На рис. 1.19 показаны графики физических процессов, происходящих в усилителе мощности, работающем в режиме удвоения частоты. Для иллюстрации выбран недонапряженный режим класса В. В данном случае контур усилителя настроен на вторую гармонику анодного тока и только для нее имеет большое (резонансное) сопротивление. Для всех остальных гармонических токов со-

а макс

Рис 1.19. Графики физических процессов, происходящих в усилителе мощности, работающем в режиме удвоения частоты

противление конгура ничтожно мало. Поэтому напряжение на контуре изменяется синфазно со второй гармоникой анодного тока. Следовательно, его часгога в два раза выше, чем у входного напряжения. Такую же частоту имеет переменное напряжение на аноде, которое изменяется в противофазе с контурным напряжением.

Колебательная мощность, выделяемая в анодном контуре усилителя при режиме удвоения частоты, определяется ио формуле

Як2 ~ 9 1та2 та - о

К.

(1.22)

Если лампа работает в буферном, недонапряженном или критическом режиме, т. е. при остроконечной форме импульсов анодного тока, то

/таг = "2 макс-

Следовательно, в таких режимах колебательную мощность можно определять по уравнению

Як2=Х"2--™с-«-£а. 0-23)

Мощность постоянного тока, забираемая от источника анодного питания, определяется по формуле 1.20.

Коэффициент полезного действия анодной цепи усилителя-удвоителя

-"ТГ-Т-Ь-, (1-24)

где 72 = -f ~ Т--коэффициент использования второй гармоники анодного тока.

Из рис. 1.15 видно, что бывает больше единицы только при угле отсечки анодного тока менее 73° и что в любом режиме Г2<Т1-Следовательно, КПД удвоителя всегда меньше, чем усилителя. Меньше также и колебательная мощность, так как a2<ai.

Для получения наибольшего энергетического эффекта умножителя частоты угол отсечки анодного тока выбирают в соответствии с используемой гармоникой анодного тока. Его оптимальная величина соответствует уравнению

К.г = -, (1.25)

где п - номер рабочей гармоники анодного тока.

В случае удвоения частоты еопт = 60°, а при утроении еопт=40° и т. д. На практике используются режимы удвоения, утроения и учетверения частоты. Более высокие степени умножения частоты применять нецелесообразно из-за низкого КПД и малой колебательной мощности. Напомним, что при низком КПД усилителя происходит перегрев лампы.

5. Уравнения импульсного анодного тока

Уравнение для анодного тока идеализированной лампы, верное в любом режиме работы, имеет следующий вид:

h = S[Ug+D(u,~EJ]. (1.26)

Пусть напряжение на управляющей сетке изменяется по коси-нусоидальному закону, т. е.

uE + U-cosot, (1.27)

где Eg-напряжение смещения, оно всегда отрицательное; U„g-амплитуда переменного напряжения на сегке. Если контур усилителя настроен на частоту возбуждающего на-

пряжения, то анодное напряжение противофазно сеточному. Поэтому

"a-a-t/a-COScof, (1.28)

где Еа-напряжение источника анодного питания;

- амплитуда переменного напряжения па аноде. Подставим (1.27) и (1.28) в (1.26), а затем сгруппируем отдельно переменные и постоянные напряжения. Тогда получим h = S \Ug ~ D и,). cos t + D {Е, - Е) + . (1.29)

Учтем, что D (fa - fao) =-- fjb-

Поэтому

h = S [(£/„ - D U„,) COS + (f3 +Eg)\, (1.30)

где EgB - абсолютная величина напряжения запирания идеализированной лампы.

Допустим, что усилитель работает с отсечкой анодного тока. В этом случае при ы/=0 имеем /а=0. Тогда из уравнения (1.30) получаем:

E + E = ~{U~D.U,)-zosb. (1.31)

С учетом этого равенства уравнение (1.30) принимает следующий вид:

5 ((7„ - D С/„а) (COS со - COS е). (1.32)

Получилось уравнение для мгновенных значений импульсного анодного тока. Если усилитель работает в недонапряженном или критическом режиме, то при ы=0 имеем /а=1амакс, т. е.

4 макс = 5 (С/„ - D (7„з) (1 - COS 6). (1.33)

Это есть уравнение для амплитуды импульсов анодного тока.

Очевидно, что мгновенные значения анодного тока и амплитуда импульсов взаимосвязаны. Эта зависимость легко выясняется, если разделить 1.32 на 1.33. Тогда получается следующее уравнение

. . cos (.)/ - COS о „ ,

Га -Гамаке- ] cos в (••*J

Для режима класса В, т. е. для случая когда 6=90°, это уравнение получает очень простой вид:

4 = 4макс-С05ю.

Следовательно, в режиме класса В мгновенные значения анодного тока отпертой генераторной лампы изменяются по тому же закону, что и сеточное напряжение.

Если лампа работает с углом отсечки 6=180" (т. е. в предельном режиме класса А), то тогда 1амакс=2-/„а. В этом случае амплитуда переменной составляющей анодного тока

/«a = 5((7„~-D.(7„,). (1.35)

Это уравнение верно и в тех случаях, когда 1амакс>2-/«а.