Текст книги "Радио?.. Это очень просто!"

Автор книги: Евгений Айсберг

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 19 страниц)

Комментарии к двенадцатой беседе

Различные режимы усиления

В двухтактной схеме можно выбрать рабочую точку на нижнем изгибе характеристики. Для этого на сетку лампы достаточно подать смещение, значительно более высокое, чем в рассмотренных нами ранее режимах работы усилительных ламп. В таком режиме только положительные полупериоды сеточного напряжения создадут заметные изменения анодного тока. Таким образом, обе лампы будут работать поочередна. Но в выходном трансформаторе колебание будет полностью восстановлено, потому что полупериоды будут следовать в нем каждый в должном направлении.

При таком методе работы, носящем название режима В, на сетки можно подавать переменные напряжения с амплитудой, значительно большей (примерно вдвое), чем в режиме А, т. е. при обычном режиме усиления, когда рабочая точка должна находиться в середине линейного участка характеристики.

В двухтактной схеме, работающей в режиме В, лампы используются более полно и можно получить более высокую мощность, чем в режиме А.

Само собой разумеется, что в качестве рабочей точки в двухтактной схеме может быть выбрана любая, промежуточная между точками, соответствующими режимам А и В. В этом случае говорят, что лампы работают в режиме A₁ или режиме АВ (рис. 143).

Рис. 143. Рабочие точки ламп, работающих в режимах А, В и С.

Для сведения упомянем о работе в режиме С, когда рабочая точка находится левее нижнего изгиба характеристики, т. е. когда только вершины положительных полупериодов могут вызвать анодный ток. Такой режим используется в некоторых передатчиках и измерительных приборах.

Резистивно-емкостная связь

Принцип этой связи весьма прост: между анодной цепью первой и сеточной цепью второй ламп включается переходный конденсатор. Как мы знаем, анодный ток создает на нагрузочном сопротивлении падение напряжения, в котором содержится переменная составляющая. Переменное напряжение подается на сетку следующей лампы через конденсатор с правильно подобранной емкостью. Сюда же подается необходимое напряжение смещения, определяющее положение рабочей точки. Смещение подается с помощью сеточного резистора, подключенного к отрицательному полюсу источника высокого напряжения (рис. 56).

Емкость конденсатора связи, установленного между анодом одной и сеткой следующей лампы, должна быть достаточной для беспрепятственной передачи переменного напряжения. В каскадах высокой частоты достаточно иметь емкость 500 пф, а в каскадах низкой частоты необходимо ставить конденсаторы порядка 10 000 пф (0,01 мкф).

Сеточный резистор имеет сопротивление порядка сотен тысяч ом; одной из наиболее часто применяемых величин является 0,5 Moм.

Резисторный усилитель

Наиболее простой нагрузкой, включаемой в анодную цепь лампы, является активное сопротивление – резистор R (рис. 55). Такая нагрузка используется в усилителях низкой частоты в большинстве современных приемников. На высокой частоте такой метод усиления неприменим, хотя бы из-за отсутствия выигрыша по избирательности; в усилителях низкой частоты преимущество этого метода заключается в экономичности и в том, что он обеспечивает почти одинаковое усиление всех звуковых частот.

Выбор сопротивления резистора R зависит от ряда факторов и, в частности, от внутреннего сопротивления лампы. В зависимости от типа применяемой лампы оно может быть несколько десятков или сотен тысяч ом.

Не следует забывать, что постоянная составляющая анодного тока вызывает падение напряжения на этом резисторе и тем самым снижает фактическое напряжение между анодом и катодом. Так, если источник высокого напряжения дает 250 в, резистор имеет сопротивление 150 ком, а средний анодный ток равен 0,6 ма (0,0006 а), то падение напряжения составит 0,0006·150 000 = 90 в. Следовательно, на участке анод – катод останется всего 250 – 90 = 160 в.

Дроссельный усилитель

Применение в качестве анодной нагрузки индуктивного сопротивления – дросселя вместо активного – резистора позволяет значительно снизить падение постоянного напряжения, что представляет особый интерес, когда источник анодного тока имеет небольшое напряжение (рис. 57).

