Н. Изюмов.
Очень много споров в технической литературе вызвал вопрос о процессе работы и о преимуществах той схемы,, которая по-английски называется «пуш-пул», а в немецких работах имеет наименование «встречного соединения».
Но каковы бы ни были теоретические суждения, однако практика показывает, что именно такая схема обеспечивает наиболее чистую передачу звуков в усилителе низкой частоты, построенном на трансформаторах.
Из всех названий, присущих этому соединению, самым удачным, самым характерным для принципа работы, является название «дифференциальная схема».
Дифференциальной (т.-е. разностной) можно назвать в электротехнике комбинацию двух катушек, дающих магнитные поля в одном общем сердечнике в противоположных направлениях. Пример подобной комбинации дан на черт. 1. Каждая из этих обмоток под влиянием проходящего по ней тока стремится создать свое магнитное поле; токи же в катушках идут в разные стороны и поэтому магнитные потоки также противоположны между собою. Если же катушки имеют одинаковое число витков и силы токов в них также одинаковы, то никакого магнитного потока в железе не будет. Так будет даже в том случае, когда каждый из токов в отдельности способен довести железо до «насыщения», т.-е. до предела его магнитной восприимчивости.
Легко представить эти соотношения графически (черт. 2). Здесь на верхних осях изображена «по времени» сила тока в первой катушке, на нижних — противоположная («отрицательная» по отношению к первой) сила тока во второй, а на средней системе осей, где мы желали бы изобразить общий магнитный поток, отложить нечего, ибо потока-то нет.
Но вот мы вывели на мгновенье реостат в цепи первой обмотки и тем создали мгновенный прирост тока в ней; это дает победу первой обмотке над второй, и она на то же мгновение создает магнитный поток в железе именно за счет разности токов. (черт. 2, участок x).
Точно того же результата добьемся мы, если вместо усиления тока первой катушки ослабим действие второй, введя в ее цепь на мгновенье реостат: первая катушка опять победит и продиктует свою волю магнитному потоку (черт. 2, участок y).
Если одновременно проделать и то, и другое, то-есть усилить ток в первой катушке и ослабить во второй, то разность токов будет уже двойная, и точно также двойным будет прирост магнитного потока по сравнению с предъидущими случаями (черт. 2, участок Z). Вполне понятно, наконец, что роли обмоток могут поменяться, л побеждающая вторая катушка продиктует магнитному потоку желательное ей об яое направление (черт. 2, участок W).
Не лишне будет здесь же читателю напомнить о том, что в любом трансформаторе ток вторичной обмотки создается именно за счет изменений магнитного потока в сердечнике; присутствие же в железе постоянных магнитных линий не только бесполезно, но даже вредно, так как они могут довести железо до насыщения и тем воспрепятствовать своим же собственным изменениям, которых желает первичная обмотка.
Теперь посмотрим, как все наши рассуждения применимы к схеме «пуш-пул». Ведь ее английское название также не лишено меткости: «пуш-пул» значит «толкай-тяни»; и в самом деле, если одна из катушек, о которых говорилось выше, «подталкивает» магнитные линии, то другая их тянет за собою — и в результате обе помогают.
Усложним немножко нашу схему, намотав на сердечник вторичную обмотку и создав таким образом «трансформатор без надмагничивания»; обе батареи можно заменить одной (черт. 3). Двигая ползунки реостатов взад н вперед в противоположных направлениях (см. стрелки), мы создадим в железе двойное изменение магнитного потока, а во вторичной — соответственно увеличенный ток по сравнению с тем, что могла бы вызвать каждая из первичных обмоток в отдельности (см. черт. 2, участки ZW).
Далее в ту же схему вместо реостатов включим промежутки «анод-нить» двух совершенно одинаковых катодных ламп, позволив таким образом батарее послать через обе обмотки токи в прежних направлениях; в качестве движков используем сетки тех же ламп, задавая на них равные, но противоположные по знаку напряжения (черт. 4). Сообщив верхней сетке «плюс», мы усилим ток в верхней части первичной обмотки; в то же время «минус» на нижней сетке ослабит ток в нижней части первичной обмотки. Результат будет совершенно тот же, что и раньше: двойной прирост магнитного потока в железе, а вместе с тем — и появление тока во вторичной цепи трансформатора.
