Детектирование есть, как известно, процесс обратный модуляции. Роль детектирования заключается в том, чтобы из приходящих модулированных колебаний выделить частоту модуляции, то есть колебания низкой звуковой частоты. Модулированные колебания можно, как мы знаем, представлять себе, как группу отдельных гармонических колебаний с постоянной амплитудой, отличающихся одно от другого по частоте, на частоту модуляции (несущая частота и боковые полосы). Следовательно, задача детектирования сводится к тому, чтобы из группы колебаний, отличающихся друг от друга на звуковую частоту, эту звуковую частоту выделить, т. е. другими словами, выделить частоту биений, получающихся между несущей частотой и боковыми полосами. К этому же сводится роль детектирования и при телеграфном приеме, так как в этом случае детектор должен выделить или частоту модуляции (тональная передача) или выделить частоту биений между приходящими колебаниями и местными (гетеродинный прием).
Поэтому метод детектирования, применяемый для телефонного приема, может быть тот же самый, что и применяемый для телеграфии. Однако требования, предъявляемые к детектору для радиотелефонного приема, значительно выше, чем в случае телеграфного приема. Эти требования заключаются в том, что детектор не только должен выделять частоту биений, соответствующую тону модуляции, но и сохранять неизменным соотношение между амплитудами различных звуковых колебаний, из которых состоит каждый звук. В противном случае, если детектор будет нарушать это соотношение, он будет неизбежно искажать передачу, изменяя тембр звука, а в некоторых случаях и высоту звука (например, если детектор выделяет частоту вдвое большую, чем частота модуляции). Детектор по существу не может строго удовлетворить этому второму требованию, так как в таком случае он не мог бы детектировать. Поэтому приходится мириться с тем, что всякий детектор вносит некоторые искажения в прием. Однако при некоторых условиях, о которых мы еще будем говорить в дальнейшем, эти искажения могут быть сделаны настолько малыми, что практически они уже не будут заметны.
Итак, первое требование, которому должен удовлетворять детектор, заключается в том, чтобы он выделял частоту биений, получающихся между несколькими гармоническими колебаниями различной частоты. Для этого детектор должен обладать определенными свойствами, которые мы сейчас и установим.
В обычном проводнике зависимость между напряжением, подводимым к проводнику, и силой тока в нем определяется законом Ома. Это значит, что отношение между напряжением и силой тока как раз равно омическому сопротивлению проводника. И если это сопротивление постоянно, то между напряжением и силой тока существует прямая пропорциональность. Например, при увеличении напряжения вдвое, вдвое же увеличится и сила тока. Такие проводники, в которых существует эта зависимость, т. е. сопротивление которых остается постоянным и не зависит от подводимого напряжения, мы будем называть «омическими проводниками». Для большинства, обычно применяемых в технике проводников это соотношение удовлетворяется в широких пределах и значит, во всяком случае в этих пределах, такие проводники являются омическими. Характеристика омического проводника, т. е. выраженная графически зависимость между его напряжением и силой тока должна представлять собой, очевидно, прямую линию (прямая 1 на рис. 1).
Если через такой омический проводник пропустить модулированные колебания, т. е. группу гармонических колебаний разной частоты, то очевидно, что в форму колебаний этот омический проводник никаких изменений не внесет. Единственное, на что он окажет влияние — это амплитуды колебательных токов. Чем меньше будет сопротивление проводника, тем больше будут амплитуды колебаний в этом проводнике.
Для того, чтобы выделить из модулированных колебаний частоту модуляции, т. е. из группы частот выделить частоты биений, нужно, очевидно, как то исказить форму и характер этих колебаний. Следовательно, для того, чтобы проводник детектировал колебания, он должен быть неомическим (т. е. не обладать прямолинейной характеристикой), так как омический проводник никаких изменений в форму колебаний внести не может.
Таким образом, первое требование, которому должен удовлетворять всякий детектор, заключается в том, чтобы он не подчинялся закону Ома. Однако этого одного требования еще мало. Если даже проводник и не подчиняется закону Ома, а подчиняется какому-либо другому закону, то вообще проводник будет искажать форму колебаний и будет выделять некоторые новые частоты. Однако при этом может случиться, что выделяемая частота не будет равна частоте биений, т. е. частоте модуляции, а будет какой-то совершенно иной. Ясно, что такой детектор для телефонии не годится, ибо он будет выделять не те звуковые колебания, которые действовали на колебания высокой частоты в передатчике. .
