От детекторного приемника до супергетеродина

В зависимости от назначения усилительного каскада стремятся получить либо большой переменный ток в нагрузке (для этого сопротивление нагрузки делают маленьким), либо большое переменное напряжение (для этого сопротивление нагрузки делают большим). Однако при любых соотношениях напряжения и тока в нагрузке выделяемая на ней мощность, то есть мощность усиленного сигнала, во много раз больше мощности, затраченной в сеточной цепи на управление анодным током. Попутно заметим, что сеточную цепь электронной лампы обычно называют входной цепью, а анодную — выходной.

Усилительная лампа, в которой имеется анод, катод и управляющая сетка, получила название «триод» (трехэлектродная лампа). Триод широко применяется в усилителях низкой частоты, а также в аппаратуре УКВ диапазона.

Наряду со многими достоинствами у триода есть два существенных недостатка. Первый из них состоит в том, что анод и управляющая сетка образуют конденсатор С_ас, емкость которого (емкость анод — сетка) обычно составляет несколько пикофарад. Емкость С_ас называют проходной емкостью лампы, так как через нее переменный ток «пролезет» из анодной цепи в сеточную (рис. 66).

Рис. 66.Один из недостатков триода — большая емкость между сеткой и анодом (проходная емкость), из-за которой возникает обратная связь; сигнал из анодной цепи попадает в сеточную.

Иными словами, из-за емкости С_ас возникает обратная связь между анодом и сеткой (обратное влияние анода на сетку), которая может сильно ухудшить усилительные свойства лампы или привести к самовозбуждению каскада. В результате самовозбуждения (с этим явлением мы подробно познакомимся немного позже) усилитель превращается в генератор и дает на выходе переменное напряжение даже при отсутствии какого-либо входного сигнала.

Второй недостаток триода связан с тем, что при работе лампы в усилительном каскаде изменяется напряжение. на ее аноде и иногда оно может очень сильно уменьшиться (лист 130). Это объясняется тем, что часть напряжения анодной батареи падает (теряется) на сопротивлении анодной нагрузки. Чем больше анодный ток, тем больше падение напряжения на нагрузке и тем меньшая часть напряжения анодной батареи будет подводиться к аноду ламп. Когда под действием усиливаемого сигнала анодный ток сильно возрастает, минимальное напряжение на аноде — U_aмин может составлять всего несколько вольт. Из-за уменьшения напряжения на аноде он плохо притягивает электроны, что приводит к нежелательному уменьшению анодного тока (подробнее см. стр. 193).

Для устранения указанных недостатков между управляющей сеткой и анодом помещают еще один, четвертый по счету, электрод, так называемую экранную (экранирующую) сетку, которую через конденсатор С_э соединяют с катодом. Кроме того, на экранную сетку подают положительное напряжение U_э, обычно составляющее 50–90 % от постоянного напряжения на аноде. Такая усилительная лампа с четырьмя электродами получила название «тетрод» (рис. 67).

Рис. 67.Экранирующая (экранная) сетка соединяется с катодом через конденсатор и поэтому предохраняет управляющую сетку от проникновения сигнала из анодной цепи. На экранную сетку обязательно подается положительное напряжение, которое ускоряет движение электронов к аноду и улучшает усилительные свойства лампы.

С введением экранной сетки в лампе появляется еще один «конденсатор» С_аэ; его обкладки — это экранная сетка и анод. Теперь переменный ток, который раньше шел через емкость С_ас и был «виновником» обратной связи, почти не попадет в сеточную цепь: он пройдет по пути наименьшего сопротивления — через С_аэ, и С_э, а это равносильно уменьшению проходной емкости. Так устраняется первый недостаток триода.

Положительное напряжение экранной сетки ускоряет движение электронов, и, «проскочив» эту сетку, они движутся к аноду даже тогда, когда напряжение на нем сильно уменьшается. Так устраняется второй недостаток триода. Следует заметить, что некоторая часть электронов попадает на экранную сетку, в результате чего в ее цепи возникает так называемый экранный ток I_э, который обычно во много раз меньше анодного тока.

Несмотря на то что тетроды обладают хорошими усилительными свойствами, они не получили широкого распространения из-за одного очень неприятного явления — динатронного эффекта (рис. 68).