Страница 33 из 75
Для того же, чтобы использовать энергию изменяющегося анодного тока электронной лампы, то есть выделить «мощную копию» усиливаемого сигнала, в анодную цепь лампы, так же как и в коллекторную цепь транзистора, включают нагрузку (рис. 64).
Рис. 64. Усиливаемый сигнал подводится к управляющей сетке лампы, точнее, между сеткой и катодом, а нагрузка обычно включается в анодную цепь (анодная нагрузка).
Нагрузка может представлять собой обычное сопротивление, громкоговоритель, колебательный контур, телефон и т. п. (лист 131). Проходя но нагрузке, анодный ток выделит на ней часть своей энергии. Эта энергия будет либо с помощью громкоговорителя или телефона сразу же преобразована в звуковые колебания, либо будет подвергаться дальнейшему усилению с помощью последующих ламп. Как уже говорилось, когда один каскад не дает достаточного усиления, то входной сигнал, несколько усиленный первым каскадом, перелается на второй, где он усиливается еще больше, со второго каскада усиливаемый сигнал поступает на третий, и т. д.
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 Сас, емкость которого (емкость анод — сетка) обычно составляет несколько пикофарад. Емкость Сас 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 Сас 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 — Uaмин 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 Сэ соединяют с катодом. Кроме того, на экранную сетку подают положительное напряжение Uэ, 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» Саэ; его обкладки — это экранная сетка и анод. Теперь переменный ток, который раньше шел через емкость Сас и был «виновником» обратной связи, почти не попадет в сеточную цепь: он пройдет по пути наименьшего сопротивления — через Саэ, и Сэ, 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 Iэ, 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).
Рис. 68. Но и у тетрода есть недостаток: в моменты, когда мало напряжение на аноде, выбитые из него вторичные электроны устремляются к экранной сетке. Из-за этого резко уменьшается анодный ток и возрастает экранный (динатронный эффект).
Сущность этого явления состоит в том, что электроны, летящие к аноду, ударившись в него, выбивают из металла другие, так называемые вторичные электроны. В те моменты, когда напряжение на аноде мало, вторичные электроны, вылетев из анода, сразу же попадают «под влияние» положительного напряжения на экранной сетке и быстро двигаются к ней. В результате этого возрастает экранный и уменьшается анодный ток лампы, что нарушает нормальную работу каскада.
Для борьбы с динатронным эффектом рядом с анодом располагают еще один, по счету пятый, электрод — так называемую пентодную (антидинатронную) сетку, и, таким образом, получают пятиэлектродную лампу — пентод (рис. 69).
Рис. 69. Для борьбы с динатронным эффектом в лампу вводится еще одна — пентодная сетка, которая соединена с катодом. Благодаря этому на пентодной сетке действует «минус» относительно анода, и сетка отталкивает вторичные электроны обратно к аноду.
При монтаже приемника или усилителя пентодную сетку всегда соединяют с катодом лампы, а во многих типах ламп такое соединение осуществляется внутри баллона. Благодаря этому на пентодной сетке действует напряжение, отрицательное относительно анода: если на аноде «плюс» относительно катода, то, значит, на катоде, а следовательно, и на пентодной сетке — «минус» относительно анода. Это означает, что пентодная сетка отталкивает обратно к аноду вторичные электроны и препятствует возникновению динатронного эффекта.