"Радиолюбитель", №1, январь, 1926 год, стр. 22-23
Nova skemo por plifortigo de elektropotenco sen kripligoj por lautparola akcepto. — P. N. KUKSENKO. — Unua parto de l’artikolo priskribas la kauzoin de kripligo dum potenca plifortigo, la necesecon por ne kripligado eiuzi nur negrandan parton de potenco de lampoj kaj malprofiton de ghiaj paralelaj kontaktigoj. (Daurigota).
Громкоговорящий радиоприем, независимо от типа и мощности применяемого громкоговорителя, требует хотя бы одного (последнего) каскада, — так называемого усиления мощности. При усилении мощности от данной усилительной лампы требуется по возможности наибольшая отдача мощности (исчисляемая в ваттах) на включенный в ее анодную цепь телефон, тогда как от промежуточных каскадов усиления рационально для достижения наибольшего эффекта в смысле усиления добиваться по возможности наибольшего усиления напряжения. Это принципиальное различие в работе отдельных каскадов усилителя, при вдумчивом конструировании его, во-1-х, приводит к разделению усилительных средств в громкоговорящей установке на две части: а) на усиление предварительное или усиление напряжения и б) усиление оконечное или усиление мощности и, во-2-х, заставляет на несколько ииых началах подходить к конструированию отдельных деталей усилителя, работающих в разных каскадах и вследствие этого выполняющих различные функции.
В радиолюбительской практике вопрос о "мощном усилении" вообще и тем более мощном усилении без искажений встречает всегда некоторые затруднения. Эти трудности велики, если требуется значительная нагрузка на громкоговоритель (большой громкоговоритель), но и в случае применения небольших комнатных громкоговорителей они не отпадают. Большинству радиолюбителей эти трудности хорошо известны. Все знают, как сравнительно просто получить удовлетворительный прием, безразлично от кристаллического или лампового приемника, — на головной телефон и в то же время — как трудно этот удовлетворительный прием после соответствующего усиления получить неискаженным от громкоговорителя. Конечно, современные громкоговорители самой совершенной конструкции не свободны от тех или иных искажений, но если к этому несовершенному громкоговорителю подводится уже искаженный прием то все эти искажения резко подчеркиваются, и результирующее искажение становится чрезмерным. Поэтому при данном громкоговорителе вопрос о неискаженном усилении приобретает громадную важность в установках громкоговорящего радиоприема.
Чем эти искажения обусловливаются и как их избежать?
Конечно, искажения, дающие себя знать в громкоговорящей установке, обязаны ряду причин, но в значительной степени они вызываются именно усилительными средствами приемной радиоустановки, как предварительным усилением, так и оконечным.
В предварительном усилении искажения рационально могут быть устранены только лишь при применении схемы усиления с сопротивлениями и при возможном уменьшении каскадов усиления, так как при самом тщательном конструировании усилителей избежать взаимных влияний отдельных каскадов в любительской практике трудно.
В мощном усилении искажений удается избежать лишь при применении правильно рассчитанной для требуемой нагрузки лампы и правильно выбранном ее режиме.
Обычно лампа может отдать без искажения мощность, равную ¹/₁₀—¹/₂₀ ее номинальной колебательной мощности при использовании в качестве генератора (при том же анодном напряжении). Таким образом, для нагрузки малого комнатного громкоговорителя, требующего, примерно, около 20—50 милливатт, необходимо иметь лампу порядка 1—2 ватт (колеб. мощности). Распространенные у нас лампы Треста слабых токов Р5 и "микро" эту мощность без искажения позволяют получить при повышении анодных напряжений (до 100—240 вольт).
Как правило, лампа не дает искажений, если ее работа протекает на прямолинейном участке анодной динамической характеристики, при данном сопротивлении нагрузки (телефон) (рис. 1). Динамическая характеристика дает зависимость между анодным током и напряжением сетки при сопротивлении нагрузки в анодной цепи, каковое для условия максимальной отдачи должно быть равно внутреннему сопротивлению лампы. Таким образом, динамическая (или действующая) характеристика отличается от известной читателям статической характеристики тем, что при увеличении тока в анодной цепи увеличивающееся падение напряжения на сопротивлении уменьшает анодное напряжение. Поэтому, динамическая характеристика обычно значительно положе статической (рис. 2), но она как раз и определяет то, что происходит в цепи при сопротивлении нагрузки, поэтому здесь мы именно и принуждены обратиться к ее рассмотрению. Динамическая характеристика может быть снята опытным путем или рассчитана из статических характеристик (см. примеч. в конце). На рис. 2 приведено семейство статических характеристик лампы Р5 и ее динамические характеристики (толстые линии) для следующих условий:
| Сопротивление нагрузки |
Напряжение батареи |
| 20.000 ом | 120 вольт |
| 30.000 „ | „ |
| 20.000 „ | 100 „ |
Динамическая характеристика прямолинейна только на определенном участке: на рис. 2 прямолинейность ее может быть обеспечена на участках между крестиками (х), т. е. между нижним перегибом и нулевым напряжением на сетке. Ток в цепи сетки приводит к искривлению динамической характеристики. Таким образом, усиление без искажений может быть достигнуто только на этих сравнительно небольших участках. Но при использовании этих участков характеристики, отдаваемые лампой мощности весьма невелики.
