Устройство и работа катодного повторителя

Катодным повторителем называется усилитель на электронной лампе с катодной нагрузкой, обладающий следующими особенностями:

1) Высокое входное сопротивление;

2) Малое значение входной емкости;

3) Малое выходное сопротивление;

4) Коэффициент усиления катодного повторителя (КП) близок к единице (меньше единицы);

5) Данный усилитель повторяет полярность входных сигналов;

6) Искажения импульсов, передаваемых через КП незначительны;

7) Амплитуда передаваемых импульсов может быть соизмерима с напряжением источника питания Еа;

8) Схема КП отличается простотой и стабильностью в работе.

Все эти особенности обусловили широкое применение КП в импульсных устройствах РЛС в качестве согласующих каскадов и во многих других случаях, когда нужно иметь высокое входное и низкое выходное сопротивление схемы

Рис. 2.3. Основная схема катодного повторителя

Специфические свойства КП объясняются действием обратной связи по напряжению, возникающей из-за включения в схему (рис. 2.3) сопротивления катодной нагрузки Rk.

Падение напряжения между сеткой и катодом лампы определяется выражением:

Ugk = Uвх.пер - Uk

причем, обратная связь в КП действует не только по переменной, но и постоянной составляющей. Так, если Uвх.пер=О, то через лампу течет анодный ток покоя Iао, создающий на сопротивление Rk постоянное падение напряжения Ukо=Iао * Rk, минусом приложенное к управляющей сетке. Ukо действует как отрицательное напряжение смещения:

Ugkо = - Ukо = - I ао * Rk

В соответствии со вторым законом Кирхгофа справедливо:

Еа = Uак + Uвых, или

Uак = Eа - iа * Rk

В соответствии с данными выражениями на рисунке 2.4 приведены эпюры напряжений в КП при воздействии на его вход биполярных треугольных импульсов. Амплитуда этих импульсов выбрана небольшой, чтобы напряжение Ugк изменялось в области Еgо < Ugк < О, т.е. чтобы исключить нелинейные искажения в связи с появлением сеточных токов.

Рис 2.4 Эпюры напряжений катодного повторителя

Крутизна динамической характеристики лампы КП определяется выражением:

S g.кп = m / (Rk + Ri),

где: m - коэффициент усиления лампы;

Ri - внутреннее сопротивление,

а прямая обратной связи усилителя строится в соответствии с выражением:

ia = (Uвх.пер / Rk) - (Ugк / Rк),

поэтому подбором сопротивления Rк можно определить желаемый динамический диапазон каскада, т.е. значения Uвх max и Uвх min или же, наоборот, зная пределы изменения входной величины выбрать нужное сопротивление катодной нагрузки. На выходе КП, как и усилителя с анодной нагрузкой, неизбежны высокочастотные искажения импульсов, обусловленные влиянием входной и выходной емкости схемы (см. эпюры)

Применение в КП пентода вместо триода может обеспечить больший коэффициент усиления за счет большего значения S - крутизны характеристики лампы при неизменном значении Rk и меньшее выходное сопротивление, так как справедливо:

1) Ккп = m Rk / (Ri + m Rk) = 1 / (1 + (1 / SRk));

2) Rвых кп =1 / S.

За счет меньшего значения емкости Сак лампы, можно улучшить форму выходных импульсов.

Вывод: изученные особенности функционирования катодных повторителей обусловили их широкое применение в импульсных устройствах РЛС в качестве согласующих каскадов и во многих других случаях, когда нужно иметь высокое входное и низкое выходное сопротивление схемы.