Текст книги "Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина"

Автор книги: Рудольф Сворень

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 19 страниц)

Как мы уже отмечали (лист 51), участок длинноволнового диапазона, где работают радиовещательные станции, ограничен частотами: минимальной 150 кгц (2000 м) и максимальной 420 кгц (740 м). Предположим, что в нашем приемнике границы сдвинуты на 50 кгц, то есть он может принимать станции, работающие на частотах от 100 до 370 кгц. Это значит, что приемник будет работать на участке 100–150 кгц, где вещательных станций нет, и, наоборот, станции, работающие на участке 370–420 кгц, приемник принимать не будет. Действительно, когда мы установим стрелку на шкале в крайнее положение, соответствующее частоте 420 кгц, контур фактически будет настроен на частоту 370 кгц, и настроиться на более высокую частоту нам не удастся, так как для этого нужно уменьшить емкость контура, а ротор конденсатора уже выведен до конца.

В другом конце диапазона будет наблюдаться обратная картина: ротор еще полностью не введен и стрелка указывает на частоту 200 кгц, а контур уже настроен на самую низкую из нужных нам частот – 150 кгц. Если мы будем и дальше увеличивать емкость контура, вводя ротор конденсатора, то будем настраивать контур на еще более низкие частоты 140, 130… 100 кгц, где радиовещательные станции, как уже отмечалось, не работают.

Можно ли избавиться от всех этих недостатков? Можно, и сравнительно просто.

Давайте вновь передвинем стрелку на деление «200 кгц» и таким образом настроимся на станцию, работающую на частоте 150 кгц. Теперь попробуем, постепенно вывинчивая сердечник из контурной катушки, уменьшать ее индуктивность. Вы, конечно, не забыли, что резонансная частота контура в одинаковой степени зависит от его индуктивности и емкости. Если мы уменьшаем индуктивность и хотим сохранить настройку на станцию, то нам придется увеличивать емкость контура, то есть вводить ротор конденсатора настройки. При этом, естественно, стрелка будет перемещаться в сторону более длинных волн, все ближе к частоте 150 кгц, на которой и работает наша станция. Уменьшать индуктивность контура нужно до тех пор, пока точная настройка на станцию не будет соответствовать нужному положению стрелки на шкале.

Устанавливая нужные нам границы резонансной частоты контура, можно пользоваться и подстроечным конденсатором, так как общая емкость контура равна сумме емкостей конденсаторов настройки и подстроечного. Действительно, если мы будем уменьшать емкость подстроечного конденсатора, то, для того чтобы сохранить резонансную частоту неизменной, нам придется увеличивать емкость конденсатора настройки, то есть вводить его ротор. А это значит, что стрелка будет перемещаться по шкале в нужном направлении – в сторону более длинных волн.

Настраивая входной контур детекторного приемника, следует помнить общее для настройки всех контуров правило: при выведенном роторе резонансную частоту контура подгоняют с помощью подстроенного конденсатора, а при введенном роторе – путем изменения индуктивности катушки (рис. 57, 58, лист 99).

Начинать удобнее с длинноволнового участка диапазона (ротор введен, подбирается индуктивность), после этого следует перейти к подгонке частоты на коротковат новом участке (ротор выведен, подбирается емкость подстроечного конденсатора), затем желательно вернуться обратно на длинноволновый участок и в заключение еще раз произвести подстройку на коротковолновом участке. Конечно, в детекторном приемнике почти никогда нет возможности выполнить всю эту программу из-за весьма ограниченного числа принимаемых станций. Поэтому в таком приемнике желательно лишь приближенно подобрать индуктивность катушек. Более точную подстройку контуров мы произведем в ламповых приемниках, где изготовленные нами катушки будут использованы без изменений. Следует помнить, что во время настройки приемника антенну уже нельзя подключать непосредственно к контуру, так как собственная емкость антенны может сильно его расстроить.

Собрав и наладив двухдиапазонный детекторный приемник, вы испытаете огромное, ни с чем не сравнимое удовлетворение. При наличии хорошей наружной антенны вечером, а особенно ночью, когда условия распространения длинных и средних волн улучшаются, вы наверное сможете принять несколько сравнительно дальних станций. Настраиваясь то на одну, то на другую станцию, вы практически почувствуете, какая замечательная вещь колебательный контур.

