Каждый радиолюбитель, пройдя через все испытания, связанные с постройкой детекторного приемника (без ламп), неизбежно стремится к постройке лампового приемника, расширяющего перед ним горизонты как в смысле увеличения силы слышимости, так и в смысле увеличения числа принимаемых станций, находящихся на значительных расстояниях от места приема. Но постройка лампового приемника отличается значительно большей сложностью, чем постройка приемника детекторного. Как следует соединять отдельные лампы, сколько взять ламп, какими особенностями отличается данная схема — вот те вопросы, которые возникают у радиолюбителя, и ответить на которые можно лишь в порядке известной постепенности. Этот порядок облегчается значительно тем, что всякая, самая сложная, ламповая схема может быть разложена на отдельные составные элементы, сочетание которых и определяет, главным образом, все особенности этой схемы. Под ламповым элементом подразумеваем катодную лампу со всеми присущими ей частями, как-то: гнездами для ножек, реостатом накала и теми частями, которые позволяют связать действие данной лампы с действием следующих за ней ламп. Отдельные лампы в приемных устройствах соединяются, главным образом, последовательно, или, как говорят, каскадом. В этом случае колебания, подведенные к первой лампе, меняют свою интенсивность, а иногда и частоту, и измененные колебания поступают во вторую лампу. Измененные (усиленные) во второй лампе колебания подводятся к третьей лампе и т. д. Что касается параллельного соединения ламп, то оно употребляется, главным образом, в мощных приемных установках и в передающих схемах, и мы на этом останавливаемся лишь в конце статьи.
В статьях журнала «Радиолюбитель» (№ 6 — 1924 г., стр. 92, № 4 — 1925 г., стр. 91, № 5 — 1925 г., стр. 115 и № 7—8 — 1925 г., стр. 175) уже указывалось, что катодная лампа может служить усилителем и детектором. Все ламповые схемы включают в себя элементы либо детектора, либо усилителя, либо того и другого вместе. Детектором в ламповой схеме может служить не только лампа, но и обычный кристаллический детектор, но, в силу многих преимуществ, в ламповых схемах для детектирования применяется исключительно лампа. Кристаллический детектор применяется в виде исключения, в так называемых рефлексных схемах. Тем не менее, применение кристаллов для детектирования вполне допустимо и может в этом случае с'экономить радиолюбителю одну лампу. Поэтому в дальнейших схемах мы вначале будем исходить всегда из схем с кристаллическим детектором.
Как известно, в обычной схеме детекторного приемника (рис. 1) электрические колебания в разных частях схемы имеют различную частоту. В колебательном контуре абвг под действием приходящих электромагнитных волн возникают электрические колебания высокой частоты. Под колебаниями высокой частоты мы понимаем колебания, число которых в 1 секунду равно от 10.000 и выше. Эти колебания высокой частоты преобразовываются детектором в колебания низкой частоты, число которых в 1 секунду колеблется от 30—40 до 4 000, и которые могут быть восприняты нашим ухом, благодаря телефону Т.
В зависимости от того, какие колебания усиливаются лампой, мы производимое лампой усиление называем усилением высокой частоты, или усилением низкой частоты.
Таким образом, усиление колебаний, взятых с колебательного контура абвг (рис. 1), минуя детектор, будет усилением высокой частоты. Усиление колебаний, проходящих через телефон Т (после детектора), будет усилением низкой частоты.
Усиление низкой частоты применяется, главным образом, в тех случаях, когда усиливаемые колебания сильны настолько, что могут быть посредством простого телефона преобразованы в звуковые колебания. Усилением низкой частоты пользуются: а) для увеличения силы звука и б) в тех случаях, когда вместо телефона работает громкоговоритель, который для нормальной работы требует подведения большей энергии, чем обычный телефон.
На рис. 2 представлена простейшая схема приемника с усилением низкой частоты. Вместо телефона Т (рис. 1) параллельно конденсатору С1 включаются зажимы сетка—нить лампы. Ток низкой частоты, проходящий через конденсатор С1, создает на его зажимах некоторую разность потенциалов, которую подводят к зажимам сетка—нить. Усиленные в цепи анода электрические колебания низкой частоты превращаются в звуковые колебания в телефоне Т. В случае длинного телефонного шнура можно обойтись без блокировочного конденсатора С2, так как два провода шнура и обмотки телефона образуют иногда сами по себе достаточную емкость. Схему длинных волн получают, как обычно, включая конденсатор С параллельно, а не последовательно с катушкой L. Конденсатор переменной емкости C должен иметь максимальную емкость не больше 1000 см. Лучше даже брать конденсатор с максимальной емкостью в 500 см. Расчет колебательного контура CL следует производить так, как это показало в статье Электрона («РЛ». 1—1925 г., стр. 11). Что касается других деталей, то для них можно указать следующие величины. Напряжение батареи Бн составляет 4 вольта, напряжение батареи БА — 40—80 в.; C1 = C2 = 2000 см.: телефон должен быть непременно высокоомным, сопротивлением 2000—4000 ом. Низкоомный телефон следует присоединить через понижающий напряжение трансформатор. Реостат накала Rн для микроламп берется сопротивлением около 50 ом.
