Книга: Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

Дальше: Глава 6 ПРИЕМНИК ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ

Глава 5
УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

В предыдущей главе мы познакомились с устройством и работой электронной лампы. Теперь нужно научиться использовать лампу для усиления слабых сигналов, поступающих в антенну приемника.

Для начала можно попытаться с помощью лампового усилителя повысить громкость приема. С этой целью мы построим двухламповый усилитель…. для воспроизведения грамзаписи. Тем, кто считает, что это будет отступлением от главной задачи — постройки лампового приемника, скажем сразу, что изготовленный усилитель без каких-либо изменений будет использован во всех наших приемниках.

Прежде чем говорить о том, как воспроизводится грамзапись с помощью усилителя, вспомним, как работает обычный патефон. Здесь с помощью пружины равномерно вращается грампластинка, а по ней движется тонкая металлическая игла.

Если вы внимательно посмотрите на граммофонную пластинку через увеличительное стекло, то увидите на ней множество тонких извилистых канавок, а точнее, одну извилистую канавку, которая спиралью идет от края пластинки к ее центру. Извилины в канавке сделаны в процессе записи звука и определили форму этой канавки: громкому звуку соответствуют глубокие извилины, тихому — мелкие; чем ниже частота звука. тем больше расстояние между соседними извилинами. Одним словом, извилистая канавка является своего рода графиком, запечатлевшим определенные звуковые колебания.

Когда игла движется по канавке, то она колеблется, причем частота и амплитуда колебаний иглы зависят от формы встречающихся на ее пути извилин. Если к колеблющейся игле прикрепить тонкую металлическую пластинку — мембрану, то эта мембрана также будет колебаться и создавать звуковые волны — копию звука, с помощью которого осуществлялась запись. Именно так и воспроизводятся грамзаписи в патефоне.

Недостатки патефона известны всем: звучит он тихо, да и сам звук оказывается хриплым и дребезжащим. Кроме того, патефон не дает возможности воспроизводить записи с так называемых долгоиграющих пластинок, которые вращаются с меньшей скоростью, чем обычные, а значит, имеют более длительное время звучания. Обычные пластинки вращаются со скоростью 78 оборотов в минуту, и время звучания у них не превышает 3–5 минут. Для различных типов долгоиграющих пластинок принята скорость вращения 45, 33^1/3, и даже 16 оборотов в минуту. Время их звучания обычно составляет 10–30 минут, а у некоторых образцов даже более часа.

Воспроизводить грамзаписи с любых пластинок, причем воспроизводить их достаточно громко и с высоким качеством звука, позволяют электропроигрыватели и радиолы. В этих устройствах механические колебания иглы с помощью так называемого звукоснимателя преобразуются в электрический сигнал. Вовремя движения иглы по извилистой канавке, на выходе звукоснимателя, появляется переменное напряжение, частота и амплитуда которого полностью определяется формой канавки. Иными словами, напряжение на выходе звукоснимателя является копией звуковых колебаний, которые «записаны» на пластинке.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили пьезоэлектрические звукосниматели. Основным элементом такого звукоснимателя является небольшой хрупкий кристалл сегнетовой соли или титаната бария, который обладает одним замечательным свойством: если слегка изгибать этот кристалл в ту или иную сторону, то в результате сложных процессов, происходящих в молекулах кристалла, на его гранях будут накапливаться электрические заряды, а значит, будет появляться электродвижущая сила.

В звукоснимателе кристалл прикреплен к игле, и когда она колеблется, двигаясь по канавке, то на гранях кристалла появляется нужное нам напряжение.

Переменное напряжение на выходе звукоснимателя обычно составляет 50—300 мв (0,05—0,3 в), а мощность не превышает нескольких миллионных долей ватта. Конечно, непосредственно воспроизвести такой слабый сигнал мы не сможем, но для его усиления легко построить ламповый или транзисторный усилитель. Этот усилитель можно будет использовать и для усиления низкочастотного сигнала, который получается в приемнике на выходе детектора.

ДИНАМИЧЕСКИЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ

Как бы мы ни усиливали электрические колебания низкой частоты, имеющийся в нашем распоряжении головной телефон (наушник) не обеспечит достаточной громкости воспроизведения звука. Это объясняется особенностями конструкции телефона и, в первую очередь, тем, что его мембрана имеет очень маленькую площадь и в процессе колебаний «захватывает» сравнительно небольшой объем воздуха.

Получить мощные звуковые колебания можно с помощью громкоговорителя. В настоящее время наиболее широкое распространение получили эллиптические и круглые электродинамические громкоговорители с постоянными магнитами (рис. 83).

Рис. 83. Если через звуковую катушку громкоговорителя пропустить переменный ток, то диффузор будет колебаться в поле постоянного магнита и создавать звуковые волны.

Основой такого громкоговорителя является штампованный металлический корпус, на котором закреплен постоянный магнит и диффузор. Диффузор штампуют из специальной массы, которая после высыхания несколько напоминает плотную бумагу. К вершине диффузора прикреплен бумажный цилиндр, который служит каркасом для так называемой звуковой катушки. Звуковая катушка обычно содержит 20–50 витков медного провода диаметром 0,1–0,5 мм, намотанных в один, а иногда и в два слоя. Начало и конец звуковой катушки подпаяны к небольшим медным заклепкам, укрепленным непосредственно на диффузоре. Для соединения с катушкой от заклепок сделаны отводы из гибкого многожильного провода.

Важной характеристикой динамического громкоговорителя является сопротивление его звуковой катушки для постоянного тока R_зв, которое у большинства громкоговорителей лежит в пределах от 2–3 ом до 10–15 ом (лист 127).

Однако при расчетах и измерениях в большинстве случаев учитывается не R_зв, а полное (с учетом индуктивности) сопротивление катушки для частоты 400 гц. Как правило, полное сопротивление всего лишь на 10–20 % превышает сопротивление катушки постоянному току. Поэтому в радиолюбительской практике при расчетах можно пользоваться величиной R_зв, которую легко определить с помощью обычного омметра.

Звуковая катушка помещается в сильное магнитное поле постоянного магнита. Нам уже известно, что если через катушку пропустить электрический ток, то она сама создаст магнитное поле, которое будет тем сильней, чем больше величина тока. От направления этого тока зависит расположение магнитных полюсов катушки. Так, например, при одном каком-нибудь направлении тока катушка притягивается к северному полюсу постоянного магнита, при обратном направлении тока катушка отталкивается от северного полюса магнита.

