Вопросы линеаризации и стабилизации ламповых каскадов

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

Том 180 1971

ВОПРОСЫ ЛИНЕАРИЗАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ ЛАМПОВЫХ КАСКАДОВ

Л. М. АНАНЬЕВ, Л. Е. БАРАБОШКИН

Цель данной работы — обратить внимание на целесообразность привлечения принципов успешно развивающихся теории чувствительности [1] и теории инвариантных нелинейных систем автоматического управления [2] для построения одноламповых устройств с улучшенными характеристиками. Проиллюстрируем это на примере линеаризации

лампового каскада с использованием управления по экранной сетке рис. 1.

Будем понимать линеаризацию схемы по данному показателю как приближение передаточной функции, описывающей процесс получения этого показателя, к постоянной величине в возможно большей области изменений входных воздействий, возмущений и самого выходного показателя.

Уменьшают нелинейность двумя путями: стабилизируют дифференциальные параметры (применяют отрицательную обратную связь) или компенсируют статическую характеристику передаточной функции противоположной нелинейностью (в том числе и нелинейной обратной связью [5, 6]). В последнем случае часто бывает экономически выгоднее использовать различный характер изменений параметров в самой многоэлектродной лампе и добиться параметрической инвариантности, а следовательно, и компенсации возмущений со стороны источников питания.

Оценим возможность линеаризации выходного напряжения в схеме рис. I, которую следует рассматривать как нелинейную систему регулирования. Условием инвариантности V а по АЕа при заданной

Рис. 1. Схема реостатного каскада, у которого часть нагрузки включена в общую цепь питания анода и экранной сетки

структуре системы является наличие двух каналов и реализация передаточной функции, связывающей рассматриваемую координату и внешнее возмущение [2 стр. 101]. Как следует из схемы рис. 1,

А1/а = Д1/э_Д1/*а.

Для качественных рассуждений воспользуемся линейной моделью лампы и применим принцип наложения. Результаты расчетов коэффициентов передачи и величин Д1/а, — ДУ^ представлены в виде струк-

Рис. 2. Структурная схема лампового каскада по

рис. 1

турной схемы рис.2, где с учетом реакции анода Ф °° формулы перепишутся так (/?к = 0; /?э = 0):

А Ел 1

Д1Л = Д1/э-Д1/э =

1 + + 3

пЯщ /?/тР Яш

ДЕЛ5.3 + -М + 5асДУс Н'т

1 +Б аэ-Л-/?е +

Яп

Д/3 Д/а + Д/э , ,

В этих выражениях: п =-=---коэффициент токорас-

Д/а Д/а

1 д1ъ 0 ди пределения; -;- ; ¿тр =--проводимость и крутизна лампы

/?стр дУа дУс

1

в триодном включении (т. е. 1/а = Уэ); —— , 5тр—проводимость и

ИфТ

коутизна суммарного то:.а при наличии /?а ( Ф Уэ); Ясп = —1 — выут-

д/а

реннее сопротивление лампы по анодному току,с учетом токораспре-деления;

ауа

внутреннее сопротивление лампы по анодному току без

учета токораспределения; Ra + nR^ — Rn — эквивалентное полное cod/a

противление для анодного тока; Sac = ^г — крутизна анодного тока

д/а

по первой сетке; 5аэ = тгг — крутизна анодного тока по экранной сетке.

О V э

С достаточной для практики точностью можно считать, что s; ~ 5тр = п • 5ас; ~ 5аэ = п > ; —

¿тр

/?.' 1

V/Tp _ _

я lip + ^ ~ 1

Как следует из схемы рис. 2, условие инвариантности VBblx по отношению к АЕа запишется:

Д1Г = Д1/э'-Д^а = 0, Т. е.

или

v мр

Выражения (3) и (За) являются одновременно условием идеальной фильтрации, т. е. равенство коэффициента фильтрации (4) бесконечности

Rn

Кф =

ДЕа I 1 l+Sa,.«-ÄE+„

AV.U-nocm Яа. /_ _L

ДЕа ДЕа 1 + /?/„ "" V 33 + Rln

ил и

1 + S as-n-Rs

l-S.-ft ' <4>

и условием равенства нулю выходного дифференциального сопротивления

АК

Д/1 1

3 «5аэ

R

Ш

' " посш

Аналитические выражения для /а = /(Va) | ^с=посш и Л = /(1/а) | и, в схеме рис. 1, которые легко получить из (1) и (2), если положить Д1/с = 0, описывают нелинейные кривые. Построение указанных кривых удобно выполнять графически, располагая семейством анодных характеристик в пентодном и триодном режимах, как показано на рис.3, и Экспериментально снятые характеристики /а=/( 1/а) для лампы 6ПЗС, изображенные на рис. 4, совпадают практически с построенными согласно рис. 3.

Как следует из выражения (3), реализовать инвариантность возможно выбором /?а или при заданном Ra подобрать режим, где 5аэ = -

"а

В триодном режиме

1

Ця = 0 и ?d= -- = RiTp > 0.