Для того, чтобы детектор выделял бы именно частоту модуляции (если не только одну частоту модуляции, то во всяком случае эту частоту сильное, чем какие-либо другие), необходимо, чтобы он обладал несимметричной проводимостью. Другими словами, он должен обладать разным сопротивлением для напряжений, направленных в разные стороны. Примером характеристики такого проводника может служить характеристика, приведенная на рис. 2. Она состоит из двух полупрямых, имеющих разный наклон. Так как наклон характеристики это и есть сопротивление проводника, то очевидно, что характеризуемый этими полупрямыми проводник обладает разным сопротивлением в разные стороны. При положительном напряжении (на нашем рисунке) ток будет гораздо больше, чем при противоположном по знаку напряжении, но при той же его величине. Очевидно, что несимметричная проводимость проводника будет сказываться в несимметрии его хартактеристики, т. е. если мы повернем характеристику проводника на 180° вокруг средней точки, то мы не получим той же самой картины. (Поворот на 180° означает, что мы те напряжения, которые раньше считали положительными, теперь считаем отрицательными, и те точки, которые раньше считали положительными, также считаем теперь отрицательными.) Значит для того, чтобы проводник обладал нужными нам свойствами, необходимо, чтобы он был несимметричен относительно начала координат (средней точки). Так, например, характеристика квадратичного проводника, т. е. проводника, в котором сила тока пропорциональна квадрату напряжения (кривая 2 на рис. 1) хотя и симметрична относительно вертикальной оси, но несимметрична относительно горизонтальной оси и при повороте на 180° вокруг средней точки не даст прежней картины, следовательно, она будет обладать нужными нам свойствами. Наоборот, характеристика кубического проводника, т, е. проводника, в котором сила тока пропорциональна кубу напряжения (кривая 3 на рис. 1), будет симметрична относительно начала координат и при повороте на 180° даст прежнюю картину. Такой проводник хотя и будет искажать форму модулированных колебаний и выделять из них некоторые новые частоты, но эти частоты не будут совпадать с частотой модуляции и даже не будут лежать в пределах звуковых частот. Следовательно, такой проводник детектором служить не может.
Чем сильнее будет несимметрия относительно средней точки, тем сильнее будут выражены детекторные свойства проводника. Например, характеристика, изображенная на рис. 3, может служить примером проводника, обладающего сильной несимметрией. Очевидно, что эта характеристика относится к идеальному выпрямителю, т. е. к такому выпрямителю, который в одну сторону вовсе не пропускает тока, а в другую сторону пропускает ток пропорциональный подведенному напряжению. Ясно, что такой идеальный выпрямитель обладает теми свойствами, которые нужны для детектора, предназначенного для телефонного приема.
Следовательно, всякий идеальный выпрямитель может служить детектором. Однако таких идеальных выпрямителей практически осуществить не удается. Можно построить выпрямители, обладающие характеристикой сравнительно близкой к характеристике приведенной на рис. 3. Например, характеристика кристаллического детектора, приведенная на рис. 4, более или менее напоминает характеристику идеального выпрямителя.
Характеристика двухэлектродной лампы (рис. 5), c которой наши читатели уже знакомы, в нижней своей части (до верхнего загиба) еще больше напоминает характеристику идеального выпрямителя. Поэтому, очевидно, двухэлектродная лампа может быть применена в качестве детектора. При этом к аноду лампы можно вовсе не подводить постоянного напряжения и подводить одни лишь переменные напряжения. Тогда напряжение на аноде лампы будет изменяться, например, в пределах от —eg до +eg 1. На этом участке характеристика лампы будет обладать достаточной несимметрией, и, следовательно, лампа будет детектировать колебания. Можно поступить и иначе, именно приложить к аноду лампы некоторое постоянное напряжение Es, которое соответствует напряжению насыщения лампы. Тогда подводимые напряжения будут откладываться в обе стороны от точки Es. На этом участке лампа также обладает достаточной несимметрией. Если же мы подвели к аноду лампы постоянное напряжение, равное Es2, то очевидно, что при тех же амплитудах приходящих колебаний лампа вела бы себя почти как омический проводник и, следовательно, детектировала бы плохо.