Но первые же эксперименты с детекторным приемником покажут вам, что с помощью одного колебательного контура многого не добьешься: приемник работает тихо, число принимаемых станций невелико, сигналы мешающих станций зачастую ослабляются явно недостаточно.

На первый взгляд может показаться, что, применив в детекторном приемнике несколько одинаковых колебательных контуров, можно улучшить его избирательность и чувствительность. Что касается избирательности, то это действительно так: если в приемнике имеется два контура, каждый из которых ослабляет мешающую станцию в три раза, то общая избирательность будет равна девяти. Увеличение числа контуров – это один из основных путей повышения избирательности. Что же касается повышения чувствительности, то здесь увеличение числа контуров не дает эффекта.

Если в детекторном приемнике будет два контура, то энергия, поступающая из антенны, распределится между ними, и поэтому ток в каждом из контуров будет меньше, чем у одноконтурного приемника. И, к какому из этих двух контуров мы ни подключали бы детектор, мы не только не улучшим, но даже ухудшим чувствительность по сравнению с одноконтурным приемником.

Для того чтобы обеспечить громкоговорящий прием большого числа радиостанций, необходимо в миллионы и миллиарды раз повысить мощность принятого сигнала, подводимого к антенне. Такое огромное усиление мощности позволяет получить полупроводниковые триоды и электронные лампы, с работой которых мы познакомимся в следующей главе.

Глава 4
ВОЛШЕБНАЯ ЛАМПА

С помощью колебательного контура нам удалось несколько повысить чувствительность приемника – контур помог наилучшим образом использовать энергию, которую принесли к антенне радиоволны.

Но мощность сигналов, действующих в антенне, обычно настолько мала, что все «усилия» колебательного контура оказываются совершенно недостаточными для того, чтобы получить громкоговорящий прием. Приходится искать принципиально новый путь для повышения громкости приема: применять электронные лампы или транзисторы – полупроводниковые триоды, с помощью которых можно во много раз усиливать мощность принимаемых сигналов.

Во многих книгах электронную лампу называют волшебной. И это не преувеличение – лампа действительно способна делать чудеса: подводим к лампе слабый электрический сигнал, а из лампы этот сигнал выходит усиленным в тысячи раз. Ну чем не чудеса! Однако все мы отлично знаем, что чудес не бывает ни в цирке, ни в технике, и поэтому попробуем разобраться, как работают «волшебные» усилительные приборы: электронная лампа и ее ближайший помощник – полупроводниковый триод.

Начнем с того, что если говорить строго, то ни лампа, ни полупроводниковый триод электрических сигналов не усиливают и усиливать не могут: слабый электрический сигнал, который мы подводим к лампе, так и остается слабым сигналом. То, что происходит в ламповом или полупроводниковом усилителе, напоминает процесс изготовления больших фотографий с негатива малых размеров. С помощью фотоувеличителя, затратив определенную световую энергию, мы на большом листе фотобумаги создаем новое изображение – увеличенную копию маленького негатива, который здесь играет лишь роль образца.

Усилительные приборы, к числу которых и относятся лампа и транзистор, в процессе усиления сигналов играют примерно ту же роль, что и увеличитель при изготовлении фотографий. С помощью лампы или транзистора слабый электрический сигнал управляет движением зарядов – током мощного источника электрической энергии – подобно тому как с помощью рулевого механизма пилот управляет движением тяжелого многомоторного самолета. И так же, как самолет следует за всеми поворотами рулей, так и электрический ток на выходе усилительного прибора следует за всеми изменениями управляющего (усиливаемого) сигнала. Создание «мощной копии» равносильно усилению слабого сигнала, и поэтому-то полупроводниковый триод и электронную лампу называют их управляющими приборами.

В этой главе мы познакомимся с принципами работы электронной лампы, с основными типами ламп и схемами их включения. Эго позволит нам в дальнейшем рассмотреть практические схемы усилителей высокой и низкой частоты, которые могут быть использованы в радиоприемнике.

Обычно в учебниках радиотехники сначала рассматривается устройство и работа лампы, а затем уже рассказывается, как работает транзистор. Мы же поступим наоборот – начнем с полупроводникового триода, так как знакомство с принципом его работы позволит нам легче понять, как работает электронная лампа.

ДИОД + ДИОД = ТРИОД?

