Экранирование сетки от анода

Н. – Подожди‑ка. Если поместить экран между сеткой и анодом, он загородит проход электронам и анодный ток прекратится.

Л. – Это неверно. Экран внутри лампы имеет большое число отверстий, через которые и будут проходить электроны, тем более что на экран подается положительное напряжение, равное приблизительно половине анодного напряжения. При этом экран ускорит движение электронов к аноду, добавляя свое действие притяжения к притяжению анода. Очень часто этот экран изготавливается в виде проволочной спиральки и называется экранирующей сеткой, а сама лампа называется лампой с экранирующей сеткой или сокращенно экранированной лампой. Учитывая, что она имеет четыре электрода, ее называют также тетродом (тетра по‑гречески значит четыре).

Н. – Я очень доволен, узнав, наконец, о существовании лампы с количеством электродов, превышающим три. Вот это действительно современная лампа!

 

 

Л. – Не совсем так, она имеет в действительности недостаток, для устранения которого пришлось ввести в нее еще один электрод. Чтобы понять, для чего это пришлось сделать, проследим еще раз, как работает лампа. Когда на управляющей сетке появляется переменное напряжение, ток в анодной цепи начинает изменяться. Изменение тока вызывает на включенном в анодной цепи сопротивлении падение напряжения, которое изменяется пропорционально величине тока. Это приводит к тому, что и анодное напряжение, существующее между анодом и катодом, также не остается постоянным, а становится тем меньше, чем больше падение напряжения на сопротивлении в анодной цепи…

Н. – Подожди, мне будет понятнее, если ты приведешь числовой пример.

Л. – Пожалуйста. Допустим, что источник высокого напряжения дает 200 в. Это напряжение приложено между катодом и сопротивлением в анодной цепи (при этом маленькой величиной падения напряжения на сопротивлении смещения пренебрежем).

Пусть для простоты расчетов анодное сопротивление имеет 100 000 ом, а анодный ток в состоянии покоя составляет 0,6 ма. В этих условиях падение напряжения на сопротивлении будет равно 60 в, а следовательно, между анодом и катодом будет уже не 200, а только 140 в. Условимся также, что напряжение на экранирующей сетке будет равно 100 в. Если теперь к управляющей сетке будет приложено такое переменное напряжение, при котором анодный ток будет изменяться от 0,1 до 1,1 ма, то падение напряжения на сопротивлении будет изменяться от 10 до 110 в. При этом фактическое напряжение на аноде по отношению к катоду будет в свою очередь изменяться от 90 до 190 в.

Из этого примера видно, что напряжение на аноде в некоторые моменты может быть ниже, чем напряжение на экранирующей сетке…

Я вижу, что это не производит на тебя никакого впечатления…

 

 

Н. – Действительно нет. Но почему все это должно меня беспокоить?

 

 

ВТОРИЧНАЯ ЭМИССИЯ

Л. – Из‑за своего невежества ты спокойно идешь по краю пропасти. Подумай хорошенько о тех явлениях, которые при этом будут происходить, и ты поймешь, какая неприятность подстерегает нас.

Испускаемые катодом электроны после управляющей сетки на пути к аноду попадают в сферу действия экранирующей сетки. Благодаря высокому положительному напряжению экранирующая сетка сообщает электронам дополнительную скорость, в результате чего последние пролетают через нее с огромной скоростью и, как снаряды, ударяются о поверхность анода. При этом каждый электрон выбивает из материала анода один или несколько электронов подобно тому, как образуется поток брызг при падении пловца в воду.

Эти электроны ведут себя, как и полагается всем электронам, т.е. они притягиваются к наиболее положительному электроду. Нормально таким электродом бывает анод, и выбитые электроны возвращаются в свое жилище, т.е. на анод, ничем не нарушая работы лампы. Но когда более положительной, хотя бы на короткие промежутки времени, станет экранирующая сетка, выбитые из анода электроны устремятся именно к ней.

Н. – Потрясающе!.. Значит, появится ток, который пойдет от анода к экранирующей сетке, а анод в этом случае будет служить вторичным катодом по отношению к экранирующей сетке.