Таким образом двухэлектродную лампу можно заставить детектировать на одной из двух точек перегиба — верхней или нижней. Следовательно, режим лампы надо подобрать так, чтобы при отсутствии приходящих колебаний она находилась в положении, соответствующем одной из точек перегиба. Схема включения двухэлектродной лампы в качестве детектора приведена на рис. 6. При помощи потенциометра П можно подобрать, напряжение таким образом, чтобы лампа оказалась в указанном режиме (на одной из точек перегиба).
В том случае, когда лампа работает на нижнем перегибе характеристики, т. е. без анодного напряжения, уже без дальнейшего ясно, что сама по себе лампа не может служить источником энергии, так как в ее цепь не включен источник энергии (батарея). Следовательно, энергия колебаний звуковой частоты будет черпаться из подводимой энергии высокочастотных колебаний и всегда будет составлять только часть этой последней. Совершенно также будет обстоять дело и в том случае, когда лампа работает на верхнем перегибе характеристики. Энергия, выделяемая анодной батареей, будет превращаться только в энергию постоянного тока и ничего не прибавит к энергии звуковых колебаний. Следовательно, двухэлектродная лампа в качестве детектора (так называемый «детектор Флемминга») обладает тем же недостатком, что н обычный кристаллический детектор. Она не является источником энергии, а лишь превращает часть энергии подводимых колебаний высокой частоты в энергию колебаний низкой частоты. Поэтому двухэлектродная лампа в качество детектора не прибавляет никаких новых возможностей в смысле увеличения чувствительности приема по сравнению с хорошим кристаллическим детектором.
Совершенно иначе обстоит дело c трехэлектродной лампой, применяемой в качестве детектора. Взглянувши на семейство характеристик трехэлектродной лампы (рис. 7), легко увидеть, что при определенных условиях эта лампа ведет себя как несимметричный проводник (если считать подводимым напряжением — напряжение на сетке лампы, а получающимся вследствие этого в проводнике током — анодный ток лампы). Ясно, что если мы подберем режим так, чтобы лампа оказалась в верхнем или нижнем перегибе характеристики, то она будет обладать всеми нужными нам детекторными свойствами. Например, при анодном напряжении в 40 вольт мы получим нижнюю точку перегиба при напряжении на сетке, равном нулю, и верхнююю точку перегиба при напряжении на сетке, равном плюс 12 вольтам. Следовательно, подводя к лампе переменные напряжения с амплитудой, не превышающей 12 вольт, мы можем считать, что наша лампа представляет собой почти идеальный выпрямитель, и, следовательно, можем рассчитывать, что она будет хорошо детектировать. Нижнюю точку перегиба мы можем получить также при 60 вольтах на аноде и минус 4 вольтах иа сетке или при 80 вольтах на аноде и минус 8 вольтах на сетке. Во всех этих случаях мы будем иметь детектирование на нижнем перегибе анодной характеристики.
Если же мы приложим к сетке некоторые положительные напряжения, например, плюс 4 вольта, при анодном напряжении в 80 вольт или плюс 8 вольт при анодном напряжении в 60 вольт или, наконец, плюс 12 вольт при анодном напряжении в 40 вольт, то мы получим детектирование на верхнем изгибе анодной характеристики. Однако при этом явление усложнится тем, что в цепи сетки, вследствие положительных напряжений на ней, будут протекать довольно значительные токи и на эти токи будет расходоваться часть энергии приходящих колебаний. Другими словами, токи в цепи сетки будут несколько уменьшать амплитуду действующих на сетку напряжений высокой частоты. Поэтому более предпочтительным является метод анодного детектирования на нижнем перегибе характеристики. Детектирование же на верхнем перегибе целесообразно применять только в случае ламп с «левой» характеристикой, т. е. в том случае, когда верхний перегиб анодной характеристики лежит еще в области отрицательных напряжений на сетке. Однако такие лампы встречаются очень редко, в наших же обычных лампах верхний перегиб анодной характеристики будет находиться в области отрицательных напряжений на сетке только в том случае, если к лампе будет подведено анодное напряжение, в 2—3 раза, большее нормального.
