§ 18. Другие типы УРУ с подавлением обратной волны

Из рассмотренных усилителей наиболее широкое применение нашел УРУ с частичным подавлением обратной волны. Однако для получения высоких энергетических показателей такого усилителя число ламп n должно быть достаточно большим, при этом значительную долю n составляют первые n₁ ламп, которые обеспечивают энергетически эффективный режим работы остальных n₂ ламп, но сами в среднем плохо используются по мощности и имеют низкий к. п. д.

Основную идею, которая заложена в схеме УРУ с частичным подавлением обратной волны, можно обобщить^*, разделив усилитель на два блока (рис. 41). Блок 2 включает n₂ одинаковых ламп, работающих в режиме, близком к номинальному. Эта часть УРУ имеет неоднородную анодную линию, в которой полностью подавлена обратная волна. К. п. д. этого блока оказывается высоким, и его лампы эффективно используются по мощности.

^* (См. Гаухберг Ф. Д., Исследование широкополосных усилительных каскадов коротковолновых передатчиков, автореферат кандидатской диссертации, Ленинград, 1967.)

Рис. 41. Обобщенная блок-схема мощного УРУ

Блок 1 усилителя, содержащий nt ламп, предназначен для создания мощности, необходимой для обеспечения режима работы ламп блока 2, близкого к номинальному. Анодные цепи ламп блоков 1 и 2 объединены общей анодной линией, а сеточные цепи - общей сеточной линией, обеспечивающей синфазное сложение анодных токов ламп блоков 1 и 2. Для согласования анодных и сеточных цепей обоих блоков в элементах связи блоков могут содержаться широкополосные трансформаторы.

Усилители с подавлением обратной волны, рассмотренные в § 16, являются частным случаем блок-схемы рис. 41. Так, в усилителе с частичным подавлением обратной волны блок 1 представляет собой часть усилителя, включающую n₁ первых ламп, однородный участок анодной линии и участок сеточной линии, соответствующий первым n₁ лампам. Однако, как указывалось выше, при использовании одинаковых ламп для обеспечения номинального режима работы выходных n₂ ламп n₁ должно быть весьма большим.

Так, при использовании в усилителе ламп типа ГУ-33Б с учетом ограничений, налагаемых тепловыми потерями на анодах первой лампы, n₁ можно найти, учитывая, что при номинальном режиме работы выходных n₂ ламп, а следовательно, и n₁-й лампы должно быть:

Из формулы (69) имеем

Поскольку к. п. д. и коэффициент использования по номинальной мощности n₁ ламп низкие, усилитель должен содержать большое число ламп n₂ (во всяком случае, соизмеримое с n₁) с тем, чтобы можно было получить высокие энергетические показатели УРУ в целом.

Однако блок 1 может быть выполнен по другой схеме и на лампах других типов. Общие требования к блоку 1 сводятся к следующему. Эта часть усилителя должна быть весьма простой, содержать малое число ламп и иметь высокие энергетические показатели. Однако последнее требование при широкой полосе частот выполнить обычно не удается. Для того чтобы низкие энергетические показатели блока 1 мало сказывались на энергетике всего усилителя, блок 2 должен отдавать в нагрузку значительно большую мощность, чем блок 1.

В целом ряде случаев хорошие результаты могут быть получены при следующих вариантах исполнения блока 1:

1. Блок 1 выполнен на тех же лампах, что и блок 2, по схеме с трансформаторами в ячейках анодной линии, рассмотренной в предыдущем параграфе [32]. Число ламп блока в этом случае нецелесообразно выбирать больше 3.

2. Этот блок выполнен по схеме УРУ с однородной линией, но с использованием ламп большей номинальной мощности, чем в блоке 2, причем n₁ 2÷3.

3. Блок 1 выполнен на одной лампе (n₁ = 1) с большей номинальной мощностью, чем в блоке 2, по схеме широкополосного усилителя с четырехполюсной коррекцией.

Наиболее простым блок 1 оказывается при последнем варианте исполнения. В этом случае схема усилителя в целом (рис. 42, а) представляет собой УРУ с полным подавлением обратной волны при использовании симметричных четырехполюсников (см. § 16), но первая лампа имеет большую номинальную мощность и соответственно другие параметры, чем лампы блока 2.

Рис. 42. Принципиальные схемы УРУ с использованием ламп различной номинальной мощности без трансформатора в анодной цепи (а) и с трансформатором (б)

Напряжение на анодах всех ламп в таком усилителе будет одинаковым и определится следующим образом:

где I_m1 - максимальное значение импульса тока первой лампы; С'_вых1 - выходная емкость первой лампы с учетом емкости монтажа.