Если пропустить через звуковую катушку громкоговорителя переменный ток, то, взаимодействуя с постоянным магнитом, она будет двигаться то в одну, то в другую сторону, следуя за всеми изменениями тока. Совершенно очевидно, что вместе с катушкой будет двигаться и диффузор, увлекая за собой окружающий воздух. Движение диффузора создает колебания воздуха, которые по частоте и по силе будут соответствовать току в звуковой катушке.

Чем больше ток, протекающий по звуковой катушке, тем сильнее колеблется диффузор, тем громче создаваемый им звук. Однако беспредельно увеличивать ток в звуковой катушке нельзя: если превысить ток, допустимый для данного типа громкоговорителя, то громкоговоритель будет «перегружаться» и звук будет воспроизводиться с сильными искажениями. Очень большая перегрузка громкоговорителя может совсем вывести его из строя: может сгореть звуковая катушка, а при сильных «толчках» тока диффузор может повредиться.

Для каждого типа громкоговорителя существует максимальная электрическая мощность, которую можно подвести к звуковой катушке, не вызывая сильных искажений звука. Этой мощности, выраженной в ваттах, соответствует первая цифра в названии громкоговорителя.

Так, например, громкоговоритель 0,5ГД-5 имеет максимальную мощность 0,5 вт, 1ГД-9 — рассчитан на 1 вт, 5ГД-14 — на 5 вт, и т. д. Совершенно очевидно, что если громкоговоритель рассчитан на мощность 1 вт, то он будет работать без искажений и при меньшей мощности. Наиболее часто встречающиеся в наименовании громкоговорителя буквы «ГД» означают «громкоговоритель динамический», а последняя цифра указывает тип громкоговорителя (лист 127).

Однако не вся электрическая мощность, подводимая к громкоговорителю, расходуется на создание звуковых колебаний — часть ее теряется на нагревание проводов звуковой катушки, на механические потери в диффузоре и т. п. Для большинства типов громкоговорителей мощность звуковых колебаний в несколько десятков раз меньше, чем подводимая электрическая мощность.

Электрическая мощность, подводимая от усилителя к звуковой катушке громкоговорителя, — это и есть так называемая выходная мощность усилителя низкой частоты. Следует заметить, что первая цифра в названии громкоговорителя относится не к мощности звуковых колебаний, а именно к электрической мощности, которая от усилителя НЧ подводится к звуковой катушке.

При одной и той же выходной мощности преобразование электрической энергии в звуковые колебания происходит значительно эффективнее, когда громкоговоритель закреплен на акустическом экране — специальной доске из дерева или толстой фанеры, которую радиолюбители часто называют отражательной доской. Громкоговоритель, установленный на отражательной доске, работает не только громче, но и лучше воспроизводит все звуковые частоты, особенно низкие («басы»). Еще лучше и громче будет работать громкоговоритель, если его вместе с акустическим экраном («отражательной доской») установить в ящик.

Зная мощность Р_зв, подводимую к громкоговорителю, и сопротивление его звуковой катушки R_зв, можно легко подсчитать ток в звуковой катушке I_зв и напряжение на ней U_зв(лист 128).

Вопрос о том, какой громкоговоритель применить в приемнике или усилителе и какую подвести к нему мощность, должен решаться в зависимости от требований, предъявляемых к данной установке. Так, например, головной телефон удовлетворительно работает при мощности менее 1 мвт (1 мвт = 0,001 вт).

Для карманного приемника с громкоговорителем можно ограничиться выходной мощностью 20–50 мвт. В небольшом помещении стационарный приемник звучит достаточно громко при выходной мощности 200 мет (0,2 вт). Простейшие промышленные приемники имеют выходную мощность 0,5–1 вт, а более дорогие — до 3–8 вт. В усилителях, предназначенных для озвучания больших помещений, например в установках звукового кино, выходная мощность может достигать нескольких сот ватт, а усилители низкой частоты на больших радиоузлах имеют мощность несколько киловатт (1 квт = 1000 вт).

Получение необходимой мощности — это лишь одно из требований к усилителю НЧ. Другое важнейшее требование можно коротко сформулировать так: усилитель должен работать без заметных искажений.

УСИЛИВАТЬ БЕЗ ИСКАЖЕНИЙ!

Вам, очевидно, приходилось слышать плохо налаженный приемник или усилитель, где воспроизводимая речь и особенно музыка сильно искажены: многие музыкальные инструменты звучат неестественно, а некоторые из них, например барабан, почти совсем не слышны. В таком усилителе периодически, особенно при больших уровнях громкости, вместе с музыкой слышатся неприятные хрипы и шорохи. Все эти искажения обычно возникают из-за плохой работы усилителя или повреждений в громкоговорителях. Правда, иногда сильные искажения могут возникать и на передающей стороне: в аппаратуре студий или на радиоперадатчиках.

Чаще всего нам приходится сталкиваться с двумя видами искажений: частотными и нелинейными.

Частотные искажения появляются тогда, когда усилитель по каким-нибудь причинам неодинаково усиливает или громкоговоритель неодинаково воспроизводит электрические колебания разных частот. Так, например, если перед микрофоном выступают два певца — бас и тенор, а усилитель НЧ приемника плохо усиливает низшие звуковые частоты, то в месте приема у слушателя создается впечатление, что певец-бас поет намного тише своего коллеги. Особенно заметны частотные искажения, когда воспроизводится музыка в исполнении оркестра.

В каждом усилителе имеются такие элементы, как трансформаторы, конденсаторы, катушки индуктивности, из-за которых и возникают частотные искажения. Это связано с тем, что сопротивление х_Lи х_C, которое оказывают перечисленные элементы переменному току, зависит от частоты этого тока. Поэтому, когда сигнал проходит по тем цепям усилителя, где имеется индуктивность или емкость, может произойти ослабление низших частот, например из-за увеличения х_C при уменьшении частоты, или высших частот, например из-за возрастания x_L.

Можно избежать частотных искажений, если подобрать элементы усилителя с таким расчетом, чтобы он в одинаковое число раз усиливал электрические колебания всех звуковых частот от 30 гц до 10–15 кгц. Однако получить равномерное усиление в таком широком диапазоне частот довольно трудно, и поэтому в простых приемниках ограничиваются низшими частотами (50—150 гц) и высшими (6–7 кгц), что заметно упрощает схему и облегчает подбор деталей усилителя.

Для оценки частотных искажений обычно пользуются частотной характеристикой, которая показывает, какую величину имеет коэффициент усиления на различных частотах (рис. 84).

Рис. 84. Частотная характеристика усилителя показывает, как его коэффициент усиления зависит от частоты.

Коэффициент усиления k показывает отношение напряжения на выходе усилителя U_выx к напряжению на входе U_вx, то есть фактически показывает, во сколько раз выходное напряжение больше входного.

