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发表于 2021-10-6 16:15:20
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转载《阴极输出器》
普通电子管放大器的负载电阻RL是接到电子管的屏极，从屏极取得输出信号。对交流信号来说，这种放大器的阴极接地，以阴极作为输入电路和输出电路的公共点（图1a），所以又叫做阴极接地放大器或共阴极放大器。在有些情况下，我们也常用到所谓阴极输出器电路（见图2a）。这种电路的负载电阻RL不是接到屏极而是接到阴极，从阴极输出信号。这里电子管的屏极不通过任何电阻而直接接到电源上。对交流信号来说，这种电路的屏极接地，以屏极作为输入电路和输出电路的公共点，所以阴极输出器又叫做屏极接地放大器或共屏极放大器。
阴极输出器的特性
从表面上看来，阴极输出器和普通电子管放大器只是RL所接的位置不同，实际上它们的特性却有很大差别。下面我们通过对这两种电路的比较，来说明阴极输出器的主要特性。
输出信号与输入信号同相位 在普通放大器中，当栅压增高时，电子管的屏流就跟着增大，使负载电阻RL上的电压降增加，因而电子管的屏压降低，也就是输出电压降低。由此可见，普通放大器输出信号与输入信号反相。在阴极输出器中，栅压增高时屏流也增大，但因为它的负载电阻是接在阴极上，屏流增加时阴极电位升高，也就是输出电压增高。因此，阴极输出器的输出信号与输入信号同相。
电压放大系数小于1 负载电阻RL从屏极改接到阴极，不仅仅使输出信号的相位改变了180°,同时还使电子管的输入电路起了重大变化。在普通放大器中（图1a），加到电子管栅阴极间的交流电压Ugk，就是待放大的信号电压Ug。而在阴极输出器中（图2a），加到电子管栅阴极间的电压Ugk，却不等于信号电压Ug，而是等于Ug-UL。换句话说，我们是把从输入电压Ug中减去全部输出电压UL以后所得的电压加到了电子管的栅阴极间。由此可见，阴极输出器是一个百分之百的负反馈放大器。这一点是阴极输出器具有很多特殊性质的根本原因。
大家都很熟悉，普通放大器的等效线路如图1b所示。根据这一电路可以得出放大器的放大系数为
K=UL/Ug=μRL/(Ri+RL ) 公式(1)
大多数电子管的μ值在几十到几百,所以K远大于1。
可以参照图1b的等效电路作出阴极输出器的等效电路（图2b）。图2b电路也说明了屏流Ia随电子管栅阴极间电压Ugk而变化的关系，它和图1b不同的地方有两点：
（1）阴极输出器是屏极a接地，因而它的输出电压正好和图1b的相差180°；（2）在阴极输出器中，加在电子管栅阴极间的电压Ugk，不等于输入电压Ug，而等于（Ug-UL），所以等效发生器的电势不是μUg，而是μ（Ug-UL）。
由图2b求出阴极输出器输出电压
UL={μUgk/（Ri+RL）}*RL={μ(Ug-UL)/(Ri+RL)}*RL 公式(2)
阴极输出器的电压放大系数Kf是输出电压UL和输入电压Ug之比（不是UL与Ugk之比）。因此，
Ki=UL/Ug=μRL/{Ri+(1+μ)RL}。公式（3）
分子分母都除以（1+μ），可得
Kf=μ′RL/(R′i+RL)，公式（4)
式中 μ′=μ/(1+μ)，R′i=Ri/(1+μ）。
把这个式子和普通放大器的放大系数公式K=-μRL/(Ri+R)比较，可以看出在阴极输出器的Kf公式中，只是用μ′和R′i代换了μ和Ri。在这里，我们可以把μ′和R′i看作是某一等效电子管的参数，因此可以参照图1b进一步画出阴极输出器的等效电路如图2c所示。图2c和图1b的电路形式是相同的，它们都说明了屏流随输入电压Ug的变化关系。但是在图2c，μ′和R′i是等效电子管的参数，同时它的接地点是屏极a（图1b是阴极K），这就反映了阴极输出器本身的特点。
因为一般电子管的μ远大于1，所以等效电子管放大因数
μ′=μ/1+μ≈1
而阴极输出器的放大系数
Ki≈RL/R′i+RL。公式（5）
从这个式子可以看出，Ki是小于1的。RL比R′i越大Ki越接近于1。但它永远小于1。由此可见，阴极输出器不能放大输入信号，反而把它减弱了，这是阴极输入器的一个缺点。为了使信号电压减得少些，应采用等效内阻R′i比RL小得多的电子管。
输出阻抗小
从前面的公式R′i=Ri/(1+μ ）可以看到，阴极输出器等效电子管的内阻R′i要比实际电子管的内阻Ri小得多，只有Ri的（1+μ）分之一。由于μ》1，所以又可写成
R′i≈Ri/μ=1/S。
例如，五极管6J1（6Ж1П）的互导S=5.2毫安/伏，可算出R′i=192欧。而6J1的实际内阻Ri约为300千欧，可见把6J1用做阴极输出器时，它的内阻就减小到原值的一千五百分之一左右。
如果把限极输出器作为信号源向后级电路供电，那么对后级电路来说，阴极输出器的输出阻抗Ro就等于R′i和RL的并联值，即
Ro=R′iR/(LR′i+RL）≈RL/(1+SRL)。公式（6）
在RL甚大于R′i的情况下，阴极输出器的输出阻抗Ro和RL的关系很小，它基本上等于R′i，即等于1/S。
为了获得较小的输出阻抗，以使Kf接近于1（参看式5），阴极输出器应选用互导S较大的电子管。
