Беседа седьмая ГЕНЕРАТОРЫ РАЗВЕРТКИ НА ВАКУУМНЫХ ЛАМПАХ

Беседа седьмая

ГЕНЕРАТОРЫ РАЗВЕРТКИ НА ВАКУУМНЫХ ЛАМПАХ

Если предыдущая беседа затрагивала в основном генераторы развертки с газоразрядными лампами (тиратронами), то в настоящей беседе рассматриваются различные схемы развертки с вакуумными лампами. Изучение их потребует от Незнайкина (как и от читателя) довольно напряженного внимания. В самом деле, иногда придется следить за одновременным изменением многих токов и напряжений, что не всегда легко, но благодаря чему будут усвоены следующие понятия: разряд через вакуумную лампу; блокинг-генератор; фазы его работы; генераторы развертки с блокинг-генератором; мультивибратор; колебания прямоугольной формы; мультивибратор с катодной связью; формирование пилообразного напряжения.

ГЕНЕРАТОР РАЗВЕРТКИ ТИПА «МОДЕЛЬ НЕЗНАЙКИНА»

Незнайкин. — Вопреки твердо установившейся традиции ты утверждал, заканчивая нашу последнюю беседу, что развертки на тиратронах очень удачны и широко применяются в современном телевидении.

Любознайкин. — Верно, несмотря на незначительный срок службы газоразрядных ламп по сравнению с вакуумными лампами.

Н. — Я много думал над этим и считаю, что использование тиратронов — ошибка. Вакуумные лампы прекрасно могли бы выполнить те же функции. Я составил чрезвычайно простую схему, которая сметет с лица земли все тиратроны.

Л. — Я очень хочу ее посмотреть, однако предупреждаю, что задолго до тебя были придуманы разнообразные типы генераторов развертки с вакуумными лампами.

Н. — До чего жалко, что я не родился 100 лет назад. Мне больше нечего изобретать!.. Все же вот развертка «модель Незнайкина». В ней применена вакуумная лампа — триод с высокой крутизной и ярко выраженной кривизной характеристики в момент появления анодного тока. Таким образом, если смещение на лампе выбрано так, чтобы анодный ток дошел до нуля, то положительный импульс на сетке вызовет анодный ток определенной величины (рис. 43).

Рис. 43. Форма анодного тока при импульсе положительной полярности на сетке лампы.

Л. — Я понимаю, куда ты гнешь.

Н. — Это и нетрудно. В моей схеме (рис. 44), как и в схеме с тиратроном, имеется зарядная цепь, состоящая из резистора R и конденсатора С, Разрядная цепь образуется промежутком катод — анод триода. Нормально благодаря резистору R₁ (блокированному конденсатором С₁) на сетке триода создается как раз такое смещение, чтобы ток был равен нулю. Но через конденсатор С₂ я подаю на сетку синхронизирующие импульсы положительной полярности. При поступлении каждого импульса возникает анодный ток, давая возможность конденсатору С быстро разрядиться.

Что ты об этом думаешь? Уж, конечно, ты приведешь массу возражений…

Рис. 44. Схема развертки «модель Незнайкина», где разряд конденсатора С происходит в соответствии с принципом, показанным на рис. 43.

Л. — Вовсе нет, Незнайкин. Твоя схема может работать вполне удовлетворительно при условии, что импульсы синхронизации имеют достаточную амплитуду. Так будет в случае, когда приемник расположен по соседству с передатчиком. Если же расстояние между ними будет большое, то напряжение принимаемого сигнала не будет постоянным, разряд будет происходить с различной скоростью, и изображения получатся искаженными. Кроме того, при отсутствии передачи не будет развертки и неподвижное пятно разрушит соответствующее место на экране.

Н. — Если я правильно понял, моя идея немногого стоит?

Л. — Да нет же, Незнайкин, твоя схема вполне пригодна. Но только вместо того, чтобы вызывать разряд с помощью синхронизирующих импульсов, подаваемых непосредственно на сетку разрядной лампы, лучше использовать положительные импульсы, специально сформированные в телевизоре, с постоянной и хорошо поддающейся регулировке амплитудой, соответствующим образом синхронизированные принимаемыми импульсами.

СТАРАЯ СХЕМА В НОВОЙ РОЛИ

Н. — В общем ты хочешь, чтобы победили научные принципы организации труда, и четко разделяешь функции. Зарядная цепь, состоящая из резистора и конденсатора, выполняет свою часть работы. Лампа обслуживает цепь разряда. Некоторое таинственное устройство действует положительными импульсами на сетку, чтобы вызывать разряд. И, наконец, синхронизирующие импульсы управляют точным ритмом импульсов, полученных при помощи названного таинственного устройства.