Однако по сравнению с резисторным усилителем дроссельный усилитель имеет серьезный недостаток Он подчеркивает высокие звуковые частоты в ущерб низким. Индуктивнее сопротивление пропорционально частоте, и поэтому более высокие частоты создают на нем и более высокие напряжения, в результате чего усиливаются преимущественно высокие частоты. На практике в правильно построенном усилителе можно в значительной степени ослабить указанный недостаток (например, путем включения параллельно дросселю резистора), поэтому не следует считать, что такой метод усиления отличается недопустимыми искажениями, и по этой причине отказываться от его применения.

Другие схемы усилителей

Высокочастотные усилители на индуктивном сопротивлении применяются очень редко, так как они не дают никакого выигрыша по избирательности. В этой области частот его предпочитают заменить таким специфическим сопротивлением, как настроенный колебательный контур. Схема каскада усиления высокой частоты с настроенным контуром изображена на рис. 58; цепь связи имеет малое активное и большое комплексное сопротивления для токов резонансной частоты. Отсутствие сколько-нибудь значительного падения постоянного напряжения, повышенная избирательность, и хорошее усиление – вот основные параметры, говорящие в пользу этой схемы.

Полезно также отметить, что иногда бывает выгодно применить цепь связи, сочетающую трансформатор и резистор, как это показано на рис. 144. В этой схеме составляющие анодного тока расходятся на выходе анода постоянная составляющая идет через резистор R, а переменная составляющая проходит через конденсатор связи С и первичную обмотку трансформатора Тр, вследствие чего во вторичной обмотке появляется переменное напряжение, подаваемое на сетку следующей лампы. Преимущество этого метода заключается в том, что через трансформатор не протекает постоянный ток и его сердечник работает в наилучших условиях. Это, как мы помним, одно из преимуществ двухактной схемы.

Рис. 144. Смешанная трансформаторно-резистивная связь.

Инверсные схемы

Поскольку мы упомянули об этой схеме, воспользуемся случаем и отметим, что и в двухтактной схеме трансформаторная связь легко может быть заменена резистивно-емкостной. Вместо входного трансформатора, роль которого сводится к подаче на сетки ламп двухтактной схемы напряжений противоположных полярностей, можно применить инверсную схему, т.е. каскад, который изменяет полярность напряжения на одной из сеток.

На рис. 145 изображена часто применяемая схема инверсного каскада. Предварительный усилитель возбуждает сетку одной из ламп двухтактного каскада через конденсатор С₁. Одновременно на сетку лампы инвертора подается с резистора R₁часть этого же напряжения через конденсатор С₃. Напряжение на анодном резисторе R₂ этой лампы имеет полярность, противоположную полярности напряжения на сетке.

Рис. 145. Схема двухтактного каскада с фазоинвертором.

_{1 – предварительный усилитель; 2 – фазоинвертор; 3 – лампы мощного двухтактного каскада; 4 – громкоговоритель.}

Почему так получается? Потому, что, например, при увеличении напряжения на сетке лампы инвертора увеличивается ее анодный ток и, следовательно, падение напряжения на анодном резисторе R₂. Так как это падение напряжения вычитается из напряжения источника питания, напряжение на аноде лампы уменьшается.

Следовательно, анодное напряжение инвертора может быть использовано для возбуждения второй лампы двухтактного каскада (через конденсатор связи С₂), так как его полярность противоположна полярности напряжения на конденсаторе С₁.

Легко догадаться, что на сетку лампы инвертора следует подавать только часть напряжения. Ведь напряжения на сетках ламп двухтактного каскада должны быть равны, а коэффициент усиления инвертора больше единицы.

Из схемы видно, что для получения напряжения смещения на сетках ламп двухтактного каскада использовано общее катодное сопротивление – резистор R₃.

Конденсатора развязки параллельно этому резистору можно не ставить, так как полярности обоих анодных токов в этой цепи противоположны и поэтому взаимно компенсируются.

