子管电路基础知识大全 (第1 页) 一)二极管的结构及其工作原理 电子管是利用电子在真空中受电场力的吸引或排斥作用,进行工作的电子器件。 最简单的电子管是二极管,它是在高度真空的密封容器内装有两个金属电极,一个是阴极,呈细长管状 丝外面,另一个是阳极,呈圆筒状,套在阴极外面。当灯丝通电点燃,间接将阴极加热到1000~C 以上时, 量电子获得能量从金属中逸出,逸出的热电子在阴极金属表面附近堆积,成 空间电荷。 我们知道,电子是带负电荷的,此时如果在另一金属板 阳极)加上一个直流正电压并与阴极构成闭合 电子在正电压 电场)的吸引下将从阴极经过空间到达阳极,形成电流,如图1。 反之,如果在阳极加上直流负电压 电场),它将排斥从阴极发射出来的热电子,回路就没有电流。只有 电位高于阴极电位时。闭合回路才有电流流过,因此二极管具有单向导电性。利用二极管的单向导电性,就能 电变 直流电。 二)三极管的结构及其工作原理 1.结构 在二极管的两个电极之间插入一个栅栏状的电极就构成三极管 如图2 所示)。这个栅栏状的电极叫做控 极,简称栅极,用符号G grid)表示。结构一般是用镍锰合金丝在支撑物上绕成螺旋形,每圈之间有一定的 便从阴极发射出来的电子能通过这些空隙流到屏极。 从三极管各个电极的相对位置来看。栅极与阴极之间的距离较屏极与阴极之间的距离近得多,这使栅极对 射的电子的作用力也比屏极大得多,因而三极管具有放大作用。 2.三极管的基本电路 要使任何电路工作,都必须是一个闭合的回路。三极管在电路中,有3 个基本回路:一是屏极回路,二是 路,三是灯丝回路,如图3 所示。 在电子管电路中,各极电压都是以阴极 公共端的。屏极与阴极之间的电路是屏极回路。 它们之间的电压叫做屏压,以u。表示,一般屏压总是正的,即屏极电位比阴极电位高,因此屏极回路经 流ia 流动。屏极回路的正电源叫做屏极电源。用Ea 表示。 3.三极管的放大作用 将三极管按图3 连接好工作电源。这时在电子管阴极附近将产生两个电场,一个是屏极吸引电子的正电场 个是栅极排斥电子的负电场。因此电子管屏流i。的大小不仅与屏压有关,并且也与栅负压大小有关。 如果设定屏压固定不变,则栅压越负。对电子的排斥力越大,则屏流越小。反之,如果把栅极负电压减小 对值减小),则栅极对电子的排斥力将减小,屏流ia 将随之增加。这个现象说明,在栅极上加入大小不同的 就能控制由阴极流向屏极的电子数量,即栅极有控制屏极电流ia 大小的作用。而且由于栅极与阴极的距离 极的距离近,根据电场力和电场强度原理。 栅极控制电子的能力比屏极大得多,即栅压ug 有微小的变化,就能引起屏流ia 发生较大的变化,这就是 具有放大作用的原因。 图4 是一个简单的三极管放大电路。栅极回路叫输入回路,屏极回路叫输出回路。当在栅极回路接入一个 交流电源ex 时,就会使栅压ug 发生变化,如果在屏极回路中接人一个电阻Ra,ia 流过Ra 时在Ra 两端的压 比ug 的变化大得多,因此就具有电压放大作用,电阻Ra 我们叫它负载电阻。 三)三极管的静态特性曲线 电子管的工作特性可以通过曲线图来描述,实际工作中一般都是利用电子管的静态特性曲线来研究和设计 路。这种分析方法就是我们常说的图解法。电子管电路中,常用的静态特性曲线有屏极特性曲线和屏栅特性 种。特别要注意的是,静态特性曲线是在电子管屏极回路未接人负载电阻时测量出来的特性曲线.屏极特性曲线 屏极特性曲线是将栅压ug 固定在某一数值时,屏流ia 与屏压ua 之间的变化关系曲线。不同的栅压可以 的特性曲线。许多条这样的曲线就组成了屏极特性的曲线簇。测量屏极特性曲线。 先把栅压ug 调整在OV,然后把屏压u。从零开始逐渐升高,每 变一次屏压就得到一个相应的屏流数值 在坐标图上确定一个点,把许多点连接起来就得到一条曲线。然后逐渐调低栅压。用上述调整屏压的方法, 栅压时的屏极特性曲线,依此类推,就可以得到三极管的屏极特性曲线P 的屏极特性曲 从图6 中可以看出:1)栅压越负,曲线越向右移,因 栅压越负时,只有当屏压增加到能够抵消这个负 极附近所产生的排斥电场以后,才会有屏流产生:2)曲线的大部分是彼此平行的直线,间隔也比较均匀, 的曲线.屏栅特性曲线 测量屏栅特性曲线 的电路,只是把屏压ua 固定在某一数值上,记录不同栅压下相应的屏流 以画出一条屏栅特性曲线。在不同的屏压下画出的多条曲线就组成屏栅特性曲线P 的屏栅特性曲线 中可以看出,在屏压固定时,随着栅负压的增加,屏流减小。 增加到某一个数值时,屏流减小到零,这时屏流截止,屏流截止时的栅压称 截止栅压。产生屏流截止的原因 压负到某一数值时。栅极对电子的排斥力恰好抵消了屏压所产生的吸引力,电子不能到达屏极因而屏流截止 也可以看出,屏压越高,特性曲线越往左移,因 屏压越高,要使屏流截止的负栅压就越大。另外,屏流特性 可以说明栅压的变化对屏流的影响是很大的,栅压稍有增加,屏流就会显着增加,例如屏压 250V 时,栅 由a 点-10V 变到b 点的-9V ),屏流变化2mA (从4mA 变到6mA)。 