Читать книгу «Юный радиолюбитель [7-изд]» онлайн.
Надо сказать, что в некоторых усилителях, питаемых от сети переменного тока, иногда все же используют лампы с катодами прямого накала. Но катоды таких ламп делают более массивными, вследствие чего при периодических изменениях накаливающего тока их температура и электронная эмиссия изменяются мало. Если тебе придется столкнуться с аппаратурой на электронных лампах, придется иметь дело только с лампами косвенного накала.
Для электронной лампы, выполняющей роль усилителя, как и для транзистора, важнейшим условием для работы без искажения сигнала является смещение. Для этого на управляющую сетку (относительно катода) вместе с напряжением усиливаемого сигнала подают некоторое постоянное отрицательное напряжение, которое несколько закрывает лампу. Напряжение смещения предупреждает появление сеточных токов, что может вызвать искажение сигнала, и влияет на режим работы лампы в целом.
Напряжение смещения для биполярных транзисторов одинаково и равно: для германиевых 0,1–0,2 В, для кремниевых — 0,5–0,7 В. Для электронных же ламп оно определяется свойствами каждой конкретной лампы и указывается в паспортах ламп и справочных таблицах. Так, например, для триода 6С5С при постоянном напряжении на аноде 250 В на ее управляющую сетку должно подаваться напряжение смещения, равное минус 8 В.
В принципе смещение на управляющую сетку можно подавать от специальной батареи с соответствующим напряжением, как это иногда делали в батарейных ламповых приемниках. В сетевой же аппаратуре применяют так называемое автоматическое смещение, не требующее специальной батареи.
Схему усилителя с таким способом смешения ты видишь на рис. 221.
Рис. 221. Триод-усилитель и графики, иллюстрирующие его работу
В усилителе работает триод с катодом косвенного накала. Нить накала лампы питается от обмотки трансформатора, понижающего напряжение сети до 6,3 В. Между минусом источника питания анодной цепи Uи. п, функцию которого выполняет выпрямитель, и катодом лампы включен резистор Rк. Управляющая сетка лампы соединена через резистор Rc с нижним выводом катодного резистора Rк. Через резистор Rк течет катодный ток лампы, и на нем происходит падение напряжения, соответствующее току и сопротивлению в этом участке цепи. При этом на верхнем выводе резистора Rк, а значит, и на катоде лампы получается положительное напряжение относительно его вывода, соединенного с минусом источника анодного напряжения. А так как сетка соединена не с катодом, а с выводом резистора Rк, противоположном катоду, она получает отрицательное напряжение относительно катода.
Резистор, с помощью которого на сетке лампы создают начальное отрицательное напряжение смещения, называют резистором автоматического смещения.
Сопротивление резистора Rк, необходимое для получения требуемого напряжения смешения Uc для конкретной лампы можно рассчитать по формуле Rк = Uc/Iк, где Iк — катодный ток лампы, равный току анода (или сумме токов цепей многоэлектродной лампы).
Приведу пример расчета. На управляющую сетку триода 6С5С надо подать напряжение смещения Uc — 8 В. Анодный ток этой лампы составляет 8 мА. В этом случае сопротивление резистора смещения должно быть: Rк = 8/0,008 = 1 кОм.
Заодно давай подсчитаем мощность тока, рассеиваемую на этом резисторе: Р = U·I = 8 В · 0,008 А ~= 0,06 Вт. Значит, этот резистор должен быть рассчитан, на мощность рассеивания не менее 0,1 Вт (MЛT-0,125). Иначе он может сгореть.
Чтобы измерить напряжение автоматического смещения, вольтметр присоединяют параллельно катодному резистору таким образом, чтобы его зажим, отмеченный знаком «+», был подключен к катоду лампы. Если при этом вольтметр показывает 8 В, значит, на сетке лампы напряжение минус 8 В. Так, между прочим, подают напряжение смещения и на затвор полевого транзистора.