Другая часто встречающаяся схема возбуждения двухтактного каскада с использованием анодно-катодного повторителя приведена на рис. 146. В этой схеме один из резисторов связи (R₁) включен в анодную цепь предварительного каскада (анодно-катодного повторителя), а другой (R₂) – в его катодную цепь. Легко убедиться, что полярности напряжений в точках А и Б противоположны.

При увеличении напряжения на сетке анодный ток возрастет, вследствие чего напряжение в точке А падает, а в точке Б растет. Остается лишь соединить эти точки с сетками ламп двухтактного каскада через конденсаторы связи С₁ и С₂.

Следует отметить, что анодно-катодный повторитель не дает усиления.

Рис. 146. Схема двухтактного каскада с анодно-катодным повторителем.

_{1 – анодно-катодный повторитель; 2 – лампы мощного двухтактного каскада; 3 – громкоговоритель.}

Связь с диодом

До сих пор, рассматривая различные способы связи между лампами, мы всегда предполагали, что предшествующей лампой является триод. Все, что было сказано по этому вопросу, может быть применено и к лампам с большим количеством электродов. Однако следует особо рассмотреть связь с диодом.

Все сказанное до сих пор о детекторном диоде было основано на том, что детектированный ток подается на телефонные трубки. Однако в большинстве приемников после детектора имеются одна или несколько ламп, служащих для усиления низкой частоты.

Связь между диодом и последующими лампами осуществляется с помощью резистора, включенного в цепь вместо телефонных трубок (см. рис. 39 и 59). Этот резистор служит анодной нагрузкой диода, остальная же часть схемы не имеет никаких особенностей.

Стремление к снижению размеров и стоимости приемника привело изготовителей к созданию комбинированных ламп, в которых в одном баллоне с общим катодом находятся детекторный диод и триод, используемый в качестве первого усилителя низкой частоты (существуют даже лампы, состоящие из двух диодов и пентодов). Схема с комбинированной лампой детектор-усилитель выполняется так же, как если бы использовались две отдельные лампы (см. рис. 59 и 61).

Так как усилительная лампа должна иметь отрицательное смещение, резистор R₂ подключается к отрицательному концу резистора смещения R₃. Но на аноде диода не должно быть отрицательного потенциала, и поэтому резистор анодной нагрузки R₁ подключается непосредственно к катоду.

Сеточное детектирование

Необязательно передавать напряжение низкой частоты на сетку через конденсатор связи С₂. Можно объединить сетку лампы и анод диода в один электрод. Таким образом, мы получим триод, включенный по схеме сеточного детектирования, как это показано на рис. 62, и в эквивалентных вариантах схемы на рис. 63 и 64. Этот некогда очень широко распространенный метод комбинированного детектирования и усиления довольно часто используется и в наши дни. Его преимущества – простота и чувствительность. Но он далеко не свободен от искажений, хотя бы потому, что напряжение смещения на сетке не остается постоянным, что необходимо для работы лампы в качестве усилителя.

Отметим, что в этой схеме традиционные элементы цепи детектирования имеют следующие величины: резистор R₁ – около 1 Мом, а конденсатор С₁ – порядка 50—150 пф.

Количество каскадов низкой частоты

Лампа с предшествующей ей цепью связи составляет каскад приемника. В двухтактной схеме обе лампы с предшествующим им трансформатором считаются одним каскадом.

В современных приемниках усиление низкой частоты редко осуществляется более чем двумя каскадами. Обычно после детектора следует первый каскад, именуемый предварительным усилителем низкой частоты с большим усилением, а за ним находится оконечный каскад усиления мощности, потому что роль лампы (или двух ламп в двухтактной схеме), установленной в этом каскаде, заключается в доведении мощности до величины, необходимой для питания громкоговорителя. Иногда используется только один каскад низкой частоты на лампе, обеспечивающей одновременно усиление по напряжению и достаточную мощность.

Комментарии к тринадцатой беседе

Обратная связь

В девятой беседе мы уже имели возможность рассмотреть эффект связи между цепями анода и сетки одной и той же лампы. Благодаря такой связи, которую называют обратной, анодная цепь воздействует на сеточную цепь, возбуждая в ней при каждом изменении анодного тока соответствующее напряжение. Полярность этого напряжения может совпадать с полярностью напряжения сеточной цепи; для этого достаточно, чтобы анодный ток протекал по виткам катушки обратной связи в соответствующем направлении.