子管电路基础知识大全 (第2 页) 三极管的参数 三极管屏流与屏压的关系,除了用静态曲线表示外,还可以用参数来表示。三极管的参数是 表示屏流与屏压微小变化量之间的关系,又称微变参数。屏流ia、屏压ua 和栅压ua 的微小变化 量分别用△ia、△ua、△ug 表示,这些微小的变化量称 增量。 三极管的主要参数有3 个,即跨导、内阻和放大系数。 一、跨导 跨导的定义是:在屏压保持不变时,栅压ug 在某一工作点上变化一微小增量△ug 将引起屏 流ia 相应地变化一个增量 其比值S 称 跨导。 从定义可以看出,跨导具有电导的性质,单位是mA/Vo 跨导的物理意义是。在屏压固定不变 的条件下,栅压变化lV 时,屏流变化了多少mA。它表明栅压控制屏流的能力,跨导越大,栅压 控制屏流的能力越强。例如在某一固定的屏压下,栅压变化1V 能使屏流变化3mA,那么跨导就 是 电子管的跨导还可以从屏栅特性曲线V 时的屏栅特性曲线 上,工作点在a 位置时。栅压 -7V,屏流 5.7mA。如果栅压升高到一6V,即△ug=-6- -7) =1V,这时屏流增加到8mA △ia=8-5.7=2.3mA),因此a 点的跨导是 2.3mA/V 在屏压固定的条件下,仍在200V 时曲线上的b 点。栅压升高lV -10V 到-9V ), 屏流从lmA 增加到2mA,即△ia=lmA,求得b 点的跨导是S=1/ 1=lmA/V 从以上具体数字可以看 出,在特性曲线的不同部分。跨导值的大小是不同的,曲线越陡直 斜率越以,跨导越大,所以 在特性曲线的直线部分。 跨导最大。并且差不多是固 定的。在弯曲部分跨导值减小。电子管手册上的跨导值,都是指直线部分的跨导值。 二、内阻电子管内阻的定义是: 在栅压不变时,屏压ua 在某一工作点上变化一微小增量 将引起屏流相应地变 化一个增量 它们的比值称 内阻,用符号Ri 表示,即 单位 k 内阻的物理定义是:在栅压不变的条件下。要使屏流变化1mA,屏压需要变化多少伏。它说 明屏压对屏流的控制能力,内阻越小,屏压控制屏流的能力就越强。 内阻也可以从屏极特性曲线 中在工作点a 时屏压 160V,栅压 一4V.使栅 压保持不变,屏压由160V 增加到180V 即△ua=20V),屏流从8mA 相应地上升到11mA 即 △ia=3mA),贝IJa 点的内阻 同样由于电子管的屏极特性曲线不是直线。所以曲线上各点的内阻也不相同。 例如在工作点b 时。用同样方法求出该点的内阻 20k 。从图9 可以看出。工作点a 时的 和工作点b 时的 值相等的情况下, 要比 大 得多,即工作点a 的内阻比b 点的内阻要小。可见内阻和跨导相反,曲线越陡 即斜率越大) 时,内阻越小,曲线越平直 即斜率越小),则内阻越大。 三、放大系数 放大系数的定义是:屏变化一微小增量 了保持屏流不变,栅压ug 必须 相应地变化一个 , 与 的比值取绝对值,称 放大 系数,用符号μ表示,即 放大系数是一个无名数,没 有单位。上式中 了保持屏流不变。 和 的符号必定相反,如屏压增加 而要保持屏流不变,栅压必须更负,它们的比值是一个负数,而放大系数是一个正数,所以要取 绝对值。从上一节图9 的屏极特性曲线可以看出,当栅压 -SV,屏压从210V c 点)增加到25 0V d 点)时,屏流从4.5mA. 增加到8.5mA.要使屏流保持在4.5mA,栅压必须从-8V 减小至一10V e 点)。 放大系数是表示栅压对屏流的影响大多少倍。例如某种电子管的放大系数是90,就是栅压对 屏流的控制能力是屏压的90 倍。 四、电子管的跨导S、内阻Ri 和放大倍数u 之间的关系 电子管的三个参数S、Ri 和μ之间的关系可以用下式求得: 因 增量 与 一定是同符号的即ua 是正时, 也一定是正的,ua 是负 时, 也一定是负的,所以 以上这个方程称 电子管的内部方程。如果知道了3 个参数中的任意两个,就可以求出另一 个。 五、极间电容及其影响 被电介质隔开的两个金属体之间存在一定的电容。电子管的电极是用金属制造的,并被真空 所隔开。因此各电极之间也存在电容,叫做极间电容。 电子三极管有3 个电极,如图10 所示。根据它们所处的位置不同。它们的名称也不同。栅 极和阴极之间的电容Cgk 叫做输入电容,屏极和阴极之间的电容Cak 叫做输出电容,屏极和栅极 之间的电容叫做Cag 叫做跨路电容。 三极管的各个极间电容量大约在1~20pF 范围内。输入电容Cgk 和输出电容Cak,虽然会使 输入、输出的电容量加大,但影响并不很严重。对电子管工作性能影响最大的是跨路电容Cag。 低 时Cag 的容抗很大。对电路影响小,但在高 时,Cag 的容抗下降。一部分屏极回路中放大 了的交流电压就会通过这个电容返回栅极回路,这种现象称为反馈。反馈的电压附加到栅极的信 号电压上。这时如果反馈电压与原信号的相位相同。那么输入回路的信号电压将会增大,因此屏 极回路负载上得到的交流电压也会增加,又使更大的电压通过Cag 反馈到栅极回路,如此继续下 去。