Л. — Да, дело обстоит именно так. И так как устройство, о котором идет речь (назовем его «генератором импульсов»), генерирует независимо от наличия синхроимпульсов, то даже в случае потери нескольких синхронизирующих импульсов вследствие замирания ритм развертки но будет слишком изменен. Развертка будет продолжаться даже в отсутствие передачи.

Н. — А как получить эти периодические импульсы?

Л. — Например, с помощью блокинг-генератора. Вот его схема (рис. 45).

Рис. 15. Схема блокинг-генератора.

Н. — Но, дорогой Любознайкин, что ты рисуешь? Ведь это старый знакомый! Я узнаю самый классический из генераторов с катушкой обратной связи в анодной цепи и конденсатором, шунтированным резистором, — в сеточной. Ты просто-напросто поменял местами сеточную обмотку и сеточный конденсатор, но ведь это ничего не меняет, потому что они включены последовательно. Ты мне уже подробно объяснял его работу. И теперь я знаю, что он генерирует синусоидальные колебания, а вовсе не импульсы.

Л. — Это зависит от значения величин элементов. Чтобы получать импульсы, применяются конденсатор С₃ и резистор R₃ в цепи сетки с величинами, значительно большими, чем для генератора синусоиды. Связь между сеточной и анодной обмотками должна быть очень сильной.

Н. — Не понимаю, почему при этих условиях нельзя все же получить такие красивые синусоиды. Когда в анодной цепи возникает ток, сетка становится более положительной благодаря взаимоиндукции между обмотками L₁ и L₂, что только увеличивает анодный ток.

Л. — Я тебя прерываю, ибо твое рассуждение, верное до сих пор, рискует стать ошибочным, если ты будешь продолжать его развивать. Не забудь, что связь между обмотками L₁ и L₂ очень велика. Сетка, таким образом, очень быстро становится положительной. Поэтому она притягивает электроyы, эмитированные катодом.

Н. — Уж не кажется ли ей, что она стала анодом?

Л. — Весьма вероятно. Факты таковы, что электроны заряжают конденсатор С₃, емкость которого дает им идеальное убежище.

Н. — Почему они не направятся поспешно по направлению к катоду, образуя сеточный ток?

Л. — Это и происходит, но в небольшой степени из-за большого сопротивления резистора R₃. Ты ведь видишь (рис. 46), что потенциал сетки после быстрого подъема (от а до Ь на кривой) не только перестает быть положительным, но даже падает до некоторой отрицательной величины (с). Анодный ток в этот момент равен нулю (так же как и сеточный ток). Лампа оказывается блокированной (откуда и название устройства). С этого момента ничто не мешает конденсатору С₃ разряжаться через резистор R₃, постепенно доводя до нуля потенциал сетки (от с до d на кривой). В этот момент вновь появляется анодный ток…

Рис. 46. Форма напряжения на сетке лампы блокинг-генератора.

Н. — …и все начинается сначала. В общем у нас налицо быстрый положительный скачок потенциала сетки, который образует то, что ты называешь импульсом, затем отрицательная часть, гораздо более продолжительная и совершенно бесполезная.

Л. — Вижу, что ты хорошо понял мое объяснение.

ОТ УПРОЩЕНИЯ К УПРОЩЕНИЮ

Н. — А каким образом синхронизируют блокинг-генератор?

Л. — Подавая положительные синхроимпульсы на сетку, что вызывает появление импульса блокинг-генератора той же полярности. Раз уж мы заговорили о синхронизации, должен тебе сказать, что существует много способов подачи импульсов на сетку лампы блокинг-генератора (рис. 47); можно их подводить с помощью третьей обмотки, индуктивно связанной с сеточной обмоткой, или же через конденсатор непосредственно на сетку лампы, но только не в точке соединения L₁ и R₃, или же, наконец, через конденсатор С₄, соединенный с верхней точкой резистора R₄, включенного в сеточную цепь со стороны катода.

Рис. 47. Два способа подачи импульсов синхронизации.

_{а — трансформаторная связь; б — емкостная связь с сеточной цепью.}

Н. — Если принять этот последний способ, то сочетание блокинг-генератора с разрядной цепью будет выглядеть, я думаю, в виде нарисованной мною схемы (рис. 48).

Рис. 48. Двухламповый генератор развертки с блокинг-генератором.

Л. — Твоя схема вполне правильна.

Н. — Ее, однако, нельзя считать очень простой.

Л. — Да, она и не самая простая. На практике можно заменить две лампы одной. Или же по крайней мере использовать только один баллон, содержащий два триода. Такие лампы изготовляются в целях экономии места и себестоимости.

Н. — Но ведь это не упрощает схему.