Как правило, коэффициент усиления уменьшается на крайних — высших и низших — частотах. Сравнивая усиление на той или иной частоте с усилением на какой-нибудь средней частоте (обычно средней считают частоту 1000 гц), можно количественно оценить частотные искажения. Так, например, если сигнал с частотой 1000 гц усиливается в сто раз, а сигнал с частотой 50 гц — в пятьдесят раз, то на частоте 50 гц частотная характеристика «завалена» и коэффициент усиления снижается на этой частоте в два раза. Обычно завал или подъем частотной характеристики измеряют в децибелах (дб). На стр. 184 есть таблица, с помощью которой можно определить, какой подъем или завал частотной характеристики соответствует тому или иному числу децибел (лист 129).

Наряду с усилителем частотные искажения может вносить и громкоговоритель. Так, например, громкоговорители с малой площадью диффузора сильно заваливают низшие частоты, а большие громкоговорители плохо воспроизводят высшие частоты. Для того чтобы добиться равномерного воспроизведения широкой полосы частот, в приемниках высокого класса устанавливают несколько различных громкоговорителей.

Для полной оценки частотных искажений снимают частотную характеристику, измеряя не выходное напряжение U_вых, а звуковое давление, создаваемое громкоговорителем. Начинающим радиолюбителям подобные измерения проводить трудно, и поэтому им приходится оценивать работу приемника на слух.

Если внимательно прислушаться к передаче, особенно при воспроизведении музыки, то можно легко обнаружить завал низших частот (рис. 85, 87).

Рис. 85. Частотная характеристика может иметь завал в области низших частот. В этом случае басы (контрабас, барабан, виолончель и др.) воспроизводятся слабо.

В этом случае звук становится «сухим», такие инструменты, как контрабас, виолончель и особенно барабан, прослушиваются плохо. В случае же завала высших частот звук становится глухим, «бубнящим» — скрипки, флейты звучат приглушенно (рис. 86, 87).

Рис. 86. В случае завала частотной характеристики в области высших частот звук получается бубнящим, приглушенно звучат такие инструменты, как скрипка, флейта, труба.

Рис. 87. Усилитель с равномерной частотной характеристикой одинаково хорошо воспроизводит все звуковые частоты.

Проверять усилитель нужно тогда, когда громкоговоритель укреплен на доске и вставлен в ящик, так как в противном случае будут очень сильно завалены низшие частоты.

Нелинейные искажения в той или иной степени возникают во всех звеньях радиовещательного тракта: в передатчике, приемнике, различных усилителях, микрофоне, громкоговорителе и т. д. Эти искажения фактически представляют собой искажение формы кривой сигнала. В усилителе НЧ нелинейные искажения обнаруживаются тогда, когда график выходного напряжения становится не. похожим на график входного напряжения. Так, например, в те моменты, когда входное напряжение растет, в результате нелинейных искажений выходное напряжение может оставаться неизменным (вершины графика выходного напряжения становятся приплюснутыми). Вследствие искажения формы кривой, звук, воспроизводимый громкоговорителем, оказывается не похожим на звук перед микрофоном: он становится хриплым и дребезжащим (рис. 88).

Рис. 88. В результате нелинейных искажений меняется форма усиливаемого сигнала — в нем появляются составляющие, которых не было при передаче. При этом воспроизводимый звук становится хриплым и дребезжащим.

Источником нелинейных искажений в усилителях низкой частоты являются лампы и трансформаторы со стальными сердечниками. Именно в этих элементах и может искажаться форма сигнала из-за того, например, что при большой амплитуде усиливаемого напряжения на управляющей сетке лампа может оказаться запертой (то есть ее анодный ток прекратится) или из-за того, что в стальном сердечнике трансформатора наступит насыщение — сердечник намагнитится до предела и увеличение тока в обмотке не будет усиливать его магнитного поля.

Подобрав необходимые напряжения на электродах лампы и правильно рассчитав трансформаторы, через которые проходит усиливаемый сигнал, нелинейные искажения в усилителе НЧ можно заметно уменьшить.

Наряду с частотной характеристикой при оценке любого звуковоспроизводящего устройства указывается также коэффициент нелинейных искажений k_н, или, как еще называют, коэффициент гармоник. Раньше этот показатель называли «клирфактор», что в переводе означает «показатель ясности». Коэффициент нелинейных искажений показывает, сколько процентов мощности полезного звукового сигнала составляет мощность посторонних звуков — всех этих шумов и хрипов, появившихся в результате нелинейных искажений.

Предположим, что скрипач, стоя перед микрофоном, медленно проводит смычком по струне и при этом на микрофон воздействуют звуковые колебания с частотой 500 гц, а в приемнике этот звук воспроизводится с мощностью 1 вт. Предположим также, что, в результате нелинейных искажений в передатчике, приемнике и других элементах тракта, громкоговоритель, кроме звука с частотой 500 гц, воспроизводит еще и другие звуки, которых не было при передаче, и что мощность этих посторонних звуков составляет 0,1 вт. В этом случае коэффициент нелинейных искажений k_н всего тракта от микрофона до громкоговорителя, или, как говорят акустики, «от уха до уха», составляет 10 %. Небольшие нелинейные искажения (1–3 %) наше ухо не обнаруживает. Искажения 8—12 % сильно ухудшают качество звука, а при нелинейных искажениях в 15–25 % передача оказывается настолько искаженной, что слушать ее очень неприятно.

В каждом из элементов радиовещательного тракта в отдельности искажения невелики, но радиослушатель практически воспринимает сумму всех искажений. Это заставляет вести серьезную борьбу за уменьшение нелинейных искажений во всех элементах тракта: в передатчике, в детекторе, усилителе низкой частоты и т. д. Нелинейные искажения у громкоговорителей составляют 2–3 %, а у хороших усилителей 0,5–1,5 %. В простом усилителе НЧ можно допустить k_н около 3–6 %.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД

Наряду с электронной лампой и источником ее питания одним из важнейших элементов усилительного каскада является анодная нагрузка. Именно в нагрузке и выделяется «мощная копия» усиливаемого сигнала.

Как уже отмечалось, в качестве нагрузки может использоваться головной телефон, громкоговоритель, обычное сопротивление, колебательный контур, дроссель (лист 131) и другие элементы. Нагрузка, как правило, включается непосредственно в анодную цепь лампы, и через нее к аноду подводится положительное напряжение. Рассмотрим вкратце работу усилительного каскада, в котором в качестве анодной нагрузки используется обычное сопротивление (лист 132).

