Как мы уже указали, одним из основных недостатков многокаскадного усилителя высокой частоты с настроенными контурами является легкость возникновения собственных колебаний в контурах усилителя. В дальнейшем мы познакомимся более подробно с условиями возникновения колебаний в ламповых схемах, а пока ограничимся только краткими указаниями относительно причин возникновения колебаний в резонансных усилителях и методов их устранения.
Возможность возникновения колебаний в контурах резонансного усилителя обусловливается двумя причинами: во-первых, присутствием колебательных контуров в цепи сетки и анода лампы и, во-вторых, наличием связи между этими контурами. Если бы между контурами L1С1 и L2С2 резонансного усилителя (рис. 1) не существовало бы никакой связи, то собственные колебания в контурах усилителя вообще не могли бы возникнуть. В случае же наличия связи между этими контурами, если эта связь достаточно велика и удовлетворяет определенным требованиям, в колебательных контурах резонансного усилителя неизбежно возникают собственные колебания. (Почему именно это так происходит, мы выясним в одном из следующих занятий.) Следовательно, задача устранения собственных колебаний в резонансном усилителе сводится к устранению связи между колебательными контурами, включенными в сетку и анод усилительной лампы. Если эти связи удалось бы полностью устранить, то собственные колебания в усилителе не возникали бы.
Каким же образом можно устранить связь между контурами L1С1 и L2С2? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно предварительно выяснить, какие связи могут существовать между этими контурами. Прежде всего связь между контурами может быть обусловлена индуктивным или емкостным воздействием одного контура на другой в том случае, если они расположены близко один к другому. Поэтому нужно заботиться о том, чтобы устранить всякие непосредственные воздействия одного колебательного контура на другой. С этой целью обычно отдельные контура отделяются друг от друга экранами, устраняющими влияние контуров друг на друга. Другой причиной, обусловливающей воздействие одного контура на другой, может быть связь между проводами цепей сетки и анода лампы. Для устранения этого типа связи следует применять монтаж, при котором провода цепей сетки и анода возможно больше удалены друг от друга.
Однако если даже все эти меры будут приняты и непосредственные влияния цепей сетки и анода друг на друга будут вовсе устранены, все же опасность возникновения собственных колебаний резонансного усилителя этим не устраняется. Объясняется это тем, что кроме непосредственной связи контура связаны между собой еще и через усилительную лампу. А так как всякая лампа обладает некоторой собственной емкостью, то колебательные контура, включенные в сетку и анод лампы, неизбежно оказываются связанными между собой через внутреннюю емкость лампы (т. е. через емкость сетка—анод). Для простоты мы можем при рассмотрении схем считать, что лампа не обладает внутренней емкостью, но что зато между сеткой и анодом лампы включена дополнительная емкость С (на рис. 2 указано пунктиром). Очевидно, что действие этой емкости будет такое же, как и действие внутренней емкости между сеткой и анодом лампы.
И вот оказывается, что такая емкостная связь между сеткой и анодом лампы как раз удовлетворяет тому условию, которое должно быть соблюдено, чтобы в контурах резонансного усилителя возникли собственные колебания. Правда, для возникновения колебаний необходимо не только, чтобы между сеткой и анодом существовала емкостная связь 1, но чтобы величина этой связи достигала определенного значения, т. е. чтобы емкость С на рис. 2 была бы не меньше определенной величины. При этом величина емкости, необходимой для возникновения колебаний, зависит от частоты, на которую настроены контура в цепи сетки и анода усилителя. Чем больше частота (т. е. чем короче волна), на которую настроены эти контура, тем меньше должна быть емкость С (рис. 2) для того, чтобы в контурах возникли собственные колебания. Та емкость, Которой обычно обладают применяемые в радиолюбительской практике усилительные лампы (т. е. емкость между сеткой и анодом лампы), составляет от 5 до 20 см. В случае длинных волн (порядка 1 000 метров и больше) этой емкости в большинстве случаев бывает недостаточно для того, чтобы в контурах возникли собственные колебания. Но при настройке контуров усилителя на более короткие волны (порядка 600—700 метров и ниже) этой емкости обычно бывает уже достаточно для возникновения колебаний. Поэтому-то и существует опасность возникновения колебаний в резонансных усилителях при приеме волн короче 1 000 метров. Для волн длиннее 1 000 метров эта опасность невелика и обычно при работе на таких длинных волнах не приходится применять никаких специальных мер для устранения собственных колебаний в контурах усилителя. В случае же более коротких волн, как только оба контура будут настроены в резонанс, в усилителе тотчас же возникают собственные колебания, которые накладываются на колебания принимаемой станции, в результате чего получаются искажения приема. Вследствие этого в резонансных усилителях, рассчитанных на прием сравнительно коротких волн, необходимо принимать специальные меры для устранения собственных колебаний в контурах усилителя.
