«Мы с вами где-то встречались…»

Эту фразу вы произнесете, наверное, не раз, когда будете знакомиться с самыми различными радиоэлектронными приборами — карманными транзисторными приемниками, телевизорами, медицинской аппаратурой, вычислительными машинами. «Мы с вами где-то встречались…» Это — и в адрес многих электрических цепей, схемных элементов, деталей и способов их соединения. Как старых знакомых, встретите вы выпрямитель, детектор, фильтры, преобразователи спектра, усилительный каскад, делитель напряжения, трансформатор, одним словом, все, с чем вы познакомились в радиовещательном приемнике. Конечно, заранее трудно предвидеть, где и в каком виде вы повстречаете своих новых знакомых, но мы все же попробуем заглянуть в будущее и предсказать несколько подобных встреч.

…В супергетеродинном приемнике электронная лампа выступала в трех ролях — усилителя, генератора и выпрямителя (детектора). Нужно сказать, что все три роли, а особенно первая, это классический репертуар — с ним лампа выходит на любую арену, появляется в самых разных радиоэлектронных приборах.

Задача усиления возникает очень часто потому, что «исходным материалом» в большинстве приборов является довольно слабый сигнал, например, сигнал, который дает микрофон, антенна приемника или телевизора, фотоэлемент звуковой киноустановки, воспроизводящая головка магнитофона, датчики давления, температуры, ускорения и другие «органы чувств» электронных автоматов.

Многокаскадные усилители, так же, как отдельные усилительные каскады, могут очень сильно отличаться друг от друга. Их схема и конструкция зависит от мощности усиливаемого сигнала, его частоты и формы кривой, от типа примененных ламп и источников их питания, от того, какой сигнал нужно получить на выходе усилителя, и от многих других факторов. Так, например, в телевизорах и радиолокаторах вы встретите широкополосные усилители, которые равномерно пропускают сигналы очень широкого спектра частот — от нескольких герц до нескольких мегагерц. Типичным элементом таких усилителей являются разнообразные RC и LC фильтры для корректировки различных участков частотной характеристики.

Специфические черты есть и в усилителях сверхвысоких радиочастот — сотни и тысячи мегагерц. Здесь можно встретить не только необычные контуры — катушки, содержащие 2–3 витка, или даже небольшие отрезки проводов, но и специальные лампы, как правило, триоды, а также специфические электровакуумные приборы, например, клистроны и магнетроны. Особый класс составляют мощные и сверхмощные усилители, которые применяются в больших радиоузлах и радиопередатчиках. Здесь главное внимание уделяется режиму ламп, повышению коэффициента полезного действия, уменьшению различных видов потерь, в частности, потерь энергии в анодной цепи. В некоторых усилителях выходные лампы развивают мощность в десятки и даже сотни киловатт! У многих ламп анодные токи достигают такой величины, что приходится применять специальную систему водяного охлаждения анода.

И несмотря на все эти различия, усилительные каскады на электронных лампах очень напоминают друг друга. В любом из них вы найдете знакомую систему питания, цепь утечки сетки, элементы связи с предыдущими и последующими каскадами и, конечно, нагрузку — сопротивление, контур, дроссель, трансформатор или какой-нибудь другой элемент, обычно включенный в анодную цепь.

В ряде случаев вы можете встретить не только знакомый элемент усилителя, но и весь усилитель целиком. Так, в приемниках, магнитофонах, телевизорах, небольших радиоузлах и кинопередвижках применяются усилители низкой частоты, мало чем отличающиеся один от другого. Во всяком случае в комбинированных радиоустановках — их часто называют радиокомбайнами — имеется один общий усилитель НЧ, который, так же как и в радиоле, прекрасно обслуживает «всю компанию», то есть просто переключается с одного источника низкочастотного сигнала на другой.

* * *

ЗЕМЛЯ!

На задней стенке приемника рядом с гнездом А — «антенна» вы увидите гнездо 3 — «заземление». Заземление — это провод, зарытый в землю или присоединенной к тщательно зачищенной водопроводной трубе. Для детекторных и батарейных приемников заземление необходимо, а вот сетевое прекрасно обходятся без него. Правда, и у них заземление может дать некоторый эффект, например, несколько снизить уровень фона. У некоторых приемников и радиол («Москвич-В», «Заря», «Арз-49», «Рекорд-47», «Рекорд-52» и др.) сеть непосредственно связана с металлическим шасси, и поэтому подключать к нему заземление ни в коем случае нельзя.