Если связь между обеими цепями велика, то энергия, передаваемая из анодной цепи в сеточную, может оказаться достаточной для компенсации потерь и поддержания колебаний, вследствие чего схема превращается в генератор.

Если же связь мала, то обратной связи недостаточно для поддержания незатухающих колебаний. Однако, компенсируя большую или меньшую часть потерь сеточной цепи, обратная связь позволяет уменьшить затухание. Таким образом, переменное напряжение, поступившее с предыдущей лампы или из антенны, достигает большей величины, чем в условиях отсутствия обратной связи.

Сеточное напряжение влияет на анодный ток, который в свою очередь воздействует на цепь сетки, в результате чего усиление резко возрастает, что иногда важно для получения необходимой чувствительности без многочисленных усилителей высокой частоты

Регенеративный приемник

Классическим примером применения положительной обратной связи является регенеративный приемник, или регенератор (рис. 67), за которым обычно следуют каскады усиления низкой частоты. Эта схема уже многие годы пользуется широкой популярностью. Она позволяет получить хорошие чувствительность и избирательность при более или менее удовлетворительном качестве воспроизведения. Усиление достигает максимума, когда величина обратной связи соответствует порогу возникновения самовозбуждения, т. е. точке, после которой лампа начинает генерировать. Все искусство регулировки регенеративного приемника заключается в выборе этой связи, при превышении которой возникает самовозбуждение, препятствующее какому бы то ни было приему. Следует отметить, что при такой погоне за чувствительностью жертвуют музыкальностью, потому что на пороге самовозбуждения избирательность контура слишком велика, что приводит к потере высоких частот (позднее мы выясним причины этого явления). Но чего не сделает начинающий любитель, чтобы принять передачу, например, из Гонолулу!

Индуктированное напряжение зависит от частоты, поэтому для каждой принимаемой станции следует подбирать соответствующую связь. Для этого можно использовать несколько способов. Прежде всего можно сделать одну из катушек подвижной, чтобы она перемещалась относительно другой. Приближая, удаляя или поворачивая эту катушку, можно по желанию изменять связь.

Можно также, оставив катушки неподвижными, регулировать величину тока высокой частоты, протекающего по катушке обратной связи. Для этого анодный ток разделяют на постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая проходит через катушку обратной связи, соединенную последовательно с конденсатором переменной емкости. Конденсатор задержит не только постоянную составляющую анодного тока, но и составляющую низкой частоты, так как емкость его мала. Эти составляющие замыкаются через вторую ветвь, в которую включаются элемент связи со следующей лампой (трансформатор низкой частоты, активное или индуктивное сопротивление) или телефонные трубки.

Для лучшего разделения составляющих в цепь с активной нагрузкой полезно включать последовательно заградительный дроссель, который благодаря относительно большой индуктивности задержит высокочастотную составляющую, но пропустит составляющую низкой частоты. Таким образом, это устройство аналогично схеме разделения составляющих, изображенной на рис. 138.

Конденсатор переменной емкости, соединенный последовательно с катушкой обратной связи, позволяет по усмотрению дозировать протекающий по ней ток высокой частоты и регулировать таким образом обратную связь. Это довольно практичный способ, позволяющий осуществить очень точную регулировку. Существует несколько вариантов, которые, однако, все основаны на одном и том же принципе и различаются лишь деталями схемы.

Рассмотренный вид обратной связи не следует называть «емкостной обратной связью». Он является обратной связью, основанной на взаимной индукции двух катушек; функции конденсатора сводятся лишь к роли крана, регулирующего степень пропускания высокой частоты.

Можно создать также настоящую емкостную обратную связь, для чего между анодом и сеткой включают конденсатор переменной емкости. Однако получаемые результаты обычно не слишком удовлетворительны.

Смешанный индуктивно-емкостный метод обратной связи осуществлен в схеме Хартли (рис. 69), где сетка и анод связаны емкостью настроенного конденсатора и индуктивностью половины катушки контура. Регулировка обратной связи также производится конденсатором переменной емкости С₂.