Для того чтобы выходные n₂ лампы (меньшей номинальной мощности) работали в режиме, близком к номинальному, необходимо, чтобы

где E_аном2 - номинальное анодное напряжение для ламп, используемых во втором блоке усилителя; е_амин2 - минимальное анодное напряжение для этих ламп, соответствующее критическому режиму.

Выходная мощность всего усилителя определится по формуле (132):

где I_m2 - максимальное значение импульса тока выходных ламп.

К. п. д. усилителя в критическом режиме

где Р₁ - мощность, отдаваемая первой лампой; Р₂ - мощность, отдаваемая каждой из выходных n₂ ламп; E_a1, Е_а2 - постоянные анодные напряжения соответственно на первой и выходных n₂ лампах; ξ₁, ξ₂ - коэффициенты использования анодного напряжения первой и выходных n₂ ламп; η₁ - к. п. д. по анодной цепи блока 1 усилителя; η₂ - к. п. д. блока 2.

Если лампы второго блока УРУ работают в режиме, близком к номинальному (что будет при выполнении условия (171), то к. п. д. этой части η₂ будет весьма высоким.

При широкой полосе частот к. п. д. первого блока η₁ = 0,5γξ₁ оказывается обычно значительно меньше η₂. Поэтому общий к. п. д. усилителя не может быть больше т)2 и будет стремиться к нему лишь при n₂ → ∞. Реальные значения к. п. д. определяются параметрами используемых ламп и шириной полосы частот.

Коэффициент использования ламп УРУ по номинальной мощности

где Р_ном1, P_ном2 - номинальные мощности соответственно первой лампы и выходных n₂ ламп УРУ; χ₁ и χ₂ - коэффициент использования ламп по номинальной мощности соответственно для первого и второго блоков УРУ.

Последнее выражение по своей структуре подобно выражению для к. п. д., так как χ₁ < χ₂, максимальное значение к не превышает χ₂ и стремится к нему при больших n₂. Поскольку при выполнении (171) χ₂ близко к единице, χ также может быть приближено к единице, что обуславливает возможность получения высоких энергетических показателей всего УРУ.

Выходная емкость первой лампы обычно в несколько раз превышает выходную емкость менее мощных ламп блока 2. Следовательно, при выполнении анодной линии усилителя к аноду второй лампы (первой лампы блока 2) необходимо подключать дополнительный конденсатор, который, как правило, имеет емкость значительно больше выходной емкости этой лампы.

Однако можно не подключать к аноду первой лампы блока 2 дополнительного конденсатора, но при этом необходимо в ячейку анодной линии между первой и второй лампами УРУ включить широкополосный повышающий трансформатор (рис. 42, б)^*. Выбором определенного коэффициента трансформации можно обеспечить подавление обратной волны во всей анодной линии. При такой схеме УРУ звено анодной линии, включенное между блоками 1 и 2, становится несимметричным, а все остальные звенья остаются симметричными.

^* (Схема рис. 42, б предложена Ф. Д. Гаухбергом.)

Для определения коэффициента трансформации можно воспользоваться формулой (162). Используя эту формулу, получим^*

^* (В соответствии с принятыми в § 17 обозначениями этому трансформатору присваивается номер 2.)

где ρ_в1 = m/2πf_гаC'_вых; ρ_в2 = m/2πf_гаС'_вых2; С'_вых1, C'_вых2 - выходные емкости ламп соответственно первого и второго блоков с учетом емкостей монтажа.

Поскольку С'_вых1 > С'_вых2 и ρ_в1I_m1 > ρ_в2I_m2, коэффициент трансформации w₂ > 2, в результате чего напряжение на анодах ламп блока 2 существенно возрастает по сравнению со схемой рис. 42, а, причем U⁺₂ = U_н = U⁺₁w₂. Это, в свою очередь, обуславливает значительное улучшение энергетических показателей блока 2 (η₂ и χ2), а следовательно, и всего УРУ.

Волновые сопротивления Г-звеньев ячейки анодной линии, содержащей трансформатор (рис. 42, б), определяются следующими выражениями:

Все остальные звенья анодной линии симметричны, причем в соответствии со (156) и (116):

Для рассмотренных усилителей сеточная линия выполняется однородной. Поскольку напряжения возбуждения для лампы блока 1 обычно больше, чем для ламп блока 2, последние можно подключать к сеточной линии через емкостные делители (рис. 42, а).

Для случая полосовых УРУ можно построить усилитель, полностью эквивалентный схеме рис. 42, б, но не содержащий трансформатора (см. конец § 17).