Настоящий триод в настоящем усилителе

Почти все современные отечественные лампы имеют вертикальную конструкцию. Вертикально располагаются внутри баллона электроды да и сама лампа, как правило, стоит в аппаратуре вертикально. Правда, иногда можно встретить и лампу, установленную горизонтально, но это на ее работу не влияет — лампу можно переворачивать хоть «вверх ногами».

Внутри баллона все электроды объединены в одну жесткую конструкцию. Они закреплены на металлических стойках — траверсах, как бы зажатых между двумя слюдяными дисками (рис. 36, а). В центре находится катод, а вокруг него на двух траверсах навита управляющая сетка, которая, правда, уже давно для простоты выполняется в виде спирали (рис. 35, б). Поверх управляющей сетки-спирали, также на двух траверсах, закреплен анод — круглый или сплюснутый цилиндр, а иногда и прямоугольный короб. В лампах такой конструкции электроны двигаются к аноду во всех направлениях, пути электронов напоминают лучи солнца на детском рисунке.

Выводы всех электродов направлены вниз и выходят наружу сквозь дно баллона. Для того чтобы упростить подключение лампы к электрическим цепям радиоаппарата, применяется состоящий из панельки и цоколя электрический разъем — некоторое подобие розетки с вилкой. Цоколь закреплен на баллоне, и к его контактным штырькам подсоединены выводы электродов. Панелька, наоборот, устанавливается на шасси радиоаппарата, и различные его цепи соединены с контактными гнездами панельки. Лампа включается в аппарат, когда штырьки цоколя входят в соответствующие гнезда панельки.

На протяжении многих лет в нашей стране в основном выпускались стеклянные и металлические лампы с пластмассовым октальным цоколем (рис. 37,в). Такое название он получил потому, что имеет восемь (по-гречески — окта) контактных штырьков, равномерно расположенных по кругу. Иногда, правда, в зависимости от количества электродов в лампе, на октальном цоколе может быть меньше восьми штырьков. Для того чтобы не произошло ошибки при установке лампы, в центре цоколя имеется ключ с выступом, а в панельке вырез соответствующей формы. Благодаря этому лампа может быть установлена на панели только в одном-единственном положении. В некоторых, в основном в старых, типах ламп один из электродов (почти всегда управляющая сетка) имеет отдельный вывод — колпачок в верхней части баллона.

Два слова о металлических лампах, которые, вообще-то говоря, мало чем отличаются от стеклянных. В дно металлической лампы вварена стеклянная «пуговичка», сквозь которую проходят выводы электродов. Через нее же производится откачка воздуха.

Кстати, о воздухе. Для того чтобы «связать» воздух, который остается даже после самой тщательной откачки, в баллон вводят специальный поглотитель — геттер. После того как лампа полностью изготовлена, геттер особым способом распыляют и он осаждается на стенках. При этом получается черное, а местами зеркальное покрытие, которое хорошо видно в стеклянных лампах.

Несколько лет тому назад наша промышленность освоила новую конструкцию ламп, которые из-за сравнительно небольших габаритов были названы пальчиковыми. Сейчас эти лампы стали самыми распространенными. В пальчиковых лампах роль цоколя выполняет стеклянное дно, в котором закреплены контактные штырьки. Выводы электродов приварены к штырькам внутри баллона.

Пальчиковые лампы бывают двух типов — семиштырьковые (рис. 37, а) и девятиштырьковые (рис. 37, б). Совершенно очевидно, что в соответствии с этим выпускаются семи- и девятигнездные панельки. На цоколе любой пальчиковой лампы всегда имеются все семь или девять ножек. Для правильной установки лампы расстояние между двумя определенными соседними ножками заметно увеличено. Нужно прямо сказать, что вставить пальчиковую лампу в панельку не всегда просто, особенно если панелька находится в каком-нибудь труднодоступном углу. Здесь нужно забыть про свои мускулы и рассчитывать только на терпение.

В некоторых аппаратах, например в слуховых, применяются так называемые сверхминиатюрные лампы, которые в несколько раз меньше пальчиковых. Эти лампы не имеют ни цоколя, ни штырьков — выводы у них сделаны из гибкого провода, который просто припаивается к нужным элементам цепи.