Со схемой Хартли можно сопоставить генератор с электронной связью (рис. 147) Этот генератор, часто используемый в гетеродинах, не позволяет регулировать величину связи, так как по обведенной жирной линией части катушки полностью проходит высокочастотная составляющая. Обратную связь, конечно, можно было бы сделать регулируемой, если бы вывод на катушке допускал изменение количества витков, по которым протекает ток обратной связи.

Рис. 147. Генератор с электронной связью. Путь анодного тока показан жирными линиями.

Паразитные связи

Если регулируемая обратная связь часто является весьма ценным средством для получения оптимальных результатов от приемника с малым числом ламп, то самопроизвольная обратная связь, появляющаяся из-за паразитных связей, представляет собой одно из наиболее неприятных явлений в практике радиотехники. Паразитные связи можно подразделить на три вида: индуктивные, емкостные и через общее сопротивление. Последний вид связи послужит нашим друзьям темой для следующей беседы. Индуктивные же и емкостные связи имеются повсюду, где элементы анодной цепи лампы находятся по соседству с элементами сетки этой же или одной из предшествующих ламп.

Два проводника, хотя бы на малом участке находящиеся рядом, образуют конденсатор. Две катушки, если только не принято специальных мер, связаны индуктивно. Даже электроды лампы, несмотря на их малые размеры, образуют емкости между собой или с расположенными рядом элементами схемы.

Если возникшие таким образом паразитные связи имеют положительный знак, т. е. наведенные из анодных цепей в сеточные напряжения совпадают по полярности с напряжением на сетке, то при определенной величине связей возникают колебания и приемник превращается в генератор. Практически же паразитные связи проявляются в виде свиста, шума или по крайней мере в виде резких искажений воспроизводимого звука, лишающих возможности пользоваться приемником.

Экранирование

Для устранения этих неприятностей существует несколько средств. В первую очередь следует назвать продуманное размещение элементов схемы, при котором избегают слишком длинных проводов и опасной близости элементов.

Вторым средством является экранирование катушек, ламп, а иногда и целых узлов схемы (блоков).

Катушки и лампы закрываются металлическими кожухами из листовой меди или алюминия. Эти «клетки Фарадея» перехватывают все электрические поля и тем самым устраняют паразитные связи. Металлические лампы оказываются экранированными благодаря металлической оболочке. Иногда некоторые проводники приходится экранировать гибкой металлической оплеткой. Трансформаторы низкой частоты экранируются кожухами из толстой мягкой стали.

Все экраны, так же как и металлическое шасси, должны соединяться с какой-либо точкой, имеющей постоянный потенциал, например с отрицательным полюсом высокого напряжения.

Тетрод

По этому пути идут вплоть до установления экрана внутри ламп между сеткой и анодом. Чтобы электроны тем не менее могли свободно проходить через этот экран, ему придается форма сетки и он называется экранирующей сеткой. Такое устройство имеют лампы с четырьмя электродами или тетроды. Чтобы экранирующая сетка не тормозила движения электронов, на нее подается высокий положительный потенциал (в высокочастотных лампах равный половине анодного напряжения, а в низкочастотных равный анодному напряжению). Таким образом, она служит для ускорения электронов. Благодаря наличию экранирующей сетки паразитная емкость между анодом и управляющей сеткой практически становится равной нулю, чем устраняется одна из наиболее опасных причин самовозбуждения. К этому преимуществу ламп с экранирующей сеткой нужно еще добавить их высокий коэффициент усиления, который может достигать 1 000.

Действительно, в тетродах анодный ток почти исключительно зависит от напряжения основной сетки, называемой управляющей сеткой, и напряжения экранирующей сетки; анодное же напряжение очень слабо воздействует на анодный ток вследствие наличия экранирующей сетки. В этих условиях коэффициент усиления в соответствии с определением должен быть очень высоким

Крутизна тетродов имеет такой же порядок величины, как и крутизна триодов, и чтобы основное равенство μ = R₁·S было справедливо при большом значении μ необходимо, чтобы и R₁ также имело большую величину. Внутреннее сопротивление тетродов достигает часто величины порядка 1 Мом.

