Глава 6
ПРИЕМНИК ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ

В ламповых приемниках может усиливаться как низкочастотный сигнал, полученный в результате детектирования, так и высокочастотный сигнал, поступивший в антенну. Совершенно очевидно, что каскады усиления высокой частоты включаются до детектора, а каскады усиления низкой частоты — после него.

Все ламповые приемники можно разделить на две основные группы: приемники прямого усиления, где сигнал только усиливается и детектируется, и супергетеродины, где сигнал не только усиливается, но проходит еще одно очень важное преобразование.

Промышленные радиовещательные приемники в настоящее время строятся только по супергетеродинной схеме. Она позволяет получить высокую чувствительность и избирательность при сравнительно небольшом числе ламп и колебательных контуров. Мы же начнем с простого приемника прямого усиления, так как построить и наладить такой приемник легче, чем супергетеродин.

В радиолюбительской литературе принято сокращенно обозначать тип приемника прямого усиления следующим образом: детектор обозначается буквой V (иногда, желая подчеркнуть тип детектора, указывают другую букву, например, К — кристаллический, то есть полупроводниковый, Д — диодный и т. п.). Цифра, стоящая перед буквой V, указывает число каскадов усиления высокой частоты (ВЧ), а цифра после буквы V соответствует числу каскадов усиления низкой частоты (НЧ).

Так, например, если говорят, что приемник собран по схеме 2-V-1 (2-Д-1), то это значит, в приемнике имеется детектор, два каскада усиления ВЧ и один каскад усиления НЧ. Обозначение 0-V-2 (0-Д-2) соответствует детекторному приемнику с двухкаскадным усилителем НЧ, и т. д.

Необходимо отметить, что число примененных в приемнике ламп не всегда равно числу усилительных каскадов: комбинированная лампа (двойной триод, триод-пентод и др.) может использоваться одновременно в двух каскадах. Кроме того, существуют специальные схемы (рефлексные), позволяющие использовать одну и ту же лампу одновременно в усилителе НЧ и усилителе ВЧ.

Все сказанное выше о построении схем ламповых приемников относится также к приемникам на полупроводниковых триодах.

Приемники без усилителей ВЧ (0-V-1, 0-V-2 и др.) удовлетворительно принимают только местные станции, так как при детектировании слабых сигналов неизбежно возникают искажения. С другой стороны, осуществить громкоговорящий прием без усилителя НЧ тоже нельзя. В этом случае пришлось бы подавать на детектор очень мощный высокочастотный сигнал, а постройка мощных усилителей ВЧ связана с большими трудностями. Обычно к детектору подводится высокочастотный сигнал небольшой мощности и миллионные доли ватта и меньше) при напряжении 0,5–1,5 в. Примерно такую же мощность и напряжение имеет низкочастотный сигнал на выходе детектора. Все дальнейшее усиление, необходимое для того чтобы обеспечить громкоговорящий прием, осуществляется в усилителе НЧ.

Для начала построим приемник 0-V-2, который позволит нам вести громкоговорящий прием местных радиостанций. В этом приемнике мы используем уже имеющийся у нас усилитель низкой частоты, затем введем приемник в каскад усиления ВЧ и получим приемник по схеме 1-V-2, который позволит принимать большее число радиостанций в диапазоне длинных и средних волн.

С работой детектора мы познакомились еще во второй главе. И, хотя работу детекторного каскада мы рассмотрели тогда упрощенно, все же основная рать самого детектора (вентиля) была определена довольно точно — он преобразует модулированный переменный ток высокой частоты в пульсирующий ток.

Теперь мы уже знаем (см. рис. 79), что всякий пульсирующий ток можно разделить на переменную и постоянную составляющие. Такую операцию можно провести и с пульсирующим током в цепи детектора (рис. 107), собрав для этого простейший фильтр из конденсатора С_Д и сопротивления R_Д. Сопротивление R_Д называют сопротивлением нагрузки детектора. В описанном ранее детекторном приемнике роль сопротивления нагрузки выполняет головной телефон. При соответствующем выборе деталей фильтра переменная составляющая, имеющая высокую частоту — ВЧ составляющая, — пройдет по пути наименьшего сопротивления — через конденсатор С_Д.

Рис. 107. Полученный в результате детектирования пульсирующий ток можно разделить на три составляющие: постоянную, ВЧ (высокочастотную) и НЧ (низкочастотную). К усилителю низкой частоты подводится только НЧ составляющая.

Казалось бы, что по сопротивлению нагрузки должна пойти постоянная составляющая пульсирующего тока. Однако в действительности это не так. К детектору подводится модулированный сигнал, и поэтому величина импульсов тока в цепи детектора все время меняется. В результате этого ток, который проходит по сопротивлению также меняется в соответствии с модуляцией и фактически представляет собой пульсирующий ток, который, в свою очередь, можно разделить на переменную составляющую низкой частоты — НЧ составляющую и постоянную составляющую.

Для выделения НЧ составляющей в фильтр вводится еще одна цепь, состоящая из конденсатора С_с и сопротивления R_c, которая не пропускает постоянного тока, создает большое сопротивление для ВЧ составляющей, но сравнительно легко пропускает НЧ составляющую. Таким образом, пульсирующий ток, полученный при детектировании, мы разделили на три составляющие: постоянную, высокочастотную и низкочастотную. Последняя как раз и представляет собой тот низкочастотный сигнал, который необходимо было выделить в процессе детектирования.

На чертеже 13 приведены схемы детекторных приемников 0-V-2, в которых используется ранее построенный усилитель НЧ. Эти схемы как бы объединяют двухдиапазонный детекторный приемник (чертеж 2) с усилителем НЧ (чертеж 12).

