Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Рудольф Сворень

Если питание ламп осуществляется от электросети (сетевые лампы с подогревом), то для нагревания катода используется переменный ток. Пропускать переменный ток непосредственно через катод нежелательно и в ряде случаев просто недопустимо. Одна из причин этого состоит в том, что при изменениях тока накала (ток-то ведь переменный!) температура катода будет непрерывно изменяться. При этом будет меняться количество эмиттируемых, то есть вылетающих из катода, электронов, а следовательно, и анодный ток лампы. Если в анодную цепь такой лампы включить телефон или громкоговоритель, то в нем всегда будет слышен низкий тон — фон переменного тока.

В большинстве сетевых ламп катод выполняют в виде трубки диаметром 1,5–2 мм, внутрь которой вставлен подогреватель — хорошо изолированная тонкая металлическая нить или спираль. Если даже температура подогревателя и изменяется под действием переменного тока, то температура катода практически остается постоянной из-за его большой тепловой инерции. Подогреватель обычно называют нитью накала лампы. Нить накала не считают отдельным электродом, так как она выполняет лишь вспомогательные функции.

Во всех современных лампах катоды активируют — покрывают их тончайшим слоем (по внешнему виду этот слой похож на белое матовое покрытие) специальных веществ, облегчающих выход электронов из металла. Через некоторое время, для большинства ламп через несколько тысяч часов непрерывной работы, активный слой утрачивает свои свойства, выход электронов из катода затрудняется, а лампа практически выходит из строя — теряет эмиссию.

Для накаливания катода используется небольшое напряжение — от долей вольта до нескольких вольт Наиболее широко распространены батарейные лампы с напряжением накала 1,2 в и сетевые с напряжением накала 6,3 в. Если превысить допустимое напряжение наката хотя бы на 10–15 %, то активный слой может разрушиться или даже может перегореть нить накала (в батарейных лампах — катод). При понижении напряжения накала резко уменьшается число вылетающих из катода электронов, и при этом ухудшаются усилительные свойства лампы. Правда, многие лампы сохраняют работоспособность и при напряжении накала на 20–30 % меньше нормального.

Некоторое представление о типе электронной лампы дает ее наименование (листы 106, 107, 108).

Первая цифра в наименовании отечественных ламп приближенно указывает напряжение накала. Так например, у ламп, название которых начинается с цифры «6» (6П1П, 6Ж22, 6Ц5С, 6К1П и др.), напряжение накала составляет 6,3 в. Первая цифра «1» говорит о том, что напряжение накала — 1,2 в и т. д.

После первой цифры в наименовании лампы стоит буква, которая характеризует тип лампы. Буквой «Д» обозначаются диоды, «Ц» кенотроны — диоды и двойные диоды (два диода в одном баллоне), специально предназначенные для выпрямителей, «С» — триоды, «Н» — двойные триоды, «П» — так называемые выходные лампы, мощные пентоды и лучевые тетроды, «К» и «Ж» — пентоды, применяемые в усилителях высокой, а иногда и низкой частоты, «А» — гептоды, «И» — гептод-триоды, «Е» — оптические индикаторы настройки, и т. д. Совершенно очевидно, что буква характеризует тип лампы лишь в общем. Обозначение конкретного типа лампы — это цифра, которая следует сразу же после буквы. Так, например, обозначения 6Н8С, 6Н9С, 6Н2П соответствуют различным типам двойных триодов, 6Ж1П, 6ЖЗП, 6Ж7 — различным типам пентодов, и т. д. Последняя буква в названии лампы характеризует ее конструктивное выполнение. Буква «П» означает «пальчиковая», «С» — «стеклянная», «А» и «Б» — «сверхминиатюрная», «Ж» — типа «желудь», и т. д. В настоящее время большинство ламп, выпускаемых для приемников и усилителей, — это пальчиковые лампы.

Для каждого типа электронных ламп в справочных таблицах (листы 184–219) приводятся основные параметры — данные, характеризующие усилительные свойства лампы, а также ее типовые рекомендуемые режимы. К рекомендуемым режимам относится напряжение накала Uн и соответствующий этому напряжению накальный ток Iн. При одном и том же напряжении Uн накальная цепь лампы потребляет тем большую мощность, чем больше у нее ток накала (Рн = Uн·Iн). Если вы просмотрите справочные таблицы, то увидите, что так называемые выходные триоды, лучевые тетроды и пентоды, то есть лампы, которые должны развивать сравнительно большую мощность, потребляют большой накальный ток Iн.