结果使三极管的工作变得极不稳定。甚至有可能产生自激振荡出现啸叫声,使放大器不能正 常工作。这是三极管的主要缺点。 子管电路基础知识大全 (第4 页) 一、五极管的构造 在三极管的栅极和屏极之间加入另外两个电极,就构成了五极管 如图11 所示)。五极 管除了阴极和屏极之外。还有3 个栅极:第一栅极g1 叫做控制栅极,简称栅极,第二栅极g2 叫做帘栅极,第三栅极g3 叫做抑制栅极,它们都是在两根支柱上用金属丝绕成螺旋状的。 二、五极管帘栅极和抑制栅极的作用 1.帘栅极的作用 五极管中的帘栅极主要是起屏蔽作用,用来减小栅极和屏极之间跨路电容的影响。这可以 用图12 加以说明。 用一个交流电源、交流电流表和电容器组成如图所示的电路。如果在电容器的两片极板之 间放入一块金属片。并且把它和电路中的K 点接地。这时电路将分成以K 点 公共端的两个回 路,左边回路的电流表读数将 零,好像被短路了一样。其原因是电容器两块极板之间插入了 一块金属片后,相当于把电容器分成两个串联的电容器C1 和C2,由于金属片与K 点的连线把 Cl 和电流表回路短路,这部分便没有电流流过了。从而提示我们,要避免两个回路之间由于电 容耦合的影响,可以在这两个回路之间插入一块金属片。并且把这块金属片接到这两个回路的 公共端。而在电子管电路中,这个公共端就是阴极,而阴极通常是接地的。 当然。用金属片作帘栅极实际上是行不通的。因 金属片将完全隔断阴极发射出来的电 子,使电子不能流到屏极,电子管完全不能工作。实际上要起到屏蔽作用并不一定要用一块金 属片,在电子管中再加一个网状的栅极,电子可以通过网状的空隙到达屏极,同时起到屏蔽的 作用。这个栅极我们称 帘栅极。用帘栅极代替金属片,虽然跨路电容的影响不会减小到零, 但已能将影响减小到不会发生振荡的程度。 帘栅极在电路中应该怎样连接呢?如果从屏蔽的角度考虑应该接地,但这时零电位的帘栅 极将妨碍电子流向屏极,屏流会减小到不能工作的程度。 了使电子管有较大的、能够正常工 作的屏流,帘栅极必须接正电压,一般是接上比屏极电压低一些的正电压。帘栅极接地和接正 电压是一对矛盾,怎样解决是个矛盾呢?我们知道跨路电容的影响是在工作 率较高时才产生 的,因此屏蔽时接地是指 率较高的交流分量来说的,因而我们可以把帘栅极经过一个容量足 够大的电容器接地,又同时把帘栅极接上一个直流正电压,这样帘栅极对直流通路来说是接的 直流正电压,而对交流通路来说。当接地电容的容量足够大时其容抗很小。对高 分量来说相 当于接地,如图13 所示。这个电容我们叫它帘栅极旁路电容,用Cg2 来表示。如果已知屏极 电压Ea、帘栅极电压Ug 和帘栅极的直流电流分量Ig20,则Rg2 可以通过下式求出。 的电容量的计算:Cg2≥3/2 πfdRg2 式中fd 是电子管工作时 的最低 率。 由于阴极电子的高速撞击,电子管的屏极表面均会有二次电子发射出来。在三极电子管 中。二次电子产生的后果不明显。因 这些被撞击出来的二次电子没有别的出路。 只有返回屏极。但在有帘栅极的电子管中,由于帘栅极同屏极一样相对于阴极处于高的正 电位。当屏压由于动态负载变化的原因,降至比帘栅极电压还要低时。这时帘栅极就会吸收二 次电子。则明显减小屏极的电流。使屏极电流电压特性曲线产生弯曲失真。 了 变这种状 况,在四极管的基础上增加一个抑制栅极,其作用主要是 了消除在屏极上产生的二次电子发 射的影响。 其物理意义是:从阴极发射出来的电子受到屏极和帘栅极正电场的加速作用,以很高的速 度撞击屏极,导至屏极表面的部分电子获得足够的动能而飞出屏极表面。我们把这些因撞击而 飞出去的电子叫做二次电子,原来从阴极发射的电子叫做一次电子。当屏压从零增加时,屏流 随着屏压的增加而增加,如图14 的O-a 段所示。随着屏压的增加,将吸引更多的电子飞向屏 极。屏极在电子撞击下开始发射二次电子,二次电子被比屏极电位高的帘栅极吸收,屏流随之 减小,如图14 的a-b 段所示。屏压越高,一次电子的速度越快,二次电子的数目越多,屏流 因此越小。直到屏压接近帘栅压后。屏极开始把二次电子吸引回去,屏流才由减小转 增加, 如图14 的b-c 段所示。可见由于二次电子发射现象。电子管屏压与屏流的变化是不规则的。 特别是在a-b 段时。屏压增加时屏流反而减小,就会使被放大的信号与输入的信号极不相 似。这就是失真。 如果在屏极与帘栅极之间加入抑制栅极。并且与阴极相连接,即与阴极同电位。 相对于屏极电位为负值。那么二次电子会被抑制栅极排斥。仍然返回屏极。抑制栅极的作 用可用图15 来说明。从而使电子管具有较好特性。 子管电路基础知识大全 (第4 页) 三、五极管的特性曲线.特性曲线 在说明五极管的屏极特性曲线之前,我们先了解电子管阴极电流ik 在各电极之间分配的情 况。在三极管中。阴极电流ik 就等于屏流ia,而在五极管中,帘栅极连接的是直流正电压,它 吸收部分电子而形成帘栅流ig2,因此阴极电流是屏极电流与帘栅极电流之和,即ik=ia+ig2。 