Практически схема анодного детектирования осуществляется таким образом (рис. 8). Приходящие колебания подводятся к клеммам 1, 2 и через трансформатор высокой частоты действуют на сетку лампы. При помощи потенциометра П и батареи сетки Бс подбирается такое смещение на сетку, при котором лампа оказывается на перегибе характеристики. Положение это можно установить при помощи прибора, включенного в цепь анода, но можно также приблизительно определить его наперед, просто по характеристикам ламп, а окончательно установить на работе, добиваясь наиболее громкого приема.
Очевидно, что в случае трехэлектродной лампы вопрос с энергией обстоит совершенно иначе, чем в двухэлектродной лампе. Энергия анодного тока, будет он постоянным или переменным, создается целиком за счет анодной батареи и, следовательно, анодная батарея является тем источником, из которого черпается энергия создаваемых лампой-детектором колебаний звуковой частоты. Энергия же приходящих колебаний расходуется на покрытие потерь в колебательном контуре, включенном до лампы, и в цепи сетки самой лампы. Таким образом в случае трехэлектродной лампы мы имеем дело не с превращением энергии колебаний высокой частоты в энергию колебаний низкой частоты, а с выделением этой последней энергии из запасов анодной батареи. Приходящие же колебания служат только для того, чтобы управлять той энергией, которая выделяется анодной батареей. Ясно, что это принципиальное различие между двухэлектродной и трехэлектродной лампой в качестве детектора обусловливает громадные преимущества последней перед первой, так как применяя в качестве детектора трехэлектродную лампу, мы можем ограничиться количеством энергии приходящих колебаний значительно меньшим, чем то, которое необходимо для получения достаточно громкого звука в телефоне. Эту последнюю энергию доставит анодная батарея, приходящие же колебания должны ею только управлять. Таким образом, увеличивая чувствительность лампы к приходящим колебаниям, мы можем итти очень далеко в отношения увеличения чувствительности всего приемного устройства. Однако и здесь мы скоро подходим к некоторой границе, дальше которой итти нельзя. Объясняется это тем, что детектор, который должен вести себя как неомический проводник, будет являться таковым только для достаточно больших амплитуд подводимых колебаний. Если мы к сетке лампы подведем колебания настолько малой амплитуды, что они будут соответствовать очень малым перемещениям по характеристике, то при этих малых амплитудах лампа будет вести себя почти как омический проводник. Другими словами, при малых амлитудах, т. е. на очень маленьком участке, анодная характеристика даже в точках перегиба будет мало отличаться от симметричной (конечно, в пределах этого маленького участка). Поэтому, чем меньше будут амплитуды подводимых напряжений, тем хуже будет детектировать лампа. И в конечном счете при некоторых достаточно малых амплитудах она практически вовсе перестанет детектировать. Эти малые амплитуды, при которых лампа перестает детектировать, т. е. для которых соответствующий участок характеристики мало отличается от прямолинейного, являются порогом чувствительности детектора. Для того, чтобы хотя бы что-либо услышать после детектора, нужно, чтобы подводимые колебания были бы выше этого порога. Если это требование не будет выполнено, то дальнейшее усиление на низкой частоте никак не поправит дела, ибо если детектор не будет детектировать колебаний, то колебания низкой частоты к усилителю вовсе не будут подходить. Следовательно, в этом случае единственная возможность получить прием, это применить предварительное усиление сигналов на высокой частоте, чтобы после этого усиления получить настолько большие амплитуды, при которых детектор уже хорошо детектирует.
Демонстрация работы двухэлектродной лампы в качестве детектора; работа трехэлектродной лампы в качестве детектора в схеме анодного детектирования.