Мы уже знакомились с устройством полупроводникового диода. В нем есть две примыкающие друг к другу зоны полупроводникового материала: зона со свободными положительными зарядами (зона р) и зона со свободными электронами (зона n). Область между этими зонами называется рn-переходом.

В полупроводниковом триоде также имеются зоны с различной проводимостью, но не две зоны, как в диоде, а три. Из нескольких типов выпускаемых в настоящее время транзисторов наиболее широкое распространение получили плоскостные германиевые транзисторы типа р-n-р. Основой такого транзистора является кристалл германия, в котором имеется некоторое количество свободных электронов (зона n). В двух местах в этот кристалл вкраплены мельчайшие кусочки металла индия (лист 100). В местах соприкосновения с индием в кристалле германия появляется некоторое количество свободных положительных зарядов. Таким образом, в полупроводниковом триоде по краям зоны n образуются две зоны р, а значит, и два рn-перехода, и поэтому полупроводниковый триод типа р-n-р можно рассматривать как два плоскостных диода с общей зоной n. В плоскостных диодах, так же как и в транзисторах, рn-переход создается путем вкрапления индия в германий.

Один из кусочков индия с прилегающей к нему зоной р получил название «эмиттер» («выбрасывающий заряды»), другой – «коллектор» («собирающий заряды»), а сам кристалл германия (зона «n») называется базой (иногда основанием) триода.

Корпус транзистора обычно выполняют из металла или пластмассы. Из корпуса через миниатюрные стеклянные или керамические изоляторы выходят три тонкие проволоки: выводы коллектора, эмиттера и базы (лист 101).

При использовании транзистора в усилительном каскаде между базой и коллектором включают батарею (ее напряжение обычно составляет несколько вольт), которая и дает энергию, необходимую для получения усиленного сигнала (лист 102, рис. 59).

Рис. 59. Транзистор типа р-n-р можно рассматривать как два полупроводниковых диода с общей зоной n. Первый из этих «диодов» – эмиттерный, рn-переход включен в прямом направлении, и даже слабый входной сигнал сравнительно легко создает в нем ток. Заряды, попавшие из эмиттера на базу, в итоге подходят ко второму диоду (коллекторному рn-переходу) и под действием сравнительно большого напряжения коллекторной батареи создают ток, который выделяет в нагрузке необходимую мощность.

«Плюс» этой батареи соединяют с базой, а «минус» – с коллектором. Таким образом, рn-переход между основанием и коллектором (коллекторный переход) фактически представляет собой диод, включенный в «обратном» направлении, то есть почти не пропускающий тока.

На эмиттер, наоборот, подают небольшое (обычно десятые доли вольта) положительное напряжение, и поэтому рn-переход между эмиттером и базой (эмиттерный переход) фактически представляет собой диод, включенный в прямом направлении, то есть хорошо пропускающий ток.

Но оба эти рn-перехода (эмиттерный и коллекторный) нельзя рассматривать как два отдельных, изолированных друг от друга полупроводниковых диода, так как они имеют общую зону n – кристалл германия. Поэтому, когда появляется ток в цепи, эмиттера, то одновременно с этим возникает ток и в цепи коллектора: почти все положительные заряды, попадающие из эмиттера в базу, «просачиваются» сквозь него (это явление называется диффузией), попадают в коллекторный рn-переход и сразу же начинают двигаться к коллектору под действием отрицательного напряжения на нем (рис. 59). Это напряжение помогает положительным зарядам легко преодолеть сопротивление коллекторного рn-перехода. Вы, очевидно, не забыли, что коллекторный переход – это диод, включенный в обратном направлении, то есть обладающий большим сопротивлением!

Более того, если в цепь коллектора включить какое-нибудь сопротивление (сопротивление нагрузки), то коллекторный ток, затратив часть энергии, полученной от батареи, преодолеет и это сопротивление, выделив на нем соответствующую мощность.

Переменное напряжение, которое нужно усилить, например, переменное напряжение ВЧ, действующее на контуре, или переменное напряжение НЧ, которое можно получить с детектора, подводится к полупроводниковому триоду таким образом, чтобы оно действовало между эмиттером и базой и управляло бы величиной тока в эмиттерном переходе. При этом под действием усиливаемого переменного напряжения изменяется ток эмиттерного перехода, то есть изменяется и количество положительных зарядов, которые из эмиттера попадают в базу, а оттуда переходят в цепь коллектора.

