Шаг за шагом

Как мы уже отмечали, принципиально усилитель ВЧ ничем не отличается от любого другого усилителя, однако у него имеется ряд особенностей, которые необходимо учитывать.

Прежде всего, в усилителе ВЧ, как правило, применяются специальные лампы - высокочастотные пентоды (второй элемент, обозначения: буква «К» или «Ж»). Основные достоинства этих ламп - это большое (сотни и тысячи килоом) внутреннее сопротивление и малая емкость между анодом и управляющей сеткой С_ас.

Мы уже говорили о том, что через емкость С_ас в лампе возникает обратная связь (см. рис. 66): чем выше частота усиливаемого сигнала, тем легче проходит сигнал из анодной цепи в сеточную и тем меньше должна быть емкость С_ас, чтобы она представляла достаточно большое сопротивление для токов ВЧ. Вот почему в усилителях ВЧ и применяются специальные пентоды, у которых емкость С_ас не превышает нескольких тысячных долей пикофарады.

Между прочим, обратная связь возникает не только через междуэлектродную емкость, но и через емкость между лепестками ламповой панели, между деталями и проводами сеточной и анодной цепи и т. д. (лист 153). Поэтому для усилителя ВЧ нужно не только выбирать лампы с малой проходной емкостью, но и монтаж каскада выполнять так, чтобы цепи управляющей сетки и анода были как можно слабее связаны друг с другом.

Другая особенность высокочастотных пентодов - высокое внутреннее сопротивление - имеет большое значение для усилительного каскада, где анодной нагрузкой является колебательный контур. Дело в том, что для переменной составляющей анодного тока контур и лампа соединены параллельно: один конец контура подключен к аноду лампы непосредственно, а другой подключен к катоду (через конденсатор фильтра выпрямителя или анодного развязывающего фильтра). Таким образом, лампу фактически можно рассматривать как сопротивление, шунтирующее контур. Чем больше внутреннее сопротивление лампы, тем слабее она шунтирует контур, тем выше добротность контура.

Для настройки анодного контура на нужную станцию, так же как и для настройки входного контура, переключают контурные катушки (переход с одного диапазона на другой) и изменяют емкость контура с помощью конденсатора переменной емкости (плавная настройка в пределах диапазона). Если в приемнике имеется два контура, то их необходимо перестраивать одновременно. Для этого необходимо иметь два одинаковых комплекта катушек, два переключателя (или сдвоенный переключатель) и два конденсатора настройки (или сдвоенный блок конденсаторов).

Для нас приемник прямого усиления является лишь ступенью для освоения супергетеродина. Поэтому мы соберем усилитель ВЧ с одним контуром, хотя, используя имеющийся в нашем распоряжении переключатель и блок конденсаторов настройки, а также изготовив еще две катушки, мы вполне могли бы ввести в приемник и второй настраивающийся контур.

Настраивающийся колебательный контур можно включить в сеточную цепь лампы, а в качестве анодной нагрузки использовать высокочастотный дроссель или обычное сопротивление величиной 5-50 ком (см. лист 154, а). Можно поступить и наоборот: включить контур в анодную цепь лампы в качестве нагрузки, а в сеточную цепь включить обычное сопротивление утечки или дроссель (лист 154, б).

Передачу усиленного сигнала из анодной цепи усилителя ВЧ к следующему каскаду, например к детектору, можно осуществить несколькими способами. Проще всего использовать для этой цели разделительный конденсатор С_с, как мы это делали в усилителе НЧ. Емкость конденсатора в этом случае будет составлять 50-200 пф, и этого вполне достаточно для того, чтобы практически беспрепятственно пропустить токи высокой частоты. Вспомните, что в усилителе НЧ для этой цели нужно было брать конденсаторы с емкостью в несколько десятков тысяч пикофарад!

