Комментарии к восьмой беседе

Комментарии к восьмой беседе

Сеточная характеристика лампы

В триоде, как вы видели, величина анодного тока зависит от сеточного и анодного напряжений, правда не в одинаковой мере. Первое имеет большее влияние, чем второе.

Можно графически представить зависимость анодного тока I_а от сеточного напряжения U_c или анодного напряжения U_а. При изображении зависимости I_а от U_c следует поддерживать анодное напряжение U_а постоянным и, последовательно придавая сеточному напряжению U_c различные значения (в порядке нарастания или снижения), отмечать соответствующие значения анодного тока I_а.

Нанесем на клетчатой бумаге две взаимно перпендикулярные оси и отметим на горизонтальной оси значения сеточного напряжения, а на вертикальной — анодного тока. Точку пересечения двух осей будем считать нулем; отрицательные величины сеточного напряжения будем откладывать слева от этой точки, а положительные — справа (см. рис. 31).

Каждой паре значений U_c и I_а будет соответствовать одна точка на пересечении двух перпендикуляров к осям. Например, если сеточному напряжении —1 в соответствует анодный ток 4 ма, то точку для этих значений мы получим следующим образом: перпендикуляр к горизонтальной оси проведем через точку — 1 в, а перпендикуляр к вертикальной оси — через точку 4 ма (первый перпендикуляр, следовательно, будет вертикальной, а второй — горизонтальной линией). Точка пересечения этих перпендикуляров определит соответствующую точку характеристики.

Нанесем таким образом несколько точек и соединим их. Такая кривая показывающая зависимость анодного тока от сеточного напряжения, будет называться сеточной характеристикой лампы. По мере уменьшения отрицательного напряжения на сетке ток возрастает, сначала медленно, а затем— посте нижнего изгиба — быстрее; в этой области характеристики имеется прямолинейный участок, в пределах которого анодный ток пропорционален сеточному напряжению. Дальше характеристика вновь изгибается, особенно у ламп прямого накала, имеющих ярко выраженное явление насыщения.

Другие характеристики лампы

Установив более высокое анодное напряжение, можно таким же образом снять вторую кривую. В этом случае ток будет иметь большую величину и кривая окажется смещенной влево от первой. Чтобы полнее охарактеризовать работу ламп, необходимо снять несколько кривых, или, как говорят, семейство характеристик (см. рис. 32), каждая из которых соответствует определенному анодному напряжению.

Отметим, что можно снять другую систему характеристик, если установить сеточное напряжение U_c постоянным и изменять анодное напряжение U_а, замечая соответствующие изменения анодного тока I_а. Отложив по горизонтальной оси значения U_а, а по вертикальной оси — значения I_а, мы получим анодную характеристику лампы.

И в этом случае можно вычертить семейство характеристик, каждая из которых соответствует определенному сеточному напряжению (рис. 137).

Рис. 137. Кривые зависимости анодного тока I_а триода от анодного напряжения. Каждая кривая снята при указанном значении сеточного напряжения U_c.

С помощью простой операции, которую мы, однако, не будем здесь описывать, можно перейти от одной системы кривых к другой. На рис. 138 изображено семейство анодных характеристик для пентода.

Рис. 138. Такие же кривые, как на рис. 137, снятые для пентода.

Характеристики дают возможность судить о свойствах лампы; они показывают, как лучше использовать лампу и как она будет работать в той или иной схеме.

Покажем в качестве примера, как по характеристикам определить крутизну, коэффициент усиления и внутреннее сопротивление лампы.

Графическое определение S, ? и R_i

Крутизна, как мы знаем, показывает, насколько изменяется анодный ток при изменении сеточного напряжения на 1 в. Возьмем из семейства характеристик, приведенного на рис. 139, кривую, соответствующую, например, U_а = 160 в. Мы видим, что сеточному напряжению —3 в соответствует анодный ток 3 ма (точка А), а напряжению —2 в — ток 6 ма (точка Б). Следовательно, повышение сеточного напряжения на 1 в вызывает изменение анодного тока на 3 ма. Таким образом, крутизна характеристики составляет 3 ма/в. Рассматривая треугольник АБВ, можно установить, что крутизна равна отношению БВ к АВ. Крутизна тем больше, чем круче кривая. Таким образом, легко понять, почему принят термин «крутизна».

Рис. 139. Кривые зависимости анодного тока от сеточного напряжения позволяют определить крутизну и внутреннее сопротивление лампы.

Следует отметить, что крутизна характеристик остается одинаковой на всем протяжении прямолинейного участка кривой, а на сгибе она резко уменьшается (точка Г).

Перейдем теперь к определению коэффициента усиления, представляющего собой отношение изменений анодного и сеточного напряжения, дающих одинаковое изменение анодного тока. Соединим горизонтальной линией точки Д и Е на двух соседних кривых. Эти две точки соответствуют одинаковому анодному току. Что происходит, когда мы переходим от точки Е к точке Д? Во-первых, мы повышаем сеточное напряжение на 1,5 в (потому, что оно изменяется от —3 до —1,5 в); эи должно было бы вызвать увеличение анодного тока. Однако он остается неизмененным, так как эффект от изменения сеточного напряжения компенсируется снижением анодного напряжения, которое уменьшилось на 40 а (так как с кривой, соответствующей U_а = 200 в, мы перешли на кривую, соответствующую U_а = 160 в).