五极管的屏流受到3 个栅极的屏蔽。因此屏压对阴极发射的电子数量影响极微,决定屏流ia 的 是Ugl 和ug2,几乎与u。无关,所以ik 接近于一常数。ik 在屏极和帘栅极上的分配比率,则 决定于屏极电压和帘栅极电压的相对大小。 五极管的屏极特性曲线V 时的帘栅极电流ig2 与ua 的关系曲线,可以看出,当ua 变时,屏极电流曲线与帘栅极电流曲线是互 涨跌的。 下面以ugl=0.5V 时的情况加以说明。当ua=0 时,ia=0,而ig2 最大,此时全部ik 都流到 帘栅极,当ua 逐渐增加,但ua≤ug2 时,电子流穿过帘栅极后又有一部分返回帘栅极,所以 此时i。不是很大。当u。继续增加时,屏极吸引电子的能力增强,ia 上升得很快。当ua 接近 Ug2 最终超过Ue 以后,阴极电流ik 中只有少量的电子被帘栅极直接截获,大部分都流往屏 极,这时即使u。再增加,ia 和ig2 都几乎不变了,特性曲线的平直部分表示屏压对屏流的影 响很小。从五极管的屏极特性曲线中还可以看出,ua 越负,ia 也越小,这是因 栅压越负,能 穿过栅极到达屏极的电子数目越少的缘故。 2.参数 五极管的参数和三极管一样,也是跨导、内阻和放大系数,它们的定义也和三极管相同。 只是在具体到五极管的时候,再加上帘栅极电压和抑制栅极电压这两个条件。五极管的跨导也 和三极管差不多。主要区别是由于五极管的屏极受到3 个栅极的屏蔽,屏压对屏流影响极小, 即内阻很高。同样原因。其屏压变化对阴极电流的影响,比栅极电压变化对阴极电流的影响弱 得多。根据放大系数的定义,五极管的放大系数比三极管大得多。 3.优缺点 五极管的主要优点是放大系数比较大,同时因 有帘栅极和抑制栅极的双重屏蔽作用,其 跨路电容非常小,因此五极管可以工作于较高的 率段。五极管的缺点是它的屏极特性曲线簇 在屏压较低时曲线间的间隔不均匀,用作放大器是将会引起失真。由于电子运动的不规律性, 还会使五极管的屏极与帘栅极之间的电流分配,会随时间而发生不规律的波动,引起噪声。因 此五极管用作放大器时失真和噪声都比三极管大很多。 束射管 消除二次电子发射的影响,在五极管中是采用增加一个抑制栅极的办法。但这不是 一 的办法。束射管内部并没有抑制栅极,它是利用帘栅极和屏极之间的空间电荷来克服二次电子 发射的影响,解决屏流非线性问题。使其具有与五极管相类似的特性曲线。这种方法特别适合 音 放大器的输出级,目前得到非常广泛的应用。 束射管的结构和代表符号如图17 所示。其结构特点是:1.阴极做成矩形,目的是增加发 射面积,阴极与栅极之间的间距也相当均匀,因此由阴极发射出的电子流很大、很均匀。2.控 制栅极和帘栅极的金属丝长度相等,圈数相等,并且互相对齐,这样可以约束电子流在栅丝间 形成一系列的电子束射出,在帘栅极与屏极之间获得密集而均匀的空间电荷。3.帘栅极和屏极 之间的距离相当宽阔,从而使这个区域内的空间电荷增多。4.帘栅极和屏极之间两侧装置了一 对柬射电极 束射板),束射板的存在使电子管内部的静电场发生 变,束射板在电子管内部 与阴极相连,其作用是防止屏极上的二次电子从各个栅极支柱的两侧绕道流向屏极,同时使电 子流向中间聚集,从而增大空间电荷密度。 束射管的工作原理如下:我们知道。同性电荷之间有相互排斥力,如果帘栅极和屏极之间 有足够多的空间电荷,在屏极电压低于帘栅极电压时。有可能空间电荷对屏极发出的二次电子 的排斥力超过帘栅极对二次电子的吸引力,把屏极发射出来的二次电子排斥回去,从而起到抑 制栅极的作用。束射管在结构上采取了很多措施来满足这些要求。由于其结构复杂。所以束射 管的价格较五极管贵许多。 束射管的屏极特性曲线,和五极管的屏极特性曲线很相似。 子管电路基础知识大全 (第5 页) 电子管电压放大器 电压放大器的 务就是将各种微弱的信号电压进行放大后,去推动功率放大器。电压放大器和功率 放大器虽然都起到放大作用,但它们的输入、输出量是不一样的。电压放大器的输入、输出电流都非常 小,因而总功率很小。功率放大器输出的电压、电流幅度都较大。因而总功率较大,即输出一定的功率 去推动负载 如扬声器等)。 在学习电子管电压放大器的工作原理之前。应先了解电子管电压放大器的一些基本电路及其特点。 一般有以下4 种。 1.共阴极电路,如图19 a )。是音 放大器中最常用的电路,其特点是输入阻抗低,输出阻抗 高。主要优点是它的增益最大。 2.共栅极电路,如图19 b)。其特点是输入阻抗高。输出阻抗高。主要优点是输入输出传输特性 的线性度非常好,主要用于高 放大。 3,共屏极电路,如图19 c )。该电路又称 阴极跟随器,其特点是输入阻抗高。输出阻抗低。主 要用于使高阻抗输入信号转变成低阻抗输出的同一信号。 4.差分放大电路,如图19 d )。其特点是两只三极管 (一般采用双三极管)工作在对称状态,能 够有效抑制外界干扰、噪声信号。具有良好的性能。 下面重点分析电子管共阴极电路的工作原理。图20 a )是一个简单的电压放大器电路。 这个电路需要选择的只有栅偏压类型和屏极负载类型。