Мы переходим к рассмотрению одного из важнейших вопросов в области лампового приема, именно к вопросу о детектировании током сетки. Ламповый детектор является непременной составной частью всякого лампового приемника и поэтому с ним приходится иметь дело каждому радиолюбителю-ламповику. Вместе с тем, в большинстве случаев на практике применяется именно детектирование током сетки, так как оно обладает целым рядом преимуществ по сравнению с анодным детектированием. Поэтому понимание процессов, происходящих в ламповом детекторе с детектированием током сетки, необходимо для каждого радиолюбителя. Вследствие важности этого вопроса мы уделим ему особое внимание и вторая половина нашего занятия будет иметь больший, чем обычно, размер. В этом номере мы рассмотрим основные явления, происходящие при детектировании током сетки, а наша статья в следующем номере будет посвящена вопросам о работе детектора при приеме телефона по выборе наивыгоднейших условий работы детектора в различных случаях.
Как мы уже знаем, часть электронов, пролетающих сквозь сетку от нити к аноду электронной лампы, при известных условиях может попадать на сетку и через цепь сетки снова возвращаться на нить. Таким образом, в цепи сетки может существовать электрический ток. Так как электроны попадают на сетку внутри лампы, то во внешней цепи они будут двигаться всегда только от сетки к нити и, следовательно, в цепи сетки может существовать ток только одного направления, именно направленный от нити к сетке.
Условия для возникновения сеточного тока обычно формулируются так, что для того, чтобы электроны попадали на сетку, необходимо, чтобы она их притягивала, т. е. была бы заряжена положительно. Следовательно, если бы это рассуждение было совершенно правильно, ток в цепи сетки мог бы появляться только при существовании положительных напряжений на сетке. Однако в действительности это не так. Дело в том, что электроны, вылетающие из нити, обладают некоторой начальной скоростью, т. е. некоторым запасом энергии. Этот запас энергии позволяет им преодолеть отталкивающее действие сетки даже в том случае, когда сетка заряжена отрицательно, конечно, при условии, что этот заряд сравнительно невысок и энергия электронов достаточна для того, чтобы преодолеть тормозящее действие сеточного отрицательного напряжения. Очевидно, что если мы выберем отрицательное напряжение очень большим, то электроны не смогут преодолеть его тормозящего действия и на сетку действительно попадать не будут. В случае же, если к сетке подведено небольшое отрицательное напряжение (порядка десятка долей вольта) и тем более, если на сетке нет вообще никакого напряжения, часть электронов, вылетающих из нити, будет попадать на сетку и в цепи сетки будет существовать некоторый ток. Величина этого тока будет тем больше, чем больше окажется электронов, которые в состоянии будут преодолеть отталкивающее действие отрицательного напряжения на сетке, т. е. чем больше будет электронов, обладающих достаточно большими начальными скоростями при вылете из нити.
Скорость, с которой вылетают электроны из нити, зависит от температуры нити. Однако не все электроны вылетают из нити с одинаковой скоростью. Среди них есть и более медленные и более быстрые. Но каждой определенной температуре соответствует некоторая определенная средняя скорость вылета электронов. Это значит, что большая часть электронов будет вылетать из нити с этой средней скоростью или с скоростями к ней близкими, и только немного будет таких электронов, которые обладают скоростью значительно большей или меньшей, чем средняя.
Таким образом, даже при небольших отрицательных напряжениях на сетке всегда найдется некоторое количество достаточно быстрых электронов, которые смогут попасть на сетку. При этом, чем больше будет отрицательное напряжение, тем больше должны быть скорости электронов для того, чтобы эти электроны могли бы попасть на сетку. Но, как мы уже сказали, число электронов, обладающих определенной достаточно большой скоростью, будет тем меньше, чем больше эта скорость. Следовательно, при увеличении отрицательного напряжения число электронов, попадающих на сетку, а вместе с тем и ток в цепи сетки будет уменьшаться, пока в конце концов не прекратится совсем. Это произойдет тогда, когда скорости, необходимые для того, чтобы электрон попал на сетку, станут настолько велики, что ни один из вылетающих из нити электронов этой скоростью обладать уже не будет.
Итак, мы выяснили, что ток в цепи сетки прекращается не при нулевом напряжении на сетке, а при некотором определенном отрицательном напряжении и, следовательно, начало характеристики токов сетки заходит в область отрицательных напряжений (рис. 1).