Для создания напряжения на экранирующей сетке применяют схему делителя напряжения, включая два последовательно соединенных резистора (R₂ и R₃ на рис. 72) между полюсами источника высокого напряжения. В зависимости от сопротивлений этих резисторов через них протекает больший или меньший ток, создающий на каждом из них падение напряжения, пропорциональное сопротивлениям резисторов (сумма этих двух падений напряжения, разумеется, равна напряжению источника). Таким образом, общая для обоих резисторов точка имеет промежуточное напряжение, которому путем соответствующего подбора сопротивлении резисторов можно придать любое значение. К этой общей точке и подключается экранирующая сетка.

В связи с тем, что сетка захватывает некоторое количество проходящих через нее электронов, существует небольшой ток экранирующей сетки. Чтобы его изменения не нарушали постоянства напряжения на экранирующей сетке, между нею и катодом включается конденсатор, который отводит переменную составляющую тока прямо на катод.

В лампах, у которых ток экранирующей сетки имеет постоянную величину, можно создать требуемое напряжение с помощью гасящего сопротивления (резистор R₂ на рис. 148), соединяющего экранирующую сетку с положительным полюсом высокого напряжения. Но и в этом случае необходим конденсатор, предназначенный для отведения на катод переменной составляющей тока.

Рис. 148. Потенциал экранирующей сетки определяется падением напряжения на сопротивлении R₂. Переменная составляющая замыкается на катод через конденсатор С₂.

Вторичная эмиссия

Когда в конце быстрого пролета электроны достигают анода, в результате удара из атомов анода выбиваются электроны, выбрасываемые в пространство. Поток электронов, излучаемых анодом под воздействием электронной бомбардировки, носит название вторичной эмиссии. Скорость вторичных электронов относительно невелика и после короткого полета они обычно возвращаются на анод вследствие притяжения положительным потенциалом. По крайней мере так происходит в триоде.

В тетроде вторичная эмиссия может серьезно нарушить работу лампы. Когда потенциал анода падает ниже потенциала экранирующей сетки, электроны не возвращаются на анод, а притягиваются экранирующей сеткой. При этом возникает ток от анода к экранирующей сетке. Этот ток имеет направление, противоположное нормальному направлению анодного тока, и поэтому вычитается из него. Миллиамперметр, включенный в анодную цепь, покажет ток, равный разности нормального анодного и вторичного токов.

В каких условиях подобное явление может иметь место? Иными словами, каким образом анодное напряжение может оказаться меньшим напряжения на экранирующей сетке? Напомним, что напряжение на экранирующей сетке имеет постоянную величину. Напряжение же на аноде все время изменяется, потому что из напряжения источника анодного тока вычитается падение напряжения на сопротивлении нагрузки, находящемся в анодной цепи. Если переменное напряжение на сетке превысит некоторое значение, то амплитуда переменной составляющей анодного тока может стать такой, что мгновенное значение напряжения на аноде окажется ниже напряжения на экранирующей сетке. Именно в этот момент вторичная эмиссия с анода устремляется на экранирующую сетку.

Пентод

Способ устранения этого недостатка прост: между экранирующей сеткой и анодом помещают сетку, имеющую потенциал катода. Эта защитная сетка не оказывает никакого влияния на первичные электроны, быстро летящие от катода к аноду. Но значительно более медленные вторичные электроны тормозятся ею и «благоразумно» возвращаются на анод.

Полученная таким образом трехсеточная лампа, с пятью электродами, или пентод, свободна от недостатков, вызываемых вторичной эмиссией. Кроме этой особенности, пентод имеет те же свойства и достоинства, что и тетрод.

В настоящее время пентод является наиболее широко используемой лампой в усилителях как высокой, так и низкой частоты. В обоих случаях он позволяет получить большое усиление. Кроме того, емкость сетка – анод пентода крайне незначительна, что является особенно важным преимуществом при работе в каскадах высокой частоты, так как это уменьшает опасность самовозбуждения.