Б. П. Асеев.
В предыдущей статье 1) был разобран вопрос о том, что такое незатухающие колебания и каким образом они могут быть получены.
Было выяснено, что «незатухающие» колебания поддерживаются искусственными мерами — периодическим пополнением энергии — периодическим подталкиванием.
К этому определению следует сделать следующее дополнение: необходимо не только наличие периодического подталкивания, но и своевременность его. Своевременность следует понимать таким образом, что подаваемая в контур энергия должна действовать согласно с уже там имеющейся. Воспользуемся опять аналогией с часовым маятником (рис. 1). Колебания этого маятника имели постоянную амплитуду в силу того, что периодическое пополнение энергии — подталкивание происходило своевременно — в такт: при каждом размахе маятника вправо собачка также подталкивала его вправо и тем самым своевременно пополняла энергию.
Если же переставить собачку таким образом, чтобы, при каждом размахе маятника вправо, собачка подталкивала бы его влево, то, несмотря на сообщение маятнику толчков — порций энергии, колебания прекратились бы. Объясняется это тем, что теперь энергия подается маятнику не своевременно — не в такт, вследствие чего подталкивания не поддерживают колебания, а, наоборот, противодействуют им.
Аналогичное происходит и в ламповом генераторе: для поддержания колебаний в контуре необходимо, чтобы анодный ток давал толчки в такт с колебаниями контура. Ясно, что при пересоединении концов катушки обратной связи L2 (рис. 1 «Р. В.» № 1) меняются знаки переменного напряжения, подаваемого на сетку. Если раньше в какой-либо момент времени на сетку подавался положительный потенциал и появившийся анодный ток подталкивал колебания, то, после пересоединения, в рассматриваемый выше момент времени сетка получает отрицательный потенциал и не даст толчка анодного тока. Тогда же, когда анодного тока быть не должно, благодаря пересоединению концов катушки, он возникает и посылает толчок не своевременно — не в такт, вследствие чего энергия, расходуемая при колебаниях, не пополняется а, наоборот, ослабляется неправильными подталкиваниями анодного тока. Вполне понятно, что поворот катушки L2 на 180° вызовет то же действие, что и пересоединение концов.
Необходимое направление витков катушек L1L2 и их способ соединения можно определить по известным законам электротехники. Указывать их не имеет особого смысла, так как практически гораздо меньше времени потребуется на пересоединение концов катушки L2, хотя бы несколько раз, нежели на размышление о направлении витков (которые, кстати, не всегда видны) и о наводимых там электродвижущих силах. Такой подход подкрепляется еще тем, что неправильное включение концов катушки обратной связи не вызовет никаких неприятных последствий, за ис ключением прекращения колебаний.
Таким образом можно сказать следующее:
1) Катушка обратной связи L2 должна быть расположена так, чтобы анодный ток, вызываемый сеточным напряжением, подталкивал в такт колебания контура.
2} Правильное расположение или соединение концов катушки обратной связи проще всего определить практически.
Второй вопрос, появившийся также как результат экспериментирования, затрагивает величину наилучшего напряжения на сетке.
При сборке генераторной схемы было обнаружено, что наибольшее свечение индикаторной лампочки (иначе — наибольшая мощность в контуре) получается при определенном расположении катушек L1L2 («Р. В.» № 1).
Электродвижущая сила, наводимая в катушке L2 током протекающим по катушке L1, зависит от их взаимного расположения; следовательно можно сказать, что, при некоторой величине переменного напряжения на сетке, мощность в колебательном контуре получается наибольшей.
Большую помощь при рассмотрении этого вопроса нам может оказать характеристика электронной лампы (рис. 2)
Характеристикой лампы называют кривую, показывающую зависимость анодного и сеточного токов от напряжения приложенного к сетке. Характеристика особо ясно подчеркивает роль сетки, как регулятора анодного тока. Действительно: когда сетке сообщено отрицательное напряжение — V сетки (влево от нулевой точки) — она препятствует пролетанию электронов к аноду — анодный ток падает; когда же к сетке подводится положительное напряжение, сетка способствует пролетанию электронов к аноду — анодный ток растет. Вызывая увеличение анодного тока, положительно заряженная сетка вместе с тем забирает на себя часть электронов, и в ее цепи возникает ток {нижняя кривая рис. 2). Увеличивая далее положительное напряжение сетки, можно достигнуть такого положения, что анодный ток начнет опять уменьшаться (правая часть рис. 2). В этом участке кривой, как нетрудно видеть на рис. 2, уменьшение анодного тока сопровождается соответствующим возрастанием сеточного. Происходит такое перераспределение тока вследствие того, что сетка при столь высоком положительном напряжении, уже не только способствует пролетанию электронов к аноду (дает им «разгон»), но и в значительной степени притягивает их к себе.
