Нелинейные искажения

Вследствие нелинейности используемого участка анодно-сеточной характеристики, форма анодного тока несколько отличается от формы сеточного напряжения, и появляются нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью ламповой характеристики.

При синусоидальной форме переменного напряжения в цепи сетки переменная составляющая анодного тока в результате возникновения нелинейных искажений приобретает форму, отличную от синусоиды. Это значит, что в анодной цепи, наряду с переменным током основной частоты появляются токи таких частот, которых в цепи сетки не было. Эти частоты находятся в кратном соотношении с основной частотой, т.е. больше нее в целое число раз. Очевидно, что нелинейные искажения тем больше, чем сильнее кривизна используемого участка характеристики.

Величина нелинейных искажений, выражаемая в процентах, оценивается следующим отношением

(6)

где - ток первой гармоники (основной частоты);

- ток второй гармоники (удвоенной частоты);

- токи соответствующих гармоник.

В ламповом резистивном каскаде усиления обычно самыми значительными гармоническими составляющими искаженного сигнала являются вторая и третья гармоники.

Рассмотрим подробней процесс возникновения нелинейных искажений в триоде. На рис. 8 показана сеточная характеристика одного триода лампы 6Н2П, снятая при Uа=250в и Rc=100к. Эта характеристика имеет линейный участок в предела от -2в до 0в. Рабочая точка выбрана при напряжении на сетке, равном -1,5в. При подаче на сетку лампы синусоидального напряжения с амплитудой 0,5в, форма анодного тока, а следовательно, и напряжение на сопротивлении нагрузки Rа, будет также синусоидальным. При увеличении входного напряжения до 1,5в, кривая анодного тока становится несимметричной относительно оси времени (горизонтальной).

Рис.8

Амплитуда положительной полуволны анодного тока равна 2,75 мА, амплитуда отрицательной полуволны – 1,75 мА. Соответственно, амплитуды полуволн выходного напряжения составят 27,5в и 17,5в. Полученная несимметричная форма выходного сигнала может быть представлена как сумма двух напряжений: напряжения основной частоты и напряжения второй гармоники (см. рис.9). Степень искажений сигнала в каскаде усиления зависит в основном от выбора рабочей точки на сеточной характеристике лампы, что можно хорошо пояснить на приведенных ниже примерах.

Рис.9

Пример 1. Рабочая точка выбрана на нижнем сгибе прямолинейного участка характеристики (см. рис. 10). При этом амплитуда отрицательных полуволн анодного тока будет меньше, чем положительных, а переменное напряжение на выходе каскада станет несимметричным, т.е. искаженным.

Рис.10

Пример 2. На рис. 11 рабочая точка выбрана при напряжении смещения, близком к нулю. Если амплитуда сигнала на сетке такова, что напряжение на сетке в какой-то момент времени становится положительным, то это приводит к искажению выходного сигнала каскада. Причиной появления искажений в этом случае является появление сеточных токов в лампе при положительном напряжении на сетке.

Рис.11

Таким образом, анализируя приведенные примеры, можно сформулировать условия, при которых усиление происходит без искажений выходного сигнала: рабочая точка каскада усиления должна выбираться на прямолинейном участке сеточной характеристики, а амплитуда переменного тока на сетке должна быть такой, чтобы напряжение на сетке не выходило за пределы прямолинейного участка сеточной характеристики.