Так, характеристика I позволит получить нагрузку на телефоне всего лишь 5 милливатт. — характеристика II — 5,5 милливатт и характеристика III — 2,7 милливатт.
Пунктирные линии на рис. 2 показывают те постоянные отрицательные напряжения, которые необходимо задать сетке лампы для использования этих прямолинейных участков характеристик. Эти напряжения соответствуют средней точке указанных прямолинейных участков. От предварительного усиления для отсутствия искажений в оконечном усилении необходимо подвести к последней лампе для I и II характеристик амплитудное напряжение 4,5 вольт, для III — 3,5 вольта. Отдаваемые мощности из этих характеристик определяются из уравнения:
| (Emax — Emin)(Imax — Imin) |
| 8 |
где E — напряжения на аноде, определяемые из статических характеристик в точке пересечения динамической характеристики с соответствующей статической, а I — ток в цепи анода по динамической характеристике в зависимости от прикладываемых к сетке напряжений.
Например: для характеристики I имеем:
Emin = 87 вольт; Emax = 110 в.; Imax = 1,8 и Imin = 0,08 миллиампер.
Тогда для сопротивления нагрузки 20.000 ом имеем:
| (110 — 87)(1,8·10—3 — 0,08·10—3) | = 5 миллив. |
| 8 |
Подобным же способом находятся отдаваемые мощности и для других динамических характеристик. Из приведенных характеристик и цифр мы можем сделать следующие выводы:
1. Мощность, которую лампа может отдать без искажений для нагрузки телефона, вообще говоря, чрезвычайно невелика; в этом смысле для любительских целей желательны именно чувствительные громкоговорители.
2. Мощность, отдаваемая лампой, увеличивается при увеличении анодного напряжения, при чем это увеличение анодного напряжения рационально производить до тех пор, пока вся характеристика не сдвинется в область отрицательных потенциалов. Дальнейшее увеличение пользы не принесет: увеличение анодного напряжения должно сопровождаться увеличением отрицательного напряжения на сетке для того, чтобы рабочая точка приходилась в середину соответствующей динамической характеристики.
3. Лампа отдает максимальную нагрузку мощности на телефон, когда его сопротивление равно внутреннему сопротивлению лампы (для динамических характеристик).
4. Даже комнатный громкоговоритель для неискаженного громкоговорения требует применения в последнем каскаде лампы большей мощности, нежели принятая у нас лампа Р5 или микро. В этом отношении рационально применять в последнем каскаде громкоговорящей установки лампы УТ1 (Треста слабых токов). Распространенный у нас громкоговоритель ДП (Треста слабых токов) при той нагрузке, которую может дать без искажения лампа микро или Р5, даст возможность при полной тишине слушать 3—5 человекам (площадь 2 кв. саж.). Репродуктор же для нормальной его нагрузки требует около 100 милливатт.
Таким образом при необходимости пользования только лампами Р5 или микро и нормальным анодным напряжением (80—100 в.), что обычно и имеет место в радиолюбительской практике, стесненной вопросами питания ламп, громкоговорящий неискаженный радиоприем может быть получен или при применении в последнем каскаде двух или трех ламп, включенных параллельно, или при применении специальной схемы.
Параллельное включение ламп мало рационально в том отношении, что при неоднообразности ламп, пока неизбежной, характеристики ламп, а, следовательно, и эффекты, даваемые ими, не складываются арифметически. Например, 2 лампы, включенные параллельно, могут отдать мощность не в 2 раза большую, а меньше — приблизительно в 1½ раза. В то же время энергия, требуемая от источников тока на накал ламп, растет пропорционально числу ламп. Поэтому оказывается все же более целесообразным применять одну более мощную лампу, нежели несколько ламп малой мощности включенных параллельно.
Совершенно иные перспективы сулят специальные схемы. Далее будет приведена только наиболее простая схема для этих целей, разработанная автором настоящей статьи.
Примечание. Динамическая характеристика обычно строится следующим образом. Положим (рис. 2), анодная батарея имеет напряжение 120 вольт, а сопротивление нагрузки 20.000 ом. Имеем точку пересечения динамической характеристики со статической для Va = 100 в. Для этого нам необходимо определить ток в цепи анода в тот момент, когда напряжение на аноде 100 в. Поступаем следующим образом: определяем падение напряжения на сопротивлении нагрузки: нетрудно понять, что в тот момент, когда анод имеет напряжение 100 вольт, на сопротивление пагрузки падает 120 — 100 = 20 вольт. Тогда, зная сопротивление нагрузки, легко определить ток: он равен 20/20000 = 1 миллиамп. Точка пересечения динамической характеристики со статической при Va = 100 найдена. Точно также находим точки пересечения для статических характеристик при Va = 80, 60 и т. д. Найденные точки пересечения соединяем между собой и получаем так называемую динамическую характеристику.