И. А. Домбровский.
Явление обратной связи явилось величайшим открытием в радиотехнике потому, что изобретатели трехэлектродной лампы имели в виду получить лишь идеальное приспособление (черт. 1) для усиления слабых радиотелеграфных сигналов по принципу обыкновенных телеграфных релэ. Релэ называется механизм, приводимый в действие слабыми токами, — замыкающий цепь, в которую включен какой-нибудь источник тока. В этой последней цепи, питаемой своим источником тока, в такт замыканиям и размыканиям релэ протекает ток, который может быть гораздо сильнее, чем ток, приводящий в действие само релэ. Разного рода электромагнитные релэ имеют широкое применение в разных отраслях электротехники, в частности телеграфии и телефонии по проводам, но применение их для целей усиления слабых и даже относительно сильных радиотелеграфных сигналов оказалось затруднительным. Вот почему и стали применять трехэлектродную лампу после того, когда она была изобретена, и новое изобретение оказалось возможным использовать для этой цели.
Принцип действия трехэлектродной лампы, как релэ, усиливающего слабые токи, очень прост. К сетке лампы подводится ток таким образом, что между сеткой и нитью накала лампы получается некоторое очень слабое напряжание, — тогда в анодной цепи это напряжение вызывает изменение силы анодного тока и явление будет происходить так, как будто бы от нити накала к аноду потечет некоторый дополнительный ток.
Надо иметь в виду. что сила тока в контуре сетки ничтожно мала, практически часто равна 0, а потому расход энергии на приведение в действие катодного релэ очень мал. Если к контуру сетки приложить переменное напряжение, то и в цепи анода потечет переменный ток значительно большей силы, а в цепи анода напряжение переменного тока может оказаться значительно выше, чем в цепи сетки, так как цепь анода имеет свой источних энергии. Таким образом, катодное релэ, как и всякое релэ, имеет два контура, в одном из коих имеется очень небольшой запас электромагнитной энергии, а во втором значительно больший, так как в нем собирается усиленная помощью релэ энергия.
Известно, что в электротехнике энергия подводится помощью контуров.
Электрические контуры могут быть чисто омические, емкостные, индуктивные и, наконец, комбинированные в зависимости от того, образуются ли их цепи одними сопротивлениями, самоиндукциями, емкостями, либо соединением тех и других вместе.
В радиотехнике широко используются всякого рода контуры, а особенной симпатией пользуются настроенные контуры с небольшим сопротивлением. Такие контуры образуются соединением емкости и самоиндукции, а меняя величину либо емкости, либо самоиндукции, контур можно настроить на волну приходящего радио-телеграфного сигнала. В момент настройки контура в резонанс на приходящую волну, напряжение в контуре возрастает до своего максимального значения, и тем больше, чем меньше сопротивление контура. Вот тут-то его и нужно приложить между сеткой и нитью накала, тогда-то в цепи анода оно и вызовет прохождение наиболее сильного тока, а если в цепь анода включен еще какой-нибудь контур, то напряжение усиленного тока в нем может оказаться значительно больше напряжения приложенного к сетке. И если контур анода как-нибудь связан с контуром сетки, то, как легко понять, энергия может начать возвращаться обратно в контур сетки — повышать в нем приложенное напряжение и ток до тех пор, пока релэ выдержит. И действительно, при больших мощностях в случае применения мощных релэ может дойти и до того, что релэ (катодная лампа) перегреется и сгорит. В маленьких приемных катодных лампах этого опасаться нечего. Просто, усиливаемая таким образом энергия, приложенная к цепи сетки, достигнет некоторой определенной величины, после которой дальнейшее усиление прекратится.
Вот в таком переходе энергии из контура анода в контур сетки и заключается принцип обратного действия. Необходимо отметить, что по своему действию он аналогичен как бы уменьшению сопротивления контура сетки, т.-е. обратное действие как бы вносит отрицательное сопротивление в контур сетки L1C1 которое, вычитаясь из сопротивления контура, повышает в нем силу тока, а следовательно, и напряжение. Но для появления обратного действия необходимы еще дополнительные условия, а именно: необходимо, чтобы между контуром анода и сетки был путь, по которому энергия могла бы отсасываться в контур сетки, и чтобы путь этот был правильно выбранным. Известно, что для перехода энергии из одного контура в другой необходимо, чтобы эти контура были электрически между собой связаны. Электрическая связь контуров осуществляется либо расположением катушек самоиндукции на некотором расстоянии друг от друга (черт. 1А) — индуктивная связь; либо ответвлением части катушки одного контура и включения ее в другой контур (черт. 1Б) — связь автотрансформаторная; либо присоединением одного контура к другому через емкость конденсатора, напр., на черт. 1В — через емкости конденсаторов Сc. Нет надобности, чтобы емкость Сс была обязательно включена в обе ветви, соединяющие контуры. Достаточно, если при присоединении контуров емкость включена хотя бы в одну из ветвей. Далее, легко сообразить, что связь между ними может быть и комбинированная. Легко сообразить, что электрически можно связать и контуры, состоящие из чисто омического сопротивления, путем включения части сопротивления одного контура в другой. При наличии какой-либо электрической связи между цепью сеточного контура и анодного и возможно появление обратного действия. Но здесь же необходимо оговорить, что обратное действие может быть двоякого рода, ввиду особого свойства всякого переменного тока. Напряжение, появляющееся в сеточном контуре под влиянием отсасывания энергии из анодного контура, может либо складываться с напряжением контура сетки, — тогда возникнет увеличение усиления в релэ, либо может вычитаться из напряжения сеточного контура, — тогда усиление будет слабее и вообще совершенно может прекратиться.