На листах 184–219 указываются также рекомендуемые постоянные напряжения на аноде Uа и экранной сетке Uэ и соответствующие этим напряжениям токи Iа и Iэ. Здесь нужно сразу же отметить, что очень часто конструкторы не придерживаются рекомендуемых величин Uа и Uэ. Так, например, для большинства сетевых (подогревных) ламп рекомендуется анодное напряжение 250 в, а их почти всегда используют при более низком напряжении — вплоть до 150–100 в. При этом усилительные свойства ламп несколько ухудшаются, но с этим вполне можно мириться. При уменьшении напряжения на аноде Ua приходится пропорционально уменьшать и экранное напряжение Uэ. Одновременное этим уменьшаются и токи Iа и Iэ.

Для многих ламп в таблицах указывается и рекомендуемое постоянное напряжение на управляющей сетке, но об этой величине следует поговорить особо, и мы это сделаем в следующей главе.

Одним из основных параметров усилительной лампы является ее крутизна, которая показывает, насколько сильно напряжение на управляющей сетке влияет на величину анодного тока (листы 112, 113).

Крутизна обозначается буквой S и измеряется в миллиамперах на вольт (ма/в). Так, например, если S = 2 ма/в, то это значит, что при изменении управляющего напряжения (напряжение между сеткой и катодом) на 1 в анодный ток изменится на 2 ма. Для большинства ламп крутизна лежит в пределах от десятых долей — ма/в до нескольких — ма/в. Совершенно очевидно, что, чем больше крутизна лампы, тем сильнее управляющее напряжение влияет на анодный ток, тем, следовательно, лучше усилительные свойства лампы при прочих равных условиях.

Однако крутизна не полностью характеризует лампу: имеются еще два очень важных параметра — коэффициент усиления μ и внутреннее сопротивление Ri. Коэффициент μ показывает, какое максимальное усиление можно получить от лампы, то есть во сколько раз переменное напряжение на выходе каскада может быть больше, чем усиливаемое напряжение. Практически лампа может обеспечить меньшее усиление, чем об этом говорит коэффициент μ.

У многих ламп коэффициент усиления очень велик и у некоторых пентодов достигает нескольких тысяч. Имеются лампы и с очень небольшим μ (десятки и даже единицы). Но низкий коэффициент усиления не всегда следует относить к недостаткам лампы. Так, например, от выходных ламп не требуется большого μ. Основное, что требуется от этих ламп, — это возможность получить на выходе сигнал большой мощности (несколько ватт), даже если для этого придется подать на вход лампы весьма большое переменное напряжение (несколько вольт).

Прежде чем говорить о третьем основном параметре лампы — ее внутреннем сопротивлении Ri вспомним, что если изменить напряжение на аноде лампы, то изменится ее анодный ток, то есть произойдет то же самое, что и в обычном сопротивлении: если изменить напряжение, которое подводится к какому-нибудь сопротивлению, то изменится и протекающий по нему ток. Это и позволяет рассматривать лампу как своего рода сопротивление, величину которого Ri можно подсчитать по одной из формул закона Ома (R = U/I). Величина Ri зависит от того, насколько сильно меняется[11] анодный ток при изменении напряжения на аноде, а это, в свою очередь, зависит от типа лампы (триод, тетрод, пентод) и от ее устройства. У большинства пентодов внутреннее сопротивление очень велико и достигает нескольких сот килоом, а иногда и нескольких мегом. У триодов и выходных ламп Ri намного меньше — оно не превышает нескольких десятков килоом, а иногда бывает и меньше одного килоома.

Величину внутреннего сопротивления приходится учитывать при выборе ламп для того или иного усилительного каскада. Так, например, если к аноду лампы подключен контур, то Ri этой лампы должно быть весьма большим — малое внутреннее сопротивление будет шунтировать контур, снижая его добротность Q (рис. 50, 51). Для выходных ламп величину Ri указывают не всегда, но обязательно приводят величину так называемого оптимального сопротивления нагрузки (Ra или Roпт), которой мы встретимся позже. В наших таблицах обе величины даны в килоомах. Данные, приведенные на листах 184–219, позволяют судить об усилительных свойствах той или иной лампы, а также/в. случае необходимости решать вопрос о замене одного типа ламп другим.