При рассмотрении схем усиления высокой частоты мы приводили три основных схемы, именно: усиление на сопротивлениях, на дросселях и на трансформаторах (рис. 1, 2, 3). Там же мы указали, какими недостатками обладают все эти схемы. Напомним вкратце, каковы эти недостатки. В схеме усиления на сопротивлениях основным недостатком является то, что паразитные емкости, которые неизбежно существуют во всякой схеме, уменьшают даваемое усиление, причем влияние их тем заметнее, чем выше частота усиливаемых колебаний. Вследствие этого в области коротких волн радиовещательного диапазона усилители на сопротивлениях практически не дают сколько-нибудь заметного усиления, и применение их становится вообще нецелесообразным. В области же длинных волн усиление на сопротивлениях хотя и может быть применено, но также без большого эффекта вследствие того, что при усилении на сопротивлениях лампа не может дать усиления большего, чем ее усилительная постоянная. Таким образом схемы усиления на сопротивлениях дают сравнительно небольшое усиление на длинных волнах и не дают почти никакого усиления на коротких волнах.
Схемы усиления на дросселях обладают теми же недостатками. Кроме того наличие паразитной емкости между витками самого дросселя приводит в тому, что дроссель обладает какой-то собственной резонансной частотой и, следовательно, для разных частот обладает разным сопротивлением, т. е. дает очень неравномерное усиление различных частот. Поэтому усиление на дросселях имело бы смысл применять для приема сравнительно узкого диапазона волн. Применение одних и тех же дросселей для усиления всех волн радиовещательного диапазона никогда не может дать удовлетворительного результата.
Такими же недостатками, как усилители на дросселях, обладают и усилители на трансформаторах. Паразитная емкость между витками обмотки обусловливает наличие собственной частоты у обмоток трансформатора, вследствие чего усилители на трансформаторах также дают неравномерное усиление различных частот. Вмосте с тем паразитные емкости в схеме уменьшают усиление, даваемое трансформатором, и при сравнительно коротких волнах трансформатор, точно так же как и дроссель или сопротивление, мало пригоден для связи между лампами в усилителе высокой частоты.
Все эти недостатки трех основных схем усиления высокой частоты привели к тому, что эти схемы почти не употребляются на практике. Вместо них применяются схемы, представляющие собой некоторое видоизменение схем на дросселях или на трансформаторах. Видоизменение это заключается в том, что как междуламповые дросселя, так и междуламповые трансформаторы настраиваются на ту частоту, которая должна быть усилена, т. е., другими словами, настраиваются на длину волны принимаемой станции. Эти схемы с настроенными дросселями или трансформаторами называются схемами резонансного усиления. Применение настройки междуламповых дросселей и трансформаторов приводит к двум основным схемам резонансного усиления, именно к схеме резонансного усиления на дросселях (рис. 4) или к схеме резонансного усиления на трансформаторах (рис. 5).
В схеме резонансного усиления на дросселях параллельно дросселю L включается конденсатор переменной емкости С, при помощи которого дроссель настраивается на частоту принимаемой станции. Как известно, при резонансе колебательный контур, составленный из включенных параллельно емкости и самоиндукции, представляет собою очень большое сопротивление для токов той частоты, на которую он настроен. Таким образом, при резонансном усилении мы всегда получаем очень большое сопротивление в анодной цепи тем токам, которые должны быть усилены. А это, как мы знаем, есть непременное условие для того, чтобы на зажимах анодной нагрузки выделить наибольшее напряжение усиливаемых колебаний, т. е. получить наибольшее усиление. Напряжения, получающиеся на зажимах анодного контура, так же как и в случае усиления на сопротивлениях или ненастроенных дросселях, передаются черев небольшой конденсатор постоянной емкости С1 на сетку следующей лампы. Для того чтобы дать возможность электронам, попадающим на сетку лампы, уйти с нее, между сеткой и нитью включается высокоомное сопротивление. Если следующая лампа предназначена также для усиления высокой частоты, то режим ее подбирается таким образом, чтобы она работала на прямолинейной части анодной характеристики. Достигается это путем подбора анодного напряжения и присоединения сопротивления R к тому или другому концу нити накала. В том случае, если следующая лампа предназначена уже для детектирования, то режим ее подбирается таким образом, чтобы она работала на криволинейной части характеристики. Обычно для этого достаточно присоединить сопротивление R к положительному концу нити.