Наконец, перестанем играть в прятки и перейдем к действительной схеме каскада «пуш-пул» (черт. 5). К первичной обмотке входного трансформатора (Тр. 1) подводятся колебания низкой частоты, которые требуется усилить (напр., детектированный ток). Вторичная обмотка повышает напряжение. Точка X делит эту обмотку пополам, и на каждую сетку даются одинаковые напряжения, равные половине общего напряжения между концами вторичной обмотки. Таким образом приходящее колебание играет здесь именно роль тех человеческих рук, которые передвигали ползунки реостатов на черт. 3. Действительно, ведь если «смещающая» сеточная батарея (—Eg) держит обе сетки под одинаковым отрицательным напряжением, то приходящее колебание задаст на одну из ламп положительный добавок, а на другую — точно такой же, но отрицательный; значит, до прихода колебаний анодные токи в обоих лампах были одинаковы по своей силе, а с началом колебания в одной из ламп ток анода возрастет, в другой убавится, и наоборот. Вместе с этим появится магнитный поток в железе выходного трансформатора (Тр. 2) и напряжение в его вторичной обмотке, передаваемое на следующий каскад усиления или посылающее свой ток в катушку телефона или репродуктора.
Если лампы совершенно одинаковы (т.-е. обладают одинаковыми «внутренним сопротивлением» и «крутизной»), то при отсутствии приходящих колебаний анодные токи будут в них равны, а потому, как понятно из предыдущего, в железе выходного трансформатора не окажется «подмагничивающего» постоянного потока. Это ценно.
Здесь можно было бы закончить описание работы «пуш-пула»; но попробуем задаться несколько более трудной целью: представить этот процесс графически. Пусть кривая eg (черт. 6) изображает изменения напряжения на сетке верхней лампы. Эта кривая расположена симметрично вдоль оси, соответствующей точке смещающего напряжения (—Eg) на характеристике лампы (читателю, вероятно, известно, что характеристикой лампы называется кривая, показывающая изменение анодного тока в зависимости от изменений напряжения на сетке). Кривая i1 изобразит вызванное этим изменение анодного тока, обладавшего до прихода колебаний постоянной величиною I1.
Для того, чтобы та же самая линия eg одновременно изобразила и изменение сеточного напряжения второй лампы (имеющего, как мы помним, по сравнению с первым обратный знак), придется начертить характеристику этой второй лампы в перевернутом виде. Ось симметри для кривой eg пройдет через точку характеристики второй лампы, соответствующую тому же «смещению» (—Eg).
Построив по этой характеристике кривую изменения анодного тока во второй лампе, получим кривую i2 с осью симметрии I2.
Итак, анодные токи дали нам по отношению к обмоткам выходного трансформатора ту же самую картину, какую мы наблюдаем в упрощенной схеме (черт. 2). Изменения этих токов по знаку («по фазе») совпадают и дают в железе двойной прирост магнитного потока. Постоянные же токи по знаку обратны, и действия их в железе взаимно уничтожаются.
Таков принцип работы пуш-пула.
Попробуем дать этой схеме оценку. Преимущества ее следующие:
1) железо не подмагничивается и потому позволяет более или менее сохранить пропорциональность между изменениями анодных токов и магнитного поля в трансформаторе, что дает надежду на ослабление искажений.
2) Если возрастает анодный ток в одной лампе, то одновременно он убывает в другой, и тем самым в анодной батарее сила тока за все время работы остается постоянной. Такая работа батареи «без толчков» содействует длительности ее службы.
3) Заменяя питание схемы от батарей напряжением осветительной сети (постоянного тока или переменного с выпрямителем), мы не получим при этом столь обычных для других схем шумов; действительно, колебания питающего напряжения будут в обеих лампах по отношению к железу трансформатора противоположны по фазе (по знаку) и следовательно, на вторичной обмотке (на выходе) никак не отразятся. Даже смещающее напряжение можно взять от городской сети.
Дальнейших преимуществ дифференциальной схемы перечислять не буду, хотя они имеются.
К недостаткам пуш-пула можно отнести следующее:
1) Лампы должны быть точно одинаковые.
2) Трансформаторы с разделенными обмотками выходят сложнее и дороже обыкновенных, так как требуется строгий подбор симметричности в них.
3) Две лампы составляют лишь одни каскад, хотя конечно это окупается при мощном усилении допускаемой нагрузкой, вдвое превышающей нагрузку одной лампы.
Вполне понятно, что схема пуш-пул применяется, главным образом, в виде оконечных каскадов многоламповых усилителей; именно так применена она в мощных громкоговорящих установках, вновь выпускаемых Трестом Слабых Токов. Однако имеются довольно удачные попытки устройства каскадов высокой частоты по схеме пуш-пул.