* * *

…Скромный, маломощный гетеродин супера является представителем могучего отряда ламповых генераторов. Этот отряд хотя и входит в армию усилителей (генератор — это не что иное, как усилитель с сильной положительной обратной связью), но занимает в ней совершенно особое положение.

Знакомые схемы генераторов вы встретите в радиопередатчиках, где они являются источниками высокочастотных колебаний и задают несущую частоту. Генератор — это основа многих контрольных и измерительных приборов, в частности приборов для настройки приемников и телевизоров, для измерения емкости, индуктивности и частоты. Специальные генераторы, которые дают напряжение пилообразной формы, имеются в каждом телевизоре — с их помощью электронный луч строку за строкой прочерчивает экран, осуществляя развертку телевизионного изображения. Вспомогательный генератор сверхзвуковой частоты (20–40 кгц) имеется почти в каждом магнитофоне — он подмагничивает пленку во время записи, а также стирает старые записи.

Бывают случаи, когда среди обычных знакомых нам усилителей появляется «перебежчик» — в каком-нибудь каскаде, а иногда и в нескольких каскадах из-за повреждений или нарушений в схеме возникает не запланированная цепь положительной обратной связи и усилитель превращается в генератор. В приемнике подобная «измена» часто сопровождается сильным воем и свистом, сильными нелинейными искажениями. Борьба с самовозбуждением усилителей требует большого опыта, хотя иногда и удается вернуть каскад в нормальное состояние сравнительно простыми средствами, заменив один из конденсаторов развязки, устранив повреждение в какой-нибудь цепи, особенно часто обрыв провода, соединенного с корпусом. Применяют против «перебежчика» и крайние меры — сажают его на голодный паек, понижая анодное или экранное напряжение.

* * *

ЛУЧ СВЕТА В МИРЕ НЕВИДИМОГО

Ток измеряют амперметром, напряжение — вольтметром, сопротивление — омметром. Иногда все три прибора объединяют в так называемом авометре. С помощью авометра можно многое узнать об электрических цепях, проверить соединения, измерить режимы и обнаружить невидимые отклонения от нормы.

Если вы умеете пользоваться авометром и анализировать результаты измерений (это, пожалуй, самое главное), то можете смело браться за ремонт приемника.

* * *

…Выпрямитель — ламповый (кенотронный) или полупроводниковый, собранный по одной из знакомых нам схем — однополупериодной, двухполупериодной или мостовой — вы встретите в любом радиоэлектронном устройстве, которое питается от сети переменного тока. Там же вы найдете и фильтры, порой более простые, а порой более сложные, чем в приемнике. Даже для такого, казалось бы, простого устройства, как выпрямитель, нельзя назвать две-три схемы, монопольно применяемые во всех случаях жизни. Существуют десятки разновидностей выпрямителей — высоковольтные, многофазные, с удвоением напряжения, бестрансформаторные, стабилизированные и ряд других. Однако во всех этих системах используется рассмотренный нами основной метод выпрямления — преобразование переменного тока в пульсирующий с последующим выделением постоянной составляющей.

…Лампа наряду с «классическим репертуаром» исполняет еще и много других ролей. Так, например, в супергетеродине она осуществляет основную для этого приемника операцию — преобразование частоты. В радиопередатчике с помощью ламп осуществляется модуляция высокочастотного сигнала. В вычислительных машинах лампы «запоминают» числа, представленные сериями электрических импульсов, производят с ними различные математические операции. Одним словом, познакомившись с лампой, вы приобрели способного и умелого друга, настоящего мастера на все руки. Но это еще не все.

Мы видели электронную лампу — оптический индикатор настройки. Своеобразной электронной лампой можно считать и кинескоп телевизора. Если мы пойдем дальше, то найдем много общего между лампой и электронным микроскопом и лаже синхрофазотроном. Познакомившись с электронной лампой, вы вошли в чудесный мир электронных приборов, в которых, так же как и в простеньком триоде, главные процессы — это создание потока свободных электронов и управление ими с помощью электрических и магнитных полей.

