"Радиофронт", №23-24, август, 1930 год, стр. 546-548
Мы рассмотрели действие обратной связи с точки зрения компенсации части потерь, имеющих место в приемном контуре. Эта частичная компенсация происходит за счет той энергии, которая передается с помощью обратной связи из анодного контура, в контур сетки. Чем сильнее будет обратная связь, тем большее количество энергии будет передаваться из анодного контура в сеточный и тем большая часть потерь в этом контуре будет компенсироваться обратной связью. Другими словами, при увеличении обратной связи кажущееся затухание контура будет уменьшаться. При некоторой достаточно сильной связи, которая называется критической связью (в дальнейшем будет ясно, почему именно она так называется), кажущееся затухание контура станет равным нулю, т. е. контур будет вести себя как колебательный контур без потерь. При дальнейшем увеличении обратной связи затухание контура станет отрицательным. Это значит, что возникшие в контуре по какой-либо причине колебания будут со временем не затухать, а нарастать. Во всякой электрической цепи всегда существуют случайные толчки и случайные очень слабые колебания, и в контуре с отрицательным затуханием эти колебания будут нарастать. Поэтому если мы будем увеличивать обратную связь и доведем ее до такого положения, при котором затухание контура станет отрицательным, то вследствие всяких случайных толчков в контуре регенератора возникнут нарастающие собственные колебания. Однако это нарастание колебаний не будет продолжаться беспредельно. Легко понять, почему при некоторых амплитудах колебаний дальнейшее их нарастание должно прекратиться. Причина этого та же, что и причина уменьшения чувствительности и остроты настройки регенератора при увеличении силы принимаемых сигналов.
При нарастании амплитуд работа лампы будет все дальше и дальше заходить на верхний и нижний загибы характеристики, т. е. в такие области, где крутизна характеристики уменьшается. При уменьшении крутизны характеристики будет вместе с тем уменьшаться и действие обратной связи. Следовательно, при достаточно больших амплитудах колебаний обратная связь в некоторой части периода будет настолько мала, что ее окажется недостаточно для того, чтобы с избытком компенсировать потери в контуре. Поэтому дальнейшее поступление энергии в контур сетки в эти части периода прекратится и вместе с тем прекратится дальнейшее нарастание амплитуд колебаний.
Таким образом в регенераторе, в котором обратная связь доведена до величины больше критической, всегда возникают собственные колебания. Эти колебания сначала нарастают, но нарастание это происходит очень быстро (для радиочастот нарастание колебаний продолжается не больше тысячных долей секунды). При некоторых достаточно больших амплитудах дальнейшее нарастание колебаний прекращается и в контуре устанавливаются незатухающие колебания с постоянной амплитудой. Величина этой амплитуды установившихся колебаний зависит от формы характеристики лампы и от величины обратной связи. При этом чем больше обратная связь, тем больше должны быть амплитуды собственных колебаний. Однако если обратная связь взята уже настолько большой, что колебания в контуре сетки доходят уже до напряжений, соответствующих, с одной стороны, отсутствию анодного тока в лампе, а с другой — току насыщения, то очевидно, что дальнейшее увеличение обратной связи уже не может вызвать увеличения амплитуд колебаний. Оно может привести только к изменению формы колебаний. Следовательно, во всяком регенераторе могут быть возбуждены собственные незатухающие колебания, амплитуда которых будет увеличиваться при увеличении обратной связи, но не может быть сделала больше некоторой определенной величины, которая зависит от свойств лампы и вида ее характеристики.
Возникновение собственных колебаний в регенераторе может быть обнаружено различными способами. Сами по себе колебания высокой частоты, возникающие в регенераторе, конечно, не могут произвести никакого действия на телефон, так как они являются незатухающими колебаниями и после детектирования дадут только постоянную слагающую (постоянный ток), которая не может создать звуков в цепи телефона. Однако в большинстве случаев возникновение собственных колебаний в регенераторе сопровождается некоторыми косвенными обстоятельствами, по которым можно обнаружить факт возникновения колебаний.
Прежде всего если в это время на регенератор принимается какая-либо станция, то помимо колебаний принимаемой станции в регенераторе будут существовать и собственные колебания. Их взаимодействие приведет к искажению приема и появлению биений низкой частоты, которые будут слышны в телефоне.
В том случае, когда прием на регенератор не ведется, обнаружить собственные колебания по появлению искажений, конечно, уже невозможно, В этом случае надо пользоваться теми косвенными признаками, о которых мы говорили выше и на которых мы сейчас остановимся подробнее.