Если напряжение на управляющей сетке неизменно, то в анодной цепи лампы протекает постоянный ток — ток покоя. Если же к управляющей сетке подвести усиливаемый сигнал, то анодный ток станет пульсирующим: под действием сигнала, приложенного к сетке, будет изменяться величина анодного тока, однако направление его всегда будет одним и тем же — от анода к катоду. Электроны, конечно, двигаются от катода к аноду, но при рассмотрении схем мы пользуемся условным направлением тока.

Пульсирующий анодный ток содержит постоянную I_а= и переменную I_а~— составляющие, которые в случае необходимости можно разделить с помощью фильтров (лист 124). Основную роль в процессе усиления играет переменная составляющая I_а~ анодного тока, появившаяся под действием усиливаемого сигнала: именно I_а~, проходя по нагрузке, создает «мощную копию» этого сигнала.

На чертеже 11 более подробно показан путь переменяй составляющей анодного тока в усилительном каскаде.

Через лампу и нагрузку переменная составляющая I_а~ проходит вместе с постоянной I_а=, а затем пути их расходятся: переменная составляющая возвращается к лампе через конденсатор фильтра выпрямителя С_ф2(С₃₄), а постоянная составляющая проходит через повышающую обмотку трансформатора через вентиль и сопротивление фильтра (R_ф, R₁₉). При батарейном питании анодной цепи обе составляющие I_а= и I_а~проходят через батарею, причем последнюю рекомендуется шунтировать конденсатором большой емкости, чтобы облегчить путь для I_а~.

Переменная составляющая анодного тока I_а~, переходя по анодной нагрузке, создает на ней переменное напряжение и выделяет определенную мощность (лист 133).

Практически можно считать, что напряжение U_выx равно U_н~, так как емкостное сопротивление переходного конденсатора С_с(С₂₈) сравнительно невелико.

Чем больше сопротивление анодной нагрузки R_н, тем больше будет переменное напряжение U_н~,а следовательно, и U_выx. Иными словами: чем больше сопротивление анодной нагрузки, тем больше и усиление каскада (рис. 89).

Рис. 89. Переменная составляющая анодного тока, проходя по сопротивлению анодной нагрузки, создает на нем переменное напряжение — усиленный сигнал. Чем больше сопротивление анодной нагрузки, тем больше и переменное напряжение на нем, тем больше усиление каскада.

Однако беспредельно увеличивать анодную нагрузку нельзя, так как это может привести к появлению сильных искажений сигнала и к уменьшению переменного напряжения.

Одна из причин, ограничивающих увеличение сопротивления нагрузки R_н, связана с тем, что постоянная составляющая анодного тока I_а=, проходя по сопротивлению R_н, создает на нем постоянное падение напряжений. Чем больше ток и чем больше сопротивление R_н, тем большая часть напряжения, поступающего с выпрямителя, теряется на нагрузке и тем, следовательно, меньше постоянное напряжение, действующее между анодом и катодом лампы (анодное напряжение). При очень большом сопротивлении нагрузки анодное напряжение может уменьшиться настолько, что каскад вообще перестанет усиливать (рис. 90).

Рис. 90. На анодной нагрузке теряется часть постоянного анодного напряжения, и поэтому при чрезмерно большом сопротивлении нагрузки напряжение на аноде лампы становится настолько низким, что усиление каскада уменьшается.

Сказанное можно пояснить и иначе. Лампа и нагрузка образуют своеобразный делитель напряжения, подключенный к анодному выпрямителю. Чем больше сопротивление верхней части делителя, то есть сопротивления R_н, тем меньшая часть напряжения остается на участке анод — катод.

Максимально допустимая величина R_н определяется также переменным напряжением, которое действует между анодом и катодом лампы. В некоторые моменты времени полярность переменного напряжения на аноде такова, что оно действует против постоянного напряжения и общее напряжение на аноде очень мало (лист 130). В эти моменты анод плохо «притягивает» электроны, анодный ток резко уменьшается и перестает «подчиняться» управляющему напряжению на сетке. В результате этого форма кривой анодного тока становится не похожей на форму кривой управляющего напряжения, то есть появляются нелинейные искажения.

Для того чтобы не было всех этих неприятных явлений, минимальное напряжение, которое остается на аноде, даже в самом неблагоприятном случае должно составлять не меньше чем 10–30 % постоянного анодного напряжения. Поэтому сопротивление нагрузки нужно выбирать с таким расчетом, чтобы амплитуда переменного напряжения на нагрузке не превышала бы 70–90 % постоянного анодного напряжения.

Для каждого типа лампы имеется некоторая оптимальная (наивыгоднейшая) величина сопротивления анодной нагрузки, которая указывается в числе параметров лампы или определяется расчетным путем. Ориентировочно можно считать, что для триодов оптимальное сопротивление нагрузки должно быть в два-три раза больше, а для пентодов в два — десять раз меньше внутреннего сопротивления лампы R_i (лист 133).

Подбирая анодную нагрузку опытным путем, следует начинать с небольших сопротивлений и увеличивать R_н до тех пор, пока не прекратится рост выходного напряжения или пока не появятся искажения.

Иногда в качестве анодной нагрузки применяют дроссели (лист 131). В этом случае переменное напряжение U_н~ на нагрузке определяется в основном индуктивным сопротивлением x_Lдросселя. Сопротивление это легко сделать большим, применяя, например, стальной сердечник. В то же время дроссель обладает сравнительно небольшим сопротивлением для постоянного тока, и падение постоянного напряжения на нем невелико. Поэтому в усилительном каскаде с дросселем в качестве нагрузки почти все напряжение выпрямителя действует на аноде лампы.

Этим же свойством отличается и усилительный каскад, в анодную цепь которого включен трансформатор или колебательный контур. Несмотря на указанное достоинство, дроссель редко применяется в качестве нагрузки в усилителе НЧ, так как он вносит сильные частотные искажения: сопротивление нагрузки x_L, а следовательно, усиление каскада резко меняется с частотой.

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.

Иногда для получения отрицательного смещения используют сопротивление утечки R_c (лист 138). Дело в том, что небольшой, порядка нескольких микроампер, сеточный ток существует всегда, даже при отрицательных напряжениях на сетке. Если выбрать R_c достаточно большим (10–20 Мом), то на этом сопротивлении можно получить довольно большое, порядка нескольких вольт, напряжение, «минус» которого будет приложен к сетке.

В большинстве промышленных приемников для получения различных напряжений смещения используют сопротивление, включаемое в так называемую минусовую цепь выпрямителя (лист 139).