Л. — Раз ты на этом настаиваешь, можно поступить еще проще, заменив две лампы одним пентодом (рис. 49). В блокинг-генераторе используется экранирующая сетка лампы в качестве анода. Пространство катод — анод будет по-прежнему служить для разряда конденсатора С, вызываемого короткими положительными импульсами, периодически возникающими на сетке.

Рис. 49. Одноламповый генератор развертки с блокинг-генератором ни пентоде.

Н. — Если уж на то пошло, нельзя ли заменить пентод простым триодом, соединив экранирующую сетку с анодом и включив зарядную цепь последовательно с анодной обмоткой L₂?

Л. — Так часто и поступают (рис. 50). Но остановимся на этом, так как если ты будешь продолжать в том же духе, то дойдешь до формирования безупречной пилы при помощи простой лампы от карманного фонаря…

Рис. 50. Одноламповый генератор развертки с блокинг-генератором на триоде.

ПЕРЕПУТАННЫЕ ВХОД И ВЫХОД

Н. — Существуют ли другие типы импульсных генераторов, кроме того, который ты описал? Ведь имеется столько различных схем генераторов синусоидальных колебаний.

Л. — Конечно, эти схемы можно было бы использовать, но они вызвали бы ненужные усложнения. Можно полностью обойтись без блокинг-трансформатора, осуществляя обратную связь с помощью второй лампы, которая изменяет полярность напряжения и дает возможность подать его на вход первой лампы в правильной полярности и том самым поддержать колебания.

Н. — Мне это что-то не совсем ясно.

Л. — Тогда рассмотрим вопрос с другой стороны. Представь себе усилитель на двух лампах со связью через сопротивление и емкость (рис. 51). Подай его выходное напряжение на его собственный вход. Что ты получишь?

Рис. 51. Двухламповый усилитель с обратной связью между выходом и входом является мультивибратором. Маленькие синусоиды обозначают фазы напряжений.

Н. — Две змеи, кусающие себя за хвосты.

Л. — Меня интересуют не зоологические аналогии, а физический анализ явлений, которые произойдут при подаче напряжения на такое устройство.

Н. — Я прибегну к таким же рассуждениям, какие ты обычно употребляешь в подобных случаях. Допустим, что в момент включения напряжения анодный ток лампы Л₁ возрастает. При этом падение напряжения на анодном сопротивлении R_a1 также возрастает, а напряжение на аноде U_а1 настолько же уменьшается. Через конденсатор связи это падение напряжения передается на сетку лампы Л₂, уменьшая ее потенциал U_c2. Так как сетка становится более отрицательной, анодный ток лампы Л₂ уменьшается. Следовательно, падение напряжения на резисторе R_а2 уменьшается, а напряжение на аноде U_а2 увеличивается. Через конденсатор связи это увеличение напряжения передается на сетку первой лампы, вследствие чего положительный потенциал ее сетки и, следовательно, величина анодного тока возрастает.

Л. — Ты видишь, что все эти явления происходят одновременно. Кроме того, очень важно отметить, что напряжение на выходе усилителя только усиливает явления, происходящие на его входе. Иначе говоря, полярности напряжения на выходе и входе совпадают. И это вполне естественно. Ведь в каждом каскаде происходит изменение полярности. Когда сетка становится более положительной, положительный потенциал анода падает, и, наоборот. Значит, при двух каскадах полярности совпадают.

Н. — Можно было бы, таким образом, применить 4, 6 или 8 каскадов?

Л. — Конечно. По можно подумать, что ты на жалованьи у ламповых фабрикантов…

Н. — Все же я хотел бы знать, будет ли ток первой лампы бесконечно возрастать.

Л. — Ну, конечно, нет, ты не рискуешь расплавить предохранители. Быстрый рост тока первой лампы, сообщая сетке второй лампы высокий отрицательный потенциал, доведет до нуля (рис. 52) ее анодный ток (момент А на кривых U_а1,U_c1, U_а2, U_c2). С этого момента ничто больше не будет вызывать увеличения положительного потенциала сетки лампы Л₁ который будет сохранять свою величину. Ток этой лампы останется значительным, а напряжение на ее аноде — малым. Что касается конденсатора С₁, заряженного отрицательно, то он будет разряжаться; через резистор R₂ (отрезок А — Б на кривой U_с2).

Рис. 52. График, позволяющий легко проследить одновременные изменения напряжений на различных электродах ламп мультивибратора на рис. 51.

Н. — Признаюсь, трудновато следить за таким количеством одновременно происходящих явлений.

Л. — Я тебя понимаю. Но думаю, что кривые, которые я начертил, должны облегчить тебе понимание.

Н. — Когда конденсатор С₂ будет разряжен, возникнет и будет быстро возрастать анодный ток в лампе Л₂.

Л. — Совершенно верно. И в это же время (точка Б на кривых) лампа Л₂ окажется в тех же условиях, что и лампа Л₁ в момент А.