Таким образом, точно следуя за всеми изменениями усиливаемого сигнала, изменяется коллекторный ток – появляется «мощная копия» усиливаемого сигнала. Энергия на создание этой «мощной копии» получена от коллекторной батареи, а роль эмиттерного перехода сводится лишь к тому, чтобы «поставлять» положительные заряды, необходимые для образования коллекторного тока, и регулировать количество «поставляемых» зарядов в соответствии с изменениями усиливаемого сигнала.

Поскольку эмиттерный переход включен в прямом направлении, то необходимый ток эмиттерной цепи, то есть необходимое количество движущихся зарядов, удается получить при небольших усиливаемых напряжениях.

Как видите, транзистор никакого мощного усиленного сигнала не дает. Если уж говорить об электрической мощности, то она выделяется на сопротивлении нагрузки лишь только потому, что это сопротивление подключено к батарее с достаточно большой э.д.с. Но если бы мы просто подключили нагрузку к батарее, то в цепи протекал бы обычный постоянный ток. Только потому, что вместе с нагрузкой мы подключили к батарее транзистор, у нас появилась возможность управлять током, который проходит через нагрузку, и, изменяя его по «образцу» – входному сигналу, – получать «мощную копию» этого сигнала. Используя транзисторы, можно построить сравнительно простые детекторные приемники (лист 102), где транзистор не только усиливает, но и детектирует сигнал. Число витков той части контурной катушки L_к, которая подключается к триоду, так же! как и число витков катушки связи L_св, обычно не превышает 10–20.

Транзистор позволяет управлять током самым простым путем – с его помощью мы просто изменяем количество зарядов, которые попадают с базы в коллекторную цепь и могут участвовать в создании тока через нагрузку. Управлять этим током можно и иначе, например так, как это делается в электронной лампе.

И ОПЯТЬ ДВИЖУЩИЕСЯ ЗАРЯДЫ…

В электронной лампе, так же как и в полупроводниковом триоде, эффект усиления получается благодаря тому, что слабый электрический сигнал управляет протекающим через лампу током (движением зарядов), а этот ток может развивать значительную мощность за счет энергии внешней батареи.

В отличие от полупроводникового триода, основные процессы в лампе происходят не в микроскопических кристаллах германия или кремния, а в вакууме – в стеклянном (а иногда металлическом или металлокерамическом) баллоне, из которого откачан воздух.

В полупроводниковом триоде и, в частности, в его эмиттере всегда имеются свободные электрические заряды, то есть заряды, которые могут перемещаться под действием какого-либо напряжения, образуя эмиттерный или коллекторный ток.

В вакууме свободных зарядов практически нет, и для их получения в лампу вводится специальная деталь – катод. Во многих лампах катод представляет собой металлическую нить (есть и другие типы катодов), по которой пропускают электрический ток (ток накала), подключив к ней небольшую батарею (батарея накала Б_н). Под действием тока катод, подобно спирали электроплитки, нагревается до высокой температуры – от 800° до 2500°, в зависимости от типа катода. Как известно, в металле всегда имеется большое количество свободных электронов (это и отличает проводники от изоляторов), которые беспорядочно двигаются в межатомном пространстве. Чем выше температура металла, тем интенсивнее это беспорядочное движение. При высокой температуре катода многие из электронов выходят за его пределы, и в вакууме вблизи катода появляются свободные электрические заряды (рис. 60).

Рис. 60. Чтобы в лампе появились свободные электроны, в ее баллон вводят специальный электрод – катод – и накаливают его до высокой температуры. Для нагревания катода используют электрический ток.

Теперь заставим свободные электроны, вылетавшие из разогретого катода, упорядоченно двигаться в каком-нибудь определенном направлении, то есть создадим в лампе электрический ток. Для этого поместим в баллон еще один электрод – плоскую металлическую пластинку, расположенную невдалеке от катода. Такой электрод получил название «анод», а двухэлектродная лампа, так же как и полупроводниковый прибор с двумя зонами — n и р, называется диодом.

Если включить между анодом и катодом батарею (анодная батарея Б_а), причем «плюс» ее соединить с анодом, то под действием положительного напряжения на аноде к нему будут двигаться вылетевшие из катода электроны, а на смену им в катод будут поступать электроны из батареи Б_а (рис. 61).