Чтобы понять происхождение этих признаков, нам необходимо рассмотреть вопрос о том, как влияет возникновение собственных колебаний на условия работы лампы, в частности на величину среднего анодного тока. Представим себе, что лампа установлена в точности на средней точке анодной характеристики, т. е. в точке «а» (рис. 1). При возникновении колебаний амплитуды их будут нарастать до тех пор, пока уменьшающаяся в обе стороны от точки «а» крутизна характеристики будет все же еще достаточна для поддержания собственных колебаний. Положим, что при данной обратной связи уменьшение крутизны характеристики до точек «б» будет соответствовать все же нарастанию колебаний, и что как раз в точках «б» крутизна характеристики уменьшается настолько, что дальнейшее нарастание колебаний прекращается. Следовательно, нарастание колебаний будет продолжаться до точек «б» и в регенераторе установятся колебания, которым будет соответствовать амплитуда напряжения на сетке, равная «еб». При увеличении обратной связи нарастание колебаний прекратится при еще меньшей крутизне характеристики, например, в точках «в» и, следовательно, в этом случае в регенераторе установятся колебания с большей амплитудой, соответствующей напряжению на сетке «вв».
Но и в том и в другом случае если лампа находилась в средней точке анодной характеристики и если характеристика относительно этой точки совершенно симметрична, то среднее значение анодного тока не изменится, так как изменение тока в обе стороны за период будет одно и то же. Следовательно, если регенератор установлен в точности на среднюю точку анодной характеристики, то возникновение колебаний никак не отразится на средней величине анодного тока.
В случае же, если лампа установлена не на средней точке анодной характеристики, например, в точке «а» на рис. 2, то картина получится совершенно иная. Изменение крутизны характеристики в обе стороны от этой точки будет происходить по-разному. Уменьшение крутизны до одной и той же величины будет соответствовать точке «б» при уменьшении напряжения и точке «в» при его увеличении. Таким образом колебания будут происходить между точками «б» и «в». Так как среднее значение анодного тока это есть средняя величина между его наибольшим и наименьшим значением, то очевидно, что после возникновения колебаний средний анодный ток будет равен току J0, соответствующему точке «г». Таким образом, в случае несимметричной точки на характеристике, возникновение колебаний неизбежно связано с изменением величины среднего анодного тока. В рассматриваемом нами случае это изменение соответствует увеличению анодного тока. В том же случае, если бы лампа была установлена на рабочую точку, находящуюся выше средней точки анодной характеристики (рис. 3), то возникновение колебаний вызвало бы уменьшение средней величины анодного тока от величины, соответствующей точке «а», до величины, соответствующей точке «г».
Следовательно, если лампа установлена не на среднюю точку анодной характеристики, то возникновение собственных колебаний связано с очень быстрым изменением (скачком) средней величины анодного тока. Это изменение (скачок тока) вызывает щелчок в телефоне, включенном в анодную цепь и таким образом может быть обнаружено в указанном случае возникновение собственных колебаний в регенераторе. Этот признак (щелчок в телефоне) и является наиболее распространенным и удобным признаком для определения момента возникновения собственных колебаний в регенераторе. Правда, как мы уже указали, при полной симметрии возникновение собственных колебаний не связано с изменением средней величины анодного тока, и, следовательно, не сопровождается щелчком в телефоне. Поэтому отсутствие щелчка в телефоне не является признаком того, что колебания не возникли. Однако установить лампу абсолютно точно на симметричную точку анодной характеристики, конечно, невозможно, и поэтому почти всегда возникновение собственных колебаний сопровождается хотя бы слабым щелчком.
Таким образом можно убедиться в том, что колебания в приемнике при увеличении обратной связи возникли. Этим же признаком можно воспользоваться для того, чтобы установить что при данной связи колебания уже существуют. Для этого нужно подействовать на регенератор как-то так, чтобы колебания, если они в нем существуют, прекратились. Для этого достаточно замкнуть цальцами конденсатор колебательного контура. Этим в контур вводится большая утечка, связанная с увеличением потерь и вызывающая поэтому прекращение колебаний, а вместе с тем и щелчок в телефоне.