Общий анодный ток всех ламп, проходя по этому сопротивлению, создает на нем определенное падение напряжения. Если заземлить катоды ламп, а также заземлить точку а, то в точке б будет отрицательное, относительно катода, напряжение, которое можно подавать на сетку лампы в качестве смещения. Включив между точками а и б несколько сопротивлений, то есть сделав делитель напряжения, можно получить разные по величине отрицательные напряжения для подачи на сетки различных ламп.

Рассматривая перечисленные способы получения смещения, нужно всегда помнить о направлении тока. Электроны в лампе двигаются от катода к сетке и аноду, а если ввести в баллон положительный заряд, то он будет двигаться от анода или от сетки к катоду. Мы уже знаем, что это направление принято считать направлением тока в лампе, так как вообще за направление электрического тока принято направление Движения положительных зарядов. Между прочим, как бы мы ни рассматривали процессы в лампе, исходя из условного направления тока или фактического направления движения электронов, результат мы получим один и тот же. Взять, например, схему, изображенную на листе 138. Условное направление тока на этой схеме — от сетки к катоду внутри лампы, затем по внешней цепи от катода к нижнему концу сопротивления R_c (по шасси) снизу вверх через сопротивление R_c и с верхнего конца R_cобратно на сетку. При таком направлении тока на нижнем конце сопротивления будет «плюс», а на верхнем — «минус», так как ток (имеются в виду положительные заряды) течет от «плюса» к «минусу».

Теперь давайте рассмотрим эту схему, исходя из реального движения электронов. Они, как известно, двигаются от катода к сетке и далее сверху вниз по сопротивлению R_c. Совершенно ясно, что электроны будут двигаться по этому сопротивлению только в том случае, если вверху будет их избыток, а внизу недостаток, или, иными словами, если вверху будет «минус», а внизу «плюс». Теперь видно, что, из чего бы мы ни исходили — из условного или из фактического направления тока, несмотря на то что эти направления противоположны, результат получится одинаковым. Да иначе и быть не может — ведь положительные заряды двигаются от «плюса» к «минусу», а электроны от «минуса» к «плюсу». Попробуйте проверить полярность напряжения смещения на других схемах для условного и фактического направления тока. Умение быстро определять направление тока и полярность напряжения на отдельных участках цепи — это одно из обязательных условий свободного чтения схем.

Все описанные выше элементы — нагрузка, источник смещения, сопротивление утечки — являются общими для усилителей низкой и высокой частоты, независимо от их мощности. Сейчас мы посмотрим, как практически выглядят эти элементы в двух каскадном усилителе низкой частоты.

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ И УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Чтобы обеспечить сравнительно большую мощность, необходимую для нормальной работы громкоговорителя, в последнем, выходном каскаде усилителя НЧ (этот каскад часто называют усилителем мощности) применяются специальные лампы, получившие название выходных ламп.

В радиоприемниках наиболее широко используются выходные пентоды и лучевые тетроды, реже — выходные триоды. Отличительной особенностью выходных ламп является значительный анодный ток 40–70 ма (лист 209–213). Анодный ток других ламп, применяемых в приемниках и усилителях, как правило, не превышает 5—10 ма.

Оптимальное сопротивление анодной нагрузки R_a для выходных пентодов и лучевых тетродов указывается в таблице параметров этих ламп и обычно составляет 3—10 ком. В то же время сопротивление звуковой катушки громкоговорителя не превышает нескольких ом. Поэтому, если включить громкоговоритель непосредственно в анодную цепь выходной лампы, то из-за малой анодной нагрузки выходная мощность составит всего несколько миллионных долей ватта.

Для того чтобы получить необходимое сопротивление нагрузки при небольшом сопротивлении громкоговорителя, он включается в анодную цепь выходной лампы через трансформатор, который получил название выходного трансформатора (рис. 97).

Рис. 97. Использование низкоомного громкоговорителя с понижающим выходным трансформатором равносильно включению в анодную цепь лампы сравнительно большого сопротивления.

Переменная составляющая анодного тока, проходя по первичной обмотке выходного трансформатора, наводит в его вторичной обмотке переменный ток, под действием которого и возникают колебания звуковой катушки.

В процессе работы громкоговоритель потребляет определенную электрическую энергию, которая в конечном итоге поступает из анодной цепи лампы. Поэтому громкоговоритель с выходным трансформатором можно условно заменить включенным непосредственно в анодную цепь лампы обычным сопротивлением R'_н, которое называют сопротивлением нагрузки, приведенным к анодной цепи. Сопротивление R'_н и является реальной анодной нагрузкой, которая определяет выходную мощность лампы.

Выходной трансформатор всегда делают понижающим: число витков вторичной обмотки меньше, чем первичной. Поэтому и переменное напряжение на вторичной обмотке меньше, чем на первичной, а переменный ток, который проходит по звуковой катушке, больше переменной составляющей анодного тока.

Еще резче отличается приведенное сопротивление нагрузки R'_н от сопротивления звуковой катушки громкоговорителя. И это вполне понятно: ведь напряжение на первичной обмотке больше, чем на вторичной, а ток по ней протекает меньший. Это возможно лишь в том случае, если приведенное сопротивление нагрузки R'_н будет во много раз больше, чем R_зв.Зная коэффициент трансформации n выходного трансформатора, легко подсчитать величину R'_н с помощью простой формулы:

R'_н = n²·R_зв

Здесь коэффициент трансформации n — это отношение числа витков первичной обмотки w₁к числу витков вторичной обмотки w₂. Трансформатор понижающий, и поэтому n всегда больше единицы. Соответствующим подбором коэффициента трансформации можно добиться того, что сопротивление нагрузки R'_н будет составлять несколько килоом при сопротивлении звуковой катушки R_зв несколько ом (лист 140).

При постройке приемника часто возникает необходимость переделать какой-нибудь фабричный трансформатор, приспособив его для данной лампы или данного громкоговорителя. При этом желательно знать, на какую лампу и на какой громкоговоритель был рассчитан трансформатор. Если окажется, что трансформатор подходит по мощности (а это, кстати, можно проверить по сечению сердечника и по диаметру провода первичной обмотки), то переделку можно свести к изменению числа витков вторичной обмотки. Этим самым мы получим коэффициент трансформации, необходимый для включения нового громкоговорителя (лист 141).

Если окажется, что данные переделываемого трансформатора неизвестны, то необходимое число витков вторичной обмотки можно найти, измерив коэффициент трансформации n и подсчитав число витков вторичной обмотки w₂ (до переделки!). Для измерения коэффициента трансформации к первичной обмотке подводят переменное напряжение 5—20 в и измеряют напряжение на вторичной обмотке.

Сборка сердечника выходного трансформатора осуществляется «встык» (лист 115). Для создания зазора между двумя частями сердечника — стержневой и Ш-образной прокладывают полоску тонкой бумаги.

