Б. П. Асеев
Возьмем простейшую схему лампового передатчика с посторонним возбуждением (рис. 1). На этом рисунке левее пунктирной линии AB схематически показан возбудитель; правее — мощный усилитель. Мощный усилитель вычерчен подробнее, так как на его схеме предстоит остановиться.
При работе передатчика с посторонним возбуждением часто наблюдается следующее нежелательное явление: мощный усилитель может самовозбуждаться. При возбуждении в мощном усилителе собственных колебаний возникают биения собственных колебаний усилителя с колебаниями, сообщаемыми возбудителем; результатом этого являются свист и искажения телефонной передачи (если, понятно, передатчик радиотелефонный).
Помимо того, если ключ передачи находятся в цепи сетки возбудителя, невозможно манипулирование, так как при отжатии ключа колебания в антенне не прекращаются, поскольку в усилителе существуют собственные колебания.
Возникновение собственных колебаний в усилителе обусловливается связью через междуэлектродную емкость лампы (через емкость анод-сетка, показанную на рис. 1 пунктиром). Если внимательно присмотреться к схеме усилителя (правая часть рис. 1), то не трудно заметить, что эта схема весьма схожа с известной схемой Кюна, использующей для связи цепей сетки и анода как раз междуэлектродную емкость лампы С1. Известно, что условия самовозбуждения в схеме Кюна особенно благоприятны при коротких волнах, вследствие этого возникновение собственных колебаний в усилителе передатчика постороннего возбуждения неизбежно при работе на коротких волнах.
Выяснив причину появления собственных колебаний в усилителе, посмотрим, каким образом можно воспрепятствовать возникновению указанных колебаний. Так как причиной возбуждения собственных колебаний является емкостная связь между анодом и сеткой лампы, то, естественно, одним из путей ослабления этой связи будет уменьшение междуэлектродной емкости.
Уменьшением междуэлектродной емкости пользуются в ламповых приемниках (где самовозбуждение усилителя также нежелательно), применяя для этой цели лампы специальной конструкции (лампы с экраном и т. п.).
В схемах ламповых передатчиков указанный способ устранения собственных колебаний распространения не получил. В этих схемах широко применяется метод «нейтрализации». Суть этого метода сводится к следующему: если в ранее описанном способе ослабление связи между анодом и сеткой достигалось непосредственным путем — уменьшением междуэлектродной емкости, то в методе «нейтрализации» использован косвенный способ: здесь величина междуэлектродной емкости никаким изменениям не подвергается, но, включением особых приспособлений, действие этой емкости парализуется. Приспособление, нейтрализующее действие междуэлектродной емкости, весьма несложно: оно состоит всего лишь из одного конденсатора, называемого нейтрализующим. Включение конденсатора может быть осуществлено хотя бы по схеме рис. 2.
Действие нейтрализующего конденсатора обычно объясняется так: конденсатор Сн сообщает сетке лампы Л (рис. 2) напряжение, равное напряжению, создаваемому междуэлектродной емкостью С1, но имеющее противоположную фазу (противоположно направленное), вследствие чего эти напряжения взаимно уничтожаются и тем самым устраняется воздействие анода на сетки.
Более наглядно нейтрализующее действие конденсатора Сн вытекает из схемы мостика Уитстона, к которой можно свести рис. 2.
В самом деле: от точки «а» (рис. 2) идут два пути: один через емкость С1, другой через Сн; изобразим обе эти ветки на рис. 3. Далее, пройдя конденсатор Сн, попадаем в катушку L2, и затем в точку «в» (рис. 2), этот участок цепи также перенесем на рис. 3. Через конденсатор С1 путь к точке «в» лежит через конденсатор С и катушку L2; но поскольку емкость С велика по сравнению с емкостью С1, первой можно пренебречь и считать, что цепь состоит из последовательно соединенных емкостей С1 и катушки L1; эту цепь также наносим на рис. 3. Наконец, включив между точками «а» и «в» и катушку L3 и присоединив к концам катушек L2 и L3 конденсатор Cн, получим схему, эквивалентную (равноценную) рисунку 2.