其工作过程是:当栅极没有信号电压输入 时,电子管处于静止工作状态,它的输入回路和输出回路中的电压、电流都是直流,此时栅极回路只有 栅偏压Eg,屏极回路有一定的屏流 直流)Ia0,由于Iao 流过负载电阻Ra.产生电压降,其值等于Iaox Ra,因此屏极与阴极间的实际电压IJao=Ea-IaoxRa,Iao 屏流直流分量。Ua0 为屏压直流分量,如图 20 b)所示。 放大器的基本工作原理 我们仍然以上期图20 的基本电路来进行说明。当有正弦波电压usr 输入时,则电子管栅极与阴极之 间的电压ug 是:ug=-Eg+Ug=-Eg+usr,就是在直流电压上叠加了一个交流电压,其波形如图2l a) 所示,ug 是栅压的交流分量。我们从电子管的屏栅特性曲线可以看到,栅压增加时屏流增加,而栅压减 小时屏流减小。所以屏流的直流分量也在Iao 的基础上变化,如图21 b)所示。它的变化部分称为屏 流的交流分量,用ia 表示。当屏流变化时。如果屏流增加,屏极负载电阻Ra 上的电压降增加,而Ea 是 固定不变的,所以Ua 将相应地减小。反过来屏流减小时,ua 将相应的增加,因此Ua 也是在Uao 基础 上变化的,不过变化的方向刚好和屏流、栅压的变化方向相反,波形如图21 c )所示。Ua 的变化部分 称 屏压的交流分量,用Ua 表示。 如果在电子管的屏极上接一个耦合电容器Coh.ua 的交流分量将经过Cd、输出,这就得到放大的输 出电压Usc,而ua 的直流分量Uao 被电容器Coh 隔离,即usc=ua,如图21 d )所示。 从图21 的电流、电压波形可以得出以下结论: 1.输出电压usc 和输入电压是同 率的正弦波交流电压,而usc 的幅度比usr 大,说明电路有放大电 压的作用; 2.放大器的输出电压usc 和输入电压usr 的相位相反 共阴极电路),即usc 和usr 在相位上相差1 80°,这种现象称 放大器的反相作用; 3.幅度比输入电压大很多的输出电压是屏极电源Ea 提供的,放大的过程是一个能量的转换过程。放 大器就是利用电子管栅极的控制作用。把屏极电源供给电子管的直流电压,转换为与输入信号电压相似 的交流电压。 所以放大器实际上是一个能量控制、转换装置,它利用信号电源通过电子管的扩展作用,将供电电 源的能量转换 我们所需要的形式以供给负载。 电子管放大电路还有一个非常重要的特点,就是电路中~般都存在着直流分量和交流分量两种成 分,即电路中有直流遥道和交流通道,其中直流电流和电压决定电子管的直流工作状态,交流电流和电 压代表信号的变化情况。 你好,游客 登录注册发布 子管电路基础知识大全 [第6 页] 电子管放大器的基本分析方法 电子管放大器的分析方法最常用的是图解分析法和等效电路分析法。 一、圈解分析法 电子管的特性可以用特性曲线来表示。因此可以利用电子管的静态特性曲线来分析放大器的工作情况, 析方法称为图解分析法。 1.静态工作情况 放大器在没有信号电膻输入的情况下,电子管处于静止工作状态,这时它的输入、输出回路中的电压、 数值都是直流。 1)静态工作点。以常见的电子管6Nl 组成的放大器 例 图22),屏压Ea=300V,栅压Eg=-4V, 载电阻Ra=30k 。在没有信号电压输入的情况下,试用图解法求出屏流Iao 和屏压Uao 的静态值。 便于分析。暂时将放大器的屏极回路以线段。AB 分隔 两部分。如图23 a)所示。左边总电子管 分,它的ia 与Ua 的关系由图23 b)的屏极特性曲线确定,右边是负载部分,屏极电源Ea 与屏极负载电阻 联。端电压Ua 可以用克希荷夫第二定律 回路电压定律)求出 上式是一个一次方程。在数学上一次方程代表一根直线。根据这个方程,将Ea、ia、Ra 各值代入上式 a=O 时.则 300/30=10mA,可在纵坐标上找得一点N=10mA:再设i′ 那么U′a=Ea=300V,可在横坐标上找得一点M=300V,如图23 c )所示。由于公式 是电子管负载部分直流通道的方程,因此连 M、N 两点的线段就称为放大器的直流负载线。所以实际上两组曲线 d )所示。 偏压 即电子管G 工作在 那一条屏极特性曲线上。同时Eu 与Rb 串联的电路决定了ia 和Ua 必须在直流负载线M、N 上,要同时满 两个条件。在整个坐标系上只有一个特定的交点Q.所以Q 点称 放大器的静态工作点。其对应的屏流Iao=4. 屏压Uao=171V,这就是屏流和屏压的静态值。 静态工作点表示:要使放大器中的电子管正常工作。必须在其各电极间供给适当的直流工作电压。 当放大器加入交流信号电压时,电子管各极间的电流、电压就会由静态时的Iao、Uao 和Eg 等值开始随 电压的变化而变化。 2)电路参数对直流负载线与静态工作点的影响 前面我们分析了一个参数已经确定的放大器的负载线与工作点,而当电路参数 变时。负载线与工作点 着 变,因为对应于不同的栅压。电子管的屏流和屏压之间的关系也不同。这些影响一般有以下两个方面。 1)栅偏压E。的影响。如果保持屏极电源电压E。