Какова роль конденсатора Ск? Он решает ту же задачу, что и аналогичный ему конденсатор, шунтирующий эмиттерный резистор транзисторного усилителя. Когда лампа усиливает переменное напряжение сигнала, во всей ее анодной цепи появляется переменная составляющая усиливаемых колебаний. В результате на катодном резисторе, как и на анодной нагрузке возникает переменное напряжение. И если в цепи катода будет только резистор, то создающееся на нем переменное напряжение вместе с постоянным напряжением смещения будет автоматически подаваться на управляющую сетку лампы. Образуется отрицательная обратная связь, ослабляющая усиление. Конденсатор же, шунтирующий резистор автоматического смещения, свободно пропускает через себя переменную составляющую анодного тока и тем самым устраняет отрицательную обратную связь. В этом случае через катодный резистор идет только постоянная составляющая анодного тока, благодаря чему на управляющей сетке действует только постоянное начальное отрицательное напряжение смещения.
Емкость конденсатора Ск должна быть достаточно большой, чтобы он не представлял сколько-нибудь существенного сопротивления токам самых низших частот, усиливаемых лампой. В усилителе 3Ч, например, его емкость должна быть не менее 10 мкФ, а номинальное напряжение — не менее напряжения смещения. Это, как правило, электролитический конденсатор.
Работу триода как усилителя можно иллюстрировать графиками, показанными на том же рис. 221. Здесь к участку сетка-катод лампы, т. е. в цепь управляющей сетки через конденсатор связи Ссв подается переменное напряжение Uвх, которое надо усилить. Источником этого напряжения может быть детекторный приемник, микрофон, звукосниматель. В анодную цепь лампы включена анодная нагрузка — резистор Ra. Пока в цепи сетки нет переменного напряжения (участок 0 а на графиках), в анодной цепи течет не изменяющийся по величине ток Iа, соответствующий нулевому напряжению на сетке. Это среднее значение анодного тока — ток покоя. Но вот в цепи сетки начало действовать входное переменное напряжение (на графиках — участки аб). Теперь сетка периодически заряжается то положительно, то отрицательно, а анодный ток начинает колебаться: при положительном напряжении на сетке он возрастает, при отрицательном уменьшается. Чем больше изменяется напряжение на сетке, тем значительнее амплитуда колебаний анодного тока. При этом на выводах анодной нагрузки Ra появляется переменная составляющая напряжения, которая может быть подана в цепь сетки такой же лампы следующего каскада для дополнительного усиления. Если в цепь сетки подавать напряжение звуковой частоты, скажем, от детекторного приемника, а в анодную цепь вместо резистора Ra включить головные телефоны, то усиленное лампой напряжение заставит телефоны звучать во много раз громче, чем при подключении к детекторному приемнику.
Какое усиление может дать лампа?
Это зависит от ее конструкции, в частности от густоты и расположения сетки относительно катода. Чем сетка гуще и ближе расположена к катоду, тем сильнее сказывается влияние ее напряжения на электронный поток внутри лампы, тем значительнее колебания анодного тока, тем, следовательно, лампа даст большее усиление. Выпускаемые нашей промышленностью триоды в зависимости от их назначения обладают различными усилительными свойствами. Одни из них могут дать двадцати-тридцатикратное усиление, другие позволят усиливать напряжение в несколько сотен и даже тысяч раз.
Пока я рассказывал о триоде, ты, вероятно, невольно сравнивал его с биполярным транзистором. В самом деле, катод лампы напоминает эмиттер, анод — коллектор, а управляющая сетка — базу транзистора. По своим функциям эти электроды очень схожи, но как ты в этом убедился, физические процессы, происходящие в трехэлектродной лампе и транзисторе, никак нельзя назвать одинаковыми. Да, юный друг, в твердом теле биполярного транзистора работают отрицательные и положительные носители тока, а в вакууме электронной лампы только отрицательные — электроны. Иное дело — полевой транзистор, в канале которого ток образуется только положительными зарядами (в канале типа р) или только отрицательными зарядами (в канале типа n). Полевой транзистор по своим свойствам близок к электронной лампе. Поэтому по функциональным обязанностям катод лампы можно сравнить с истоком, анод — со стоком, а сетку — с затвором полевого транзистора.
Однако триод имеет недостатки, ограничивающие его применение. Дело в том, что его управляющая сетка и анод являются обкладками своеобразного конденсатора, емкость которого может составлять 5-10 пФ. Для колебаний звуковой частоты эта емкость почти не сказывается, но при усилении колебаний радиочастоты, особенно сигналов радиостанций КВ и УКВ диапазонов, через нее некоторая часть высокочастотной энергии из анодной цепи попадает в цепь сетки. Образуется паразитная обратная связь, нарушающая нормальную работу усилителя: он самовозбуждается, т. е. становится генератором колебаний высокой частоты.