Эквивалентная схема представляет собой общеизвестный мостик Уитстона. Для того, чтобы переменное напряжение на анодной цепи — от конденсатора Сн, находящейся в одной диагонали мостика, не попадало в цепь сетки — в катушку L2, заключенную в другую диагональ мостика, необходимо определенное соотношение между электрическими величинами плеч мостика (плечами мостика называются конденсаторы С1, Сн и катушки L1, L2). Именно, требуется, чтобы произведения сопротивлений накрест лежащих плеч были бы равны, т.-е. иначе — сопротивление конденсатора С1, помноженное на сопротивление катушки L2, должно быть равно сопротивлению конденсатора Сн, умноженному на сопротивление катушки L1. Математическими выкладками доказывается следующее соотношение между емкостями С1 и Сн, необходимое для равновесия в мостике — отсутствия влияния одной диагонали мостика на другую.
| Сн = | L2 | ·С1 |
| L1 |
Из написанной формулы следует, что емкость нейтрализующего конденсатора Сн во столько раз больше междуэлектродной емкости С1, во сколько раз самоиндукция L1 больше самоиндукции L2. Если катушку колебательного контура (рис. 2) разбить пополам так, чтобы L1 = L2, тогда емкость нейтрализующего конденсатора Сн должна быть равна междуэлектродной емкости С1.
В нейтрализующем действии конденсатора Сн легко убедиться на опыте. Для этого составляют схему согласно рис. 2 (возбудитель для этого опыта не нужен и его следует удалить). Сам опыт заключается в следующем: вначале отсоединяют конденсатор Сн и, подбирая элементы схемы, добиваются возникновения колебаний в контуре L1L2Cк. (в наличии колебаний убеждаются либо по отклонению теплового амперметра А — рис 2, либо по свечению индикаторной лампочки, связанной с контуром L1L2Cк). Добившись колебаний, включают конденсатор Сн и, изменяя его емкость, наблюдают за показаниями прибора А (рис. 2). Если по полученным из опыта цифрам построить кривую, то она будет иметь следующий характер (рис. 4)1).
На этом рисунке отчетливо видна точка А, для которой справедливо написанное выше соотношение; отклонение от этой точки либо в сторону увеличения емкости конденсатора Сн (вправо), либо в сторону уменьшения (влево) вызывает появление собственных колебаний.
При включении вместо теплового прибора А (рис. 2) индикаторной лампочки снять кривую рис. 4, понятно, не удастся, но момент нейтрализации можно определить (лампочка гаснет).
Схемы нейтрализации не исчерпываются рис. 2; можно получить нейтрализацию, разбивая на две части катушку сетки L3 (рис. 2). Такая схема дана на рис. 5, где части катушки сетки обозначены L1, L2, а катушка конура L3. Нетрудно убедиться (мы этого здесь делать не будем), что схема рис. 5, также, как схема рис. 2, может быть приведена к эквивалентному мостику.
Укажем еще способ нейтрализации двухтактной схемы (рис. 6). Здесь для нейтрализации необходимо связать аноды и сетки противоположных ламп через конденсаторы Cн1 и Сн1. Легко сообразить, что такая схема как бы состоит из двух однотактных схем, причем каждая из них может быть сведена к мостику Уитстона.
В заключение несколько слов о практической настройке лампового передатчика постороннего возбуждения с нейтрализацией. Ход настройки должен быть следующий: сначала пускают в ход возбудитель (рис. 2), далее связывают его с катушкой сетки L3 и, при погашенной лампе усилителя Л, изменяют емкость конденсатора Сн, стремясь достигнуть отсутствия показаний прибора А. Если это достигнуто, то ясно, что переменное напряжение катушки L3, или иначе — диагональ «а»—«b» мостика (рис. 3) не оказывает влияния на другую диагональ (конденсатор Ск), так как действие диагоналей одна на другую устранено, то, следовательно, усилитель нейтрализован. Зажигая после нейтрализации лампу Л, получим в контуре L1L2Ск колебания (амперметр А дает отклонение), то теперь можно быть уверенным, что эти колебания создаются возбудителем и не являются следствием непосредственной связи между цепями анода и сетки, т. е. иными словами, нейтрализованный мощный усилитель хорошо усиливает колебания, сообщаемые сетке возбудителем, между тем, как собственные колебания в нем возникнуть не могут.
Один раз настроенный передатчик, при изменении его волны, не требует дополнительных регулировок конденсатора Сн, однако, это справедливо лишь в том случае, когда изменение длины волны не отразилось на величинах L1, L2 (рис. 2), т. е. изменение длины волны произведено конденсатором Ск.
Практически нейтрализующий конденсатор изготовляется из двух полукруглых пластин, при чем одна делается подвижной и снабжается длинной ручкой. Длинная ручка (ось) необходима для устранения влияния руки экспериментатора на настройку передатчика.
Для устранения короткого замыкания при случайном соединении пластин нейтрализующего конденсатора Сн включают последовательно с ним хороший слюдяной конденсатор постоянной емкости (примерно, 200-300 см). Такое включение показано на рис. 5.
1) Кривая снята в лаборатории ламповых передатчиков Лен. воен. школы связи ст. радиотехником Г. А. Угер. (стр. 130)