В заключение отметим, что сопротивление анодной нагрузки R_н у мощных выходных ламп, как правило, в несколько раз меньше, чем у маломощных пентодов и триодов. Однако на этом сравнительно небольшом сопротивлении выходная лампа развивает значительно большие, чем другие лампы, переменное напряжение U_а~ мощность Р_вых. Происходит это за счет большого анодного тока, в частности, большой переменной составляющей I_а~. Значительный анодный ток как раз и является особенностью выходных ламп (лист 142).

Указывая величину переменного напряжения или тока, обычно имеют в виду их эффективное значение. Как известно, амплитуда — это наибольшее значение переменного напряжения или тока, которое появляется лишь на мгновение. Эффективное же значение говорит о способности переменного тока совершать работу в среднем за весь период (листы 143, 144). Совершенно очевидно, что эффективное значение тока I_эф или напряжения U_эф меньше амплитудного: ведь амплитуда бывает лишь дважды за весь период, а все остальное время ток значительно меньше и моментами даже становится равным нулю. Для переменного тока, протекающего в сети, эффективное напряжение в 1,4 раза меньше амплитуды. Это значит, что при эффективном напряжении 220 в амплитуда достигает 308 в. Напряжение сети, напряжение на обмотках трансформаторов, токи и напряжения на шкале измерительных приборов всегда указываются в эффективных значениях.

Для нормальной работы усилителя мощности (лист 146) к сетке выходной лампы необходимо подвести управляющее напряжение U_вx в несколько вольт (обычно 3—15 в). В то же время напряжение, которое развивает источник усиливаемого сигнала, оказывается намного меньше: напряжение на выходе большинства звукоснимателей не превышает нескольких десятых долей вольта. Широко распространенные микрофоны дают напряжение несколько милливольт, напряжение низкой частоты на выходе детектора в простых ламповых приемниках часто также не превышает одного вольта.

Учитывая это, в усилитель НЧ вводят еще один каскад (лист 145), а иногда два-три каскада. Их задача — усилить напряжение сигнала в десять — пятьдесят раз и таким образом довести это напряжение до величины, которая обеспечит нормальную работу выходного каскада.

Анодной нагрузкой в усилителе напряжения, как правило, служит обычное сопротивление. В этом случае подавать переменное напряжение с анода лампы усилителя напряжения прямо на сетку лампы выходного каскада нельзя, так как на аноде, кроме переменного, действует еще и постоянное напряжение. Усиленный сигнал подводится к выходному каскаду через конденсатор (С_с), который, как известно, постоянного тока не пропускает. Этот конденсатор получил название разделительного или переходного (рис. 98).

Рис. 98. Переменное напряжение («возбуждение») на сетку лампы выходного каскада подается с анода лампы усилителя напряжения через разделительный переходный конденсатор.

Давайте посмотрим, из каких соображений выбираются основные элементы усилителя (см. листы 133, 145, а также практическую схему, чертеж 12).

Предположим, что в таком каскаде используется пентод с внутренним сопротивлением 500 ком. В этом случае можно включить в качестве анодной нагрузки R_н (R₁₃) сопротивление порядка 200 ком, то есть в два с половиной раза меньше, чем R_i. Разделительный конденсатор С"_с (C₂₈) вместе с сопротивлением утечки сетки выходного каскада R"_c (R₁₇) образуют делитель напряжения, подключенный к сопротивлению анодной нагрузки R_н. Нижний по схеме конец нагрузки R_н соединен непосредственно с цепочкой R"_cС"_с верхний по схеме конец сопротивления R_н заземлен через конденсатор фильтра выпрямителя (чертеж 11) и, таким образом, также подключен к цепочке R"_cС"_с(R₁₇C₂₈). Та часть поступающего с анодной нагрузки усиленного напряжения, которая выделяется на сопротивлении R₁₇и подводится к сетке усилителя мощности, фактически является выходным напряжением первого каскада U_вых, лист 133).

Общее сопротивление делителя R"_cС"_с должно быть достаточно большим, иначе он будет сильно шунтировать сопротивление анодной нагрузки. Обычно R"_c делают в несколько раз больше, чем R_н. В нашем случае мы можем сделать R₁₇ равным 0,5 Мом, то есть в пять раз больше R₁₃.

Емкость конденсатора С"_с должна быть достаточно большой, иначе он будет иметь значительное сопротивление на низших частотах и завалит частотную характеристику. Действительно, чем больше емкостное сопротивление конденсатора С"_с, тем большая часть усиленного напряжения теряется на нем, тем меньше будет напряжение U_вых действующее на сопротивлении R"_c.

Наиболее часто встречающиеся данные деталей усилительного каскада приведены на его типовой схеме (лист 145).

К конденсатору С"_с приложено не только переменное, но и постоянное напряжение, действующее на аноде первой лампы Поэтому конденсатор С"_с должен быть рассчитан на большое напряжение (200–300 в), иначе может произойти пробой — короткое замыкание обкладок — этого конденсатора. В результате пробоя С"_с на сетке выходной лампы появится большое положительное напряжение, возникнет сеточный и резко возрастет анодный ток, из-за чего выходная лампа может выйти из строя (рис. 99).

Рис. 99. Если переходный конденсатор окажется пробитым, то на сетку выходной лампы попадает «плюс», анодный ток резко возрастет, каскад прекратит работу, а сама выходная лампа выйдет из строя.

В сеточную сеть усилителя напряжения, как правило включают регулятор громкости (рис. 100, 101, лист 147), которые представляет собой обычный делитель напряжения (потенциометр). Кроме того, в усилителях имеются регуляторы тембра которые дают возможность изменять частотную характеристику в зависимости от вкусов слушателя и характера передачи.

Рис. 100. Регулятор громкости — это делитель напряжения, выполненный виде переменного сопротивления (потенциометр).

Рис. 101. С регулятора громкости на сетку первой лампы подается большая или меньшая часть переменного напряжения, поступающего на вход усилителя.

Простейший регулятор тембра (рис. 102), позволяющий уменьшить усиление на высших частотах, может представлять собой цепь из переменного сопротивления R_Т и конденсатора С_Т.Конденсатор должен иметь сравнительно небольшое (5—10 ком емкостное сопротивление на высших частотах и большое на низших.

Рис. 102. Простейший регулятор тембра — это цепь, которая в той или иной степени шунтирует анодную нагрузку для токов высших звуковых частот.