Для упрощения схемы не изображаются некоторые детали входной цепи (катушки L₃L₄, подстроечные конденсаторы), а схема усилителя НЧ не приводится вообще. Чтобы легче было объединить детекторный приемник с усилителем НЧ, на всех схемах чертежа 13 показаны некоторые элементы Входной цепи усилителя: R₁₁ R₁₂ С₂₇.

Сопротивление R₁₁ (регулировка громкости усилителя НЧ) используется в качестве нагрузки детектора, конденсатор С₂₇ и сопротивление утечки R₁₂ первой лампы усилителя образуют цепь, которая отделяет низкочастотную составляющую продетектированного сигнала от постоянной составляющей (цепь R_cC_c). Проходя по этой цепи, низкочастотная составляющая создает на сопротивлении R₁₂ напряжение НЧ, действующее между сеткой и катодом первой лампы усилителя.

В каждом усилительном каскаде всегда имеется входная емкость С_вх, которая складывается из емкости между входными проводами, емкости монтажа и емкости между управляющей сеткой и катодом лампы (лист 149). Чтобы ВЧ составляющая I_Д-вч не прошла через R_н-Д во входную цепь усилителя НЧ (такое «пролезание» может привести к самовозбуждению усилителя НЧ), в детекторный каскад вводят еще одно сопротивление R_ф-Д. Это сопротивление преграждает путь ВЧ составляющей, и она замыкается только через конденсатор С₂₆(С_Д). Для того чтобы уяснить роль сопротивления R₁₀, представьте себе, что этого сопротивления вообще нет, а движок потенциометра R₁₁ находится в крайнем верхнем по схеме положении (лист 149). В этом случае высокочастотная составляющая продетектированного сигнала легко пройдет в сеточную цепь лампы Л₃.

Когда же движок потенциометра будет несколько сдвинут вниз, то путь к лампе для ВЧ составляющей затруднится — она должна будет преодолеть сопротивление верхнего участка потенциометра. Таким образом, опасность пролезания ВЧ составляющей на сетку лампы Л₃ существует лишь тогда, когда сопротивление верхнего участка потенциометра R₁₁, очень мало, и тем более, когда движок этого сопротивления находится в крайнем верхнем положении. Теперь вы видите, что включенное последовательно с потенциометром R₁₁ сопротивление R₁₀ всегда препятствует пролезанию к сетке первой лампы (Л₃) высокочастотной составляющей продетектированного сигнала.

Обычно величина сопротивления R₁₀ составляет 10–20 % сопротивления нагрузки детектора (лист 148).

Из всех составляющих продетектированного сигнала нам нужно выделить лишь НЧ составляющую, обе другие составляющие (постоянная и ВЧ) являются своего рода «отходами производства». Однако в некоторых схемах, с которыми мы познакомимся позже, и эти составляющие могут быть использованы для улучшения работы приемника.

В нашем приемнике в качестве детектора используется точечный германиевый диод. С равным успехом в детекторном каскаде можно применить и ламповый диод — двухэлектродную лампу.

Здесь уместно заметить, что существуют две основные схемы детекторных каскадов: параллельная и последовательная (рис. 109). В первой из них контур, детектор и нагрузка детектора соединены последовательно, а во второй все эти элементы соединены параллельно. Последовательная схема имеет некоторые преимущества (детектор слабее шунтирует контур), и поэтому там, где возможно, стараются применять ее.

В промышленных приемниках специальную лампу для детектора используют редко. Необходимый для детектирования диод имеется в некоторых усилительных лампах (комбинированные лампы), например в пентоде, а точнее, в диод-пентоде 1Б2П, двойном диод-пентоде 6Б8С, двойном диод-триоде 6Г2С и др. В супергетеродин ном приемнике, который нам предстоит построить, будет использована лампа 6И1П — триод-гептод. Именно для нее мы установили на панели ВЧ (см. чертеж 2) девятиштырьковую ламповую панельку. Триодную часть этой лампы можно временно использовать в качестве диодного детектора, соединив ее управляющую сетку с анодом. В этом случае сетка и анод будут действовать как один электрод, и лампа фактически превратится в диод (рис. 108, 109).

Рис. 108. В детекторе в качестве вентиля можно применить любую усилительную лампу. Чтобы эта лампа не оказалась «запертой», ее управляющую сетку (а если есть другие сетки, то и их тоже) необходимо соединить с анодом, превратив тем самым усилительную лампу в обычный диод.

Рис. 109. Существуют две схемы детекторов: последовательная и параллельная.

Использовать для детектирования только анод и катод лампы, оставив управляющую сетку никуда не подключенной, ни в коем случае нельзя, так как при этом лампа окажется запертой. Попутно нужно отметить, что многоэлектродная лампа — пентод, тетрод или гептод — будет заперта, если не подать питание на экранную сетку или не заземлить антидинатронную сетку, то есть иными словами, если будет закрыт путь для постоянной составляющей тока какой-либо сетки и попадающие на нее электроны не смогут вернуться к катоду.

Анод работающего в детекторе триода можно было бы вообще никуда не подключать и для детектирования использовать участок катод — управляющая сетка. Последняя в этом случае будет играть роль анода двухэлектродной лампы, а анод триода мы как бы «экономим» (рис. 110).

Рис. 110. Для детектирования можно использовать сеточную цепь лампы (сетка — анод диода), а в анодной цепи выделить усиленный сигнал.