Таким образом, изменение анодного напряжения на 40 в влияет на анодный ток так же, как и изменение сеточного напряжения на 1,5 в. Коэффициент усиления, представляющий собой отношение этих двух напряжений, поэтому равен 40: 1,5 = 26,7.

В заключение попытаемся определить по характеристикам величину внутреннего сопротивления, которое, как мы говорили, является отношением изменения анодного напряжения к вызываемому им изменению анодного тока при постоянном сеточном напряжении.

На графике все величины, соответствующие одному и тому же сеточному напряжению, находятся на вертикали. Поэтому если мы примем, что напряжение на сетке равно —3 в, то это будет вертикаль, проходящая через точку —3 в на горизонтальной оси. Если анодное напряжение увеличить со 160 в (точка А) до 200 в (точка Е), то изменение составит 40 в.

Это повлечет за собой повышение тока с 3 ма (в точке А) до 7,5 ма (в точке Е), т.е. изменение на 4,5 ма, или 0,0045 а. Следовательно, внутреннее сопротивление равно 40: 0,0045 ~= 8 900 ом.

Мы можем проверить справедливость равенства ? = S·R_i, приняв R_i = 8,9 ком. В этом случае S·R_i = 3·8,9 = 26,7.

Раньше мы уже непосредственно установили, что ? = 26,7; это доказывает, что в области радиотехники царствует порядок.

Вход и выход лампы

Чтобы использовать способность лампы усиливать переменное напряжение, последнее нужно подать между сеткой и катодами. Изменяя таким образом потенциал сетки по отношению к катоду, мы вызываем значительные изменения анодного тока (в ? раз большие, чем при подаче напряжения между анодом и катодом). Эти изменения анодного тока, как мы увидим дальше, в свою очередь могут усиливаться второй лампой.

Таким образом, подлежащее усилению напряжение подается в цепь сетка — катод, которую мы условимся называть входом, а анодную цепь будем называть выходом лампы.

Переменные напряжения на входе относительно малы; на входе первой лампы, предназначенной для усиления незначительных колебаний, создаваемых волнами в антенном контуре, напряжение может иметь величину порядка нескольких микровольт или десятков микровольт (конечно, близко расположенный мощный передатчик может создать напряжения в несколько милливольт). На последние же лампы в усилителе приемника на вход поступают усиленные напряжения, которые могут достигать нескольких вольт и даже десятков вольт.

Смещение на сетке

Кроме переменного напряжения, подаваемого между сеткой и катодом, на сетке необходимо также предусмотреть некоторое среднее значение напряжения, т, е. постоянное напряжение, устанавливаемое между сеткой и катодом в отсутствие переменного напряжения (например, в паузах во время передачи).

Это напряжение, называемое сеточным смещением, может быть получено, например, с помощью батареи Б_с, включенной между сеткой и катодом (см. рис. 33) и определяющей рабочую точку на характеристике лампы. Поэтому если на рис. 139 анодное напряжение равно 160 в, а сеточное смещение — 3 в, то рабочая точка находится в точке А. Средний анодный ток, или ток покоя, равен 3 ма.

Когда на сетку подается переменное напряжение, напряжение изменяется вокруг среднего значения, отклоняясь от него в сторону как больших, так и меньших значений.

Если принять напряжение смещения равным -3 в, а амплитуду переменного напряжения 2 в, то мгновенные значения напряжения на сетке будут изменяться от —5 до —1 в. Одновременно будет изменяться и анодный ток относительно средней величины до крайних значений, соответствующих сеточным напряжениям —5 и —1 в.

Во избежание искажений следует соблюдать два условия. Прежде всего необходимо, чтобы изменения анодного тока были пропорциональны изменениям сеточного напряжения. Это условие выполняется, когда мгновенные значения сеточного напряжения не выходят за пределы прямолинейной части характеристики. Укажем попутно, что именно поэтому искажения, обусловленные искривлением характеристики, носят название нелинейных искажений. Произносимый с некоторой таинственностью, этот термин всегда оказывает свое действие… на тех, кому неизвестен его смысл.

Вторая опасность подстерегает нас в точке, где мгновенное значение сеточного напряжения становится равным нулю. Если мы перейдем через это значение в сторону положительных напряжений, то появится сеточный ток. Происходит это потому, что сетка начинает притягивать некоторое количество электронов, которые образуют ток сеточной цепи. Сеточный ток начинает появляться даже при некотором отрицательном потенциале (от —1,5 до —1 в в зависимости от типа лампы), что объясняется наличием начальной энергии электронов, эмитируемых катодом. Сеточный ток вызывает серьезные искажения. На поддержание этого тока в сеточной цепи затрачивается некоторое количество энергии, поэтому такой режим работы недопустим.

Отсюда следует, что мгновенные значения сеточного напряжения не должны выходить за пределы линейной части характеристики и не должны заходить в область положительных напряжений. Поэтому необходимо так выбирать смещение, чтобы рабочая точка находилась в середине прямолинейной части характеристики слева от вертикальной оси.

В этом случае, если амплитуда переменного напряжения не превысит напряжения смещения, мгновенные значения напряжения на сетке не выйдут за пределы прямолинейной части характеристики и не попадут в область положительных напряжений.