…Часто встречались нам в приемнике электрические фильтры — с их помощью мы разделяли постоянную и переменную составляющие в цепях анодного выпрямителя и детектора, в анодных, экранных, катодных и сеточных цепях ламп. Более тонкую работу — отделение низкочастотной составляющей — выполняли фильтры в детекторе и системе АРУ. Фильтры помогли нам корректировать частотную характеристику с помощью регулятора тембра и цепей частотно зависимой отрицательной обратной связи. Наконец, фильтрами смело можно назвать колебательные контуры, помогающие выделять сигналы определенной частоты.

Любой радиоэлектронный прибор — это своеобразный мир электрических сигналов. Здесь они живут своей сложной жизнью — усиливаются, ослабляются, выделяют мощность, создают новые сигналы, меняют форму, управляют, суммируются в общих цепях и, наоборот, разделяются на составляющие. Последний процесс как раз и осуществляется с помощью фильтров.

Знакомые RC фильтры вы будете встречать буквально на каждом шагу, в любом радиоаппарате. Они помогают выделить синхронизирующие импульсы в телевизоре, преграждают путь переменным составляющим в цепи питания и таким образом предотвращают самовозбуждение, ликвидируют «паразитные» обратные связи усилителей, не пропускают постоянные составляющие туда, куда им «вход строго запрещен», компенсируют завал частотной характеристики магнитофонных головок, сглаживают пульсацию выпрямленного напряжения, словом, выполняют свою скромную и важную работу внимательных контролеров и регулировщиков движения сигналов. Нередко столкнетесь вы и с колебательными контурами, особенно там, где «живут» высокочастотные сигналы.

Несколько реже будут попадаться на глаза LC фильтры, поскольку катушка все-таки деталь сравнительно дорогая и индуктивный фильтр по возможности стараются заменить емкостным. Где бы вам ни встречались электрические фильтры, какие бы сложные формы они ни приобретали, помните, что элементы фильтра всегда подчиняются одним и тем же незыблемым законам — сопротивление конденсатора с увеличением частоты уменьшается, сопротивление катушки увеличивается, а резонансная частота колебательного контура определяется произведением его индуктивности и емкости.

…Называть трансформатор элементом радиоэлектронной аппаратуры не очень-то удобно — он впервые появился в электроэнергетике и по сей день занимает там ведущее положение. Правда, в энергетике у трансформатора довольно узкий круг обязанностей — в основном он повышает напряжение так, чтобы можно было передавать электроэнергию на большие расстояния с небольшими потерями, а затем понижает напряжение до сравнительно безопасной и удобной потребителям величины. Подобные функции выполняет трансформатор и в электронной аппаратуре — вы это видели на примере силового трансформатора приемника, обеспечившего пониженное напряжение накала и повышенное напряжение для анодного выпрямителя. Силовые трансформаторы, так же как и выпрямители, вы найдете почти в любом электронном устройстве, получающем питание от сети переменного тока.

Кстати, в радиоле «Рекорд-61» можно заметить следы еще одного представителя семейства трансформаторов — автотрансформатор. Вы видите, что электродвигатель радиолы получает пониженное напряжение не от отдельной обмотки, а от ответвления сетевой. Если допустить, что металлическое шасси радиолы будет непосредственно соединено с одним из проводов сети (а некоторые конструкторы, к сожалению, действительно идут на это), то можно вместо трансформатора применить автотрансформатор — выбросить все вторичные обмотки и вместо них сделать соответствующие отводы от сетевой.

В приемниках и другой бытовой аппаратуре автотрансформаторы встречаются редко. Никакая экономия провода и стали не может компенсировать нарушение, пусть даже небольшое, условий безопасности радиослушателя. Случайно тронув соединенное с сетью шасси, можно попасть под напряжение. Часто встречается автотрансформатор в виде отдельного прибора, который позволяет в некоторых пределах повышать или понижать напряжение сети.