Мы применили триод для детектирования только потому, что в нашем распоряжении не было диода. А нельзя ли воспользоваться этим обстоятельством и сделать так, чтобы триод не только детектировал, но и усиливал сигнал? Оказывается, можно. Для этого достаточно включить анодную нагрузку и подать на анод (конечно, отключив его от сетки!) постоянное напряжение (рис. 110, лист 150). При этом так же, как и раньше, детектирование сигнала будет происходить на участке сетка — катод лампы, в ее сеточной цепи будет протекать пульсирующий ток, который, проходя по сопротивлению нагрузки детектора, создаст на нем соответствующее напряжение. Это напряжение будет управлять анодным током лампы, и в результате этого анодный ток будет изменяться так же, как и ток в цепи детектора. Это значит, что анодный ток можно будет разделить на постоянную, НЧ и ВЧ составляющие, так же как мы это делали с током в цепи детектора.

Благодаря усилительным свойствам лампы с ее анода можно снять переменное напряжение НЧ значительно больше, чем получается на нагрузке детектора в цепи управляющей сетки, то есть в рассматриваемом каскаде происходит не только детектирование, но и усиление сигнала. Детекторный каскад, в котором детектирование осуществляется в сеточной цепи усилительной лампы, а анодная цепь этой лампы используется для усиления низкой частоты, называется сеточным детектором (рис. 111).

Рис. 111. Усиление сигнала в сеточном детекторе происходит так же, как и в обычном усилительном каскаде.

На чертеже 13 показана практическая схема сеточного детектора, собранного на триодной части лампы 6И1П. Применив этот каскад вместо обычного диодного детектора, можно заметно повысить чувствительность приемника. Входящие в каскад детали имеют то же назначение, что и в обычном детекторе или усилителе НЧ. Для того чтобы ВЧ сигнал не попал на вход усилителя НЧ, в анодную цепь детекторной лампы включен специальный фильтр, состоящий из сопротивления R₁₀, преграждающего путь ВЧ составляющей анодного тока ко входу усилителя НЧ, и конденсаторов С"₂₆ и С"'₂₆, замыкающих ВЧ составляющую анодного тока на катод.

Потенциометр R₁₂ теперь включен непосредственно в сеточную цепь лампы Л₃ и, таким образом, выполняет роль сопротивления утечки. Поэтому необходимость в постоянном сопротивлении R₁₂ отпала, и его можно из схемы исключить.

Несмотря на то что сеточный детектор дает дополнительное усиление сигнала, он не нашел применение в промышленных приемниках, так как этот детектор создает значительные нелинейные искажения. Одна из причин этих искажений заключается в том, что лампа всегда работает с сеточными токами, так как в противном случае не могло бы осуществляться детектирование сигнала. Что касается диодного детектора, то он работает практически без искажений лишь в том случае, если подводимое к нему высокочастотное напряжение превышает 1–2 в. В то же время напряжение принятого сигнала в антенной цепи (между гнездами «антенна» — «земля») обычно не превышает нескольких сотен и даже десятков микровольт, и только местные мощные станции создают в антенной цепи напряжение в несколько милливольт. Из сказанного следует, что для нормальной работы диодного детектора поступающий в антенну сигнал должен быть усилен во много тысяч раз. Благодаря резонансным свойствам входной контур несколько повышает напряжение сигнала (практически в пять — пятнадцать раз), однако основное усиление осуществляется ламповыми усилителями ВЧ.

Прежде всего необходимо отметить, что ламповый усилитель высокой частоты в принципе не отличается от любого другого усилительного каскада. В нем также имеется анодная нагрузка, цепь утечки управляющей сетки и цепь для подачи отрицательного смещения на эту сетку. Экранная сетка лампы соединяется с катодом через конденсатор, и на нее подается положительное напряжение. Некоторое отличие усилителя НЧ связано с тем, что на высокой частоте емкостное сопротивление конденсатора резко уменьшается и поэтому почти во всех цепях усилителя ВЧ: в цепи экранной сетки, в цепи, соединяющей один каскад с другим, и т. п. — используются конденсаторы значительно меньшей емкости, чем в усилителе НЧ.

Усиливаемый сигнал на вход первого каскада усилителя ВЧ обычно подается с входного колебательного контура, который, в свою очередь, связан с антенной. В качестве анодной нагрузки в усилителе ВЧ желательно также использовать контур, настроенный на частоту принимаемой станции: мы уже отмечали, что, чем больше настроенных колебательных контуров, тем лучше избирательность приемника. Кроме того, усилительный каскад с контуром в качестве нагрузки даст намного большее усиление, чем каскад с обычным сопротивлением. Это определяется резонансными свойствами самого контура, а также тем, что катушка L_к практически не оказывает сопротивления анодному току и не снижает постоянного напряжения на аноде лампы (рис. 112).

Возможность использования колебательного контура в качестве анодной нагрузки основана на том, что на резонансной частоте контур, включенный в анодную цепь, ведет себя как обычное сопротивление и, как правило, сопротивление очень большое — десятки и сотни ком. Необходимо указать, что это относится только к параллельному контуру — резонансное сопротивление последовательного контура чрезвычайно мало и обычно составляет несколько ом (листы 151, 152).

Резкое увеличение сопротивления параллельного контура при резонансе упрощенно можно объяснить, рассматривая этот контур как два сопротивления x_L и х_с, соединенных параллельно (рис. 113).

Рис. 113. На резонансной частоте параллельный контур ведет себя, как большое сопротивление (для переменного тока).

