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电子管基础知识教程(七)阻容耦合电压放大器

 昵称29435191 2017-10-20
      各种放大器中,使用得最普遍的是用电阻电容耦合的电膻放大器,简称阻容耦合放大器或者RC耦合放大器,一般应用于小信号放大电路。 
    一、阻容耦合放大器电路中各元件的作用及其基本电路 
    1.屏极负载电阻Ra。屏极负载电阻是放大器中的重要元件之一,当电子管栅极回路加入交流信号电压时,由于栅极的控制作用,使原来恒定的屏流变为随信号电压变化的电流,也就是产生了交流分量。屏流的交流分量在Ra上产生了交流电压降,从而使屏极与阴极之间得到一个放大了的电压信号。 
    2.耦合电容Coh。其作用就是将电子管屏压的交流分量耦合至下一级电子管的栅极,同时隔离电子管屏压中的直流分量,使其不能加到下一级电子管的栅极而影响其工作状态。Coh对于屏压的交流分量来说容抗很小,可以认为全部或者绝大部分屏压的交流分量都降落在Ra上,而送至下一级电子管的栅极。 
    3.栅极电阻Rg。这个电阻的作用有两个,一是使下一级电子管能将栅偏压Eg通过Rg到栅极上去,作为Eg的直流通路,同时下一级电子管内电子从阴极流向屏极的过程中,免不了有个别电子落到栅极上,Rg就给这些电子一个直流通路,使栅极的电位不会越来越负而影响放大器的正常工作。所以Rg义叫栅漏电阻。二是将屏极回路输出的交流信号电压送至下一级放大器去。 
    4.阴极旁路电容Ck及阴极电阻Rk。它们组成自偏压电路,用以产生稳定的栅偏压。 
    5.帘栅极电阻Rg2及其旁路电容Cg2。电阻Rg2的作用是为帘栅极提供稍低于屏极的正电压,Cg2的作用是使帘栅极的交流接地。 
    以上电路中,Ra、Coh及Rg完成了将上一级电子管屏压中的交流分量送至下一级电子管栅极上去的作用,因为所用元件为电阻和电容,所以称为阻容耦合放大器。图33为阻容耦合基本电路,图32说明了栅漏电阻的作用。
 
  
    二、放大倍数和频率特性 
    一般情况下电压放大器的输入信号电压幅度都比较小,如果工作点的位置选择适当,使电子管工作在特性曲线中近似直线而且间隔均匀的部分,这种工作状态下非线性失真是很小的。此外,电压放大器主要目的是输出较大的电压信号,对于输出功率的大小一般不考虑,因此应用等效电路法来分析电压放大器的放大倍数和频率特性比较简单。 
    阻容耦合放大器由于存在耦合电容、电子管极间电容和布线电容等,因此它对不同频率的信号电压的放大倍数是不同的,同时输出电压与输入电压的相移也因频率不同而存在差别。这种情况称为放大器的频率失真。 
    电压放大器的主要质量指标是放大倍数和频率失真,因此在满足频率失真的要求下,如何获得最大的放大倍数是设计放大器的关键。 
    在分析放大器的频率特性之前。首先要了解什么是幅频特性,什么是相频特性。 
    频率特性是由幅频特性和相频特性组成的。放大倍数的大小与频率的关系称为幅频特性。输出电压和输入电压之间的相移与频率的关系称为相频特性,二者总称为频率特性。在频率失真中,放大倍数随频率而变时称为幅频失真,相移随频率而变时称为相频失真。 
    我们可以通过等效电路来分析阻容耦合放大器的放大倍数和频率特性。 
    阻容耦合放大器的等效电路如图34所示。图中的电容Co称为分布电容,它包括电子管的输出电容、下一级电子管的输入电容和电路布线电容等。 
    频率特性分析 
    如果直接从图34所示的等效电路来进行频率特性分析是比较复杂的,不但演算烦琐,而且结果也不能给出比较简明的物理概念,因此通常采用分频区简化的分析方法,根据各电路元件在不同频率时的影响程度,将等效电路分为中频区、低频区和高频区三个简化的等效电路,使分析大为简单。 
    1.中频区的频率特性。由于在中频区范围内,Coh的容抗远小于Rg,可以看作它是短路的,而分布电容Co的容抗远大于Rg,几乎没有什么分流作用,可以看做它是开路的,这样就可以把图34中所有的电容全部去掉,将其简化成图35,其中(a)是定势源等效电路,(b)是定流源等效电路。 
    因为·Usr=Ug,由图35(a)可得 
    ·ia=(uUsr)/{Ri+[(RaRg)/(Ra+Rg)]}, 
    ·Usc=-Ia×[(RaRg)/(Ra+Rg)] 
    因此,中频区的放大倍数为: 
    ·Kz=·Usc/·Usr=-u/[1+(Ri/Ra)+(Ri/Rg)] 
    (该公式主要应用于三极管) 
    用复数的运算方法可计算出中频区放大倍数的绝对值和相移分别为 
    ·Kz=-u/[1+(Ri/Ra)+(Ri/Rg)]  φz=180° 
    同样,由图34(b)可列出输出电压公 
    ·Usc=-SUsr×[(1/Ri)+(1/Ra)+(1/Rg)]=-S·UsrR 
    式中R是Ri、Ra、Rg的并联值,因此可得·Kz=Usc/Usr=-SR(该公式主要应用于五极管) 
    Kz=SR  φz=180° 
    中频区的幅频特性和相频特性如图36的中间部分所示。通过以上分析可以看出,在中频区内,放大倍数与频率无关,除电子管本身所引起的180°相移以外,不再有别的相移,所以在中频区内放大器没有频率失真。这是因为在此频率范围内各个电容的影响可以忽略,放大器的负载是纯电阻的缘故。 
    实际应用中,通常所说的放大器的放大倍数,就是指的中频区的放大倍数。 

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