Если такую цепь включить между анодом и катодом выходной лампы, то при малом сопротивлении R_T (верхнее по схеме положение движка) токи высших частот будут замыкаться, минуя громкоговоритель, что приведет к соответствующему изменению тембра. При большом сопротивлении (нижнее по схеме положение движка) цепь регулятора тембра практически не будет шунтировать выходную лампу, а это равносильно тому, что регулятор тембра вообще отсутствует.

Принципиальная и монтажная схемы усилителя НЧ, который будет использован во всех наших приемниках, приведена на чертеже 12.

В усилителе имеется два каскада: усилитель напряжения на лампе 6ЖЗП или 6Ж1П (Л₃) и усилитель мощности на лампе 6П1П (Л₄). Входные гнезда усилителя обозначены на схеме буквами Т1 и Т2. Это обозначение перешло из схемы детекторного приемника, где имелись два гнезда для подключения телефонов. При воспроизведении грамзаписей к гнездам Т1, Т2 подключается звукосниматель (Зв), а при радиоприеме — нагрузка детектора.

Одно из гнезд (Т2) сразу же соединяется с общим («земляным») проводом, а второе с помощью экранированного провода подключается к регулятору громкости — потенциометру R₁₁.

Экранировка проводов и деталей в сеточной цепи первой лампы необходима для того, чтобы защитить их от электромагнитных полей, которые создает переменный ток (частота 50 гц), проходя по осветительным проводам, по обмоткам силового трансформатора и т. п. Эти электромагнитные поля наводят в соединительных проводах усилителя переменные токи с частотой 50 гц, подобно тому как радиоволны наводят в приемной антенне токи высокой частоты (рис. 103).

Рис. 103. Один из основных источников фона — это напряжение, наведенное сетью переменного тока во входной цепи и усиленное затем всеми каскадами усилителя.

В результате «наводок» в различных цепях усилителя появляются переменные напряжения с частотой 50 гц и величиной в несколько микровольт, а иногда и в несколько десятков милливольт. Конечно, если такое напряжение появится в анодной цепи выходной лампы, то мы этого даже не заметим, так как напряжение полезного сигнала на анодной нагрузке выходного каскада обычно лежит в пределах от нескольких вольт (слабый сигнал) до 100–150 в. По сравнению с этими величинами напряжение «наводок» настолько мало, что практически совершенно не влияет на работу усилителя.

Другое дело, если «наводки» появляются в цепях с низким уровнем сигнала и, в частности, в сеточной цепи первой лампы. Здесь напряжение полезного сигнала очень мало (именно поэтому мы и ввели усилитель напряжения) — оно обычно лежит в пределах от нескольких милливольт при слабом сигнале до 100–200 мв.

Совершенно ясно, что при слабых сигналах, а особенно во время паузы напряжение «наводок» уже становится сравнимым с самим полезным сигналом, а иногда даже может стать балыке его. Попав на сетку первой лампы, «наводки» усиливаются вместе с полезным сигналом и создают в громкоговорителе очень сильный фон переменного тока.

Основной путь для борьбы с «наводками» — это экранирование. Давайте попробуем между источником «наводок» и цепью, которую нужно защитить, поставить экран — тонкую металлическую пластинку (или сетку), соединенную с земляным проводом. В этом случае электромагнитные волны будут наводить ток в самом экране, а за ним образуется своего рода тень — участок, где «наводок» практически не будет (рис. 104).

Рис. 104. Для борьбы с «наводками» провода входной цепи усилителя нужно экранировать.

Если заранее неизвестно, с какой стороны появятся наводки, то защищаемую цепь окружают экранами со всех сторон. Широкое распространение нашли цилиндрические алюминиевые экраны, внутрь которых помещают контурные катушки и другие детали; у переменных сопротивлений роль экрана выполняет металлический корпус; для того чтобы защитить от наводок обычные провода, их помещают в так называемый экранирующий чулок (рис. 104) — сплетенную из тонких проволочек гибкую трубку. Если под руками нет такого чулка, то поверх изоляции защищаемого провода нужно намотать спираль из любого медного провода, например ПЭ-0,1 или ПЭ-0,5. Эта спираль будет играть роль экрана.

Любой экран, будь то экранирующий цилиндр, корпус переменного сопротивления или самодельный экранирующий чулок, обязательно должен быть заземлен, причем у самодельного экрана для проводов нужно заземлять оба конца спирали.

На схемах детали, заключенные в экран, обводят пунктирной линией; экранированный провод на схемах пропускают сквозь заземленное кольцо.

Интересно отметить, что «наводками», создающими фон, можно пользоваться для проверки усилителей НЧ. Прикоснувшись куском провода, отверткой или просто пальцем к какому-нибудь участку входной цепи первой лампы, например к ее управляющей сетке, мы фактически подадим на вход усилителя наведенное напряжение с частотой 50 гц, и если усилитель исправен, то громкоговоритель воспроизведет сильный фон (рис. 105).

Рис. 105. Иногда «наводки» используют для проверки усилителя: прикоснувшись к какой-нибудь точке входной цепи, мы фактически подаем на вход усилителя «контрольный» сигнал — напряжение «наводок».

Фон появится, но, конечно, очень и очень слабый, и при прикосновении к сетке выходной лампы. Совершенно очевидно, что при проверке батарейных приемников в условиях, где нет сети переменного тока, никакого фона обнаружить не удастся.

Если вы внимательно посмотрите на принципиальную схему нашего усилителя НЧ, то обнаружите, что почти все его элементы вам уже знакомы (листы 145, 146). Возьмем, например, регулятор громкости R₁₁ — это обычный делитель напряжения — потенциометр, с помощью которого можно подавать на сетку лампы Л₃ ту или иную часть напряжения входного сигнала. Сопротивление R₁₂— это обычная «утечка» в цепи управляющей сетки, а конденсатор С₂₇ предохраняет сеточную цепь от постоянного напряжения. Этот конденсатор введен в схему «авансом», так как он понадобится лишь тогда, когда усилитель будет подключен к приемнику.

На сопротивлении R₁₅ создается постоянное напряжение, которое служит отрицательным смещением на сетку лампы Л₃. Конденсатор С₃₀ проводит переменную составляющую анодного тока лампы помимо сопротивления R₁₅. В первом каскаде можно подать смещение на сетку и другим путем — исключить из схемы детали R₁₅ и С₃₀, заземлить катод лампы, а в ее сеточную цепь на место R₁₂ включить сопротивление в 10 Мом (лист 138).

Сопротивление R₁₄ — это не что иное, как гасящее сопротивление в цепи экранной сетки. Для переменного тока экранная сетка заземлена через конденсатор С₂₉.

