Когда я говорил тебе об увеличении обратной связи, мне следовало бы объяснить, что нельзя увеличивать ее беспредельно. Существует предел, после которого лампа начинает генерировать колебания. Теперь мы подошли к изучению одного из самых важных явлений, каким является генерирование колебаний с помощью электронных ламп.
Для получения колебании в цепь сетки направляют часть энергии из анодной цепи. Лампа усиливает полученные таким образом колебания, и усиленные токи через цепочку обратной связи воздействуют на сеточную цепь.
Обратную связь можно осуществить не только воздействием анодной цепи на сеточную с помощью взаимосвязанных катушек. Такой же результат можно получить с помощью ловко придуманной трехточечной схемы (рис. 88).
Рис. 88. Трехточечная схема. Путь переменной составляющей анодного тока показан жирной линией.
Здесь анодный ток разветвляется на два направления: переменная составляющая через конденсатор С подводится к колебательному контуру, а постоянная составляющая проходит к положительному полюсу анодного напряжения через ВЧ дроссель. Так называют катушку, индуктивное сопротивление которой препятствует прохождению токов ВЧ. По пути к катоду лампы переменная составляющая анодного тока проходит по части катушки колебательного контура; катушка снабжена специальным выводом. Переменная составляющая наводит в контуре напряжение, достаточное для генерирования колебаний.
Чтобы сделать схему более наглядной, я провел жирной линией путь токов обратной связи.
Явление интерференции
Трехточечная схема может также применяться в приемнике с регенеративным детектором. Для этой цели в цепь сетки включают резистор R1, зашунтированный конденсатором С1 (рис. 89).
Рис. 89. Регенеративный приемник, в котором используется трехточечная схема.
Конденсатор С, пропускающий ток обратной связи в колебательный контур, должен быть переменным, что позволит регулировать коэффициент обратной связи. Благодаря такой конструкции становится возможным не переходить точку, где возникают собственные колебания, которые сопровождаются свистом в телефоне, вызываемом интерференцией. Об этом явлении я сейчас расскажу тебе.
Представь себе, что колебания, возникающие в результате воздействия обратной связи, имеют частоту f2, несколько отличающуюся от частоты f1, колебаний, наводимых в антенне принимаемыми радиоволнами. Что же произойдет в результате наложения колебаний этих частот?
Я начертил лля тебя кривые, соответствующие частотам f1 и f2 (рис. 90).
Рис. 90. Наложение двух колебаний с частотами f1 и f2 образует сложное колебание с частотой f1 — f2, которое при детектировании дает колебание с частотой F, равной разности частот двух составляющих.
Вначале, как ты видишь, колебания их совпадают, поэтому амплитуда результирующего тока равна сумме амплитуд обоих колебании. Но вследствие разницы частот образуется сдвиг, и вскоре наши колебания оказываются в противофазе и должны вычитаться одно из другого. Затем сдвиг уменьшается, колебания постепенно начинают совпадать, и все повторяется сначала.
Ты видишь, что амплитуда результирующего тока периодически меняется. И если ты посчитаешь количество периодов каждой из двух составляющих и количество периодов результирующего тока, то, несомненно, придешь к следующему важному выводу: в результате наложения колебаний с частотами f1 и f2 образуется колебание с частотой f1 — f2.
В самом деле, на моем рисунке изображено 20 периодов колебания с частотой f1. В этот же отрезок времени укладывается 16 периодов колебаний с частотой f2. А результирующее колебание с разностной частотой f1 — f2 имеет 4 периода.
Пропустив ток результирующего колебания через диод или любое другое выпрямляющее устройство, мы продетектируем его и получим ток НЧ: F = f1 — f2.
Ты видишь, что наложение двух переменных токов порождает ток, частота которого равна разности частот этих двух токов. Если это два тока ВЧ, частоты которых мало различаются между собой, то их наложение дает ток НЧ. Тогда говорят об интерференции или о биениях. Можно также накладывать токи, частоты которых значительно отличаются. Именно так делают при радиотелефонной передаче.
Модуляция и радиопередача
Сначала генерируют колебания ВЧ с помощью одного из рассмотренных нами способов, в которых обратная связь порождает такие колебания. Затем их усиливают и модулируют токами НЧ, полученными в результате усиления микрофонных токов. Как осуществляется эта модуляция?
Это можно сделать посредством одновременной подачи на сетку лампы двух напряжений: ВЧ и НЧ. Сетка в этом случае должна получить такое смещение, чтобы рабочая точка находилась у подножья характеристики (см. рис. 78). Тогда во время отрицательных полу периодов НЧ анодного тока не будет, а во время положительных полупериодов НЧ приложенное на сетку напряжение ВЧ создаст анодный ток, амплитуда которого в каждый момент времени будет пропорциональна напряжению НЧ. Таким образом получают токи ВЧ, модулированные по амплитуде сигналами НЧ.
Я не хочу утомлять тебя тригонометрическими расчетами сложения синусоидальных кривых ВЧ и НЧ. Просто запомни, что при модулировании по амплитуде несущего высокочастотного тока с частотой/током низкой частоты F возникает ток, имеющий две частоты: f — F и f + F.
Например, если ток ВЧ с частотой 1000000 Гц модулируется током НЧ с частотой 3000 Гц, в результате получается модулированный ток с частотами 997 000 и 1003 000 Гц (рис. 91).
Рис. 91. Колебания с несущей частотой 1 000 000 Гц модулируются НЧ с частотой 3000 Гц.
В радиотелефонии полоса звуковых частот ограничена 4500 Гц. Ширина каждой из модулированных боковых полос, расположенных по обе стороны от несущей частоты, равна 4500 Гц. А спектр частот, который занимает радиотелефонный передатчик, следовательно, составляет 9000 Гц. Поэтому международное разделение несущих частот предусматривает выделение интервалов шириной 9 кГц во избежание одновременного приема двух передач и появления интерференционных свистов.
Для завершения описания устройства передатчика я добавлю, что, прежде, чем подать в передающую антенну, которая порождает электромагнитные волны, модулированные токи, их следует усилить по мощности (рис. 92).
Рис. 92. Структурная схема радиотелефонного передатчика с амплитудной модуляцией.
Отрицательные свойства обратной связи
Вернемся к рассмотрению обратной связи. До тех пор, пока мы ею управляем, все идет хорошо. Она позволяет повысить усиление или, если это нужно, генерировать колебания.
К сожалению, обратная связь может возникать самопроизвольно, что нередко имеет пагубные последствия. Катушка, по которой протекает анодный ток, может, помимо нашего желания, наводить напряжение в катушке, соединенной с сеткой, и вызвать тем самым появление колебаний. Это явление называют самовозбуждением.
Самовозбуждение может возникнуть также при наличии емкости между компонентами во входной и выходной цепях лампы.
Для предотвращения возникновения связей между магнитными или электрическими полями применяют экраны. Так называют металлические пластины или коробочки, являющиеся препятствием для распространения силовых линий. Распространение магнитных полей низкочастотных катушек и трансформаторов ограничивают стальными экранами. На ВЧ применяют преимущественно экраны из меди.
Тетрод
Однако имеется еще одна емкость, способная вызвать особенно опасную обратную связь. Это емкость между анодом и сеткой триода. Подумай о том, что положительный потенциал на сетке вызывает увеличение анодного тока. Поэтому падение напряжения на нагрузке, включенной в анодную цепь, увеличивается. В результате через емкость анод — сетка часть электронов попадет обратно на сетку, создав на ней еще более высокий положительный потенциал. Работа лампы станет неустойчивой, и может возникнуть самовозбуждение.