Рис. 61. Если ввести в баллон второй электрод – анод – и подать на него положительное (относительно катода) напряжение, то вылетевшие из катода электроны будут двигаться от катода к аноду, и в лампе появится анодный ток. Условное направление тока – от анода к катоду. Именно от анода к катоду (от плюса к минусу) двигались бы попавшие внутрь баллона положительные заряды.

Таким образом, внутри баллона и во внешней цепи появится ток, получивший название анодного тока. Если сменить полярность анодной батареи, – ее минус подключить к аноду лампы, – то никакого тока в лампе не будет, так как отрицательное напряжение на аноде уже не будет притягивать электроны, обладающие, как известно, отрицательным зарядом (рис. 62).

Рис. 62. Если подать на анод отрицательное (относительно катода) напряжение, то тока в лампе не будет. Электронная лампа, как и полупроводниковый диод, проводит ток только в одну сторону.

Анодный ток в лампе играет ту же роль, что и коллекторный ток в транзисторе: используя энергию батареи, он создает «мощную копию» усиливаемого сигнала. Однако управление током в лампе осуществляется не так, как в полупроводниковом триоде.

В полупроводниковом триоде коллекторный ток изменяется потому, что под действием усиливаемого сигнала меняется количество зарядов, которые выходят из эмиттера и через базу попадают в коллекторную цепь. Если бы мы хотели таким же образом управлять анодным током в лампе, то нам пришлось бы пропустить усиливаемый ток через катод с тем, чтобы под действием этого тока изменялась температура катода, а следовательно, и количество вылетающих из него электронов. Конечно, такая система практически непригодна хотя бы потому, что усиливаемый сигнал обычно слишком слаб и не может нагреть катод. Кроме того, из-за тепловой инерции катода (на нагревание и остывание катода нужно некоторое время) изменение его температуры не будет поспевать за изменениями усиливаемого сигнала.

Для управления анодным током в лампу вводится третий электрод – металлическая сетка, которую располагают очень близко к катоду (рис. 63).

Рис. 63. Для управления анодным током в лампу вводится третий электрод – управляющая сетка.

Поэтому, если между сеткой и катодом действует даже небольшое напряжение, то оно очень сильно влияет на величину анодного тока: Во многих лампах достаточно подать на сетку отрицательное напряжение 5—10 в, которое отталкивает электроны обратно к катоду, чтобы анодный ток прекратился, несмотря на притягивающее действие довольно большого (обычно 50—250 в) положительного напряжения на аноде[10]10
  Когда говорят о напряжении на каком-либо электроде лампы, например на сетке или аноде, то имеют в виду, что это напряжение измерено относительно катода. Иногда для краткости говорят «минус на сетке» или «плюс на аноде», имея в виду положительное или отрицательное напряжение на соответствующих электродах относительно катода.


[Закрыть]. В этом случае говорят, что лампа заперта сеточным напряжением.

Чем меньше отрицательное напряжение на сетке, тем слабее она отталкивает электроны, тем большее их количество, проскочив сетку, направляется к аноду, тем, следовательно, больше анодный ток. При положительных напряжениях на сетке она не только не мешает, но даже помогает движению электронов к аноду, увеличивая тем самым анодный ток.

Важно отметить, что при положительных напряжениях на сетке на нее будет попадать часть электронов, которые, пройдя внешнюю сеточную цепь, вернутся на катод (лист 105).

Иными словами, при положительных напряжениях на сетке в лампе возникает сеточный ток. График, показывающий, как изменяется анодный и сеточный ток при изменении напряжения на сетке, называется анодно-сеточной характеристикой лампы, а график, в котором имеется несколько кривых, снятых при различных анодных напряжениях, называется семейством характеристик (рис. 65, лист 112).

Рис. 65. Управляющая сетка расположена близко к катоду, и напряжение на ней сильно влияет на величину анодного тока. При положительных напряжениях на сетке на нее попадает часть электронов – появляется сеточный ток. (Для упрощения всех последующих рисунков батарея накала не рисуется.)

Если между сеткой и катодом будет действовать переменное напряжение усиливаемого сигнала, то оно вызовет соответствующие изменения анодного тока. Но изменяющийся анодный ток пока еще никакой пользы не приносит, так же как и не выполняет полезной работы двигающийся по шоссе пустой грузовик. Для того чтобы мощный двигатель грузовика, беспрерывно сжигающий бензин, выполнял какую-то полезную работу, нужно кузов этого автомобиля заполнить тяжелыми грузами.