~f" п

Hin

В пентодах обычно, если /?э = 0, /?а выбирают большим, так что 192

1—5аэ/?а<0 и р^<0. Однако в последнем случае все-таки имеются

Ла

2 участка характеристики, где выполняются условия 1 — ~ > 0. Эти

пЯ

*тр

участки расположены в области отпирания лампы (/?/тр—велико) и в области больших токов, где резко возрастает п, т. е. вольтамперные характеристики имеют 5-образную форму. Выбором величин /?а и /?Е

гг//гГ+

Рис. 3. Графическое построение вольт-амперных характеристик, \хтр1 и |А тра— статические коэффициенты усиления лампы, найденные графиче-

чески в точках 1 и 2

можно добиться режима, при котором 5-образные кривые наилучшим образом приблизятся к прямым перпендикулярным оси Уг. О форме и степени линеаризации выходных характеристик можно судить по зависимости коэффициента фильтрации /Сф (4), который характеризует

о)

4,27* +0,97*-5,24*

в)----=2,08* +0,4?« *?щ55к

Ю 20 00 40 60 6(! 70 80 90 ЮО ПО 120 {1а, В

Рис. 4. Экспериментально снятые вольт-амперные характеристики лампы 6ПЗС по схеме рис. 1

передаточную функцию Д1/а = /(ДЕа) при Кс=пост, от напряжения 1/с. Из (4) следует, что для расширения области изменений 1/с, где удовле-

13. Заказ 7324.

193

творительно происходит компенсация, необходимо, во-первых, заменить сопротивление i?a однотипной лампой в триодном включении, тогда

/?;ТГ>

1 -5аэ.£а = 1 - —1-г.^0,...

nR,

гтр

так как п близок к 1 (особенно у оконечных ламп 6ПЗС, 6П1 4П и др.)* Если п велик (пентоды с гусгой экранной сеткой, например, 6Ж10Б), то экранный ток и его проводимость можно уменьшить включением ограничивающего сопротивления R3 в цепь экранного тока (рис. 1), так

1 Ra дУэ

как при Vc = пост и 5аэ = коэффициент /г = + 1, где /?1Э =

Да 1 и* э

внутреннее сопротивление по /э.

В таком случае сопротивление Re можно не включать, т. е. использовать только пентодный режим.

Во-вторых, параметр 5аэ можно застабилизировать обратной связью, включив в цепь суммарного тока h = /а - i- h резисторы, например, Re и RK. Тогда выражения (4) и (5) с учетом наличия сопротивления R3 можно представить в форме

1 4- —

' Р>

A mсв

КФ

1 Sane в ' Rtt

1 — 5аэсв * Rtl'

И ?d =

^аэса

Ri,

где К;„св = Рг„{1 +«-S-RK + 5a3[«RE + Ra(«-~ l)]j,

«^аэсв —

s

аэ

S =

dL

Ka = IlUCI уэ=ПОСТ

1 + /íS«Re + 5аэ Rs ( П - 1 ) + п. 5. RK Из выражений (7) следует, что с увеличением глубины обратной

Рис. 5. Зависимость коэффициента фильтрации от потенциала 1-й сетки в схеме рис. 1 на лампе 6П14П

связи (т. е. с возрастанием /?Е, /?к) необходимо увеличивать /?а. Ог-раничением служат максимальное значение величины-[4] то-

пустимое снижение коэффициента использования источника Еа и обеспечение других заданных условий [3]. На рис. 5 и 6 изображены зк

194

спериментальные данные, подтверждающие вышеизложенный анализ. Смещение у нагрузочной лампы 6П14П в триодном включении (см. кривую = ^/тр, На — 300#, ¿?э = 0) выбиралось—0,45в. Коэффициент

ДЕа

пульсаций для всех случаев равен ~тг~ =0,015.

Исходный режим трех случаев рис. 6 типовой (Есм = — Зя, Уэ = = 1205,' 1/ао = 120*?), коэффициенты усиления одинаковы (К^22), ослабление пульсаций в схемах на триоде и на пентоде за счет анодного фильтра равно 40.

Выводы

1. Для повышения стабильности и линейности ламповых усилительных каскадов удобно использовать принципы построения инвариантных и малочувствительных к изменению параметров систем автоматического регулирования.

2. Используя управляющие свойства экранной сетки и приняв меры к линеаризации параметров, ламповые каскады, помимо основного назначения (усиление, генерирование) , можно использовать одновременно как электронные фильтры и стабилизаторы анодного напряжения.

Авторы выражают благодарность ассистенту Барабошкиной Р. А. за оформление графического материала по результатам эксперимента.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. А. Воронов. Основы теории автоматического управления, ч. II, М./

гл. IX, 1966.

2. Б. М. Ме некий. Принцип инвариантности в автоматическом регулировании (уч. пособие), т. (ВЗЭИ) 1956.

3. Г. А. Шевцов. Об оптимальном значении элементов схемы реостатного усилителя. Научные записки Львовского политехнического института в. 27, сер. р/технич. 1955.

4. Е. С. Анцелиович. Влияние нелинейности внутреннего сопротивления лампы при расчете усилителей на сопротивлениях. Радиотехника, № 3, 1955.

5. Л. М. Ананьев, Л. Е. Б а р а б о ш к и н. Анализ схем с обратной связью по экранной сетке. Изв. ТПИ, (настоящий сборник).

6. Л. М. Ананьев, Л. Е. Барабошкин, Я. С. Пеккер. Реостатный каскад, нечувствительный к изменениям источника анодного питания.

7. Л. Е. Барабошкин. Ультралинейный режим экранированных ламп. Доклады научно-технической конференции, посвященной дню радио (краткое содержание). Томск, 1966.

Рис. 6. Зависимость постоянной составляющей анодного напряжения от изменения ЭДС источника питания в схеме рис. 1 (стаб. каскад) с выполнением условия стабилизации и в обычных схемах на триоде и пентоде