Связь с усилителем ВЧ может осуществляться с помощью специальной катушки _Lсв (лист 155, в). В этом случае напряжение, которое можно получить на выходе каскада, будет сильно зависеть от того, насколько сильно связаны общим магнитным полем катушки L_K и L_св, то есть фактически от расстояния между ними.

На первый взгляд может показаться, что, чем ближе одна катушка к другой, тем больше напряжение на выходе каскада (рис. 114). В действительности же это не совсем так. Если катушки находятся на большом расстоянии, то при сближении их напряжение на выходе действительно будет увеличиваться. Однако в дальнейшем может наступить такой момент, когда рост напряжения прекратится и, даже более того, оно начнет уменьшаться (рис. 115).

Связано это с тем, что в результате увеличения степени связи между контурной катушкой L_K и L_св растет энергия, которая отбирается из контура, а это равносильно тому, что растет сопротивление потерь в контуре R_K и падает добротность Q. Правда, здесь говорить о потерях не совсем правильно, так как энергия, потребляемая из контура, передается в следующий каскад. Однако для контура это не имеет значения - раз энергия потребляется, значит, есть потери, снижающие добротность контура.

Если увеличивать связь между L_K и L_св, сближая эти катушки, то вначале добротность ухудшается незначительно. Однако при очень сильной связи между катушками добротность контура может ухудшиться настолько сильно, что выходное напряжение U_вых уменьшится (рис. 115). Связь между катушками, при которой выходное напряжение (а значит, и усиление каскада) оказывается максимальным, называется оптимальной, наивыгоднейшей связью. Практически оптимальную связь подбирают так: сближают катушки L_K и L_св и следят за уровнем сигнала на выходе приемника. Если громкость передачи возрастает, то значит, мы приближаемся к оптимальной связи. Следует помнить, что степень связи между катушками зависит от частоты. Если оставить катушки неподвижными и увеличивать частоту усиливаемого сигнала, то степень связи будет увеличиваться. Учитывая это, оптимальную связь обычно подбирают для среднего участка диапазона и мирятся с тем, что на более низких частотах связь будет несколько слабее, а на более высоких - сильнее оптимальной.

На чертеже 14, а, б приведены схемы усилителя ВЧ, выполненные на гептодной части лампы 6И1П. Вторая управляющая сетка лампы, которая понадобится лишь в супергетеродинном приемнике, временно соединена с катодом.

В первой схеме настраивающийся колебательный контур включен в цепь управляющей сетки, а во второй - в анодную цепь. Данные контуров, а также подключение их к переключателю диапазонов остаются такими же, как и в детекторном приемнике (см. чертеж 2). В обоих случаях после усилителя ВЧ включен детектор, собранный на триодной части лампы 6И1П в первом случае по последовательной, а во втором - по параллельной схеме.

Все детали, которые можно встретить в усилителе ВЧ, уже знакомы нам. Это защитный конденсатор С₁, развязывающий фильтр R₅С₉, преграждающий путь высокочастотной составляющей анодного тока в общие цепи питания ламп; сопротивление нагрузки детектора R₁₁ с дополнительным сопротивлением R₁₀, преграждающим путь ВЧ составляющей продетектированного сигнала на вход усилителя НЧ; гасящее сопротивление и конденсатор развязки R₄С₈ в цепи экранной сетки; переходной конденсатор С₂₆, который в схеме а пропускает к детектору высокочастотный ток с анода лампы усилителя ВЧ и в то же время предохраняет детектор от попадания постоянного анодного напряжения, и др.

Единственная деталь, с которой мы еще незнакомы, это конденсатор С₅ в схеме б. Если этот конденсатор исключить, то на статорные пластины конденсатора настройки С₅ с анода лампы будет попадать высокое постоянное напряжение. В этом случае при случайном замыкании статорных и роторных пластин источник окажется замкнутым на «землю» через катушку L₂ или L₄ и сопротивление развязки L₅. В результате по этому сопротивлению пойдет большой ток, оно перегреется и выйдет из строя. Попутно заметим, что сопротивления анодных развязывающих фильтров и гасящие сопротивления в цепи экранных сеток выходят из строя при пробое конденсаторов, соединяющих эти сопротивления с шасси.

