前言:電壓放大器的任務就是将各種微弱的信号電壓進行放大後,去推動功率放大器。電壓放大器和功率放大器雖然都起到放大作用,但它們的輸入、輸出量是不一樣的。電壓放大器的輸入、輸出電流都非常小,因而總功率很小。功率放大器輸出的電壓、電流幅度都較大,因而總功率較大,即輸出一定的功率去推動負載(如揚聲器等)。
在學習電子管電壓放大器的工作原理之前,應先了解電子管電壓放大器的一些基本電路及其特點。一般有以下4種。
1.共陰極電路,如圖19(a)。是音頻放大器中最常用的電路,其特點是輸入阻抗低,輸出阻抗高。主要優點是它的增益最大。2.共栅極電路。如圖19(b)。其特點是輸入阻抗高,輸出阻抗高。主要優點是輸入輸出傳輸特性的線性度非常好,主要用于高頻放大。3.共屏極電路,如圖19(c)。該電路又稱為陰極跟随器,其特點是輸入阻抗高.輸出阻抗低。主要用于使高阻抗輸入信号轉變成低阻抗輸出的同一信号。4.差分放大電路,如圖19(d)。其特點是兩隻三極管(一般采用雙三極管)工作在對稱狀态,能夠有效抑制外界幹擾、噪聲信号.具有良好的性能。
下面重點分析電子管共陰極電路的工作原理。圖20(a)是一個簡單的電壓放大器電路。這個電路需要選擇的隻有栅偏壓類型和屏極負載類型。其工作過程是:當栅極沒有信号電壓輸入時,電子管處于靜止工作狀态,它的輸入回路和輸出回路中的電壓、電流都是直流,此時栅極回路隻有栅偏壓Eg,屏極回路有一定的屏流(直流)Iao,由于Iao流過負載電阻Ra,産生電壓降,其值等于Iao×Ra,因此屏極與陰極間的實際電壓Uao=Ea-Iao×Ra,Iao為屏流直流分量,Uao為屏壓直流分量,如圖20(b)所示。
放大器的基本工作原理
我們仍然以上期圖20的基本電路來進行說明。當有正弦波電壓Usr輸入時,則電子管栅極與陰極之間的電壓ug是:ug=-Eg+ug=-Eg+Usr,就是在直流電壓上疊加了一個交流電壓,其波形如圖21(a)所示,ug是栅壓的交流分量。我們從電子管的屏栅特性曲線可以看到,栅壓增加時屏流增加,而栅壓減小時屏流減小,所以屏流的直流分量也在Iao的基礎上變化,如圖21(b)所示,它的變化部分稱為屏流的交流分量,用ia表示。當屏流變化時,如果屏流增加,屏極負載電阻Ra上的電壓降增加,而Ea是固定不變的,所以ua将相應地減小。反過來屏流減小時,ua将相應的增加,因此ua也是在Uao基礎上變化的,不過變化的方向剛好和屏流、栅壓的變化方向相反,波形如圖21(c)所示。ua的變化部分稱為屏壓的交流分量,用ua表示。
如果在電子管的屏極上接一個耦合電容器Coh,ua的交流分量将經過Coh輸出,這就得到放大的輸出電壓Usc,而ua的直流分量Uao被電容器Coh隔離,即Usc=ua,如圖21(d)所示。
從圖21的電流、電壓波形可以得出以下結論:
1.輸出電壓Usc和輸入電壓是同頻率的正弦波交流電壓,而Usc的幅度比Usr大,說明電路有放大電壓的作用;
2.放大器的輸出電壓Usc和輸入電壓Usr的相位相反(共陰極電路),即Usc和Usr在相位上相差180°,這種現象稱為放大器的反相作用:
3.幅度比輸入電壓大很多的輸出電壓是屏極電源Ea提供的,放大的過程是一個能量的轉換過程,放大器就是利用電子管栅極的控制作用,把屏極電源供給電子管的直流電壓,轉換為與輸入信号電壓相似的交流電壓。
所以放大器實際上是一個能量控制、轉換裝置,它利用信号電源通過電子管的擴展作用,将供電電源的能量轉換為我們所需要的形式以供給負載。
電子管放大電路還有一個非常重要的特點,就是電路中一般都存在着直流分量和交流分量兩種成分,即電路中有直流通道和交流通道,其中直流電流和電壓決定電子管的直流工作狀态,交流電流和電壓代表信号的變化情況。
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