От детекторного приемника до супергетеродина

Но мощность сигналов, действующих в антенне, обычно настолько мала, что все «усилия» колебательного контура оказываются совершенно недостаточными для того, чтобы получить громкоговорящий прием. Приходится искать принципиально новый путь для повышения громкости приема: применять электронные лампы или транзисторы — полупроводниковые триоды, с помощью которых можно во много раз усиливать мощность принимаемых сигналов.

Во многих книгах электронную лампу называют волшебной. И это не преувеличение — лампа действительно способна делать чудеса: подводим к лампе слабый электрический сигнал, а из лампы этот сигнал выходит усиленным в тысячи раз. Ну чем не чудеса! Однако все мы отлично знаем, что чудес не бывает ни в цирке, ни в технике, и поэтому попробуем разобраться, как работают «волшебные» усилительные приборы: электронная лампа и ее ближайший помощник — полупроводниковый триод.

Начнем с того, что если говорить строго, то ни лампа, ни полупроводниковый триод электрических сигналов не усиливают и усиливать не могут: слабый электрический сигнал, который мы подводим к лампе, так и остается слабым сигналом. То, что происходит в ламповом или полупроводниковом усилителе, напоминает процесс изготовления больших фотографий с негатива малых размеров. С помощью фотоувеличителя, затратив определенную световую энергию, мы на большом листе фотобумаги создаем новое изображение — увеличенную копию маленького негатива, который здесь играет лишь роль образца.

Усилительные приборы, к числу которых и относятся лампа и транзистор, в процессе усиления сигналов играют примерно ту же роль, что и увеличитель при изготовлении фотографий. С помощью лампы или транзистора слабый электрический сигнал управляет движением зарядов — током мощного источника электрической энергии — подобно тому как с помощью рулевого механизма пилот управляет движением тяжелого многомоторного самолета. И так же, как самолет следует за всеми поворотами рулей, так и электрический ток на выходе усилительного прибора следует за всеми изменениями управляющего (усиливаемого) сигнала. Создание «мощной копии» равносильно усилению слабого сигнала, и поэтому-то полупроводниковый триод и электронную лампу называют их управляющими приборами.

В этой главе мы познакомимся с принципами работы электронной лампы, с основными типами ламп и схемами их включения. Эго позволит нам в дальнейшем рассмотреть практические схемы усилителей высокой и низкой частоты, которые могут быть использованы в радиоприемнике.

Обычно в учебниках радиотехники сначала рассматривается устройство и работа лампы, а затем уже рассказывается, как работает транзистор. Мы же поступим наоборот — начнем с полупроводникового триода, так как знакомство с принципом его работы позволит нам легче понять, как работает электронная лампа.

ДИОД + ДИОД = ТРИОД?

Мы уже знакомились с устройством полупроводникового диода. В нем есть две примыкающие друг к другу зоны полупроводникового материала: зона со свободными положительными зарядами (зона р) и зона со свободными электронами (зона n). Область между этими зонами называется рn-переходом.

В полупроводниковом триоде также имеются зоны с различной проводимостью, но не две зоны, как в диоде, а три. Из нескольких типов выпускаемых в настоящее время транзисторов наиболее широкое распространение получили плоскостные германиевые транзисторы типа р-n-р. Основой такого транзистора является кристалл германия, в котором имеется некоторое количество свободных электронов (зона n). В двух местах в этот кристалл вкраплены мельчайшие кусочки металла индия (лист 100). В местах соприкосновения с индием в кристалле германия появляется некоторое количество свободных положительных зарядов. Таким образом, в полупроводниковом триоде по краям зоны n образуются две зоны р, а значит, и два рn-перехода, и поэтому полупроводниковый триод типа р-n-р можно рассматривать как два плоскостных диода с общей зоной n. В плоскостных диодах, так же как и в транзисторах, рn-переход создается путем вкрапления индия в германий.

Один из кусочков индия с прилегающей к нему зоной р получил название «эмиттер» («выбрасывающий заряды»), другой — «коллектор» («собирающий заряды»), а сам кристалл германия (зона «n») называется базой (иногда основанием) триода.

Корпус транзистора обычно выполняют из металла или пластмассы. Из корпуса через миниатюрные стеклянные или керамические изоляторы выходят три тонкие проволоки: выводы коллектора, эмиттера и базы (лист 101).

При использовании транзистора в усилительном каскаде между базой и коллектором включают батарею (ее напряжение обычно составляет несколько вольт), которая и дает энергию, необходимую для получения усиленного сигнала (лист 102, рис. 59).