Как известно, индуктивное сопротивление катушки x_L и емкостное сопротивление конденсатора х_с зависят от частоты: с увеличением частоты x_L растет, а х_с уменьшается. На низших частотах, а точнее, на частотах ниже резонансной сопротивление катушки x_L мало по сравнению с х_с и из-за этого мало и общее сопротивление контура (катушка шунтирует конденсатор). На частотах выше резонансной общее сопротивление контура опять-таки оказывается небольшим из-за уменьшения емкостного сопротивления х_с конденсатора (конденсатор шунтирует катушку). И лишь на резонансной частоте, когда х_с равно x_L, общее сопротивление контура оказывается большим («никто» «никого» не шунтирует). Это сопротивление называется резонансным и обычно обозначается буквой R_оэ. Так же как и добротность контура, величина R_оэ уменьшается с ростом потерь в контуре. Эквивалентное сопротивление контура, так же как и добротность Q, зависит от соотношения между L_к и С_к

Отсюда следует, что, для того чтобы увеличить сопротивление нагрузки усилителя ВЧ, необходимо уменьшать потери в контуре и по возможности применять контур с большой индуктивностью и малой емкостью.

Как мы уже отмечали, принципиально усилитель ВЧ ничем не отличается от любого другого усилителя, однако у него имеется ряд особенностей, которые необходимо учитывать. Прежде всего, в усилителе ВЧ, как правило, применяются специальные лампы — высокочастотные пентоды (второй элемент, обозначения: буква «К» или «Ж»). Основные достоинства этих ламп — это большое (сотни и тысячи килоом) внутреннее сопротивление и малая емкость между анодом и управляющей сеткой С_ас.

Мы уже говорили о том, что через емкость С_ас в лампе возникает обратная связь (см. рис. 66): чем выше частота усиливаемого сигнала, тем легче проходит сигнал из анодной цепи в сеточную и тем меньше должна быть емкость С_ас, чтобы она представляла достаточно большое сопротивление для токов ВЧ. Вот почему в усилителях ВЧ и применяются специальные пентоды, у которых емкость С_ас не превышает нескольких тысячных даней пикофарады.

Между прочим, обратная связь возникает не только через междуэлектродную емкость, но и через емкость между лепестками ламповой панели, между деталями и проводами сеточной и анодной цепи и т. д. (лист 153). Поэтому для усилителя ВЧ нужно не только выбирать лампы с малой проходной емкостью, но и монтаж каскада выполнять так, чтобы цепи управляющей сетки и анода были как можно слабее связаны друг с другом.

Другая особенность высокочастотных пентодов — высокое внутреннее сопротивление — имеет большое значение для усилительного каскада, где анодной нагрузкой является колебательный контур. Дело в том, что для переменной составляющей анодного тока контур и лампа соединены параллельно: один конец контура подключен к аноду лампы непосредственно, а другой подключен к катоду (через конденсатор фильтра выпрямителя или анодного развязывающего фильтра). Таким образом, лампу фактически можно рассматривать как сопротивление, шунтирующее контур. Чем больше внутреннее сопротивление лампы, тем слабее она шунтирует контур, тем выше добротность контура.

Для настройки анодного контура на нужную станцию, так же как и для настройки входного контура, переключают контурные катушки (переход с одного диапазона на другой) и изменяют емкость контура с помощью конденсатора переменной емкости (плавная настройка в пределах диапазона). Если в приемнике имеется два контура, то их необходимо перестраивать одновременно. Для этого необходимо иметь два одинаковых комплекта катушек, два переключателя (или сдвоенный переключатель) и два конденсатора настройки (или сдвоенный блок конденсаторов).

Для нас приемник прямого усиления является лишь ступенью для освоения супергетеродина. Поэтому мы соберем усилитель ВЧ с одним контуром, хотя, используя имеющийся в нашем распоряжении переключатель и блок конденсаторов настройки, а также изготовив еще две катушки, мы вполне могли бы ввести в приемник и второй настраивающийся контур.

Настраивающийся колебательный контур можно включить в сеточную цепь лампы, а в качестве анодной нагрузки использовать высокочастотный дроссель или обычное сопротивление величиной 5—50 ком (см. лист 154,а). Можно поступить и наоборот: включить контур в анодную цепь лампы в качестве нагрузки, а в сеточную цепь включить обычное сопротивление утечки или дроссель (лист 154,б).

Передачу усиленного сигнала из анодной цепи усилителя ВЧ к следующему каскаду, например к детектору, можно осуществить несколькими способами. Проще всего использовать для этой цели разделительный конденсатор С_с, как мы это делали в усилителе НЧ. Емкость конденсатора в этом случае будет составлять 50—200 пф, и этого вполне достаточно для того, чтобы практически беспрепятственно пропустить токи высокой частоты. Вспомните, что в усилителе НЧ для этой цели нужно было брать конденсаторы с емкостью в несколько десятков тысяч пикофарад!

Связь с усилителем ВЧ может осуществляться с помощью специальной катушки L_св (лист 155,в). В этом случае напряжение, которое можно получить на выходе каскада, будет сильно зависеть от того, насколько сильно связаны общим магнитным полем катушки L_к и L_cв, то есть фактически от расстояния между ними.

На первый взгляд может показаться, что, чем ближе одна катушка к другой, тем больше напряжение на выходе каскада (рис. 114).

Рис. 114. Передача сигнала с контура (анодная нагрузка) может осуществляться помощью специальной катушки связи.

В действительности же это не совсем так. Если катушки находятся на большом расстоянии, то при сближении их напряжение на выходе действительно будет увеличиваться. Однако в дальнейшем может наступить такой момент, когда рост напряжения прекратится и, даже более того, оно начнет уменьшаться (рис. 115).

Рис. 115. Чем ближе катушка связи к катушке контура, тем больше сигнал, подводимый к детектору. Однако при чрезмерном сближении этих катушек напряжение на выходе усилителя ВЧ начнет падать из-за дополнительных потерь в контуре.