Для того же, чтобы использовать энергию изменяющегося анодного тока электронной лампы, то есть выделить «мощную копию» усиливаемого сигнала, в анодную цепь лампы, так же как и в коллекторную цепь транзистора, включают нагрузку (рис. 64).

Рис. 64. Усиливаемый сигнал подводится к управляющей сетке лампы, точнее, между сеткой и катодом, а нагрузка обычно включается в анодную цепь (анодная нагрузка).

Нагрузка может представлять собой обычное сопротивление, громкоговоритель, колебательный контур, телефон и т. п. (лист 131). Проходя но нагрузке, анодный ток выделит на ней часть своей энергии. Эта энергия будет либо с помощью громкоговорителя или телефона сразу же преобразована в звуковые колебания, либо будет подвергаться дальнейшему усилению с помощью последующих ламп. Как уже говорилось, когда один каскад не дает достаточного усиления, то входной сигнал, несколько усиленный первым каскадом, перелается на второй, где он усиливается еще больше, со второго каскада усиливаемый сигнал поступает на третий, и т. д.

В зависимости от назначения усилительного каскада стремятся получить либо большой переменный ток в нагрузке (для этого сопротивление нагрузки делают маленьким), либо большое переменное напряжение (для этого сопротивление нагрузки делают большим). Однако при любых соотношениях напряжения и тока в нагрузке выделяемая на ней мощность, то есть мощность усиленного сигнала, во много раз больше мощности, затраченной в сеточной цепи на управление анодным током. Попутно заметим, что сеточную цепь электронной лампы обычно называют входной цепью, а анодную – выходной.

Усилительная лампа, в которой имеется анод, катод и управляющая сетка, получила название «триод» (трехэлектродная лампа). Триод широко применяется в усилителях низкой частоты, а также в аппаратуре УКВ диапазона.

Наряду со многими достоинствами у триода есть два существенных недостатка. Первый из них состоит в том, что анод и управляющая сетка образуют конденсатор С_ас, емкость которого (емкость анод – сетка) обычно составляет несколько пикофарад. Емкость С_ас называют проходной емкостью лампы, так как через нее переменный ток «пролезет» из анодной цепи в сеточную (рис. 66).

Рис. 66. Один из недостатков триода – большая емкость между сеткой и анодом (проходная емкость), из-за которой возникает обратная связь; сигнал из анодной цепи попадает в сеточную.

Иными словами, из-за емкости С_ас возникает обратная связь между анодом и сеткой (обратное влияние анода на сетку), которая может сильно ухудшить усилительные свойства лампы или привести к самовозбуждению каскада. В результате самовозбуждения (с этим явлением мы подробно познакомимся немного позже) усилитель превращается в генератор и дает на выходе переменное напряжение даже при отсутствии какого-либо входного сигнала.

Второй недостаток триода связан с тем, что при работе лампы в усилительном каскаде изменяется напряжение. на ее аноде и иногда оно может очень сильно уменьшиться (лист 130). Это объясняется тем, что часть напряжения анодной батареи падает (теряется) на сопротивлении анодной нагрузки. Чем больше анодный ток, тем больше падение напряжения на нагрузке и тем меньшая часть напряжения анодной батареи будет подводиться к аноду ламп. Когда под действием усиливаемого сигнала анодный ток сильно возрастает, минимальное напряжение на аноде – U_aмин может составлять всего несколько вольт. Из-за уменьшения напряжения на аноде он плохо притягивает электроны, что приводит к нежелательному уменьшению анодного тока (подробнее см. стр. 193).

Для устранения указанных недостатков между управляющей сеткой и анодом помещают еще один, четвертый по счету, электрод, так называемую экранную (экранирующую) сетку, которую через конденсатор С_э соединяют с катодом. Кроме того, на экранную сетку подают положительное напряжение U_э, обычно составляющее 50–90 % от постоянного напряжения на аноде. Такая усилительная лампа с четырьмя электродами получила название «тетрод» (рис. 67).

Рис. 67. Экранирующая (экранная) сетка соединяется с катодом через конденсатор и поэтому предохраняет управляющую сетку от проникновения сигнала из анодной цепи. На экранную сетку обязательно подается положительное напряжение, которое ускоряет движение электронов к аноду и улучшает усилительные свойства лампы.