Для борьбы с этим явлением в лампу ввели еще одну сетку, расположив ее между управляющей сеткой и анодом. Лампа стала четырехэлектродной — тетродом (рис. 222, а). Вторая сетка стала выполнять роль экрана, уменьшающего емкость между управляющей сеткой и анодом. Поэтому ее назвали экранирующей. На нее, как и на анод, подают постоянное положительное напряжение, но обычно меньше, чем на анод. Экранирующая сетка не только уменьшила паразитную емкость между анодом и управляющей сеткой, но и улучшила усилительные свойства лампы. Имея положительное напряжение относительно катода, она, ускоряя полет электронов внутри лампы, увеличила анодный ток. Некоторая часть электронов попадает и на экранирующую сетку, и в ее цепи появляется ток — ток экранирующей сетки. Но он мал по сравнению с анодным током.
Тетроды позволили повысить качество аппаратуры при использовании меньшего числа радиоламп. Однако наряду с достоинствами, у тетродов более ярко, чем у триодов, стал проявляться другой весьма существенный недостаток — динатронный эффект. Прежде чем разобраться в этом неприятном для работы лампы явлении, проведи такой опыт. В блюдце, наполненное водой, пусти с высоты каплю воды. Что получится. Ударившись о поверхность воды, капля выбьет из нее одну-две капли. Чем с большей высоты будешь пускать каплю, тем больше будет ее энергия полета, тем больше капель выбьет она из воды, находящейся в блюдце.
Нечто подобное происходит в лампе-тетроде. В ней скорость полета электронов огромна. Они как бы бомбардируют анод. При этом каждый электрон способен выбить из анода по два-три и больше электронов. Эти вторичные электроны устремляются к экранирующей сетке, и внутри лампы создается встречный поток электронов, нарушающий процесс усиления. Для борьбы с этим явлением между анодом и экранирующей сеткой ввели третью сетку.
Лампа стала пятиэлектродной — пентодом (рис. 222, б). Эту сетку, названную защитной (или противодинатронной), соединяют с катодом внутри лампы, или это соединение делают на ламповой панельке. Защитная сетка, имея потенциал катода, т. е. отрицательный относительно анода, возвращает вторичные электроны к аноду. Что же касается прямого потока электронов, то защитная сетка почти не оказывает ему препятствия.
По своим усилительным свойствам пентод лучше триода и тетрода.
Рис. 222. Тетрод (а), пентод (б) и лучевой тетрод (в)
К числу многоэлектронных ламп относятся и так называемые лучевые тетроды (рис. 222, в). Это тоже пятиэлектродные лампы, но у них витки экранирующей сетки расположены точно против витков управляющей сетки, благодаря чему электроны летят к аноду не сплошным потоком, а лучами. Отсюда и название тетрода — лучевой. При этом на экранирующую сетку попадает значительно меньше электронов, так как ее витки находятся «в тени» витков управляющей сетки. Образованию лучей способствуют соединенные с катодом пластины — экраны, ограничивающие боковой поток электронов. При такой конструкции лампы и точно рассчитанном расстоянии между ее электродами выбитые из анода вторичные электроны, не долетев до экранирующей сетки, притягиваются обратно анодом и не нарушают работы лампы.
Лучевые тетроды применяют главным образом в выходных каскадах приемников и усилителей 3Ч, от которых требуется получать электрические колебания звуковой частоты значительной мощности.
Существует много типов других, более сложных электронных ламп, например с четырьмя и пятью сетками, именуемые гексодами и гептодами. Есть комбинированные лампы, объединяющие в одном баллоне две-три лампы. Это диод-триоды, двойные триоды, триод-пентоды и др. Триод-пентод, например, объединяет в одном баллоне триод и пентод. Такая лампа будет использована в усилителе, предназначенном для воспроизведения грамзаписи.
Приходилось ли тебе видеть в некоторых приемниках светящиеся зеленым цветом «глазки»? Это тоже электронные лампы, облегчающие точную настройку приемника на радиостанцию. Их называют электронно-лучевыми индикаторами настройки.
Радиолампы предназначаются для работы в самых разнообразных радиотехнических устройствах. В особую группу принято объединять радиолампы, используемые в приемниках, усилителях 3Ч, телевизорах. Ее называют группой приемно-усилительных ламп.