和屏极负载电阻R。 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 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 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 栅偏压决定,栅压值的 变。必然引起静态工作点位置的 变,但其位置的变化始终在直流负载线)屏极负载电阻Ra 的影响。如果保持其他条件不变,只 变屏极负载电阻Ra 时,则直流负载线与纵 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 到N″点,见图25。另外,从图25 还可以看出,Ra 的数值 变时,直流负载线与横坐标的夹角α 也跟着 变 们把α 的正切值称为负载线 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 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 变时 态工作点也相应的 变,如图中的Q、Q′和Q″。 子管电路基础知识大全 [第7 页] 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 动态工作情况。 便于分析 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 ug=-Eg+ug= nωt 。 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 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 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 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 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 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 了变化。设定ug 的变化最 ±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 中。q’点是负载线V 的那一条特性曲线的交点,q”点则是负载线V 的那一条特性曲线的交 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 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 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 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 这里要注意的是。电子管的特性曲线不完全是直线, 和 的波 同,这种现象称 非线.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 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 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 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 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 2),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 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 sxRx 将小于信号电源电势ex,而在其余的时间中,因 ig 等于O,usr 等于ex,这说明在出现栅流时 使它的波峰变平形成 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 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 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 还要选择适当的大小。才能避免产生非线性失真。 