Связано это с тем, что в результате увеличения степени связи между контурной катушкой L_к и L_cв растет энергия, которая отбирается из контура, а это равносильно тому, что растет сопротивление потерь в контуре R_к и падает добротность Q. Правда, здесь говорить о потерях не совсем правильно, так как энергия, потребляемая из контура, передается в следующий каскад. Однако для контура это не имеет значения — раз энергия потребляется, значит, есть потери, снижающие добротность контура.

Если увеличивать связь между L_к и L_cв, сближая эти катушки, то вначале добротность ухудшается незначительно. Однако при очень сильной связи между катушками добротность контура может ухудшиться настолько сильно, что выходное напряжение U_вых уменьшится (рис. 115). Связь между катушками, при которой выходное напряжение (а значит, и усиление каскада) оказывается максимальным, называется оптимальной, наивыгоднейшей связью. Практически оптимальную связь подбирают так: сближают катушки L_к и L_cв и следят за уровнем сигнала на выходе приемника. Если громкость передачи возрастает, то значит, мы приближаемся к оптимальной связи. Следует помнить, что степень связи между катушками зависит от частоты. Если оставить катушки неподвижными и увеличивать частоту усиливаемого сигнала, то степень связи будет увеличиваться. Учитывая это, оптимальную связь обычно подбирают для среднего участка диапазона и мирятся с тем, что на более низких частотах связь будет несколько слабее, а на более высоких — сильнее оптимальной.

На чертеже 14,а, б (стр. 280) приведены схемы усилителя ВЧ, выполненные на гептодной части лампы 6И1П. Вторая управляющая сетка лампы, которая понадобится лишь в с у пер гетер один ном приемнике, временно соединена с катодом.

В первой схеме настраивающийся колебательный контур включен в цепь управляющей сетки, а во второй — в анодную цепь. Данные контуров, а также подключение их к переключателю диапазонов остаются такими же, как и в детекторном приемнике (см. чертеж 2). В обоих случаях после усилителя ВЧ включен детектор, собранный на триодной части лампы 6И1П в первом случае по последовательной, а во втором — по параллельной схеме.

Все детали, которые можно встретить в усилителе ВЧ, уже знакомы нам. Это защитный конденсатор С₁; конденсатор связи с антенной С'₁; развязывающий фильтр R₅С₉, преграждающий путь высокочастотной составляющей анодного тока в общие цепи питания ламп; сопротивление нагрузки детектора R₁₁ дополнительным сопротивлением R₁₀ преграждающим путь ВЧ составляющей продетектированного сигнала на вход усилителя НЧ; гасящее сопротивление и конденсатор развязки R₄С₈, в цепи экранной сетки; переходной конденсатор С₂₆, который в схеме а пропускает к детектору высокочастотный ток с анода лампы усилителя ВЧ и в то же время предохраняет детектор от попадания постоянного анодного напряжения, и др.

Единственная деталь, с которой мы еще незнакомы, это конденсатор С'₅ в схеме б. Если этот конденсатор исключить, то на статорные пластины конденсатора настройки С₅, с анода лампы будет попадать высокое постоянное напряжение. В этом случае при случайном замыкании статорных и роторных пластин источник окажется замкнутым на «землю» через катушку L₂ или L₄ и сопротивление развязки L₅. В результате по этому сопротивлению пойдет большой ток, оно перегреется и выйдет из строя. Попутно заметим, что сопротивления анодных развязывающих фильтров и гасящие сопротивления в цепи экранных сеток выходят из строя при пробое конденсаторов, соединяющих эти сопротивления с шасси.

Конденсатор С'₅ предохраняет конденсатор настройки С₅ от попадания постоянного анодного напряжения. Поскольку даже максимальная емкость конденсатора настройки во много раз меньше, чем емкость конденсатора С'₅, то этот конденсатор на резонансную частоту контура практически не влияет (конденсаторы соединены последовательно, и их общая емкость примерно равна наименьшей из емкостей — лист 89).

Для того чтобы было яснее, каким образом колебательный контур оказывается включенным в анодную цепь в качестве нагрузки, напомним, что ротор конденсатора С₅ соединен с земляным проводом и, таким образом, через конденсатор С₉ оказывается подключенным к верхним (по схеме) выводам катушек L₂ и L₄. Верхние выводы обеих катушек соединены вместе, а один из нижних выводов подключается к аноду лампы с помощью переключателя диапазонов. Другая секция переключателя коммутирует катушки связи.

В качестве дросселя Др₁ можно использовать любую контурную катушку длинноволнового или средневолнового диапазона. Можно изготовить дроссель самому на любом из каркасов, описанных ранее (см. чертежи 4, 5,а, б, в, г, д). При наличии сердечников число витков дросселя выбирается в пределах 80—150 (провод ПЭ-0,1–0,2). На каркасе без сердечника дроссель наматывают между двумя картонными щечками. В этом случае его обмотка должна содержать 100–250 витков того же провода.

В крайнем случае вместо дросселя можно использовать обычное сопротивление 20–30 ком. При включении этого сопротивления в анодную цепь необходимо увеличить в 2–3 раза сопротивление в цепи экранной сетки. При этом, однако, снижается усиление каскада. Особенно нежелательно заменять дроссель сопротивлением в сеточной цепи (чертеж 14,б), так как возможно резкое увеличение фона. Это объясняется тем, что дроссель практически закорачивает входную цепь для токов с частотой 50 гц (частота напряжения сети), так как его сопротивление для низких частот очень мало. В то же время на сопротивлении может появиться значительное напряжение, создающее фон. (Закон Ома: U = I·R; чем больше R, тем больше U.)