Радиоэлектроника научила трансформатор многим новым профессиям. Вы сами видели, как в выходном каскаде усилителя НЧ с помощью небольшого сопротивления громкоговорителя трансформатор сумел удовлетворить большие запросы анодной цепи лампы. Подобные задачи — согласование генератора с нагрузкой — трансформатору приходится нередко решать в электронной аппаратуре, и па этот случаи для него даже придумано специальное название — согласующий трансформатор. Еще с одной профессией трансформатора мы встретились в двухполупериодном выпрямителе и двухтактном выходном каскаде, где с помощью разделенной на две части обмотки удалось получить два противоположных по фазе напряжения. Наконец, в гетеродине, преселекторе и фильтрах ПЧ мы видели, как трансформаторная связь используется для передачи сигналов из одной цепи в другую с помощью магнитного поля, без непосредственного соединения этих цепей.

…В радиоле нам повстречались и представители «хитрого дела» — коммутации. Это были выключатель сети, переключатель сетевых напряжений и, конечно, переключатель диапазонов. В будущем вы, по-видимому, встретите и более сложные переключающие системы, по сравнению с которыми даже переключатель диапазонов нашей радиолы может показаться сущим пустяком. Возьмите, к примеру, переключатель программ телевизора или тот же переключатель диапазонов в приемнике высокого класса с несколькими растянутыми коротковолновыми диапазонами, наконец, небольшую автоматическую телефонную станцию, где имеется множество коммутирующих элементов. Однако даже в самых громоздких переключающих системах используются довольно простые принципы коммутации — закорачивание и переключение, и вся сложность обычно связана только с количеством коммутируемых контактов. Вы сумеете разобрать любую сложную систему переключении, если поняли, как работают простые переключатели и если, конечно, мобилизуете на это дело свое внимание и память.

…Мы уже говорили, что все современные радиовещательные приемники строятся по супергетеродинной схеме. Но принципы супергетеродинного приема используются не только в радиовещательных приемниках и даже не только в приемниках. По супергетеродинной схеме построены все современные телевизоры. Преобразование частоты широко используется во многих контрольных и измерительных приборах и даже в электронных музыкальных инструментах.

Один из таких инструментов был изобретен еще в двадцатых годах советским инженером Терменом. Основа «Терменвокса» — два высокочастотных генератора, с которых, так же, как и в супере, напряжение подается на преобразователь частоты. В анодную цепь преобразователя включен фильтр, выделяющий разностную частоту. В контуре одного из генераторов имеется необычный элемент настройки — длинный металлический стержень. Он-то и служит своеобразной клавиатурой инструмента. Музыкант перемещает вблизи этого стержня руку и таким образом меняет его емкость относительно земли, а значит, меняет частоту одного из генераторов.

Частоты обоих генераторов «Термепвокса» в обычном, нерабочем состоянии равны, и поэтому никакого сигнала разностной частоты нет. По мере того как изменяется частота одного из генераторов, на выходе преобразователя появляется и разностная частота, причем сначала она очень мала — единицы десятки герц, а затем постепенно увеличивается. Низкочастотный сигнал с выхода преобразователя подается на усилитель НЧ, а затем воспроизводится громкоговорителями.

…Из всех своих новых знакомых вы, пожалуй, чаще всего будете сталкиваться со скромными и незаметными тружениками — делителями напряжения, шунтами, гасящими сопротивлениями. Они — везде, где нужно погасить избыток мощности, ответвить лишний ток, разделить на части напряжение.

Можно было бы многое рассказать о простейших элементах электрической цепи, о том, как они выполняют свои обязанности в самой различной конкретной обстановке, но, пожалуй, мы не будем этого делать — рассказ получится слишком однообразным, в нем все время будут повторяться ссылки на основные законы электротехники, которым мы уже посвятили немало страниц в самом начале книги.

Скромный германиевый диод ввел нас в замечательный мир полупроводниковых приборов. Их применение в технике началось сравнительно недавно, а сегодня уже трудно перечислить все профессии полупроводников. Они преобразуют световую и тепловую энергию в электрическую и, наоборот, с помощью электричества создают тепло и холод. Тонкая технология на основе полупроводниковых кристаллов открывает в радиотехнике новую эпоху — эпоху твердых схем, в которых роль усилителей, конденсаторов, сопротивлений и других элементов выполняют отдельные молекулы или их небольшие группы. Полупроводники можно встретить и в обычном фотоэкспонометре, и в квантовом генераторе — источнике «игольчатых» лучей, и в термоэлектрических преобразователях — в приборах, которым предстоит открыть для человека бескрайние океаны энергии солнечных излучений. Но, конечно, чаще всего, по крайней мере сегодня, с полупроводниками встречаются радиоспециалисты. Они уже не хотят и даже не могут обходиться без полупроводниковых выпрямителей и экономичных усилительных приборов — транзисторов.