Так как для получения наибольшего эффекта в телефоне напряжение прикладываемое к зажимам сетка—нить должно быть по возможности больше, то для увеличения напряжения, создающегося на зажимах конденсатора C2, его повышают при помощи трансформатора Тр (рис. 3). Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной равно 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 и иногда 1:6. В среднем пользуются отношением 1:4, при чем число витков первичной обмотки, обычно, равняется от 3.000 до 5.000. Остальные величины те же, что и для рис. 2. Схема рис. 4 отличается от схемы рис. 3 большей избирательностью (более острой настройкой), так как между колебательным контуром и детекторным контуром устанавливается трансформаторная связь. Катушка самоиндукции L берется с числом витков в 1,5 paзa большим, чем число витков катушки L1.
Перейдем теперь к обычно применяемому в ламповых схемах способу детектирования при помощи лампы. На рис. 5 представлена схема простейшего лампового приемника (см. «РЛ», № 8, 1924 г., стр. 123) с одной детектирующей лампой. Для детектирования в ламповых схемах в настоящее время чаще всего употребляется, так называемый, метод утечки сетки (гридлика), описанный подробно в «Радиолюбителе», в № 7—8, 1925 г., стр. 174; С и L имеют обычные значения этих величии для колебательного контура; С1 — емкость порядка 200—300 см., М — сопротивление порядка 1.000.000—5.000.000 ом. или, как говорят, от 1 мегома до 5 мегом. Все остальное — как в предыдущих случаях. Если теперь в рис. 4 заменить кристаллический детектор ламповым, то получится схема, представленная на рис. 6. Эта схема обладает одним более чем существенным недостатком. Для ее выполнения необходимы две батареи высокого напряжения и две батареи накала, что сильно увеличивает стоимость приемного устройства. Поэтому желательно эту схему упростить, сведя 4 батареи к двум, из которых одна — батарея накала, а другая — анодная батарея. Для этого раньше всего удаляют батарею накала Бн, точки же а и б соединяют соответственно с точками в и г, т.-е. включают цепь нити накала первой лампы параллельно нити накала второй лампы.
Затем удаляют анодную батарею БА. Оставшийся свободным конец в (рис. 7) должен быть присоединен к положительному зажиму оставшейся анодной батареи таким образом, чтобы для первой лампы получалась замкнутая анодная цепь. Эту замкнутую анодную цепь можно проследить на рис. 7, где она обозначена буквами а б в г д е ж з и к л о. Эта цепь ничем не отличается от обычной анодной цепи. Интересно отметить, что не только нити накала двух ламп присоединяются параллельно к одной батарее накала Бн, но и анодные цепи обеих ламп питаются, как две параллельные цепи от одной анодной батареи. Параллельно первичной обмотке трансформатора часто для улучшения его действия включают постоянный конденсатор С, показанный пунктиром на рис. 7.
Емкость конденсатора С должна составлять около 1000 см. Схема рис. 7 может быть разложена на 3 элемента. В 1-й элемент — элемент настройки колебательного контура — входит катушка самоиндукции L1, катушка связи L2 и конденсатор переменной емкости С1. Во 2-й — детектирующий элемент — входит катодная лампа с реостатом накала Rн, гридлик (конденсатор С2 и мегом М). Наконец, 3-й элемент — элемент низкой частоты — состоит из катодной лампы с реостатом и трансформатора низкой частоты.
Для получения большего усиления последовательно со второй лампой включают еще одну лампу (рис. 8); таким образом, получается схема, состоящая из элемента настройки, элемента детектора и двух элементов усиления низкой частоты. Такая схема, как говорят, имеет две ступени усиления низкой частоты. Вместо теоретической схемы (рис. 8) пользуются практической схемой (рис. 9), в которой, на основании вышесказанного, шесть отдельных батарей заменены двумя общими батареями. Самое построение схемы ничем не отличается от построения схемы рис. 7. Часть приемника, включающая в себя элементы усиления низкой частоты, может быть названа усилителем низкой частоты.
Казалось бы, что, включая все больше и больше ламп, можно было бы получать любые степени усиления. На самом деле это не так. Обычно больше трех, максимально — четырех, ступеней усиления низкой частоты не берут, так как при большем числе ступеней усиления вместе с принимаемыми колебаниями усиливаются и различные шумы, возникающие иногда благодаря наличию атмосферных разрядов, иногда же кроющиеся во внутренних недочетах приемника и условиях самого приема.
Трансформаторную связь между отдельными лампами усилителя низкой частоты надо рассматривать, как наиболее совершенный вид связи, так как, помимо усиления, обуславливаемого действием самих ламп, получается еще усиление за счет повышения трансформатором напряжения, подводимого к зажимам сетки—нити следующей лампы.
При отсутствии трансформаторов, связь между отдельными лампами усилителя низкой частоты может быть осуществлена либо через дроссели, либо через сопротивления.