Анодной нагрузкой лампы Л₃ является сопротивление R₁₃. С анода лампы через переходной конденсатор С₂₈ усиленный сигнал подается на сетку выходного каскада Л₄. Здесь так же, как и в первом каскаде, R₁₇ — сопротивление утечки, a R₁₈С₃₃ — цепь автоматического смещения. В анодную цепь лампы включен выходной трансформатор Тр₂, ко вторичной обмотке которого подключен громкоговоритель. Цепочка R₁₆C₃₁ — это простейший регулятор тембра. Если под руками нет конденсатора на 0,025 мкф (C₃₁) с достаточно высоким рабочим напряжением (не менее 500 в), то регулятор тембра можно включить и в сеточную цепь лампы Л₃, уменьшив при этом емкость конденсатора C₃₁ в десять — двадцать раз (уточняется опытным путем).

Единственной незнакомой нам пока деталью является конденсатор С₃₂. Назначение его — шунтировать выходной трансформатор для токов высокой частоты и таким образом препятствовать паразитному самовозбуждению усилителя.

Выходной трансформатор Тр₂ выполнен на сердечнике сечением 2,56 см² — пластины Ш-16, толщина набора 16 мм. Его первичная обмотка содержит 2500 витков провода ПЭ-0,1, а вторичная — 81 виток провода ПЭ-0,51. Сердечник выходного трансформатора, так же как и сердечник дросселя фильтра, собирается «встык» (лист 115). В качестве Тр₂ можно использовать выходные трансформаторы от приемников «Рекорд-53», «AP3-53», «Огонек» и многих других.

Заканчивая разбор нашей первой ламповой схемы, хочется обратить внимание на возможную замену деталей усилителя.

Начинающие радиолюбители часто задают такие вопросы: «Можно ли заменить сопротивление 50 ком сопротивлением 47 ком?» или «Что будет, если вместо конденсатора емкостью 10 мкф применить конденсатор на 20 мкф?» и т. п.

Для начала заметим, что отклонение данных той или иной детали на 5—10 % в большую или меньшую сторону особого значения не имеет и в большинстве случаев остается незамеченным. Более того, данные многих деталей можно изменить в полтора — три раза, а усилитель по-прежнему будет работать. А теперь поговорим конкретно о деталях нашего усилителя.

Прежде всего несколько слов о допустимой мощности сопротивлений и рабочем напряжении конденсаторов. Величины эти можно изменять как угодно, но… только в сторону увеличения: если нужен конденсатор с рабочим напряжением 20 в (например, С₃₃), то можно применить конденсатор на 30, 50, 100 в и т. д.; вместо сопротивления, рассчитанного на мощность 0,25 вт, можно применить сопротивление на 0,5, 1, 2 вт и т. д. В то же время применять сопротивления с меньшей мощностью или конденсаторы с меньшим рабочим напряжением, чем это указано на схеме, ни в коем случае нельзя. Мощность всех сопротивлений условно показана на схеме (см. условные обозначения, лист 36). Рабочее напряжение указывают только для электролитических конденсаторов. Конденсаторы бумажные, слюдяные, керамические и др., как правило, могут работать при напряжениях 250 в и более, а этого вполне достаточно почти для всех элементов схемы.

Возможность изменения данных той или иной детали зависит от того, в какой цепи стоит эта деталь и как она влияет на работу усилителя. Так, например, при увеличении или уменьшении сопротивления R₁₂ и R₁₇ на 20–50 % никаких особых изменений в работе усилителя не произойдет. Другое дело, если мы сильно изменим величину сопротивления R₁₅. При этом сразу же изменится отрицательное смещение на управляющую сетку — чем больше R₁₅, тем больше отрицательное смещение. Изменится также анодный ток, падение напряжения на R₁₃, а значит, и напряжение на аноде лампы. Все это может привести к ухудшению усилительных свойств каскада и появлению нелинейных искажений. К уменьшению коэффициента усиления каскада приводит резкое уменьшение (а в ряде случаев и увеличение) сопротивления анодной нагрузки R₁₃ или снижение напряжения на экранной сетке путем увеличения R₁₄. Емкость конденсаторов С₂₉ и С₃₀ и С₃₃можно увеличивать безболезненно, так как при этом лишь облегчается путь для переменных токов, которые проходят через эти конденсаторы.

Одним словом, данные, приведенные на принципиальных схемах, нельзя считать незыблемыми (рис. 106). В случае необходимости их можно изменять, и иногда весьма значительно. Но всякий раз при изменении данных какой-либо детали нужно думать о последствиях, к которым это изменение может привести.

Рис. 106. Данные деталей, указанные на схеме, можно изменять в небольших, а иногда и в довольно больших пределах.

Несколько слов о налаживании усилителя. Если усилитель собран в полном соответствии с принципиальной схемой и если в нем использованы исправные детали, то этот усилитель сразу же будет нормально работать без всякого налаживания. Две основные неприятности, которые вы можете обнаружить при включении усилителя, — это самовозбуждение и фон переменного тока. Самовозбуждение возникает за счет паразитных обратных связей, и поэтому, обнаружив его, нужно прежде всего попробовать изменить монтаж, разнести входные и выходные цепи всего усилителя и отдельных каскадов. Если это не даст эффекта, то попробуйте увеличить емкость конденсатора С₃₂, включить в сеточную цепь Л₄ сопротивление на 10–50 ком (непосредственно между сеточным лепестком и проводом, идущим к сетке от R₁₇) и, наконец, отключить конденсатор С₁₀ или C₃₂. При отключении этих конденсаторов в усилителе возникает отрицательная связь, с которой мы подробнее познакомимся позже. В качестве крайней меры можно снизить усиление первого каскада, уменьшив в два-три раза сопротивление R₁₃ и в полтора-два раза сопротивление R₁₄.

В случае сильного фона нужно прежде всего выяснить его причину. Для этого можно соединить кратчайшим путем сетку первой лампы с ее катодом: если фон не прекратится, то его источником, по-видимому, является выпрямитель.

Наиболее часто источником фона являются наводки. В этом случае нужно прежде всего проверить, хорошо ли соединены с земляным проводом экраны проводов, ось и корпус переменного сопротивления, сердечники выходного и силового трансформаторов, корпус громкоговорителя, один из проводов накала ламп. Иногда источником фона может оказаться даже небольшой проводничок во входной цепи усилителя, не помещенный в экран. В заключение заметим, что устранение самовозбуждения и фона, как, впрочем, и другие работы по наладке радиоаппаратуры, требуют большого внимания, терпения и аккуратности.

Построенный нами усилитель можно сразу же использовать для воспроизведения грамзаписей. Что же касается подключения усилителя к детекторному приемнику, то с этим вопросом мы познакомимся в следующей главе.