В. С. Ваймбоим.
Приемник построен по схеме, позаимствованной из сентябрьского номера «QST Francais» (черт. 1). Идея ее заключается в следующем:
Если в цепь внутренней сетки включить приемный контур L1С1 и вспомогательный контур L2С2, (черт. 1), настроенный на частоту около 10.000 пер., то путем увеличения накала лампы легко привести оба контура в колебательное состояние и получить супер-регенеративный эффект 1).
Черт. 1. L = сотовая катушка в 25 в., L1 = в 36 в., L2 = в 1 500 в., r = 30 ом; R = 2 мΩ, C1 = 250—500 см, С2 = 1 700—2 000 см, C3 = 200 см, С4 = 2 000 см.
Схема была собрана мной в лабораторном виде на доске и при испытании показала хорошие результаты при достаточной устойчивости, превышающей обыкновенные схемы Флюэллинга и Армстронга с простой лампой. В Москве на обыкновенную Т—образную антенну местные станции можно было принимать на репродуктор (Коминтерн на 3-й и 4-й гармониках.) Из заграничных весьма прилично были слышны: Глейвитц мощн. 1,5 килов. длина волны 251 м. и Бреславль 10 килов., 418 м. Первый значительно лучше второго. Слышимость Глейвитца превышала прием на приемник Рейнартца с двумя каскадами низкой частоты.
Вообще эта схема дает лучшие результаты на более коротких волнах. Нормальный диапазон приемника 150—600 метров.
Недостатком приемника является малая селективность, и здесь нужно рассеять установившуюся иллюзию, что суперрегенеративный приемник более селективен, чем обычный регенератор.
Черт. 2. Характеристика двухсетчатой лампы. Левая кривая — это ток в цепи вспомогательной сетки (Jrg) при напряжении на ней = 12 v. Правая кривая (Jg) представляет ток в цепи управляющей сетки. Кривая Ja изображает ток в анодной цепи.
Таким образом при работе московских передатчиков далекий прием почти невозможен и поэтому приемник более годится для провинциальных любителей.
1) 2 переменных конденсатора: один 250—500 см и другой 1.700—2.000 см.
2) 2 слюдяных конденсатора 200 см. и 2.000 см.
3) 1 реостат в 30 ом.
4) Мегом в 2 МΩ.
5) Катушки: на 1.500 в., 25 в., 36—50 в.
6) Дампа ДС.
7) Держатель на 2 катушки.
8) 5 клемм, 2 гнезда, цоколь и монтажный материал.
Монтаж чрезвычайно простой в двух плоскостях и показан на черт. 3.
Реостат необходимо сделать с тонкой регулировкой, как в негадине. Осуществить это можно двояко: или перемотать готовый реостат по образцу потенциометра, т.-е. виток к витку из эмалированной никкелиновой соответствующего сопротивления, проволоки, или же включить последовательно с реостатом второй сопротивлением в 3—5 ом.
Управление довольно трудное. При чем главная трудность заключается в нахождении зоны наибольшей чувствительности, т.-е. той, в которой приемник работает как суперрегенератор.
Ставят конденсатор С2 в среднее положение и зажигают лампу быстрым вращением рукоятки реостата до тех пор, пока в телефоне не появится сильный шум, являющийся показателем того, что в схеме возникли колебания. При этом лампа получает накал в течение 2—3 секунд выше нормального.
После этого реостат отводят назад в положение, при котором сильный шум сменяется легким шумом высокого тона, напоминающим собой слабое кипение воды. Затем вращают рукоятку конденсатора С1 и одновременно правой рукой — конденсатора C2 так, чтобы все время быть в зоне указанного выше шума.
Необходимо при этом отметить, что этот шум имеет несколько оттенков от более высокого до более низкого. Последний и есть зона суперрегенеративного приема и он наступает при определенном положении (для каждой станции) конденсатора С2 и рукоятки реостата. В этом и заключается вся трудность приема и ее преодолеть можно только опытом. Характерно, что этот шум совершенно не заметен при приеме модулированных сигналов (даже слабых радиофонных станций).
Для любителей, не располагающих большим переменным конденсатором для С2 (1.700—2.000 см.) следует попробовать схему (черт. 4), опубликованную в том же журнале.
(Я ее не испытывал за отсутствием потенциометра, который здесь необходим).
Данные схемы показаны на чертеже.
1) О принципе суперрегенерации см. "РВ" № 3(22). (стр. 105.)