,而Ua则从O减小到负的峰值。然后ug由峰值减小到O,工作点则由Q’点沿着负载线回到Q点。相应的Ia也由峰值减小到O,而m则从负的峰值重新回到O。负半周情况和正半周相同。只不过方向相反而已,对应于Ug负半周,电子管工作点由Q点移动到Q“,再由Q”点回到Q点。直流负载线Q、所对应的动态负载线上的点为
这里要注意的是。电子管的特性曲线不完全是直线,
和
的波形并不完全与Ug相同,这种现象称为非线性失真。
3.栅偏压的作用
在放大器中。输入回路都要接上栅偏压Eg,Eg的接法是正极接电子管阴极,负极接电子管栅极,使电子管栅极的电位相对于阴极为负。
栅偏压的作用有两个:一是使电子管在工作时栅极电位始终低于阴极电位。这样阴极发射的电子就不能跑到栅极去,所以栅极回路中没有栅流:二是使电子管有一个合适的工作点。前面我们已经学过,当屏极电源电压Ea和屏极负载电阻Ra一定时,工作点Q就由栅偏压来决定。工作点的位置对放大器的工作有非常大的影响。下面用图27说明。
第一种情况是当栅偏压太负时,这时工作点Q1的位置过低。如图27(a)所示。由于动态特性曲线靠近屏流截止处是弯曲的。使得屏流波形负半周的幅度小于正半周。
如图中的ia1。说明非线性失真很大。
第二种情况是栅偏压太小。这时工作点Q3的位置又过高,如图27(b)所示。输入信号正半周幅度较大的一段时间内(tl~t2),栅极电位高于阴极电位。栅极回路中产生栅流ig,ig在通过输入信号电源ex的内阻凡时。产生电压降如图27((1)所示f图27(d)是电子管工作在有栅流时的情况1,这样在t1~t2时间内真正加到电子管栅极与阴极之间的信号电压Usr=ex-i.
sxRx将小于信号电源电势ex,而在其余的时间中,因为ig等于O,usr等于ex,这说明在出现栅流时。信号电压的幅度减小使它的波峰变平形成火真。特别要注意的是,这种失真是在未经放大之前就已经产生了,它使得屏流波形也发生波峰变平的不对称失真。
第三种情况是选择适当的栅偏压。使工作点处于动态特性曲线的直线部分中点的位置。这时工作点Q2的位置正确。如图27(c)所示。屏流波形才是对称的,此时失真最小,这正是我们所需要的。综上所述,在放大器电路中栅偏压不但是必要的,而H还要选择适当的大小。才能避免产生非线性失真。
4.栅偏压电路
栅偏压的取得有两种方式即自给栅偏压和固定栅偏压。自给栅偏压主要应用在阴极电流变化不大的小信号电压放大电路,而固定栅偏压则主要应用在阴极电流变化较大的功率放大电路。
自给栅偏压方式通常是在电子管的阴极电路内接上一个阴极电阻RK来获取Eg,如图28(a)所示。当屏流ia流过Rx时,在RK的两端产生电压降,这个电压降的极性是阴极为正、地为负,从而使栅极对阴极的电位为负,起到栅偏压的作用。但是当栅极回路有信号电压输入时。由于屏流ia除了直流分量Iao以外,还产生了交流分量ia,使RK两端所产生的电压降也要发生变化,这时RK两端的电压将变得不稳定而不能起到栅偏压的作用。解决的方法是在Rx两端并联一个容量足够大的电容CK,当容抗为 时,则可使交流分量ia绝大部分经过CK,而ia中的直流分量Iao只流过Rx,在RK、CK并联回路两端的电压基本上是稳定不变的,从而起到固定Eg的作用,如图28(b)所示。这种电路简称为自偏压电路。采用自给栅偏压方式的电子管电路一般无需进行调整。对于阴极电流变化不大的小信号电压放大级。大多数采用自给栅偏压方式,自给栅偏压方式制作简单、成本低廉、可靠性高,不容易出现开路现象,有利于保护电子管,失真也较小。
在功率放大器中,由于功放管阴极回路内的‘电流随信号变化较大,并且有时有栅流产生,所以一般不采用自给栅偏压方式,而采用固定栅偏压方式,如图28(c)所示。固定栅偏压是由一个独立的栅负压电源Eg来供给的,该电路一般是在电源变压器次级加绕一组60~70V的交流电压线圈,经过整流滤波后,取得一20~-60V的平滑直流电源,作为栅负压电源,通过限流电阻分压分别供给电子管的栅极。这种固定栅偏压方式由于增加了电路的复杂程度和提高了成本,一般只在功率放大级中使用。固定栅偏压方式还有一个缺点,就是在调试过程中如果电位器W控制不好,一旦产生开路,使电子管栅极处于失控状态,这样无论是三极电子管或者四极电子管,实质上已经变成了二极管,大量电子涌向屏极,导致功率管屏流过大烧红屏极,时间稍长就会损坏功率管。
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