В обоих схемах сопротивление R₅ и конденсатор С₉ — это так называемый развязывающий фильтр. Его вводят для того, чтобы переменная составляющая анодного тока не проходила по сравнительно длинным проводам питания, а замыкалась на «землю» вблизи усилительного каскада. Подобные фильтры можно часто встретить в анодных, экранных и сеточных цепях усилительных каскадов. В некоторых случаях оказывается возможным отказаться от применения развязывающих фильтров, несмотря на то что они указаны на схеме. Иногда же, наоборот, для того чтобы устранить самовозбуждение, приходится вводить развязывающие фильтры даже там, где на схеме их нет. Несколько примеров развязывающих фильтров показано на рисунке 116.

Основное правило при выборе деталей R_ф и С_ф состоит в том, что емкостное сопротивление конденсатора С_ф, для самой низкой из частот, должно быть во много раз меньше, чем сопротивление R_ф. Вспомогательная таблица для выбора, элементов фильтра приведена на рисунках 116 и 81.

Рис. 116. В различных узлах радиоаппаратуры можно встретить развязывающий RC фильтр — простейшую цепь, разделяющую постоянный и переменный ток.

Во всех рассмотренных нами схемах усилителей ВЧ применена так называемая последовательная схема питания анодной цепи (лист 156), где постоянное напряжение на анод подается через контурную катушку. Наряду с этим существует и параллельная схема, где постоянное напряжение на детали контура не попадает.

Обе приведенные на чертеже 14 практические схемы усилителя ВЧ примерно одинаковы, и все же предпочтение можно было бы отдать первой схеме, так как контур здесь не шунтируется внутренним сопротивлением лампы и не нагружен таким значительным потребителем энергии, каким является детектор.

Однако, несмотря на это, в нашем приемнике мы соберем усилитель ВЧ с контуром в цепи анода (схема «б») Это позволит нам резко улучшить чувствительность и избирательность приемника за счет использования положительной обратной связи.

Мы уже несколько раз упоминали об обратной связи в усилительном каскаде. Сейчас настал момент поговорить о ней более подробно.

Напряжение на сетке лампы управляет анодным током и тем самым влияет на анодное напряжение. Иными словами, цепь управляющей сетки связана с анодной цепью через электронный поток, и эта нормальная, прямая связь между сеткой и анодом лежит в основе усилительных свойств лампы. Но в усилительном каскаде может возникнуть и обратная связь, то есть обратное влияние анода на управляющую сетку.

Часто обратная связь возникает помимо нашего желания (например, через источники питания, через проходную емкость лампы или из-за близкого расположения анодных и сеточных цепей), и при этом она может сильно ухудшить работу приемника или усилителя.

Однако во многих случаях мы умышленно создаем в усилительном каскаде обратную связь и с ее помощью улучшаем работу каскада, например, снижаем искажения в усилителе НЧ или повышаем избирательность усилителя ВЧ.

В этом отношении обратная связь чем-то напоминает огонь, который при умелом обращении с ним может сделать много полезных дел. Но огонь может стать страшным злом, если потерять над ним контроль.

Влияние обратной связи на работу каскада прежде всего зависит от того, как взаимодействует напряжение, поступившее на сетку из анодной цепи (напряжение обратной связи U_oc), с усиливаемым сигналом U_вx, поступившим на сетку с предыдущего каскада.

Если оба эти напряжения действуют «согласованно», то есть если их положительные полупериоды, как и отрицательные, наступают одновременно, то обратная связь называется положительной. Если же напряжение обратной связи противодействует напряжению усиливаемого сигнала, то обратная связь называется отрицательной (см. рис. 117).

Рис. 117. Для улучшения работы усилителя часто специально вводят обратную связь — часть энергии из анодной цепи передают в сеточную. Обратная связь может быть положительной (переменное напряжение на сетке возрастает) или отрицательной (переменное напряжение на сетке уменьшается).

Поясним все это примерами. Предположим, что в усилителе без обратной связи на сетку подается переменное напряжение U_вх с амплитудой 10 в. Введем слабую отрицательную обратную, которая создает на сетке переменное напряжение U_oc с амплитудой 1 в. Поскольку обратная связь отрицательна, то напряжение на сетке U_c уменьшается до 9 в (10 в — 1 в = 9 в). Усилим обратную связь настолько, чтобы амплитуда напряжения U_oc равнялась бы 3 в. Это приведет к дальнейшему уменьшению результирующего напряжения до 7 в (10 в — 3 в = 7 в).

Теперь подадим на сетку напряжение положительной обратной связи U_oс с такими же амплитудами. Поскольку при положительной обратной связи напряжения U_вх и U_oc складываются, то результирующее напряжение U_c будет составлять соответственно 11 в и 13 в (10 в + 1 в и 10 в + 3 в).

Попутно заметим, что при введении обратной связи всегда отбирается энергия из анодной цепи лампы и передается в ее сеточную цепь. Однако сам отбор этой энергии почти не влияет на процессы в анодной цепи, так как для создания обратной связи, как правило, нужна очень небольшая мощность — всего несколько процентов полезной выходной мощности каскада.

Существует много схем обратной связи. Некоторые из них упрощенно показаны на листах 157, 158.

