Б. П. Асеев.
В предыдущей статье1) была разобрана схема лампового генератора с емкостной связью. Данную статью мы посвятим возбуждению колебаний при использовании для связи только емкости сетка-анод лампы. Отвести данному вопросу целую статью необходимо в силу того, что возбуждение колебаний через междуэлектродную емкость лампы играет немаловажную роль не только в ламповых передатчиках, но также и в ламповых приемниках.
Рис. 1.
Для подхода к генератору, использующему междуэлектродную емкость лампы, проделаем некоторые пересоединения в известной нам из предыдущего схеме рис. 1: конденсатор С1 и катушку L1 перенесем на левую сторону схемы (рис. 2); такое переключение не внесет изменений в работу схемы, так как анодная батарея Bа (рис. 1) зашунтированная конденсатором С (конденсатор фильтра выпрямителя и т. п.), представляет чрезвычайно малое сопротивление для токов высокой частоты, вследствие чего присоединение конденсатора С1 (рис. 1) к точке a или b совершенно равноценно.
Рис. 2.
Рассматривая рис. 2, мы видим, что конденсатор С1 приключен параллельно к конденсатору С2 (анод-сетка лампы). При параллельном включении конденсаторов, как известно, общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. Полагая емкость конденсатора анод-сетка (С2) равной примерно 10 см, получаем общую емкость конденсаторов (С1 и С2) 510 см (С1 = 500 см, см. предыдущую статью). При такой величине емкости (510 см) связь получается вполне достаточной для возникновения колебаний (в этом мы убедились на опыте в предыдущей статье).
Проделаем со схемой рис. 2 следующий опыт: возбудив в ней колебания (индикаторная лампочка или тепловой прибор могут быть включены в точке Х рис. 2), отключим конденсатор С1. Опыт покажет, что отсоединение конденсатора С1 прекращает колебания.
Рис. 3.
Объяснить это явление, исходя из рассуждений предыдущей статьи, не представляет особых затруднений. Действительно: в схеме рис. 2 связь осуществляется через два конденсатора С1 и С2 с общей емкостью 510 см (рис. 2); в схеме же рис. 3 имеется всего лишь один конденсатор С2, имеющий емкость 10 см; совершенно очевидно, что конденсатор такой малой емкости обладает значительным сопротивлением, вследствие чего на зажимах катушки L1, а следовательно и на сетке, не может быть создано переменное напряжение такой величины, при котором могли бы возникнуть колебания.
Итак, на первых порах напрашивается заключение в том смысле, что возбуждение колебаний при одной лишь емкости С2 (емкости между анодом и сеткой лампы) невозможно.
Однако дальнейшие рассуждения докажут наше заблуждение, основанное на одностороннем рассмотрении явления. В самом деле: нами установлено, что колебания в схеме рис. 3 прекращаются потому, что емкость, служащая связью между цепями анода и сетки, значительно уменьшилась и ее сопротивление соответственно возросло. Понятно, если уменьшить сопротивление конденсатора С2 переменному току (а об этом сопротивлении только и идет речь), то колебания вновь возникнут. Как же это сделать в схеме рис. 3? Электротехника учит, что сопротивление конденсатора, которое он представляет переменному току, зависит от емкости конденсатора, но также и от частоты тока, циркулирующего в цепи. Эта зависимость имеет так наз. «обратный» характер, т. е. чем больше частота тока, тем меньшее сопротивление представляет для него конденсатор.
Для нашего случая (емкость С2 = 10 см) по соответствующим формулам можно подсчитать, что сопротивление такого конденсатора переменному току с частотой 300 000 периодов в секунду (длина волны 1 000 метров) равно 47 700 ом. Тот же конденсатор, включенный в цепь переменного тока, частота которого равна 100 000 000 периодов в секунду (длина волны 3 метра), будет иметь сопротивление всего лишь 159 ом.
Какие же выводы можно сделать на основании этих цифр? Очевидно, следующие: чем короче волны (больше частота) лампового генератора, использующего междуэлектродную емкость, тем меньше сопротивление конденсатора С2 (рис. 3) и тем легче возбуждаются колебания.
В схеме рис. 1 или 2 при деталях, величины которых приведены в предыдущей статье, возбуждаются колебания с длиной волны примерно в 600 м. При такой длине волны междуэлектродная емкость представляет весьма значительное сопротивление и колебания в схеме рис. 3 возникнуть не могут. Если же возбудить длину волны порядка 3—10 м, то в этих условиях емкость С2 (рис. 3) позволит установить связь, необходимую для возникновения колебаний.
Каким же способом установить в ламповом генераторе столь короткую длину волны? Известно, что длина волны колебательного контура зависит от величин емкости конденсатора и самоиндукции катушки. В схеме рис. 3 длина волны обусловливается емкостью С2 и самоиндукцией L1 и L2 (конденсатор С имеет большую емкость и, как включенный последовательно, не влияет на общую емкость колебательного контура). Очевидно, что укорочение длины волны в схеме рис. 3 может быть достигнуто изменением самоиндукции катушек L1 и L2. Практически при возбуждении волн порядка 3—7 м в качестве самоиндукций L1 и L2 берут куски толстого медного провода (рис. 4).
Рис. 4.
Следовательно, генератор на так наз. «ультра-короткие» волны может быть осуществлен путем соединения анода и сетки с нитью через короткие куски проволоки (в дальнейших статьях будут даны описания таких генераторов).
Легкость возникновения ультра-коротких волн через междуэлектродную емкость может служить причиной ряда помех. Колебания ультра-короткой длины волны, возникающие помимо нашего желания в длинноволновых генераторах, носят название «паразитных» колебаний. Возбужденне паразитных колебаний одновременно с теми колебаниями, на которые рассчитана цепь, может сильно изменить режим работы схемы: уменьшается мощность колебаний, перегорает лампа, а в некоторых случаях может произойти разрушение лампы.
При возникновении колебаний ультракороткой длины волны, например в схеме рис. 4, колебательный ток проходит по цепи a, b, c, d, e, f, g; между точками ab и fg ток протекает через вводные проводники анода и сетки, которые рассчитаны на небольшую силу тока. Прохождение по вводам сильного колебательного тока вызывает сильное их нагревание, которое приводит к разрушению стекла в месте впайки вводов, а затем и всей колбы.
Борьба с самопроизвольным возникновением паразитных колебаний идет в данный момент только по пути экспериментов: уничтожения паразитных колебаний добиваются либо изменением монтажа, либо включением в различные части схемы дополнительных конденсаторов или сопротивлений. (Конденсаторы обычно включают между сеткой и нитью, а сопротивления последовательно в цепь анода или сетки.)
В любительских условиях, при отсутствии измерительных приборов, обнаруживание паразитных колебаний весьма затруднительно.
Однако, если экспериментатор столкнется с описанными выше явлениями — перегреванием анода, холодного в условиях нормальной работы, уменьшением отдачи лампы, иначе, уменьшением энергии в колебательном контуре, расплавлением вводов или разрушением лампы и т. п., пусть он не упускает из виду возможность наличия в его передатчике паразитных колебаний и принимает указанные выше меры борьбы с ними.
1) См. "Р. В." № 12.