Какими же мерами можно устранить опасность возникновения собственных колебаний в резонансном усилителе высокой частоты? Очевидно, что для этого необходимо устранить то действие емкостной связи между цепями сетки и анода через внутреннюю емкость лампы, которое обусловливает возникновение колебаний. Устранить самую емкость в обычной лампе невозможно, так как если сетка и анод расположены близко друг к другу, то емкость между ними будет существовать всегда 2.
Очевидно, что если нельзя устранить самой емкости между сеткой и анодом, то остается только устранить то влияние, которое оказывает эта емкость, т. е. нейтрализовать емкость между сеткой и анодом лампы. Рассмотрим вопрос о том, каким образом можно осуществить такую нейтрализацию емкостной связи между цепями сетки и анода. Чтобы выяснить этот вопрос, мы заменим обычную схему резонансного усилителя эквивалентной схемой (рис. 3), в которой лампа заменена емкостью С. (Очевидно, что мы можем в данном случае это сделать, так как нас интересует сейчас только вопрос о том, как влияет внутренняя емкость лампы.) Если в контуре анода L2С2 протекает переменный ток, то на концах катушки самоиндукции L2 возникают переменные напряжения. Напряжения, возникающие в точке 1 через емкость С, передаются в контур сетки. В этом и заключается действие емкостной связи. Для того чтобы это действие устранить, нужно подвести к контуру сетки L1С1 напряжение такой же величины, но обратного знака (т. е. противоположное по фазе). Чтобы осуществить это, можно воспользоваться тем обстоятельством, что на концах катушки самоиндукции в колебательном контуре L2C2 мы имеем напряжение противоположного знака (напряжение на концах катушки самоиндукции сдвинуто по фазе на 180°); поэтому если мы от другого конца катушки, т. е. от точки 2 через емкость С3 подведем напряжение к той же точке колебательного контура L1С1 то это напряжение будет противоположным по фазе напряжению, передаваемому через конденсатор С. Следовательно, эти напряжения будут друг друга компенсировать, если емкости С и С3 будут равны друг другу, и при этом условии емкостная связь между цепями сетки и анода, обусловливаемая внутренней емкостью лампы, будет нейтрализована.
Таким образом мы приходим к простейшей схеме нейтрализации в резонансных усилителях высокой частоты. Схема эта приведена на рис. 4. Вместо конденсатора С в этой схеме снова фигурирует лампа, а нейтрализующий конденсатор С3 включен так же, как и в нашей эквивалентной схеме, приведенной на рис. 3.
Та схема нейтрализации, которую мы привели на рис. 4, как уже указано, является простейшей. Усложнения в эту схему прежде всего вводятся тем обстоятельством, что резонансное усиление осуществляется в большинстве случаев при помощи настроенных трансформаторов, а не настроенных контуров, как это указано в нашей схеме. Схема нейтрализации для случая настроенных трансформаторов приведена на рис. 5. Так же как и в рассмотренной нами схеме, нейтрализующий конденсатор присоединен к концу катушки самоиндукции, включенной в анодную цепь лампы. Разница таким образом заключается только в том, что нейтрализующий конденсатор присоединяется не к настраивающейся катушке, а к ненастраивающейся первичной обмотке трансформатора.
Но в схемах с настроенными трансформаторами включение нейтрализующего конденсатора можно произвести и другим способом. Дело в том, что напряжения на зажимах первичной и вторичной обмотки трансформатора всегда отличаются по фазе на 180°. Так как для нейтрализации нам необходимо подвести в контуру сетки напряжения, противоположные по фазе тем, которые передаются через внутреннюю емкость лампы, то мы можем присоединить нейтрализующий конденсатор не к концу первичной обмотки, а к началу вторичной обмотки трансформатора (рис. 6). Такая схема обычно и применяется на практике.