你好,游客 登录注册发布 子管电路基础知识大全 [第8 页] 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 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 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 o 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 两端并联一个容量足够大的电容CK,当容抗 时,则可使交流分量ia 绝大部分经过 K 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 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 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 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 后,取得一20~-60V 的平滑直流电源,作 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 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 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 在所需要的栅偏压值和电子管屏流的直流分量已知的情况下,可以通过下式计算出阴极电阻Rx 的值: 时,因 阴极电流中还包括帘栅流,所以要用阴极电流来计算,阴极的直流分量是屏极直流分量Iao 和帘栅极 :Rx= 值的l/3 左右,即 5.交流负载线 在电子管的屏极接上一个耦合电容Coh。就可以隔离屏压的直流分量而使交流分量通过,同时在电容器的 称 阻容耦合放大器。 在电子管阻容耦合放大器中。由于耦合电容Coh 的隔直流作用。负载电阻Rg 对放大器的直流通路没有 过的一样。然而在动态工作情况下,屏压的交流分量Ua 将同时作用于由屏极负载电阻Ra 和屏极电源Ea 串联 并联回路上。如图29 a)所示。 如果耦合电容COIl 的容量足够大。对交流来说相当于通路,就得到如图29 b)所示的交流通道。Ua 与Rg 并联值Rfz 称 总负载电阻。即 因此对于交流信号而言,负载线/ 下,交流负载线总是比直流负载线更陡一些。表示Rfz 的负载线就称 交流负载线。从图中还可以看出。放大 a 有一部分被Rg 所分流。所以在相同的输入信号时,放大器的放大倍数将下降,Rg 越小,分流作用越显着 交流负载线是在直流负载线的基础上作出来的。如图29 c )所示。 作交流负载线时,首先求总负载电阻。 设lh=100k ,Ra=30k 同图20),总负载电阻 标上确定L 点,L 点的坐标是 连接M 与L 点得到一条斜率 的辅助线ML 虚线所示),它不经过Q 点。也不是交流负载线。然后经过静态工作点Q 再作一条与直线 根据交流负载线可以作出阻容耦合放大器输入正弦波信号电压Usr 时的屏流、屏压波形。 子管电路基础知识大全 [第9 页] 二、放大器的等效电路分析方法 当电子管的静态工作点选择得恰当,而且输入信号电压的幅度又很小时。电子管是工作在静态 特性曲线的间隔均匀而又平行的直线范围内。 这时用来表示电子管特性的一些参数如跨导S、内阻Ri 和放大系数μ可以认 是不变的常 数,这样就可以将电子管用一个等效电路来代替。如图30 所示。 图30 a )的电路中。当有交流信号电压Ug 输入时,栅极与阴极之间产生一个交流电压分量 Ug,从负载两端向电子管的屏极与阴极之间看去。 对交流来说,整个电子管可以用一个等效电动势μUg 与内阻Ri 串联电路代替。如图30 b) 所示。因为栅极与阴极之间如果有变化量AUg 时。在屏极回路引起的屏流变化量 △ia,根据电子 管放大系数的定义。 如果栅压不变,在屏极和阴极间必须有变化量μ·△Ug,才能使屏流引起同样的变化量Aia. 因此。在栅极与阴极间加上交流电压Ug 时,其在屏极回路中的电动势应 μUg,这样对产生 屏流的交流分量ia 来说才是等效的。电路中的串联电阻Ri 代表电子管屏极与阴极间的内阻。 在分析等效电路中量的大小时。还要注意它的方向。Ug 和μUg 所标注的正负号,代表各交流 电压在同一瞬间的极性。例如在某一瞬间Ug 上端 正下端为负,则μUg 应该是上端 负下端 正,只有这样Ug 和μUg 在同一瞬间所产生的ia 方向才一致。其物理意义是:因为此时栅极 正。屏流增大,而屏流的方向在电子管内部是从屏极流向阴极的。所以等效电动势μUg 必须是上 端 负下端为正,才能产生上述方向的电流。在这种情况下,电子管屏极与阴极之间的电压Ua=-i nxRa。即输出电压和输入电压是反相的关系。 等效电路中的μUg 与风串联的电路就是电工学中的电势源。因此这种等效电路称为定势源电 路。 我们可以根据全电路欧姆定律求出电路中的电流: 因 Iμ=Ri·s,那么 根据S 的定义。 的单位是电 流。所以代表的是一个等效的电流源。 