В одной из приведенных схем (б) напряжение обратной связи создается на сопротивлении R_к при прохождении по-нему переменной составляющей анодного тока. Переменный анодный ток создает на сопротивлении R_к переменное падение напряжения, которое действует между катодом и шасси, то есть фактически подается на управляющую сетку (лист 137). Так и осуществляется влияние анодной цепи на сеточную, то есть обратная связь между этими цепями. Напомним, что когда сопротивление было зашунтировано конденсатором, то переменная составляющая анодного тока проходила помимо сопротивления R_к, переменного напряжения на нем не возникало, и поэтому обратная связь отсутствовала. Обратная связь в этом случае всегда получается отрицательной, и это легко пояснить примером. Предположим, что на сетке увеличивается положительное напряжение U_вx и это, как обычно, увеличивает анодный ток. При этом возрастает и напряжение U_к, которое анодный ток I_а создает на сопротивлении R_к (U_к = I_a·R_к — закон Ома!). Поскольку «плюс» напряжения U_к приложен к катоду, а «минус» к сетке, то с увеличением этого напряжения анодный ток будет уменьшаться (чем больше «минус» на сетке, тем меньше анодный ток!). Из всего этого следует, что с увеличением положительного напряжения U_вх,которое «стремится» увеличить анодный ток, возрастает и отрицательное напряжение обратной связи U_к, (U_oc), которое «стремится» уменьшить анодный ток. Иными словами, оба эти напряжения действуют «друг против друга», а значит, обратная связь отрицательна. Чем больше сопротивление R_к, тем больше и напряжение обратной связи, или, как говорят иначе, тем сильнее, глубже обратная связь.

В другой схеме (а) сопротивление утечки R_c и емкость С_ос (это может быть междуэлектродная емкость или специально включенный конденсатор) образуют делитель напряжения, и часть переменного анодного напряжения действует на сопротивлении R_c, то есть между сеткой и катодом. Это и есть напряжение обратной связи. Оно будет тем больше, чем выше частота усиливаемого сигнала и чем больше емкость С_ос, то есть чем меньше сопротивление верхнего участка делителя (х_с). В данном случае обратная связь может быть как положительной, так и отрицательной — это зависит от многих факторов и в том числе от частоты усиливаемого сигнала.

В некоторых случаях обратная связь осуществляется с помощью специальной катушки обратной связи L_oc (лист 158), которая располагается вблизи контурной катушки L_к. Здесь легко можно изменить характер обратной связи, то есть установить положительную или отрицательную обратную связь.

Для этого достаточно поменять местами концы катушки L_oс или контурной катушки L_к или же повернуть одну из катушек вверх «дном», то есть на 180 градусов. Степень связи зависит от соотношения числа витков катушек L_к и L_oc и от расстояния между этими катушками: при сближении катушек обратная связь усиливается.

Обратная связь может охватывать сразу несколько каскадов. Так, например, в усилителях НЧ иногда вводят обратную связь между анодной цепью выходного и сеточной цепью первого каскада.

Вы, очевидно, помните, что при детектировании, наряду с полезным низкочастотным сигналом, появляются «отходы производства» — постоянная и высокочастотная составляющие. Поскольку сеточный детектор не только детектирует, но и усиливает, то в его анодной цепи мы получим высокочастотную составляющую более мощную, чем в цепи сетки. До сих пор этот высокочастотный сигнал пропадал у нас напрасно — он сразу же замыкался на «землю» через конденсатор фильтра С_ф-вч, (С_ф-Д, см. лист 150 и рис. 111).

Теперь мы попробуем использовать высокочастотную составляющую — создадим положительную обратную связь и часть бесполезно пропадавшей высокочастотной энергии из анодной цепи детектора направим в его сеточную цепь, а точнее, в колебательный контур (лист 162).

Во всяком контуре неизбежно существуют потери энергии. Как мы уже говорили, эти потери удобно характеризовать сопротивлением R_к (не путайте с катодным сопротивлением), включенным последовательно с катушкой и конденсатором.

Чем больше R_к, то есть чем больше потери в контуре, тем хуже его добротность и «тупее» резонансная кривая, тем меньше напряжение, действующее на контуре при резонансе.

Благодаря положительной обратной связи в контур поступает дополнительная энергия, которая компенсирует потери в нем, что равносильно уменьшению сопротивления R_к. Чем сильнее положительная обратная связь, тем в большей степени скомпенсированы потери в контуре, тем выше его добротность и острее резонансная кривая, тем больше напряжение сигнала, действующее на контуре (рис. 118).

Таким образом, положительная обратная связь улучшает избирательность и повышает чувствительность приемника. Положительная обратная связь может применяться не только в сеточном детекторе, где ВЧ составляющая ранее не использовалась, но и в усилителе ВЧ, где некоторую часть энергии усиленного сигнала можно безболезненно направить во входной контур для компенсации потерь в нем.

Сеточный детектор с положительной обратной связью называют регенеративным детектором. Слово «регенерация» (восстановление, восполнение) в данном случае относится к компенсации потерь в контуре, к восполнению теряемой в нем энергии.

Работа регенеративного детектора или усилителя ВЧ очень сильно зависит от степени положительной обратной связи: при слишком слабой связи добротность контура увеличится незначительно, при чрезмерно сильной связи регенеративный детектор начинает генерировать, то есть сам становится источником высокочастотного напряжения (рис. 119).

Рис. 119. При слишком сильной обратной связи потери компенсируются полностью, в контуре возникают незатухающие колебания, и усилитель превращается в генератор.

Последнее можно объяснить следующим образом. При сильной обратной связи создаются условия для полной компенсации сопротивления потерь R_к, и достаточно малейшего толчка напряжения на конденсаторе С_к или тока в катушке L_к, чтобы в контуре начались незатухающие колебания, то есть чтобы регенеративный детектор превратился в генератор. Практически появление генерации можно определить по сильному «свисту», на фоне которого иногда с большими искажениями прослушивается принимаемая станция.