При некоторых условиях возникновение собственных колебаний в регенераторе сопровождается еще более явственным признаком, чем щелчок в телефоне. Именно при достаточно сильной обратной связи и присутствии гридлика в цепи сетки в телефоне, включенном в анод регенератора, появляется тон низкой частоты — вой или свист. Объясняется это тем, что сильно перевозбужденный (т. е. с большой обратной связью) регенератор с гридликом и наличием тока в цепи сетки ооздает сразу не одну частоту, а две, отличающихся одна от другой на звуковую частоту. Тон биений между этими частотами благодаря детектирующему действию гридлика и бывает слышен в телефоне.
Возникновение собственных колебаний в регенераторе связано обычно еще с одним побочным явлением, именно с изменением силы тока в цепи сетки. Происходит это по той же причине, что и изменение средней величины анодного тока, именно вследствие несимметричности сеточной характеристики. Поэтому если даже лампа установлена на среднюю точку анодной характеристики, то несимметричность сеточной характеристики вызывает изменение средней величины сеточного тока, а вместе с тем и напряжение на сетке, что в свою очередь вызывает изменение средней величины анодного тока.
В тех условиях, в которых обычно работает регенератор, одно из указанных нами обстоятельств, вызывающих изменение средней величины анодного тока, всегда имеет место, и потому щелчок в телефоне может служить достаточно надежным признаком возникновения колебаний.
Мы нарочно так подробно остановились на признаках возникновения собственных колебаний в регенераторе, так как эти собственные колебания в регенераторе, предназначенном для приема телефонных станций, являются нежелательными и их следует избегать. А для того чтобы избежать, нужно прежде всего знать о том, что они возникли.
О том, какой вред причиняют собственные колебания в регенераторе при приеме телефонных станций, мы уже сказали несколько слов. Именно, как мы уже указали, эти собственные колебания, складываясь с приходящими, создают биения, которые после детектирования вызывают появление свиста или низкого тона в телефоне. Если же настроить регенератор так, что частота собственных колебаний точно совпадает с частотой приходящих сигналов, то биений между этими двумя частотами получиться не должно, и тон биений в телефоне исчезнет. Этот случай называется «приемом на нулевых биениях». Однако осуществление такого приема связано с целым рядам трудностей. Во-первых, настроить регенератор так, чтобы его частота в точности совпадала с частотой принимаемых сигналов, можно только при очень слабом перевозбуждении регенератора (т. е. при обратной связи, только чуть-чуть превосходящей критическую). Обычно же настроить регенератор нужным образом не удается, и поэтому хотя тона биений в телефоне не слышно, но прием сопровождается сильными искажениями.
Собственные колебания в регенераторе являются вредными не только с точки зрения тех искажений, которые они вносят в прием. Дело в том, что возбужденный регенератор, создающий собственные колебания и связанный с антенной, представляет собой миниатюрную передающую радиостанцию, которая часть энергии собственных колебаний излучает в пространство в виде электромагнитных волн. Эти волны действуют на соседние приемные антенны и создают в них электрические колебания. Если соседние приемники настроены на ту же или почти ту же волну и принимают ту же самую, что и излучающий регенератор, или соседнюю по частоте станцию, то воздействие колебаний, излучаемых регенератором, вызывает появление биений в этих приемниках и в них возникает свист или тон низкой частоты. Особенно вредно действует регенератор на соседние приемники в упомянутом нами случае, когда он создает не одно, а два колебания (сильная обратная связь при наличии гридлика в цепи сетки). В этом случае даже если на соседний приемник принимается станция, значительно отличающаяся по частоте от тех, которые излучает регенератор, все же свист излучающего регенератора слышен в соседних приемниках и мешает приему.
Таким образом, собственные колебания в регенераторе, предназначенном для телефонного приема, мешают приему не только на этот регенератор, но и на все соседние приемники и поэтому возникновения собственных колебаний в регенераторе надо тщательно избегать. Пользуясь теми указаниями, которые мы привели выше, радиолюбитель всегда может обнаружить возникновение собственных колебаний в регенераторе и уменьшить обратную связь настолько, чтобы эти колебания прекратились. Это необходимо делать всегда, так как помехи со стороны регенераторов являются серьезнейшей угрозой нормальному приему радиовещательных станций, и недисциплинированность радиолюбителей, обладающих регенераторами, причиняет много затруднений и неприятностей всем радиослушателям.
Демонстрация возникновения собственных колебаний в регенераторе и связанного с ним изменения величины среднего анодного тока при разных положениях рабочей точки на характеристике. Демонстрация мешающего действия регенератора.