是电流,所以 代表的是一个等效的电流源。 表示电流 流过并联的电阻Ri 和Ra 时分配到R。 中的电流值ia,根据这个定义可画出图30 c )的等效电路,称 定流源等效电路,这是电子 管等效电路的另一种形式。定流源等效电路的意义是:对于屏极回路的交流分量来说,从负载两端 向电子管屏极与阴极之间看去。整个电子管可以用一个恒定的电流源SUg 和与它并联的内阻Ri 来 代替。 综上所述,电子管等效电路有定势源和定流源两种形式的等效电路。对负载来说效果是一样 的。实际应用中。对于三极管,因 其μ值基本上是常数,用定势源等效电路比较合适,如果是五 极管 包括束射管),因其S 值比较容易确定,用定流源比较合适。另外在计算时,如果并联支路 较多,用定流源比较方便。如只有一个回路时,则用定势源比较方便。 最后还要注意,以上等效电路只是对电子管电路的交流分量而言,其条件是在电子管的直流工 作电压、电流 Ea、Eg、Iao )已知且工作点Q 已确定的情况下。表示各交流分量之间的关系。电 路中的直流电压只不过是用来保证电子管正常工作和供给电路中必需的能量而已。因此。在作等效 电路时,输出回路和输入回路中 何固定不变的电压 Eg、Ea 等)都可以认 是短路。 何固定 不变的电流 Iao )都可以认 是开路。可以不必在等效电路中画出来,使分析简化。 子管电路基础知识大全 [第10 页] 用等效电路求放大倍数 在放大器中。电压放大倍数的定义是:放大器输出正弦波电压与输入正弦波电压的复数值之比,简称放大 即: 放大倍数是一个复数,它的绝对值表示放大器输出电压与输入电压的有效值之比: 放大倍数的绝值 表示放大器对信号电压放大的能力,而 的相位差则 电压和输入电压之间相位的差。 应用等效电路法求放大器的放大倍数时。需先画出它的等效电路。因所使用的是三极管,故采用定势源等效 图31 所示。在我们分析的电路中。所加入的信号电压都为正弦波电压。并且所有的变化量都用复数来表示 得放大倍数的绝对值以及输入信号电压和输出信号电压之间的相位关系。 图31 的电路中。 , , 虚线框内所表示的是电子管的等效电路,电压及 流分量都已经略去,只保留了它的交流分量。 前面我们分析过,电子管的输出电压和输入电压是反相的关系。即 并且其电路中的电流 ,根据上述两式可以得出: 及 将 代入 则 因此放大倍数的公式 : 由复数的运算可知,上式中的负号表明输出电压与输入电压之间的相位差 180°。同时还表明放大倍数 与电子管的参数以及屏极负载电阻有关。 两种分析方法的特点和应用图解法的特点:可以较直观地了解电子管的工作过程和电路参数变化对放大 和确定电子管的静态工作点。 等效电路法的特点:等效电路法适用在小信号下将电子管放大器当做线性电路来进行分析计算,但其结 明静态工作点Q 点附近的工作情况。并不能对电子管的工作状态进行全面的了解。 实际应用中两种分析方法的选择: a.当信号电压的幅度较小或者电子管基本是工作在线性范围内。特别是当放大器的电路比较复杂时,用等 法求放大倍数较简单。 b.如果求静态工作点和各部分的电流电压的波形,或者当信号电压的幅度较大,使电子管的工作点延伸到 线的非线性部分。而且需要全面了解电子管工作情况时,宜采用图解法。 子管电路基础知识大全 [第11 页] 阻容耦合电压放大器 各种放大器中,使用得最普遍的是用电阻电容耦合的电压放大器。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 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 电压信可。 2.耦合电容CCh。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。Cch 对于屏压的交流分量来说容抗 很小。可以认 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 加 到栅极上去,作 E。的直流通路。同时下一一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,R。就给这蝇电子一个直流通路。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 又叫栅漏电阻。二是将屏极心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 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、Cch 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,因为所刚元件 电阻和电容,所以称 阻容耦合放大器。图33 阻容耦合 基本电路。图32 说明了栅漏电阻的作用。

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