В регенеративном детекторе желательно установить достаточно сильную положительную обратную связь (чем сильнее эта связь, тем выше добротность контура), но в то же время нельзя допустить появления генерации.

К сожалению, на степень, или, как обычно говорят, глубину, обратной связи сильно влияет много различных факторов: глубина обратной связи зависит от питающих напряжений, от силы принимаемого сигнала и от его частоты: с повышением частоты обратная связь усиливается. Поэтому в приемнике прямого усиления нельзя раз и навсегда установить наивыгоднейшую обратную связь, а приходится в каждом отдельном случае подбирать ее.

Для регулирования обратной связи в приемнике имеется отдельный орган управления, чаще всего переменное сопротивление, изменяющее режим каскада, или конденсатор переменной емкости (рис. 120, листы 160, 161, 162).

Попутно заметим, что регенеративный детектор или усилитель ВЧ с положительной обратной связью нельзя использовать в качестве первого каскада приемника, так как при регулировании обратной связи приемник может превратиться в передатчик, создающий сильные радиопомехи.

На чертеже 15 показаны принципиальная и монтажная схемы высокочастотной части двухдиапазонного приемника прямого усиления 1-V-2 с регенеративным детектором. В приемнике используются те же детали, что и в детекторном приемнике.

Катушки L₁ и L₃ которые раньше включались в антенную цепь, сейчас используются для получения положительной обратной связи. Число витков этих катушек следует уменьшить в пятнадцать — двадцать раз по сравнению с данными, приведенными на чертежах 4 и 5. Правильность подключения катушекL₁ и L₃ определяется опытным путем. Для регулировки обратной связи при настройке на принимаемую станцию используется переменное сопротивление R₃₂, которое ранее использовалось в цепи регулировки тембра (R₁₆). С помощью этого сопротивления можно изменять постоянное напряжение на аноде лампы детектора (R₃₂ вместе с R'₃₂ образует делитель напряжения). При этом изменяется усиление регенеративного детектора, а следовательно, и глубина обратной связи.

Почти все детали приемника уже знакомы нам. Следует лишь еще раз обратить внимание на каскад сеточного детектора с положительной обратной связью. С анодной нагрузки усилителя ВЧ (контур L₂С₅ или L₄C₅) высокочастотный сигнал через переходной конденсатор С₂₆ подается на сетку детекторного каскада (триодная часть лампы Л₁). Детектирование осуществляется в сеточной цепи лампы, и нагрузкой детектора служит сопротивление R₁₁. Как мы уже отмечали, в анодной цепи сеточного детектора существует и высокочастотная и низкочастотная составляющие усиленного сигнала. В соответствии с этим в анодную цепь включаются два сопротивления нагрузки: R'₂₄ для ВЧ составляющей и R"₂₄  для НЧ составляющей.

Непосредственно с анода лампы через разделительный конденсатор C'₂₆ высокочастотная составляющая подается на катушки обратной связи L₁ или L₃.

В процессе налаживания приемника ориентировочно устанавливается необходимая обратная связь подбором емкости конденсатора C'₂₆ и сопротивления R'₂₄, которое играет роль анодной нагрузки для ВЧ составляющей. При настройке приемника на станцию в каждом отдельном случае нужно подбирать наивыгоднейшую обратную связь с помощью сопротивления R₃₂.

Распайка выводов контурных катушек и катушек обратной связи показаны на чертеже 8. Схема аналогичного приемника с питанием от батарей приведена на чертеже 14,в.

Используя отдельные узлы, схемы которых приведены на чертежах 13, 14, 15, можно собрать приемник прямого усиления по нескольким различным схемам: с разными усилителями ВЧ или вообще без них, с различными детекторными каскадами. Наиболее высокой чувствительностью и избирательностью будет обладать приемник 1-V-2 с регенеративным детектором. Правда, у этого приемника имеется серьезный недостаток — сложность настройки на станцию. Это связано с тем, что, кроме настройки, в резонанс колебательного контура необходимо еще и подобрать наивыгоднейшую обратную связь. Особенно осложняется настройка на более высоких частотах, например в начале средневолнового диапазона. На коротких волнах регенеративный детектор работает крайне неустойчиво, а настройка на станцию приемника с таким детектором очень затруднена. По всем этим причинам приемники с регенерацией уже много лет не выпускаются промышленностью.

Если же отказаться от положительной обратной связи, то в приемнике прямого усиления трудно будет получить удовлетворительную чувствительность и избирательность. Для этого нужно иметь сложнейший блок конденсаторов и очень большое количество катушек (рис. 121).

Рис. 121. В приемнике прямого усиления с многокаскадным усилителем ВЧ все контуры необходимо настраивать на частоту принимаемой станции, а для этого нужно иметь громоздкий блок конденсаторов, большое число катушек и сложный переключатель.

Но и при использовании большого числа контуров избирательность и чувствительность приемника прямого усиления будут резко ухудшаться с увеличением частоты и на КВ диапазоне станут совершенно неудовлетворительными. Одна из причин ухудшения избирательности состоит в том, что при переходе на средние и особенно на короткие волны приходится уменьшать индуктивность катушек, а при этом уменьшается добротность контуров (лист 77). Из-за уменьшения индуктивности катушек падает и эквивалентное сопротивление контуров R_оэ, используемых в качестве анодной нагрузки (лист 152), а следовательно, и усиление высокочастотных каскадов.

Большинство недостатков приемника прямого усиления сравнительно просто устраняется в супергетеродине, с работой которого мы познакомимся в следующей главе.