Только что установленный нами факт играет весьма существенную роль в процессе детектирования током сетки. В чем заключается эта роль, выяснится дальше, а пока мы рассмотрим, какие явления происходят в цепи сетки при нескольких необычных условиях, именно, когда эта цепь заблокирована (преграждена) конденсатором С (рис. 2).
В момент включения конденсатор очевидно не заряжен, следовательно, напряжения на сетке нет и часть электронов с нити по указанным выше причинам начнет попадать на сетку. Однако, обратный путь им к нити прегражден конденсатором. Электроны будут заряжать этот кондесатор, причем на той обкладке, которая присоединена к сетке, появится отрицательный заряд и, следовательно, на сетке появится некоторое отрицательное напряжение. При увеличении заряда конденсатора напряжения будут все больше и больше возрастать и все меньшее и меньшее число новых электронов сможет попадать на сетку. В конце концов напряжение возрастает настолько, что ни один из электронов не будет обладать скоростью, достаточной для того, чтобы преодолеть это напряжение. Электроны перестанут попадать на сетку, и сетка останется под некоторым постоянным и довольно большим отрицательным напряжением.
Посмотрим теперь, что произойдет, если мы присоединим параллельно блокировочному конденсатору С некоторое омическое сопротивление Rg (рис. 3). Очевидно, что через это омическое сопротивление часть электронов, попадающих на сетку, сможет снова возвращаться на нить, следовательно, присутствие этого сопротивления будет уменьшать заряд конденсатора и вместе с тем понижать отрицательное напряжение на сетке. Легко сообразить, какую роль будет играть величина этого сопротивления. Если сопротивление будет очень велико, то только небольшая часть заряда конденсатора может через это сопротивление стечь на нить и, следовательно, напряжение на сетке только немного понизится. Если же сопротивление это будет невелико, то значительная часть электронов будет через него возвращаться на нить и вместе с тем значительно уменьшится и отрицательное напряжение на сетке. Очевидно, что при данной величине сопротивления Rg установится некоторое устойчивое равновесие. Через это сопротивление будет возвращаться на нить как раз столько электронов, сколько при данном заряде конденсатора может попасть их на сетку.
Наше рассуждение можно пояснять графически таким образом (рис. 1). При отсутствии сопротивления напряжение на сетке установится такое, при котором на сетку не попадет ни один электрон (ток сетки равен нулю). Это напряжение соответствует точке «а» на нашем рисунке. Если мы включим какое-то определенное сопротивление R1, то на сетке установится несколько меньшее отрицательное напряжение, соответствующее точке «b». Положение этой точки мы определим, если через начало координат (точка «о») проведем прямую с наклоном относительно горизонтальной оси, равным величине 1/R1.
Пересечение этой прямой 1 с сеточной характеристикой (точка «b») определит силу тока в цепи сетки и соответствующее напряжение на сетке при данном сопротивлении R1. Если вместо сопротивления R1 мы включим меньшее сопротивление R2, то соответствующую прямую надо проводить так, чтобы ее наклон относительно горизонтальной оси был равен величине 1/R2. Эта прямая 2 пройдет очевидно несколько выше. Пересечение ее с характеристикой тока сетки (точка «c») определит ток в цепи сетки при наличии в ней сопротивления R2 и соответствующее отрицательное напряжение, устанавливающееся на сетке.
Таким образом конденсатор, зашунтированный сопротивлением в цепи сетки, обусловливает некоторое отрицательное напряжение на сетке и вместе с тем некоторый сеточный ток, величина которого, так же, как и величина напряжения, вполне определяется величиной включенного сопротивления. Такая комбинация из конденсатора, зашунтированного сопротивлением, у нас обычно называется не совсем правильно «гридликом» 2. Итак, гридлик в цепи сетки обусловливает появление некоторого отрицательного напряжения на сетке, величина которого будет тем больше, чем больше величина сопротивления.
Рассматривая явления, происходящие в цепи сетки, мы предполагали, что на сетку не действуют переменные напряжения. Выясним теперь, что будет происходить в цепи сетки, если к ней будут подводиться какие-либо правильные незатухающие колебания.