Н. — Иначе говоря, напряжение U_а2 упадет, конденсатор связи С₂ передаст ото уменьшение на сетку лампы Л₁, анодный ток которой начнет уменьшаться до нуля, что вызовет увеличение ее анодного напряжения и соответственно положительного потенциала сетки лампы Л₂.

Л. — Остановись хоть ты, Незнайкин, так как на мультивибратор нельзя рассчитывать. Генератор, названный так, вырабатывает периодические напряжения специальной формы. В обеих лампах повторяются с интервалом в один полупериод в точности одни и те же явления, как это показывает внимательное рассмотрение кривых. То одна, то другая лампа по очереди пропускает ток, затем запирается.

Н. — Однако мультивибратор не дает пилообразного напряжения.

Л. — Да, это так, на его анодах можно обнаружить скорее прямоугольные колебания. Они имеют многочисленные применения, широко используются в телевидении и еще больше в электронике вообще; длительность положительных и отрицательных полупериодов идентична, когда элементы двух каскадов мультивибратора одинаковы по величине. Но если они отличаются друг от друга, симметрия нарушается. Таким образом, можно получить импульсы небольшой длительности, разделенные сравнительно длинными интервалами времени. Так можно получать синхронизирующие и различные управляющие импульсы.

ВОЗВРАЩЕНИЕ К ЗУБЬЯМ ПИЛЫ

Н. — Как и в случае генератора развертки с блокинг-генератором, нельзя ли в мультивибраторе заменить обе лампы одним двойным триодом?

Л. — Конечно, можно. Больше того, связь между двумя каскадами, обычно выполняемую с помощью конденсатора С₁ можно заменить связью через общий резистор R в катодах обеих ламп (рис. 53).

Рис. 53. Мультивибратор с катодной связью. Пунктиром показана часть схемы, позволяющая получить пилообразное напряжение.

Н. — Не понимаю, каким образом резистор может заменить конденсатор.

Л. — Однако путем рассуждений ты без труда можешь проникнуть в тайну катодной связи. Ведь увеличение анодного тока одного из триодов, тока, который, не забудь, проходит также через резистор R, увеличивает падение напряжения на его концах, делая более отрицательным тот, который присоединен к сетке другой лампы. Таким образом, ее анодный ток уменьшится. Конденсатор связи, очевидно, произведет то же действие.

Н. — Теперь я понимаю. При этом по схеме видно, что сетка триода Л₁ свободна и поэтому ты на нее подаешь синхронизирующие импульсы через конденсатор С₃.

Л. — Я это делаю тем охотнее, что мультивибратор очень легко синхронизируется

Н. — Прости, Любознайкин, но с момента, когда оказалось, что твой мультивибратор не вырабатывает пилообразного напряжения, другие его добродетели меня не трогают.

Л. — Раз ты так уж настаиваешь на пиле, она у тебя будет, Незнайкин (рис. 54). Чтобы ее получить, добавь конденсатор С (см. соединение, изображенное на рис. 53 пунктиром) между одним из анодов мультивибратора и отрицательным полюсом высокого напряжения. Кроме того, пусть сопротивление анодного резистора R_а2 этого триода будет значительно больше, чем анодного резистора R_а1 другого триода. И у тебя появится на зажимах R_а2 пилообразное напряжение.

Рис. 54. График напряжении на правом аноде и на катоде в случае включения конденсатора С, показанного пунктиром на рис. 53.

Н. — Мне кажется, что опять начинается история с зарядом конденсатора С через резистор R_а2.

Л. — Да, такова природа этого явления. Так как сопротивление резистора R_а2 большое, ток вначале не проходит через триод Л₂. Но как только напряжение на выводах С достигает достаточной величины, возникает ток между катодом и анодом, разряжая конденсатор С. Но тут же обрушивается целая лавина! С появлением тока триода Л₂ в триоде Л₁ возникает отрицательное смещение под действием общего катодного резистора R. Его анодный ток падает и благодаря связи через конденсатор С₁ потенциал сетки триода Л₂ возрастает, ускоряя разряд. Когда конденсатор С разряжен таким образом, ток через триод Л₂ прекращается, и все начинается сначала.

Н. — Ну что, теперь я уже знаю все устройства для получения пилообразных напряжений?

Л. — К величайшему моему сожалению, должен тебя разочаровать. Ведь их несметное количество. Но, познакомившись с тиратроном, блокинг-генератором и мультивибратором, ты узнал основные из них. Остальные основываются на уже рассмотренных принципах. А это значит, что для тебя не представит затруднений их изучить. Благодаря этому в следующей нашей беседе мы сможем затронуть более занимательные вопросы, чем генераторы развертки.