Во всех этих схемах нейтрализации емкость нейтрализующего конденсатора С должна быть равна емкости между электродами лампы, т. е. должна быть очень мала. Если же мы изменим схему нейтрализации таким образом, что через нейтрализующий конденсатор будет передаваться не все напряжение, получающееся на зажимах самоиндукции, а только часть его, то емкость нейтрализующего конденсатора может быть и соответственно увеличена. Чтобы выделить из напряжения, получающегося на зажимах катушки самоиндукции, некоторую часть, достаточно присоединить нейтрализующий конденсатор не к концу обмотки, а к некоторой средней точке (рис. 7). При такой схеме нейтрализации емкость нейтрализующего конденсатора должна быть больше внутренней емкости лампы.
Таковы те основные схемы нейтрализации, которые применяются для устранения собственных колебаний в резонансных усилителях высокой частоты. Существует еще целый ряд схем нейтрализации, но они не представляют принципиально ничего нового, и поэтому на них останавливаться мы не будем. Укажем только, что в случае трансформаторов с настройкой в первичной обмотке схемы нейтрализации остаются такими же, как и в случае трансформаторов с настроенной вторичной обмоткой (т. е. схем, приведенных нами выше).
Метод нейтрализации внутренней емкости лампы, описанный нами выше, получил широкое применение в современных приемниках с резонансным усилением высокой частоты. Такие приемники, в которых применена нейтрализация внутренней емкости лампы, называются нейтродинами. Очевидно, что нейтродин представляет собой обычный приемник с резонансным усилением высокой частоты, но с добавочными нейтродинными конденсаторами. Этим только он и отличается от рассмотренных нами ранее нормальных схем резонансного усиления высокой частоты.
Из сказанного выше ясно, что нейтрализовать внутреннюю емкость лампы можно только в том слyчae, если будет правильно подобрана емкость нейтрализующего конденсатора. В том случае, если она будет выбрана неверно, нейтрализации достигнуть не удастся. Между тем внутренняя емкость лампы (емкость сетка-анод) представляет собой величину далеко не постоянную; различной внутренней емкостью могут обладать не только лампы различных типов, но даже до некоторой степени разные лампы одного и того же типа. Вследствие этого емкость нейтрализующего конденсатора никогда не может быть выбрана заранее. Наперед можно указать только, примерно такой емкостью должен он обладать, именно эта емкость должна быть порядка 1—2 десятков сантиметров. Но для того чтобы добиться полной нейтрализации, необходимо, после того как приемник собран, точно подобрать нужную емкость нейтрализующего конденсатора. С этой целью нейтрализующие конденсаторы делаются обычно в виде конденсаторов переменной емкости, но обладающих очень малой емкостью. Нейтрализующие конденсаторы выполняются в большинстве случаев в виде двух небольших металлических листочков, один из которых может двигаться относительно другого. Задача налаживания нейтродинного приемника сводится таким образом в основном к настройке нейтродинных конденсаторов и к выбору правильной их емкости. Эта задача сравнительно нелегкая, и поэтому нейтродинные приемники требуют обычно долгого и кропотливого налаживания. В этом заключается в сущности основной их недостаток.
Зато нейтродинные приемники обладают также целым рядом преимуществ, именно теми преимуществами, которыми обладают резонансные усилители вообще, т. е. чувствительностью и очень острой настройкой. Благодаря этим качествам нейтродинные приемники, несмотря на сложность в налаживании и управлении (необходимость настройки нескольких колебательных контуров), все же широко применяются в радиолюбительской практике. Только в последнее время с появлением экранированных ламп, о которых мы уже упоминали выше и которые устраняют необходимость нейтрализации, нейтродины, правда, сравнительно медленно, начинают выходить «из моды».
Помимо метода нейтрализации внутренней емкости лампы, в резонансных усилителях применяются для устранения собственных колебаний также и другие методы. Они сводятся в основном к увеличению затухания колебательных контуров тем или другим способом. Однако эти методы мы разберем в дальнейшем при рассмотрении вопроса о регенеративном приемнике.
1 Колебания s контурах, присоединенных к сетке и аноду лампы, могут возникнуть не только при емкостной связи между сеткой и анодом, но и при других типах связи между цепями сетки и анода. Однако об этом мы будем подробно говорить в дальнейшем, пока же нас интересует только случай емкости связи между сеткой и анодом лампы.
(стр. 345.)
2
Емкость между сеткой и анодом лампы можно полностью или почти полностью устранить при помощи так назыв. экранирующей сетки. Этот метод устранения емкости (сетка-анод) применяется в экранированных лампах.
(стр. 345.)