На рис. 10 представлен трехламповый усилитель, состоящий из детектирующей лампы и двух ступеней усиления низкой частоты. Подробные конструктивные данные этой схемы были даны в «Радиолюбителе» № 2, 1924 г., стр. 27. Мы же здесь остановимся вкратце лишь на вопросе о связи между отдельными лампами.
Действие дроссельной катушки можно рассматривать, как действие автотрансформатора, т.-е. трансформатора, две обмотки которого с равным числом витков слились в одну обмотку. Если через первичную обмотку трансформатора (рис. слева) пропускать переменный ток, то на зажимах вторичной обмотки. будет создаваться переменное напряжение, при равном числе витков обмоток — равное напряжение на зажимах первичной обмотки. Будем сближать обе обмотки все больше и больше. Тогда в пределе эти обе обмотки сольются в одну обмотку с четырьмя концами (рис. 11 справа). Когда по обмотке а б проходит переменный ток, на зажимах в г образуется некоторое переменное напряжение. Вернемся теперь к нашей схеме (рис. 10). Первая лампа схемы работает в качестве детектора и в ее анодной цепи а б в г д е ж з и а течет переменный ток низкой частоты. Этот ток, проходя через дроссельную катушку L2 (соответственно цепи а б рис. 11), создает на ее зажимах некоторое переменное напряжение, которое подводится к сетке второй лампы. Ответвлению в рис. 11 на рис. 10 соответствует ответвление а м н, соединяющее один зажим а дроссельной катушки с сеткой; ответвление же, соответствующее ответвлению г (рис. 12), берется не непосредственно у другого зажима дросселя, а в точке з; это ответвление з к через проводник з ж е д г в б соединяет другой зажим дроссельной катушки с нитью накала второй лампы. Таким образом, к зажимам сетка—нить может быть подведено некоторое переменное напряжение, которое вызовет усиленный ток в анодной цепи второй лампы; все дальнейшие процессы, связанные с третьей лампой, протекают так же, как во второй лампе. Конденсатор С3 необходим для того, чтобы сетке второй лампы через цепь н м а б в г д е не сообщался сильный постоянный положительный потенциал от батареи высокого напряжения БА. Наличие такого постоянного потенциала на сетке второй лампы привело бы к усиленному притяжению сеткой излучаемых нитью электронов и прекратило бы совершенно прием. Благодаря конденсатору, сетка не получает этого высокого постоянного потенциала, но в то же время этот конденсатор не мешает сетке получать переменный потенциал от зажима дросселя. Аналогичную роль играет и конденсатор С4. Сопротивление R1 и R2 служат для стекания статических отрицательных зарядов, образующихся на сетке во время работы от оседающих на ней электронов. Приведем несколько цифровых данных, характеризующих схему:
Бн = 4 в., БА = 80 в., С2 = 300 см., М = 1.000.000 — 5.000.000 ом, С3 = С4 = 1000 см., R1 = R2 = 2.000.000 ом, L2 и L3 — дроссели диаметром сердечника 1) около 10 мм., длиной около 6 см. Число витков равняется 10.000, диаметр наматываемой проволоки — около 0,1 мм.
Самой простой схемой с усилением низкой частоты в смысле дешевизны и экономии является схема, представленная на рис. 12, в которой связь между лампами усиления низкой частоты осуществляется не через трансформаторы с железными сердечниками, а через сопротивления. Принцип работы этой схемы имеет много общего с принципами действия схемы рис. 10.
Если через сопротивление R1 (рис. 13) проходит ток, то на его зажимах возникает известная разность потенциалов, которая будет тем более, чем больше сопротивление и чем больше ток. Если через сопротивление проходит переменный ток, то и разность потенциалов на зажимах сопротивления создается переменная. Ток низкой частоты, проходящий через сопротивление R1, включенное в анодную цепь первой лампы, вызывает на зажимах этого сопротивления переменную разность потенциалов, которая прикладывается к зажимам сетка—нить второй лампы. Что касается построения самой схемы (рис. 12), то оно, как это легко видеть, отличается от построения схемы рис. 10 лишь наличием одной дополнительной батареи БА1, которая служит для того, чтобы дать на 2 последние лампы нормальное напряжение на аноде, так как большая часть анодного напряжения (больше половины) поглощается в анодном сопротивлении R' и R''; на первую лампу не дают дополнительной батареи для того, чтобы пониженным напряжением, получающимся на ее аноде, задать лампе детекторный режим. Цифровые данные этой схемы будут следующие:
Бн = 4 в., БА = 40—80 в. и БА1 = 40 в., М = 1.500 000—2.000 000 ом, R' = R'' = = 50—80 000 ом, R1 = R2 = 3.000.000—5,000 000 ом, C1 = 200—400 cм, C2 = C3 = 0,5—0,001 µF (микрофарады).
Необходимо отметить, что при наличии нескольких ламп, выполняющих одну и ту же функцию, все эти лампы (напр., все лампы усиления низкой частоты) вместо отдельной регулировки накала могут иметь общую регулировку при помощи одного общего реостата накала (рис. 14).
1) Делается из пучка отожженной железной проволоки, диам. 0,3—0,5 мм. (стр. 253.)