Беседа восьмая

Любознайкин. — Твоя мать, Незнайкин, только что горько жаловалась на твое поведение. Правда ли, что ты загромоздил стол в столовой батареями, лампами и катушками, протянул проволоку к радиатору отопления и твоя сестра еще не оправилась от падения, запутавшись ногой в проводах?

Незнайкин. — Все это так, но, уверяю тебя, меня это не волнует. Меня удручает, почему не работает мой приемник.

Л. — Ты построил радиоприемник?! Но кто же дал тебе его схему?!

Н. — Мне показалось, что я уже достаточно знаю радиотехнику для того, чтобы самому составить схему приемника. Вот она, смотри (рис. 29): между антенной и заземлением включен настроенный контур LC, на зажимах А а Б которого возникает, как ты объяснял, переменное напряжение высокой частоты, образовавшееся под действием энергии, полученной из антенны. Его я и подаю в цепь между катодом и сеткой лампы. Ведь мы же как раз в предыдущей беседе установили, что слабые изменения напряжения, приложенные к сетке, производят сильные изменения анодного тока. И, следовательно, если в анодную цепь включить телефонные наушники Т, то мы должны услышать радиопередачу — речь или музыку.

Рис. 29. Схема радиоприемника, предложенная Незнайкиным. Лампа работает как усилитель, но в телефонных наушниках Т ничего не слышно.

Л. — Ты ее слышал?

Н. — Увы, нет! Ни одного звука: вероятно, лампа испорчена,

Л. — Самое удивительное то, что ты рассуждаешь совершенно правильно…, но до определенного момента. Действительно, чтобы использовать усилительные свойства лампы, необходимо приложить усиливаемое напряжение между сеткой и катодом, которые образуют «вход» лампы. «Выход» лампы образуется между анодом и катодом, так как в анодной цепи получаются усиленные колебания в виде анодного изменяющегося тока.

С этой точки зрения твоя схема отличная. Но по многим причинам телефон не воспроизведет ни одного звука. Одна из них та, что мембрана телефона не может вибрировать с частотой радиоколебаний.

Н. — Что же теперь делать?

Л. — Отложи в сторону свою схему и займемся лампой. В прошлый раз мы рассмотрели в общих чертах зависимость, существующую между анодным током и напряжением на сетке. Чтобы ее изучить более основательно, возьмем снова прибор, который мы уже использовали в одной из наших последних бесед (рис. 30), и отметим тщательно, какова величина анодного тока I_а для каждого значения напряжения на сетке U_с.

Рис. 30. Схема, позволяющая снимать характеристики ламп.

Н. — Я вижу, что для напряжения на сетке —4 в ток равен нулю, сетка слишком отрицательна и отталкивает все электроны, подходящие к ней. При напряжении —3 в анодный ток повышается до 0,2 ма, при —2 в — до 1 ма, при —1 в — до 4 ма, при 0 в — до 7 ма, при +1 в — до 10 ма, при +2 в — до 11 ма, при +3 в и выше — до 12 ма, и эта величина больше не меняется.

Л. — В соответствии с этими величинами вычертим характеристику лампы (рис. 31). Эта кривая представляет собой в своем роде паспорт лампы. Она характеризует свойства лампы и позволяет лучше ее использовать.

На характеристике можно заметить три различных участка: первый участок слева до точки А называется нижним изгибом характеристики; второй участок между точками А и Б, в котором ток возрастает пропорционально напряжению на сетке, — это прямолинейная часть характеристики; третий участок от точки Б представляет собой верхний изгиб характеристики, оканчивающийся горизонтальным участком, который указывает на то, что наступило насыщение, т. е. все испускаемые катодом электроны достигли анода.

Рис. 31. Сеточная характеристика трехэлектродной лампы.

Н. — Будем ли мы иметь такую же кривую, если вместо 80 в приложим к аноду напряжения других величин?

Л. — Конечно, нет. Если, например, анодное напряжение будет выше, то анод будет притягивать электроны сильнее и, следовательно, для одного и того же напряжения на сетке анодный ток будет выше. Впрочем, можно начертить характеристики для каждого анодного напряжения, и таким образом мы получим целое «семейство» характеристик (рис. 32).

Рис. 32. Семейство сеточных характеристик, каждая из которых соответствует анодному напряжению U_а определенной величины.

Н. — Я заметил, что характеристики смещаются влево по мере того, как анодное напряжение увеличивается.

Л. — Да. Очень часто бывает необходимым сместить характеристику и особенно ее прямолинейную часть влево относительно точки нулевого напряжения на сетке.