Конденсатор С'₅ предохраняет конденсатор настройки С₅ от попадания постоянного анодного напряжения. Поскольку даже максимальная емкость конденсатора настройки во много раз меньше, чем емкость конденсатора С'₅, то этот конденсатор на резонансную частоту контура практически не влияет (конденсаторы соединены последовательно, и их общая емкость примерно равна наименьшей из емкостей - лист 89).

Для того чтобы было яснее, каким образом колебательный контур оказывается включенным в анодную цепь в качестве нагрузки, напомним, что ротор конденсатора С₅ соединен с земляным проводом и, таким образом, через конденсатор С₉ оказывается подключенным к верхним (по схеме) выводам катушек L₂  и L₄. Верхние выводы обеих катушек соединены вместе, а один из нижних выводов подключается к аноду лампы с помощью переключателя диапазонов. Другая секция переключателя коммутирует катушки связи.

В качестве дросселя Др₁ можно использовать любую контурную катушку длинноволнового или средневолнового диапазона. Можно изготовить дроссель самому на любом из каркасов, описанных ранее (см. чертежи 4, 5, а, б, в, г, д). При наличии сердечников число витков дросселя выбирается в пределах 80-150 (провод ПЭ-0,1-0,2). На каркасе без сердечника дроссель наматывают между двумя картонными щечками. В этом случае его обмотка должна содержать 100-250 витков того же провода.

В крайнем случае вместо дросселя можно использовать обычное сопротивление 20-30 ком. При включении этого сопротивления в анодную цепь необходимо увеличить в 2-3 раза сопротивление в цепи экранной сетки. При этом, однако, снижается усиление каскада. Особенно нежелательно заменять дроссель сопротивлением в сеточной цепи (чертеж 14,6), так как возможно резкое увеличение фона. Это объясняется тем, что дроссель практически закорачивает входную цепь для токов с частотой 50 гц (частота напряжения сети), так как его сопротивление для низких частот очень мало. В то же время на сопротивлении может появиться значительное напряжение, создающее фон. (Закон Ома: U = I x R; чем больше R, тем больше U.)

В обоих схемах сопротивление R₅ и конденсатор С₉ - это так называемый развязывающий фильтр. Его вводят для того, чтобы переменная составляющая анодного тока не проходила по сравнительно длинным проводам питания, а замыкалась на «землю» вблизи усилительного каскада. Подобные фильтры можно часто встретить в анодных, экранных и сеточных цепях усилительных каскадов. В некоторых случаях оказывается возможным отказаться от применения развязывающих фильтров, несмотря на то что они указаны на схеме. Иногда же, наоборот, для того чтобы устранить самовозбуждение, приходится, вводить развязывающие фильтры даже там, где на схеме их нет. Несколько примеров развязывающих фильтров показано на рис. 116.  Основное правило при выборе деталей развязывающего фильтра состоит в том, что емкостное сопротивление конденсатора для самой низкой из частот должно быть во много раз меньше, чем сопротивление R₅.

Во всех рассмотренных нами схемах усилителей ВЧ применена так называемая последовательная схема питания анодной цепи (лист 156), где постоянное напряжение на анод подается через контурную катушку. Наряду с этим существует и параллельная схема, где постоянное напряжение на детали контура не попадает.

Обе приведенные на чертеже 14 практические схемы усилителя ВЧ примерно одинаковы, и все же предпочтение можно было бы отдать первой схеме, так как контур здесь не шунтируется внутренним сопротивлением лампы и не нагружен таким значительным потребителем энергии, каким является детектор. Однако, несмотря на это, в нашем приемнике мы соберем усилитель ВЧ с контуром в цепи анода (схема «б») Это позволит нам резко улучшить чувствительность и избирательность приемника за счет использования положительной обратной связи.