Но прежде чем приступить к рассмотрению этого вопроса, сделаем одну оговорку. Мы знаем, что при изменении напряжения на сетке вместе с тем будет изменяться и сила тока в цепи анода, причем зависимость между этими изменениями будет характеризоваться основными параметрами лампы (крутизной и коэффициентом усиления), а также свойствами той цепи, которая присоединена к аноду лампы. Однако для простоты мы не будем рассматривать изменений в анодном токе. Мы выясним, как будет изменяться напряжение на сетке, и этим ограничимся, так как мы знаем, что измнениям напряжения на сетке будут соответствовать такого же характера изменения анодного тока. Следовательно, установив характер изменений напряжения на сетке, мы тем самым установим и характер изменений анодного тока. Величина же этих изменений, зависящая от параметров лампы, нас пока интересовать не будет.
Итак, посмотрим, что будет происходить в цепи сетки лампы с гридликом, если мы к ней будем подводить незатухающие колебания высокой частоты (рис. 4). Так как конденсатор сетки С представляет для этих колебаний малое сопротивление, то очевидно переменные напряжения будут попадать через конденсатор на сетку. Вследствие этого в течение одного полупериода сетка будет заряжена положительно и часть электронов будет оседать на сетке. Попавшие на сетку электроны будут частью заряжать конденсатор в цепи сетки, а частью проходить через сопротивление на нить. Конденсатор будет постепенно заряжаться и отрицательное напряжение на сетке будет возрастать. Продолжаться это будет до тех пор, пока в цепи сетки не установится некоторое подвижное равновесие, точно так же, как и в том случае, когда колебания на сетку не подавались. Величина установившегося на сетке отрицательного напряжения определится таким образом. Количество электронов, попадающих на сетку, должно быть при установившемся равновесии как раз равно количеству электронов, протекающих через сопротивление Rg на нить. Следовательно, под действием сигналов отрицательное напряжение будет повышаться до тех пор, пока результирующее положительное напряжение, получающееся на сетке во время положительных полупериодов колебаний, не понизится до такой величины, при которой на сетку будет садиться как раз то количество электронов, которое протекает через сопротивление на нить. Другими словами, кривая незатухающих колебаний опустится ниже горизонтальной оси настолько, что только верхушки будут лишь немного выступать сверху над осью (рис. 5). То расстояние, на которое опустится кривая колебаний ниже горизонтальной оси, как раз будет равно тому отрицательному напряжению, какое устанавливается на сетке благодаря присутствию гридлика. Как мы уже выяснили, это отрицательное напряжение будет тем больше, чем больше сопротивление в цепи сетки. Но при данной величине сопротивления величина среднего отрицательного напряжения на сетке будет также вполне определенной.
Следовательно, колебания высокой частоты, действующие на сетку лампы благодаря присутствию гридлика, будут вызывать появление на сетке лампы среднего отрицательного напряжения, а вместе с тем изменения средней величины анодного тока. Таким образом присутствие незатухающих колебаний в цепи сетки с гридликом может быть обнаружено на приборе постоянного тока в цепи анода. Таков метод детектирования незатухающих колебаний. На практике, правда, для приема незатухающих колебаний применяются обычно иные методы, но мы остановились подробно именно на этом методе потому, что потом нам от него легче будет перейти к рассмотрению процесса детектирования модулированных колебаний.
Однако, прежде чем перейти к рассмотрению процесса детектирования модулированных колебаний, мы на явлении детектирования незатухающих колебаний выясним вопрос о том, какое значение играют различные факторы в получении возможно большего или меньшего детекторного эффекта.
Детекторный эффект в рассматриваемом случае, как мы видим, заключается в том, что подводимые напряжения колебаний высокой частоты создают некоторое среднее постоянное смещение на сетке лампы. Следовательно, чем больше будет это смещение при данных амплитудах напряжения высокой частоты, тем больше будет детекторный эффект.