Схема резонансного усилении на дросселях, так же как и схемы на сопротивлениях и ненастроенных дросселях, не могут дать усиления большего, чем усилительная постоянная лампы, так как то напряжение, которое может быть выделено на зажимах дросселя, не может быть больше, чем напряжение, подведенное к сетке, умноженное на усилительную постоянную лампы. Практически, однако, этим усилением часто можно ограничиться, так как усилительные постоянные наших ламп имеют величину порядка 10—12, и такое усиление при приеме сигналов высокой частоты можно считать более или менее удовлетворительным.
Бо́льшие усиления можно получить в случае применения второй схемы резонансного усиления, именно схемы усиления на настроенных трансформаторах. В схеме рис. 5, точно так же как и в случае усиления на дросселях, при помощи переменного конденсатора настраивается на частоту принимаемых сигналов самоиндукция L1, включенная в анодную цепь, т. е. в первичную обмотку трансформатора. Это обеспечивает получение максимальных напряжений на зажимах первичной обмотки. Во вторичной обмотке L2 индуктируются напряжения, воздействующие непосредственно на сетку лампы; при этом напряжения на зажимах вторичной обмотки могут быть больше, чем полученные на зажимах первичной, если трансформатор обладает повышающим коэффициентом трансформации. Благодаря этому в схемах резонансного усиления на трансформаторах могут быть получены усиления большие, чем в схемах усиления на настроенных дросселях. Для этой цели междуламповые трансформаторы применяются обычно с коэффициентом трансформации больше единицы. (Число витков во вторичной обмотке в 1½—2 раза больше числа витков в первичной.)
Напряжения, получающиеся на зажимах вторичной обмотки, подводятся к следующей лампе или непосредственно, если следующая лампа предназначена также для усиления высокой частоты, или через гридлик C1R, если следующая лампа должна служить детектором. (Этот именно случай изображен на рис. 5.)
Схема резонансного усиления на трансформаторах часто осуществляется несколько иначе; именно настройка применяется не в первичной, а во вторичной обмотке междулампового трансформатора (рис. 6). Схема эта никакого принципиального различия по сравнению с схемой рис. 5 не представляет. Так как обе обмотки достаточно сильно связаны между собой, то настройка вторичной обмотки определяет настройку первичной, и первичная обмотка обладает наибольшим сопротивлением именно для тех частот, на которую настроена вторичная. Не только принципиально, но и практически обе схемы усиления на настроенных трансформаторах с настройкой как в первичной, так и во вторичной обмотках дают одинаковые результаты.
Практическое выполнение настроенных трансформаторов и настроенных дросселей не представляет никаких трудностей. В качестве настроенного дросселя обычно применяются нормальные катушки самоиндукции цилиндрического, сотового или какого-либо другого типа. Число витков катушки определяется из тех соображений, что вместе с переменным конденсатором С она должна перекрывать определенный участок волн радиовещательного диапазона. Для перекрытия всего радиовещательного диапазона могут быть применены или сменные катушки, или одна катушка, разделенная на секции. При подборе комплекта сменных катушек или определении числа секций постоянной катушки нужно иметь в виду, что в этом случае к переменному конденсатору не прибавляется постоянная емкость антенны (что имеет место в колебательном контуре, присоединенном к антенне) и поэтому переменный конденсатор перекрывает больший участок диапазона, чем в обычных приемных контурах. Поэтому в случае сменных катушек можно ограничиться тремя катушками, а в случае постоянной катушки делить ее на три секции. При правильном выборе числа витков и в том и в другом случае трех самоиндукций бывает вполне достаточно для перекрытия всего радиовещательного диапазона.