Транзистор фактически представляет собой два полупроводниковых диода с общей зоной n (транзистор р-n-р) или с общей зоной р (транзистор n-р-n), то есть с двумя pn-переходами. Один из них можно сравнить с участком катод-сетка электронной лампы, другой — с участком катод-анод.

В усилителе и генераторе транзистор делает примерно то же, что и электронная лампа, — с его помощью слабый сигнал управляет энергией источников питания и таким образом создает свою «мощную копию». Процессы управления движущимися зарядами в транзисторе резко отличаются от того, что происходит в лампе, однако ламповый и транзисторный усилительные каскады имеют много общего. В обоих случаях помимо самого управляющего прибора в усилительном каскаде вы обязательно встретите нагрузку, цепи смещения и утечки, фильтры для разделения постоянной и переменной составляющих, элементы межкаскадной связи и, конечно, источники питания. Правда, когда идет речь о транзисторном усилителе, то об источниках питания нужно говорить в единственном числе. В отличие от лампы, которой нужно «подать на обед» как минимум два напряжения — накальное и анодное, транзистор удовлетворяется только одним, да и то очень небольшим постоянным напряжением, чаще всего 6–9 в. Такая неприхотливость — одно из главных достоинств транзистора. Оно приобретает особое значение в переносной аппаратуре с питанием от батарей. Современный транзисторный приемник, например, по весу и габаритам оказывается меньше, чем одна только анодная батарея лампового приемника.

* * *

НАЧИНАЙТЕ С КОНЦА

Именно так нужно поступать, когда вы пытаетесь обнаружить, почему молчит приемник. Для начала троньте пальцем гнездо звукоснимателя — если приемник «зарычит», значит усилитель низкой частоты работает и неисправность нужно искать в высокочастотном тракте. Если же усилитель НЧ «мертв», то отправляйтесь в самый конец усилительного тракта — проверьте цепи громкоговорителя и выходного трансформатора, посмотрите, подается ли питание на лампы, ну и, конечно, исправны ли они.

Обычно неисправность в приемнике устраняется довольно просто — чаще всего дело сводится к устранению обрыва или нарушения контакта, к замене лампы, конденсатора или сопротивления.

Однако найти место, где именно произошло повреждение, дело довольно сложное и трудоемкое. Даже в сравнительно простом приемнике имеются десятки деталей, сотни различных соединении. Где искать повреждение, с какого каскада начать?.. Если перед вами встанет такой вопрос, поступайте как опытные мастера — начинайте с конца.

* * *

Транзисторы уже освоили почти все ламповые профессии. Они применяются на низких, высоких и даже на сверхвысоких частотах в усилителях, генераторах, в преобразователях частоты. Схемы этих каскадов очень напоминают аналогичные ламповые схемы, но, конечно, имеют целый ряд специфических особенностей. Для того чтобы понять специфику транзисторных схем, нужно прежде всего познакомиться с принципом работы транзистора, с его параметрами и способами включения в усилительный каскад. В процессе такого знакомства вам придется очень часто вспоминать об электронных лампах и ламповых усилителях, с которыми вы уже встречались в радиоприемнике.

Знакомые вам элементы, детали и узлы радиовещательного приемника — это типичные представители радиоэлектронной техники — их можно встретить практически во всех электронных приборах и аппаратах. Однако главная заслуга приемника не в том, что он познакомил вас с весьма богатым набором своих составных частей. Главное, по-видимому, в том, что на примере супергетеродина вы познакомились с идеями и методами радиоэлектроники, с принципами построения схем с многогранной «жизнью» сигналов в электрических цепях.

Если это действительно так, то ваш радиоприемник полностью справился со своей трудной задачей и можно считать, что время, затраченное на знакомство с ним, не пропало даром.

* * *

notes

Назад: Давайте попробуем!

Дальше: Примечания