Н. — Признаться, не вижу в этом большой необходимости.

Л. — Это ты поймешь позже. Теперь же запомни, что предпочитают поддерживать напряжение на сетке в области отрицательных значений (т. е. влево от нулевой точки) для того, чтобы избежать появления сеточного тока, который образуется, как только сетка становится положительной.

Н. — Сеточный ток?.. Что это такое?

Л. — Это легко понять. Когда сетка становится положительной по отношению к катоду, она действует как анод и притягивает к себе электроны. Появляется, таким образом, ток, идущий от катода к сетке, ток очень слабый, но который в некоторых случаях может принести много неприятностей.

Н. — Маленькие причины — большие последствия, как говорил мой дядюшка, который, поскользнувшись на кожуре банана, сломал себе ногу. Но как можно поддерживать напряжения на сетке в области отрицательных значений, как ты изящно выразился?

Л. — Прежде всего нужно, чтобы ты хорошо понял разницу, существующую между постоянным напряжением на сетке, или, как говорят, ее рабочей точкой, и мгновенными значениями переменного напряжения. Постоянное напряжение — это напряжение, которое подается на сетку в отсутствие сигналов или, иначе, напряжений переменного тока.

Н. — Но я думаю, что обычно сетка должна иметь тот же потенциал, что и катод, т.е. нулевой потенциал.

Л. — Ошибаешься! В большинстве усилительных схем сетка должна быть отрицательной относительно катода, т.е. на нее подают некоторое отрицательное напряжение, например с помощью маленькой сеточной батареи Б_с, которая не расходует тока (рис. 33).

Рис. 33. Сетке сообщено небольшое отрицательное напряжение батареей Б_с.

Н. — Вот теперь я понял. Это для того, чтобы сетка оставалась в области отрицательных напряжений.

Л. — Конечно. Но кроме этого постоянно действующего напряжения, которое называется напряжением смещения, к сетке усилительной лампы приложено напряжение переменного тока. Представь себе, например, что сверх напряжения смещения —9 в на сетку подано переменное напряжение 5 в. Каковы будут тогда крайние мгновенные напряжения на сетке?

Н. — В течение отрицательного полупериода переменного тока сетка достигнет —9 + (—5) = —14 в, а в течение положительного полупериода переменного тока —9 + (+ 5) = —4 в.

Л. — Браво! Я вижу, что ты кое-что помнишь из алгебры. Теперь представь себе, что по отношению к катоду сетка постоянно имеет напряжение —3 в. Подавая теперь то же напряжение переменного тока.

Н. —..мы будем иметь, с одной стороны, — 3 + (—5) = — 8 в, а с другой, — 3 + (+ 5) = +2 в. О! Я вижу, что в этом случае мы оказались в запрещенной области положительных напряжений на сетке, когда появились сеточный ток и связанные с этим досадные последствия. Напряжение смещения, достаточное в первом случае, теперь мало.

Л. — Твои выводы продиктованы здравым смыслом..!

Итак, мы установили, что отрицательное напряжение, приложенное к сетке, должно быть по крайней мере равным амплитуде напряжения переменного тока. Но, кроме этого, имеется еще одно важное условие, чтобы усиление происходило без искажений: необходимо, чтобы лампа работала в прямолинейной части характеристики.

Н. — Я не знаю, в чем здесь дело.

Л. — Чтобы избежать искажений, изменения анодного тока должны быть строго пропорциональны изменениям напряжения на сетке. Заставляя лампу работать на прямолинейной части характеристики, мы тем самым и создаем условия сохранения пропорциональности между изменениями сеточного напряжения и изменениями анодного тока.

Но представь себе, что мгновенные значения напряжения на сетке приходятся на нижнюю криволинейную часть характеристики (рис. 34). В этом случае положительный полупериод обусловит изменение анодного тока в области АБ, большее, чем в области ВГ, вызываемое отрицательным полупериодом сеточного напряжения.

Рис. 34. Лампа работает на нижнем изгибе, вследствие чего искажается форма тока.

Н. — Да, кривая анодного тока получилась не такой симметричной, как кривая сеточного напряжения.

Л. — Отлично, теперь ты уже знаешь, какие условия необходимы, чтобы лампа работала в качестве усилителя.

Н. — Да, но я еще не знаю, как сделать радиоприемник, который бы, наконец, работал. Кроме того, я не знаю, для чего служат многочисленные сетки в современных лампах, о которых ты говорил.

Л. — У нас еще много тем для наших бесед,