Заканчивая разговор об устройстве лампы, рассмотрим более подробно один из ее электродов, а именно — катод. Все катоды можно разделить на две основные группы: прямого накала (рис. 36, б) и подогревные, или как их еще называют, косвенного накала (рис. 36, в). Катод прямого накала — это обычная растянутая между слюдяными дисками проволочка, двойная, похожая на букву Л, или зигзагообразная, напоминающая букву М. Прямонакальным такой катод называют потому, что он сам является спиралью «электроплитки», то есть ток накала проходит непосредственно по нему.

Иначе устроен подогревный катод. Он представляет собой круглую или прямоугольную трубку, внутрь которой вставлен специальный подогреватель — тонкая, сложенная в несколько раз и тщательно изолированная проволока или спираль, которую часто называют нитью накала. Такой катод — это уже не электроплитка, а всего лишь чайник, установленный на плитке-подогревателе. Система с подогревом почти всегда имеет три вывода — два от подогревателя и один самостоятельный от катода. В то же время прямонакальный катод имеет всего два вывода — ведь он «сам себе» подогреватель. Нить накала в подогревном катоде играет вспомогательную роль, и поэтому отдельным электродом ее не считают и на упрощенных схемах не рисуют.

Когда-то катоды электронных ламп делали из тугоплавкого металла и нагревали их до температуры 2000–3000 градусов. Лампа с таким катодом могла бы по совместительству освещать, а иногда даже обогревать помещение. Сейчас вольфрамовые катоды сохранились лишь в очень мощных лампах, предназначенных для радиопередатчиков. Во всех электронных лампах небольшой мощности, и в том числе в лампах для приемников, телевизоров, магнитофонов, используются активированные катоды. Они лучше, чем вольфрамовые, эмиттируют электроны, потребляют меньше энергии и работают при сравнительно небольших температурах — 800—1200 градусов.

Как вы уже, очевидно, догадались, все эти замечательные свойства достигаются за счет того самого активирования, о котором говорится в названии катода.

Активирование заключается в том, что катод снаружи покрывают тончайшим, буквально в один атом толщиной, слоем бария или окислов некоторых металлов. Активирование облегчает электронам выход из катода, но в то же время активированные катоды требуют очень бережного отношения к себе. Даже небольшое на 5—10 % перекаливание активированного катода резко снижает срок его службы — активный слой преждевременно разрушается и лампа выходит из строя, как принято говорить, «теряет эмиссию». При нормальной эксплуатации большинство ламп с активированным катодом работает несколько тысяч часов.

Следующий вопрос, на котором мы остановимся, это включение триода в реальную усилительную схему. Здесь есть одна очень важная особенность, с нее мы и начнем.

Сколько будет 2 + 2? Подождите улыбаться, нам сейчас придется рассмотреть случай, когда результат равен… трем.

Для того чтобы подвести к усилителю входное напряжение, нужно иметь два входных зажима. Два зажима нужно для того, чтобы вывести или, как говорят, снять усиленное выходное напряжение. В итоге получается четыре. А у триода есть только три электрода (подогреватель считать нечего, мы уже об этом говорили). Вот и выходит, что нам нужно получить 2 + 2 = 3! И самое интересное, что сделать это можно, причем тремя разными способами: нужно так составить схему, чтобы один из электродов — катод, анод или сетка использовался бы дважды — и во входной и в выходной цепи (рис. 38, а, б, в). Из этих трех решении мы рассмотрим одно самое распространенное — схему с общим катодом (рис. 38, а).

Перед тем как рисовать схему, еще одно замечание. Радиоэлектронную аппаратуру, как правило, монтируют на металлическом шасси (хотите убедиться — загляните внутрь приемника). Шасси — хороший проводник тока, и его всегда используют как одну из соединительных цепей. В приемниках, например, шасси выполняет роль проводника, соединенного с заземлением. Поэтому когда требуется какую-нибудь деталь заземлить, ее просто соединяют с шасси. Так поступают и с катодом. В этом случае все цепи, соединяющиеся с катодом, а таких цепей несколько, достаточно подключить к шасси. Совершенно ясно, что шасси сможет служить одним из проводов накала. Если лампа имеет катод прямого накала, то с шасси соединяют «плюс» накальной батареи и одновременно «сажают» на шасси один из выводов катода каждой лампы. Это позволит вести к катоду лишь один провод от накальной батареи, от ее «минуса».

Теперь нарисуем схему, она довольно проста (рис. 39, а).