Л. – Безусловно. Это явление называется вторичной эмиссией. И так как ток от анода к экранирующей сетке идет навстречу анодному току, последний уменьшается и искажается.

Н. – Вот мы и снова перед препятствием. Прошу тебя, дунь опять.

Л. – Это нетрудно. Чтобы уничтожить вторичную эмиссию, надо поставить между анодом и экранирующей сеткой еще одну – третью – защитную или антидинатронную сетку. Защитная сетка представляет собой очень редкую спираль, которая находится под потенциалом катода и соединяется с ним иногда даже внутри лампы. Она препятствует удалению вторичных электронов от анода.

Н. – Ну, что же, я рад познакомиться с лампой, имеющей уже пять электродов, которую можно назвать, если меня не обманывают мои познания в греческом языке, пентодом.

 

 

Л. – Это так. Таким образом, ты можешь заметить, что пентод является усовершенствованием тетрода и что эта лампа была создана для устранения вредного действия вторичной эмиссии.

Вот как выглядит схема усилительного каскада на пентоде (рис. 72). Резисторы R₂ и R₃, находящиеся между полюсами источника высокого напряжения, служат для установления напряжения на экранирующей сетке, приблизительно равного половине анодного напряжения. Конденсатор С₄ служит для того, чтобы пропускать слабый ток высокой частоты, образующийся в цепи экранирующей сетки попадающими на нее электронами.

 

 

Рис. 72. Схема усилителя высокой частоты на пентоде.

R₁C₃ – цепь сеточного смещения; R₂R₃С₄ – цепь питания экранирующей сетки.

 

Н. – Я надеюсь, что экраны, тетроды и пентоды окончательно помогут разрешить проблему паразитных связей.

Л. – Напрасные надежды, Незнайкин!

 

 

 

Беседа четырнадцатая

 

 

Чем меньше цепи какой‑либо лампы связаны с цепями соседних ламп, тем лучше работает радиоприемник. Такой вывод сделали наши друзья после изучения паразитных связей. Помимо рекомендованного ранее экранирования, они рассматривают также возможность применения развязывающих цепей для устранения паразитных связей. Переходя к изучению практической схемы, Любознайкин сообщает интересные сведения о способах переключения настраиваемых контуров,

 

ЗАПУТАННЫЕ СВЯЗИ

Любознайкин. – До сих пор мы говорили только об индуктивной и емкостной связях, но существуют также связи за счет общих элементов, которыми могут оказаться активные и реактивные сопротивления.

Незнайкин. – Я не вижу, где же прячутся эти «общие» сопротивления?

Л. – Вот смотри. На рис. 73 схематически изображен трехкаскадный усилитель высокой частоты.

Для большей ясности на схеме нарисованы только анодные цепи, в которых протекают токи I₁, I₂ и I₃ ламп Л₁, Л₂ и Л₃, соответственно. Цепи управляющих экранирующих сеток опущены. Проследим теперь с карандашом в руке пути электронных потоков ламп.

Ты видишь, что ток I₁ от катода лампы Л₁ проходит через контур L₁С₂, потом через участок провода, обозначенный I₁, далее через источник высокого напряжения и по «минусовому» проводу возвращается через R₁ (резистор смещения) на катод. Теперь проследи таким же образом за анодным током второй лампы I₂ Что ты видишь?

 

 

Рис. 73. В этой схеме анодные токи различных ламп идут по общим путям. Источник высокого (анодного) напряжения Ua условно изображен, как сопротивление.

 

Н. – Действительно, ток I₂ часть своего пути проходит по тем же участкам цепи, что и ток I₁, а также через источник высокого напряжения. То же происходит и с током I₃, проходящим через источник высокого напряжения и участки I₁ + I₂ + I₃, по которым протекают одновременно три тока. Вот где возникает мешанина и путаница токов!

Л. – Если бы источник высокого напряжения и соединительные цепи не имели сопротивления, можно было бы не бояться никакой мешанины. Но, к несчастью, это не так: каждый из токов вызывает на сопротивлениях общих участков падение напряжения. Постоянные составляющие не представляют никакой опасности. Но напряжения переменных составляющих, образующиеся на общих участках сопротивлений, попадают в другие цепи, в результате чего падение напряжения от переменной составляющей тока I₁ будет приложено между катодом и анодом ламп Л₂ и Л₃. То же будет и с напряжениями от токов I₂ и I₃.