输入阻抗大 放大器的输入阻抗等于输入电压和输入电流之比。在输入电压相同的情况下，输入电流小的则说明放大器的输入阻抗大。在阴极输出器中，电子管栅阴极之间的电压（Ugk）远小于输入电压（Ug），Ugk=Ug-UL=Ug-KiUg=Ug(1-Kfi), Ki一般都接近于1，假如Ki=0.9，则（1-Ki）=0.1，这就是说，Ugk只有Ug的十分之一。由于加到电子管栅阴极间阻抗Zgk上的电压减小了，因而流过它的电流也就减小了。在输入电压不变的情况下，/电流的这种减小可以看成是输入阻抗的增加。对于栅阴极间阻抗Zgk来说，由于通过它的电流减小到（1-Kf）倍，所以相当于由Zgk构成的那部分输入阻抗增加到（1/(1-Kf)）倍。例如，我们可以看作是栅阴间电容Cgk的容抗增大到（1/1-Kf）倍，或Cgk的容量减小到（1-Kf）倍。如果栅漏电阻也是接到电子管栅阴极之间，则它呈现的输入阻抗也相应地增大到原值的1/(1-Kf)倍。但是应当指出，接在栅极和地之间的阻抗，例如Cga、由栅极接地的栅漏电阻和栅(极对地的接线电容等，是直接并联在输入电压Ug上，所以这一部分输入阻抗不会增加。因此在使用阴极输出器时，仍应将它尽量靠近信号源。
除以上所谈的几点特性以外，由于阴极输出器是一个100%负反馈放大器，所以它还具有负反馈放大器的一切优点，比如频率失真小（工作频带宽），非线性失真小，工作稳定等等。
阴极输出器的工作点
在普通放大器中，大都用阴极电阻供给电子管的直流偏压，以得到合适的工作点。阴极输出器的情况与此相似。在图2的电路中，如果屏流直流分量Iao在负载电阻RL上的直流压降，正好等于我们所需要的直流偏压，那么就可以直接利用RL作为自给偏压电阻。但是一般说来，屏流的直流分量（Iao）在负载电阻RL上产生的电压降并不一定等于所需要的偏压。如果RL过大，因而产生的偏压过大，可以采用图3a或b的电路。电路a中由屏极供电电源通过分压器电阻R1、R2在电子管栅极上加一个正电压，从而抵消一部分RL的负偏压，使栅极上所加的实际偏压等于所需要的偏压。一般R2为几兆欧，R1为几十兆欧。电路b中负载电阻RL分成R1和R2两部分，栅极接到两个电阻的中间，所以加到栅极上的偏压只是R1上的电压降，R1的大小应正好使得它上面的电压降等于所需要的栅偏压。如果负载电阻RL较小，因而产生的偏压太小时，可以采用图3c的电路，RL和R1上产生的直流电压降之和应该等于所需要的偏压。对于交流信号来说，CK将R1短路，所以R1的接入对电路中的交流信号没有影响。这和普通放大器中采用阴极旁路电容的情况相似。电路d应用比较广泛，它的负载电阻不包括在自给偏压的电路内，因此RL的选择与所需要的偏压无关。
阴极输出器的应用
用作输入级 测量仪表必须具有很高的输入阻抗，否则把它接到电路里就改变了电路的工作情况，因而影响到测量的准确性。阴极输出器的输入阻抗很高，因此很多测量仪表都采用阴极输出器作为输入级。
光电管、摄像管、拾音器或微音器等信号源，都需要用很高的负载电阻。如果用普通放大器作为输入级，则由于它的输入阻抗小，对负载电阻有显著的旁路作用，所以会影响输入信号的大小和通频带。用输入阻抗较大的阴极输出器，就可以显著地减小这种影响。
阻抗变换器 阴极输出器的输入阻抗很大，而输出阻抗很小，是一个理想的阻抗变换器。例如，当普通放大器需要通过电缆与负载连接时，由于放大器的输出阻抗很大，不能和电缆阻抗匹配。这时可在两者之间加一级阴极输出器，阴极输出器的输入端和普通放大器连接，而输出端和电缆连接，这样，具有低特性阻抗的电缆便和具有高输出阻抗的放大器达到阻抗匹配了。
用来控制有栅流的末级电子管 为了提高输出功率，低频功率放大器的末级常常在有栅流的状态下工作。栅流的存在会使被放大的信号波形失真。当输入信号还没有使栅极达到正值，因而电子管没有产生栅流时，末级的输入电压等于信号源的电势。但当输入信号增大使电子管出现栅流时，信号源的内阻上就会产生电压降而使加到末级输入端的电压减小（电压减小的数值等于信号源内阻上的电压降），结果产生了非线性失真。阴极输出器具有较小的输出阻抗(即信号源内阻)，所以用它来控制有栅流的末级电子管时产生的失真较小。
用作功率放大器 阴极输出器虽然不能放大电压信号，但是在负载电阻很小时，却可以用做功率放大器。在阴极输出器中，等效电子管的内阻R′i很小，因此电源功率在R′i上的消耗很小，大部分功率都输出到负载上去了，这是一个很大的优点。另外由于阴极输出器有很深的负反馈，用它做末级功率放大器可以降低对输出变压器的要求。甚至可以不用输出变压器，将它直接和负载连接，也能达到阻抗匹配。这样既降低了成本，也消除了输出变压器引起的频率失真和非线性失真。
此外，利用阴极输出器输出信号和屏极输出信号相位相反的特性，还可以做成倒相器等等。从前面的简单介绍可以看到，阴极输出器的用途是很广泛的
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发表于 2021-10-5 16:51:52
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