Для того, чтобы вызвать обратное действие анодного контура на сеточный, их необходимо связать электрически друг с другом. А это можно сделать по одному из вышерассмотренных способов электрической связи контуров. На черт. 2 показаны схемы получения связи между контуром сетки и анода для получения обратного действия с возрастанием усиления сигналов. На черт. 2 (А, Б, Г) контур сетки ненастроенный и связь осуществляется либо автотрансформаторная, либо индуктивная, либо емкостная. Надо здесь отметить еще одну особенность явления обратного действия. Если мы связь между цепью сетки и анода сделаем достаточно сильной, то в настроенном контуре, в какую бы он цепь ни был включен, — анода, либо сетки, — появятся собственные колебания на длине волны, зависящей почти только от емкости и самоиндукции контура. Это явление собственной генерации в контурах катодной лампы, как известно, имеет громадное значение, как при изготовлении приемных аппаратов, так и для изготовления радиотелеграфных передатчиков.
Рассматривая черт. 2 (А, Б, В), на коем электрическая связь контуров указана, легко поверить, что явление обратной связи им свойственно. Интересна схема черт. 2Г. Настроенный анодный и сеточный контур не имеют явно выраженной электрической связи. Однако, в этой системе контуров обратное действие появляется почти всегда очень легко, особенно тогда, когда его желают избежать, а с большим трудом тогда, — когда его хотят умышленно вызвать в целях использования рассматриваемой системы для генерирования колебаний. В схеме черт. 2Г электрическая связь контура сетки и контура анода осуществляется, главным образом, через собственную емкость лампы между сеткой и анодом, если себе их представить в виде двух обкладок конденсатора. Тогда и получится схема черт. 1В, в коей в одну ветвь соединенных контуров включена емкость. Эта емкость возрастает еще от емкости между вводами сетки и анода в лампу через прессованную стеклянную ножку стандартного типа, так как стекло имеет большую диэлектрическую постоянную. Еще сильнее увеличивают эту емкость ламповые гнезда приемника, а иногда и любительский монтаж и расположение проводов в приемнике. Схема каждого лампового приемника имеет очень много общего со схемой черт. 2Г. Правда, часто случается, что анодная цепь не настроена, но это обстоятельство возможности обратного действия через емкость анод-сетки лампы не устраняет. Наоборот, оно всегда существует и влияние его нужно либо использовать, либо устранить, нейтрализовать, и тогда только работа приемника будет вполне надежна. Очень легко на практике убедиться в существовании обратного действия через емкостную связь. Но для этого нужно, конечно, иметь самый простой регенеративный приемник, изображенный на черт. 3. В этом приемнике к сетке присоединен антенный контур, настраиваемый переменным конденсатором С1. Для возможности регулировки детекторной точки характеристики лампы антенный контур с другой стороны присоединен к потенциометру и далее к минусу батареи накала. Можно вместо потенциометра просто включить в цепь сетки добавочную батарею, подведя дополнительное отрицательное напряжение на сетку. Для получения обратного действия путем индуктивной связи необходимо включить катушку L2 так, чтобы в контуре L1C1 напряжение приходящих сигналов усиливалось. Для максимального усиления необходимо подвинуть катушку L2 к катушке L1 настолько близко, чтобы в телефоне услышать характерный щелчок, указывающий на появление колебаний. Вблизи этой точки и будет наиболее чувствительный и сильный прием. Если катушка L2 включена неправильно, то колебания в контуре не возникнут, потому что обратное действие от индуктивной связи будет их тушить, таким образом можно проверить правильность включения катушки обратной связи L2. Нужно иметь в виду, что обратное действие емкостной связи через лампу будет иметь противоположное влияние, чем обратное действие индуктивной связи. Устранив совершенно катушку L2, можно получить генерацию в лампе под влиянием емкостной связи. Практически этого можно достигнуть, включая в анодную цепь вариометр и регулируя его, несколько увеличив одновременно накал лампы и дав на сетку отрицательное напряжение и уменьшив емкость конденсатора Сб.
Подобрав все условия работы лампы, можно заставить лампу генерировать и опять услышать в телефоне характерный щелчок при изменении одной из регулировок.
Дальнейшие детали о методах получения генерации мы дадим в следующем номере журнала.