Настроенные трансформаторы также выполняются обычно в виде катушек самоиндукции одного из применяемых на практике типов. Чаще всего это две сотовых катушки или жестко закрепленных одна возле другой, или установленных в станочке, позволяющем изменять связь между первичной и вторичной обмотками. Возможность изменения связи между обмотками трансформатора, как будет выяснено в дальнейшем, представляет некоторые преимущества. Как уже было указано, вторичная обмотка настроенного трансформатора имеет число витков в 1½—2 раза больше, чем первичная, поэтому в случае настроенного трансформатора должна быть предусмотрена возможность изменения числа витков во вторичной обмотке при изменении числа витков в первичной. При сменных катушках это достигается тем, что катушка, играющая роль вторичной обмотки, делается также сменной. При секционированных катушках секционируется не только первичная, но и вторичная обмотка трансформатора.
Основное достоинство резонансного усиления мы уже отметили выше. Оно заключается в возможности получения усилений значительно больших, чем те, которые могут дать схемы на сопротивлениях и ненастроенных дросселях и трансформаторах, особенно в более короткой части радиовещательного диапазона. Но этим не исчерпываются все преимущества резонансного усиления. Другое крупное преимущество резонансного усиления заключается в повышении избирательности приемника. Обусловливается это тем, что колебательный контур, настроенный на определенную частоту, представляет собою очень большое сопротивление для этой частоты и сравнительно малое сопротивление для тех частот, на которые он не настроен. Следовательно, лампа, включенная по схеме резонансного усиления, будет хорошо усиливать те частоты, на которые настроен трансформатор или дроссель и не будет усиливать тех колебаний, частота которых отличается от частоты контура. Благодаря этому мы получим при резонансном усилении большую остроту настройки, которая будет особенно велика в случае применения не одного, а двух или нескольких каскадов резонансного усиления. Таким образом основными достоинствами схем резонансного усиления является высокая чувствительность и большая острота настройки, т. е. те два основных качества, которыми главным образом оценивается достоинство приемной установки вообще.
Но схемы резонансного усиления не свободны также и от некоторых недостатков. Одним из недостатков схем резонансного усиления, затрудняющим их практическое применение, является наличие по крайней мере двух настраивающихся контуров при одном каскаде усиления. Для приема той или иной станции оба эти контура должны быть настроены на соответствующую частоту. Необходимость настройки двух контуров весьма усложняет работу со схемой резонансного усиления. Однако при одном каскаде усиления высокой частоты наличие одного добавочного настраивающегося контура не слишком затрудняет настройку и с этим недостатком вполне можно мириться. Поэтому схемы с одним каскадом резонансного усиления высокой частоты получили широкое распространение в радиолюбительской практике. Почти все любительские приемники, в которых применено усиление высокой частоты в одном каскаде, как фабричные, так и самодельные, построены по схеме резонансного усиления.
Однако в целом ряде случаев для приема далеких или слабо слышимых станций одного каскада резонансного усиления высокой частоты оказывается недостаточным. В этом случае приходится применять два или несколько каскадов усиления высокой частоты. Так как каждый из каскадов имеет настраивающийся контур, то увеличение числа каскадов связано с увеличением числа элементов настройки, т. е. с ее усложнением. Уже при двух каскадах резонансного усиления приемник должен иметь не менее трех настраивающихся контуров (в антенне и в анодных цепях первой и второй ламп). Настройка трех контуров на одну и ту же волну представляет значительные трудности при отсутствии градуировок и при той разнородности, которой отличаются применяемые в радиолюбительской практике катушки самоиндукции и переменные конденсаторы. Однако и с этой трудностью можно было бы мириться, принимая во внимание, что увеличение числа каскадов резонансного усиления чрезвычайно сильно увеличивает чувствительность и остроту настройки приемника.
Но применение нескольких каскадов резонансного усиления создает гораздо большие трудности, чем затруднение в настройке. Эти трудности заключаются в склонности к генерации приемника, имеющего хотя бы два каскада резонансного усиления, и в тех затруднениях, с которыми связано устранение этой генерации. О причинах возникновения генерации в приемниках с несколькими каскадами резонансного усиления и о способах устранения этой генерации мы будем говорить в следующий раз.