Исходя из рассмотренной характеристики, попробуем выяснить поставленный вопрос.
Ранее было отмечено, что, при изменении расстояния между катушками L1L2, меняется величина переменного напряжения, подаваемого на сетку.
Проследим, пользуясь характеристикой, влияние величины переменного сеточного напряжения на анодный ток — вычертим три кривые изменения анодного и сеточного токов для разных величин переменного сеточного напряжения (рис. 3, 4, 5).
Остановимся на процессе построения какого-либо одного рисунка, хотя бы третьего, ввиду того, что другие строятся совершенно аналогично. На рис. 3 переменное сеточное напряжение взято с амплитудой (размахом) AB.
Когда в генераторе нет колебаний — т. е. когда напряжение на сетке равно нулю, анодный ток равен величине ОС (так наз. «току покоя»).
При наличии переменного сеточного напряжения анодный ток возрастает (при положительной амплитуде) до точки Д и падает (при отрицательной амплитуде) до точки Е.
Откладывая эти величины на отдельном графике вправо от характеристики, получаем изменения анодного тока в соответствии с данным переменным сеточным напряжением.
Теперь обратимся к сеточному току: при отсутствии переменного напряжения, сеточный ток равен нулю (точка О, рис. 3); когда же это напряжение имеет положительную амплитуду — ток поднимается до точки F; при отрицательной амплитуде — сеточный ток совершенно прекращается. Изменения сеточного тока отложены влево от характеристики (рис. 3).
Рис. 4 и 5, как уже указывалось, построены совершенно аналогично, только в них взяты соответственно большие переменные сеточные напряжения.
Прежде чем приступить к оценке работы генератора при изменениях тока согласно рис. 3, 4 и 5, остановимся на следующих, необходимых для этого положениях:
1) Мощность в колебательном контуре тем больше, чем глубже изменяется анодный ток.
2) Сеточный ток не производит полезной работы и его желательно иметь по возможности малый.
Эти положения достаточно очевидны. Действительно: чем глубже будет изменяться анодный ток, тем резче будут его толчки и тем, следовательно, больше будет подводиться энергии к контуру — мощность в контуре будет больше. Что же касается сеточного тока, то он не только не производит полезной работы, но даже уменьшает энергию в колебательном контуре, так как для создания сеточного тока, катушка L2 отсасывает от контура некоторое количество энергии.
Исходя из этих двух предпосылок, можно оценить работу генератора в каждом отдельном случае.
Рис. 3 — изменения анодного тока не глубоки — иначе говоря мощность в контуре не велика. Сеточный ток также невелик.
Рис. 4 — переменное сеточное напряжение несколько повышено по сравнению с рис. 3 (катушка обратной связи несколько приближена к катушке колебательного контура). В этом случае изменения анодного тока стали более резки; сеточный же ток возрос по сравнению с рис. 3 незначительно.
Рис. 5 — переменное сеточное напряжение еще более увеличено. Следствием этого увеличения явилось значительное возрастание сеточного тока; причем это возрастание даже вызывает провалы в толчках анодного тока — уменьшает силу этих толчков (сетка забирает значительное число электронов, не давая им достигнуть анода).
Сравнивая рассмотренные три рисунка, нетрудно притти к выводу, что наилучшим режимом работы является данный на рис. 4.
Действительно на рис. 4 изменения анодного тока достаточно глубоки, сеточный же ток — невелик.
Если уменьшить переменное сеточное напряжение, то получается ослабление изменений анодного тока (рис. 3).
Наоборот, при увеличении переменного сеточного напряжения возрастающий сеточный ток ослабляет силу толчков анодного тока {рис. 5).
Отсюда следует, что переменное сеточное напряжение имеет некоторую наивыгоднейшую величину, при которой изменения анодного тока наиболее глубоки и вместе с тем сеточный ток невелик.
Практически установление наивыгоднейшего переменного напряжения сетки достигается изменением расстояния между катушками L1L2. Признаком получения наилучшей величины переменного сеточного напряжения является максимальное свечение индикаторной лампочки или наибольшее отклонение теплового прибора в контуре.
Вопрос о наивыгоднейшей величине емкости переменного конденсатора отложим до следующей статьи.
1) См. «Р. В.» №2. «Ламповые передатчики».