Н. – Вот теперь я вижу, в чем состоит опасность рассмотренного вида паразитной связи. Из‑за нее все лампы оказываются связанными и колебания тока каждой из них тотчас же отражаются на напряжениях на электродах других ламп. Это, конечно, приведет к очень неприятным явлениям.

Л. – Совершенно очевидно. Если напряжение, образованное токами других ламп, действует навстречу колебаниям, приложенным к сетке одной из них, то происходит уменьшение усиления. Однако очень часто в результате этой связи происходит сложение напряжении, вызванных токами других ламп, и усиливаемого первой лампой напряжения, в результате чего возникают самопроизвольные паразитные колебания.

Н. – Но ведь должно же быть средство изолировать одну лампу от другой?

Л. – Да. Этим средством является развязывающая цепь или сокращенно «развязка». Она не дает переменным составляющим анодных токов путешествовать по всем цепям приемника: по общим участкам и через источник высокого напряжения.

 

 

 

«ТРИУМФ НЕЗАВИСИМОСТИ»

Н. – Я полагаю, что сначала надо отделить переменную составляющую.

Л. – Так и делают. Как только анодный ток, например лампы Л₁ (рис. 74), прошел через анодную нагрузку, в данном случае контур L₁C₁, из него выделяют высокочастотную переменную составляющую, создавая для нее ответвление через конденсатор С₅, подобно тому, как и при регулировке обратной связи конденсатором переменной емкости Переменная составляющая попадает сразу на катод через конденсатор С₅, который одновременно преграждает путь постоянной составляющей, возвращающейся на катод через резистор R₂, источник высокого напряжения и резистор смещения R₁. Таким образом, путь переменной составляющей, показанный на рис. 74 жирной линией, ограничен цепью катод – анод данной лампы, и ее переменная составляющая нигде не встречается с аналогичной составляющей других ламп.

Н. – Словом, если я хорошо понял, развязка дает возможность лампе сохранить полную независимость.

Л. – Совершенно верно. Заметь также, что развязка, сокращая пути переменных составляющих, одновременно уменьшает опасность паразитных индуктивных наводок.

 

 

Рис. 74. Благодаря применению развязки переменные составляющие тока каждой лампы замыкаются через отдельные цепи, показанные жирными линиями.

 

 

Теперь можно изобразить (рис. 75) полную схему одного каскада усиления высокой частоты современного радиоприемника. Это точно такая же схема, как и на рис. 74.

 

 

Рис. 75. Схема каскада усиления высокой частоты на пентоде с цепями развязки.

 

Н. – А мне кажется, что она не совсем такая. Ведь на рис. 74 конденсаторы развязки С₅, С₇ и С₉ присоединены непосредственно к катодам соответствующих ламп, а на рис. 75 конденсатор развязки С₅ присоединен к минусу источника высокого напряжения.

Л. – Ты прав. Теоретически такое включение менее действенно, так как переменная составляющая анодного тока вместо того, чтобы возвратиться на катод через конденсатор С₅, должна, кроме того, пройти через конденсатор С₃, что для высокочастотной составляющей несколько более утомительно. Однако практически эта схема имеет некоторые преимущества.

Ты, конечно, уже заметил, что большинство соединений в схеме радиоприемника оканчивается у отрицательного полюса источника высокого напряжения. Чтобы отрицательный полюс находился на возможно кратчайшем расстоянии от различных элементов, которые должны быть к нему присоединены, прокладывают общую шину из более толстого проводника, идущую от минуса высокого напряжения через весь приемник. Или, что встречается чаще, но менее желательно, в качестве этого провода используется металлический корпус (шасси), на котором монтируется приемник. В данном случае корпус служит также и минусом высокого напряжения. И тогда вместо того, чтобы сказать, что соединение заканчивается у минуса высокого напряжения, говорят, что соединение производится на корпус.