Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Сворень Рудольф Анатольевич (книги хорошего качества TXT) 📗

В усилителях ВЧ анодной нагрузкой обычно служит колебательный контур, настроенный в резонанс с частотой усиливаемого сигнала (лист 131).

Важным элементом любого усилительного каскада является сопротивление утечки R_c, включенное в сеточную цепь лампы.

Необходимость включения этого сопротивления объясняется тем, что часть вылетевших из катода электронов всегда попадает на управляющую сетку. Накапливаясь на сетке, электроны создают на ней большой отрицательный заряд, который может препятствовать движению электронов от катода к аноду, так как на сетке появляется «минус» и лампа оказывается запертой (рис. 91).

Рис. 91. На сетку лампы всегда попадает некоторое количество электронов. Накапливаясь, они могут создать значительный отрицательный заряд, который «запрёт» лампу (анодный ток прекратится).

Для борьбы с этим явлением между сеткой и катодом и включают сопротивление R_c, по которому электроны, попадающие на сетку, возвращаются обратно на катод (рис. 92).

Рис. 92. Управляющую сетку соединяют с катодом через какое-либо сопротивление («утечка»), по которому попавшие на сетку электроны возвращаются обратно на катод.

Величину сопротивления R_c выбирают довольно большую — от нескольких сот килоом до нескольких мегом. При меньших значениях R_c это сопротивление будет заметно шунтировать источник усиливаемого сигнала (цепь детектора, колебательный контур и т. п.). При больших значениях R_c переход электронов с сетки на катод затруднится. В тех случаях, когда между сеткой и катодом включен какой-нибудь элемент цепи, пропускающий постоянный ток (угольный микрофон, обмотка трансформатора, контурная катушка и т. п.), необходимость в сопротивлении R_c отпадает (лист 134).

Рассматривая работу усилительного каскада, обратимся к так называемой динамической характеристике лампы. Динамическая характеристика отличается от рассмотренной нами раньше (рис. 65) тем, что в ней учитывается изменение напряжения на аноде лампы при подаче сигнала на ее сетку. Совмещая график изменения напряжения на сетке с динамической характеристикой, можно легко получить график, показывающий, как изменяется анодный ток с течением времени. Пример построения такого графика показан на рис. 93.

Рис. 93. Для иллюстрации работы усилительного каскада обычно совмещают два графика: характеристику лампы и график изменения напряжения на сетке. В результате можно получить третий график, показывающий, как изменяется анодный ток.

Для каждого значения напряжения на сетке U_с по динамической характеристике находим соответствующее значение тока I_а и наносим его на график, показывающий зависимость I_а от времени t. Так, например, в момент «5 сек» U_c = — 1,5 в. Как видно из динамической характеристики, при U_c = — 1,5 в, анодный ток I_а = 3 ма. Отсюда следует, что на график тока для момента «5 сек» можно нанести значение I_а = 3 ма. Проделав подобную операцию для всех значений U_с, мы получим график изменения тока I _а. Построение графиков, как это уже много раз было и раньше, помогает нам сравнительно легко описывать сложные процессы, происходящие в усилительном каскаде.

Для упрощения рисунка при построении графика анодного тока была допущена одна неточность: мы не учли, что при положительных напряжениях на сетке появляется сеточный ток и поэтому несколько уменьшается число электронов, идущих к аноду. В результате появления сеточного тока изменяется форма анодного тока (в некоторые моменты анодный ток оказывается меньше, чем должен быть), то есть появляются нелинейные искажения (рис. 94).

Рис. 94. В те моменты, когда на сетке действует положительное напряжение, появляется сеточный ток, а из-за этого искажается форма анодного тока, то есть возникают нелинейные искажения.

Чтобы не было искажений, связанных с появлением сеточного тока, на сетке не должно быть положительного напряжения. Добиться этого можно сравнительно просто: подав на сетку (относительно катода!) вместе с усиливаемым сигналом постоянное отрицательное напряжение — отрицательное смещение (рис. 95, 96).

Рис. 95. Чтобы на сетке не появлялся «плюс», на нее вместе с переменным напряжением подают смещение — постоянное отрицательное напряжение. При слишком большом смещении искажения могут появиться из-за того, что лампа моментами окажется запертой.

Рис. 96. Чтобы избавиться от искажений, нужно прежде всего так подобрать начальное смещение («рабочую точку»), чтобы напряжение на сетке не становилось положительным и в то же время чтобы лампа не запиралась.

В этом случае напряжение на сетке будет меняться так же, как и раньше, в такт с сигналом, однако оно всегда будет оставаться отрицательным.

Величину отрицательного смещения нужно подбирать тщательно. При очень большом смещении лампа в некоторые моменты может оказаться запертой (это явление называется отсечкой), что, конечно, вызовет искажение формы анодного тока (рис. 95). Отрицательное смещение нужно выбирать с таким расчетом, чтобы ток покоя I_пок соответствовал середине прямолинейного участка ламповой характеристики. Этот участок с одной стороны ограничен положительным напряжением на сетке, а с другой стороны — нижним загибом характеристики (рис. 96, лист 135).

Существует несколько способов подачи отрицательного смещения на управляющую сетку. Один из них состоит в том, что в сеточную цепь лампы «минусом» к сетке включают специальную батарею смещения (лист 136). Если U_см должно быть меньше, чем напряжение батареи, можно применить обычный делитель напряжения.

При другом способе, получившем очень широкое распространение, используются падение напряжения на сопротивлении, R_K (не путайте с сопротивлением потерь в контуре), специально включенном для этой цели в катодную цепь (лист 137). Проходя по сопротивлению /?*, катодный ток /* (сумма постоянных составляющих анодного I_а= и экранного I_э= токов) создает на нем напряжение U_см. "Плюс" этого напряжения приложен к катоду лампы, а минус — к корпусу (или к общему проводу). С корпусом соединяется также и нижний (по схеме) конец сопротивления R_c, и, таким образом, напряжение на сопротивлении R_к фактически действует между сеткой и катодом. Необходимая величина отрицательного смещения устанавливается подбором сопротивления R_к: чем больше R_к, тем больше отрицательное смещение на сетке.

Для того чтобы на сопротивлении R_к не появилось переменного напряжения, это сопротивление шунтируют конденсатором С_к. Емкость конденсатора С_к подбирают с таким расчетом, чтобы даже на самой низкой из усиливаемых частот его емкостное сопротивление х_с было в десять — пятнадцать раз меньше, чем R_к. Если же конденсатор С_к легко пропускает самые низкие частоты, то более высокие он пропустит еще легче.