С введением экранной сетки в лампе появляется еще один «конденсатор» С_аэ; его обкладки – это экранная сетка и анод. Теперь переменный ток, который раньше шел через емкость С_ас и был «виновником» обратной связи, почти не попадет в сеточную цепь: он пройдет по пути наименьшего сопротивления – через С_аэ, и С_э, а это равносильно уменьшению проходной емкости. Так устраняется первый недостаток триода.

Положительное напряжение экранной сетки ускоряет движение электронов, и, «проскочив» эту сетку, они движутся к аноду даже тогда, когда напряжение на нем сильно уменьшается. Так устраняется второй недостаток триода. Следует заметить, что некоторая часть электронов попадает на экранную сетку, в результате чего в ее цепи возникает так называемый экранный ток I_э, который обычно во много раз меньше анодного тока.

Несмотря на то что тетроды обладают хорошими усилительными свойствами, они не получили широкого распространения из-за одного очень неприятного явления – динатронного эффекта (рис. 68).

Рис. 68. Но и у тетрода есть недостаток: в моменты, когда мало напряжение на аноде, выбитые из него вторичные электроны устремляются к экранной сетке. Из-за этого резко уменьшается анодный ток и возрастает экранный (динатронный эффект).

Сущность этого явления состоит в том, что электроны, летящие к аноду, ударившись в него, выбивают из металла другие, так называемые вторичные электроны. В те моменты, когда напряжение на аноде мало, вторичные электроны, вылетев из анода, сразу же попадают «под влияние» положительного напряжения на экранной сетке и быстро двигаются к ней. В результате этого возрастает экранный и уменьшается анодный ток лампы, что нарушает нормальную работу каскада.

Для борьбы с динатронным эффектом рядом с анодом располагают еще один, по счету пятый, электрод – так называемую пентодную (антидинатронную) сетку, и, таким образом, получают пятиэлектродную лампу – пентод (рис. 69).

Рис. 69. Для борьбы с динатронным эффектом в лампу вводится еще одна – пентодная сетка, которая соединена с катодом. Благодаря этому на пентодной сетке действует «минус» относительно анода, и сетка отталкивает вторичные электроны обратно к аноду.

При монтаже приемника или усилителя пентодную сетку всегда соединяют с катодом лампы, а во многих типах ламп такое соединение осуществляется внутри баллона. Благодаря этому на пентодной сетке действует напряжение, отрицательное относительно анода: если на аноде «плюс» относительно катода, то, значит, на катоде, а следовательно, и на пентодной сетке – «минус» относительно анода. Это означает, что пентодная сетка отталкивает обратно к аноду вторичные электроны и препятствует возникновению динатронного эффекта.

Существует и другой путь борьбы с динатронным эффектом. Определенным образом расположив сетки тетрода и установив вблизи анода металлические щитки (лучеобразующие пластины), можно добиться того, что электроны будут двигаться к аноду не «широким фронтом», а узкими пучками, лучами. Благодаря высокой концентрации электронов в этих лучах они как бы представляют собой проводники, идущие от катода. Эти «проводники», обладая отрицательным зарядом относительно анода, отталкивают к нему вторичные электроны. Лампы, устроенные подобным образом, называются лучевыми. Из них наиболее широкое распространение получил лучевой тетрод (рис. 70).

Рис. 70. Другой метод борьбы с динатронным эффектом – создание узких пучков (лучей) электронов, которые и будут возвращать на анод вторичные электроны.

Кроме рассмотренных основных типов усилительных ламп, имеются еще лампы специального назначения, среди которых наиболее широко применяется гептод (семиэлектродная лампа) (рис. 71).

Рис. 71. В гептоде имеются две соединенные между собой экранные сетки и две отдельные управляющие сетки.

Это название происходит от слова «гепто» – «семь». В гептоде есть анод, катод, антидинатронная сетка, две управляющие и две экранные сетки – итого семь электродов. Наличие двух управляющих сеток позволяет управлять анодным током одновременно двумя напряжениями – такая необходимость встречается в супергетеродинном приемнике. Вторая экранная сетка расположена между управляющими сетками и ослабляет их взаимное влияние. Экранные сетки внутри баллона соединены между собой и имеют общий вывод.