Прежде всего ясно, что, детекторный эффект будет тем больше, чем больше сопротивление, включенное в цепь сетки. Очевидно, что если это сопротивление будет мало, то через него сможет протекать большое количество электронов и, следовательно, сетка в течение значительной части положительных полупериодов сможет находиться под положительным напряжением. Это значит, что кривая колебаний лишь немного опустится ниже горизонтальной оси, т. е. что среднее отрицательное смещение, создаваемое сигналами, будет невелико. Поэтому чем больше будет сопротивление, включенное в цепь сетки, тем больше будет детекторный эффект. Однако включать в цепь сетки чересчур большие сопротивления нельзя, даже в случае телеграфных сигналов, так как при больших сопротивлениях всякие случайные заряды, появляющиеся вследствие каких-либо помех, не будут успевать достаточно быстро стекать с сетки. Действие случайных толчков в случае очень больших сопротивлений будет настолько усиленно, что оно затруднит возможность приема, несмотря даже на улучшение детекторного эффекта. В случае же телефонного приема чересчур большие сопротивления в цепи сетки ведут и к другим затруднениям, о которых мы будем говорить в дальнейшем.
Итак мы установили, что для получения большого детекторного эффекта нужно включать в цепь сетки достаточно большое сопротивление. Теперь нам необходимо выяснить вопрос о том, какую роль в величине детекторного эффекта играет постоянное смещение на сетке лампы. Прежде всего ясно, что если мы присоединим к сетке некоторое достаточно большое постоянное отрицательное напряжение, то ток в цепи сетки прекратится вовсе, а вместе с тем прекратится и детектирование током сетки. Если, кроме того, лампа работает в средней части анодной характеристики, то очевидно, что с исчезновением тока в цепи сетки исчезнет и всякая несимметрия в лампе, а как мы знаем, для детектирования необходимо наличие несимметрии. Поэтому при достаточно большом отрицательном смещении на сетке, лампа вовсе перестает детектировать или, во всяком случае, детектирует гораздо хуже, чем следует. Влияние величины постоянного смещения на детекторный эффект лампы особенно велико в тех случаях, когда в цепь сетки включено сравнительно небольшое сопротивление, порядка 1 мегома. В случае же больших сопротивлений в цепи сетки, порядка 5 мегом, влияние смещения хотя и уменьшается, но все же остается. Ясно, что так как детектирование током сетки может происходить только при наличии определенного тока в цепи сетки, то следует давать на сетку некоторое положительное смещение. При увеличении этого смещения величина детекторного эффекта сначала возрастает, а затем, после некоторого значения, снова начинает падать. Происходит это потому, что, благодаря смещению мы переходим в область больших сеточных токов, для которых характеристика имеет уже почти прямолинейную форму и поэтому детектирование ухудшается.
Итак мы установили следующие основные положения. Благодаря тому, что электроны обладают некоторой начальной скоростью вылета, ток в цепи сетки существует и при небольших отрицательных напряжениях. Гридлик в цепи сетки обусловливает появление на сетке некоторого отрицательного напряжения, величина которого тем больше, чем больше сопротивление гридлика. Под действием незатухающих колебаний в цепи сетки с гридликом, на сетке устанавливается некоторое среднее отрицательное смещение, величина которого также зависит от величины сопротивления. Величина постоянного смещения сетки играет существенную роль в детектировании: при отрицательных смещениях на сетках детекторный эффект уменьшается и при достаточном большом отрицательном смещении исчезает вовсе. Положительные напряжения на сетке до определенного предела (при напряжении порядка 1 вольта) повышают детекторный эффект. При дальнейшем увеличении положительного смещения детекторный эффект снова понижается.
Эти основные положения, выясненные нами при рассмотрении вопроса о детектировании незатухающих колебаний, могут быть почти полностью применены и для случая детектирования модулированных колебаний. Этим вопросом мы займемся в следующий раз.
Демонстрация детекторного эффекта при детектировании незатухающих колебаний и влияния величины сеточного сопротивления и постоянного смещения на детекторный эффект.
1 В тексте статьи напечатано: "Тогда напряжение на аноде лампы будет изменяться, например, в пределах от Ig до Ig." (прим. составителя).
(стр. 471.)
2 «Гридлик» по-английски значит «утечка сетки» и, следовательно, название это относится, строго говоря, только к сопротивлению, включенному в цепь сетки, но не к конденсатору, блокирующему эту цепь.
(стр. 474.)