Источник входного сигнала (в нашем примере микрофон) одним концом, через конденсатор С₁, подключается к сетке, другим — к катоду через шасси. Таким образом, усиливаемое напряжение, как это и должно быть, действует между сеткой и катодом.

«Минус» анодной батареи заземлен, то есть опять-таки подключен к катоду. «Плюс» попадает на анод через сопротивление нагрузки R₂. Анодный ток замыкается по цепи: «плюс»— нагрузка анод — катод — шасси — «минус». Ну, а как снять усиленное напряжение с нагрузки? Для того чтобы упростить эту операцию, «плюс» анодной батареи заземляют через конденсатор С₂. Этот конденсатор называют по-разному — иногда развязывающим или просто развязкой, иногда блокировочным, а иногда конденсатором фильтра. В дальнейшем мы будем пользоваться первым названием — оно лучше других отражает суть дела.

На постоянное напряжение и постоянную составляющую анодного тока конденсатор развязки не оказывает никакого влияния. Что же касается переменной составляющей, то теперь она с нагрузки замкнется прямо на шасси, то есть на катод. Таким образом, наш конденсатор как бы развязывает сложный узел, отводит переменную составляющую от анодной батареи, где этой составляющей, грубо говоря, нечего делать.

Благодаря включению развязки возникающее на нагрузке переменное (выходное) напряжение действует между анодом и заземленным катодом. Правда, если вы захотите отвести это напряжение или просто измерить его, то к аноду лампы нужно будет подключиться через конденсатор С₃ — он предохранит вас от постоянного напряжения, которое всегда имеется на аноде. Этот конденсатор обычно называют разделительным или переходным.

Еще одна деталь, которую можно увидеть на схеме, сопротивление R₁, включенное между сеткой и катодом. Оно называется сопротивлением утечки или просто утечкой и нужно для того, чтобы электроны, попавшие на сетку, могли как-нибудь вернуться на катод. Если утечки не будет, то электроны, случайно попавшие на сетку, будут накапливаться там и через некоторое время их общий отрицательный заряд на сетке создаст непреодолимое препятствие для электронов, которые летят к аноду. Анодный ток прекратится, и лампа, как принято говорить, окажется запертой.

Не нужно, однако, думать, что любой отрицательный заряд, то есть любое отрицательное напряжение на сетке (относительно катода), запирает лампу. Отсутствие утечки опасно тем, что на сетке образуется слишком большой «минус». Что же касается небольшого отрицательного напряжения, то оно оказывается даже полезным, так как ограничивает начальную величину анодного тока и резко уменьшает, практически совсем ликвидирует, никому не нужный сеточный ток (рис. 35, г). Такое отрицательное напряжение — его называют отрицательным смещением — почти всегда подают на сетку одновременно с усиливаемым сигналом. В нашей схеме источником смешения является отдельная батарея Б_с. Конденсатор C₁ предохраняет ее от замыкания на землю через цепь микрофона.

В приемниках такая схема почти никогда не применяется. В приемниках можно встретить три схемы подачи отрицательного смещения. В первой (рис. 39, б) оно образуется на небольшом сопротивлении R₂, включенном между катодом и шасси. По этому сопротивлению проходит анодный ток I_а, и на нем возникает постоянное напряжение, которое и служит смещением. Поскольку ток течет с катода к шасси, то «плюс» этого смещения приложен к катоду, а «минус» через сопротивление утечки R₁ к сетке. Для того чтобы беспрепятственно пропустить на шасси переменную составляющую анодного тока, в катодную цепь включают развязывающий конденсатор С₁.

В другой схеме (рис. 39, в) источником смещения служит сама утечка R₁. Дело в том, что небольшой сеточный ток и лампе есть всегда, и если взять очень большое 10–20 Мом, то на нем можно получить смещение порядка 1 в. С третьей, очень распространенной схемой подачи отрицательного смещения мы познакомимся позже (рис. 48).

Если вы разобрались, как работает простейший усилитель, выполненный на простейшей усилительной лампе — триоде, то у вас в руках ключ к пониманию работы всего приемника. Любой, даже самый сложный приемник — это прежде всего колебательные контуры, детектор, ламповые усилители, и теперь мы знакомы со всеми этими элементами.

Мы не случайно назвали триод простейшей усилительной лампой. Наряду с триодом существуют более сложные электронные лампы, и в основном именно они применяются в современных приемниках.