РАДИО ВСЕМ, №21, 1929 год. Сеточное детектирование.

Опубликовано: 06.09.2018

видео РАДИО ВСЕМ, №21, 1929 год. Сеточное детектирование.

Заговор молчания — «Франклинский скандал»

"Радио Всем", №21, ноябрь, 1929 год, стр. 619-621

Н. М. Изюмов.


Myron C. Fagan - Les Illuminati et le CFR (1967)

Характеристика тока сетки

Как выразить основное условие, позволяющее «детектировать», т. е. выделять звуковую частоту из высокочастотного модулированного колебания? Основным условием является наличие прибора с «несимметричной» характеристикой, т. е. такого прибора, который пропускает ток в одном направлении лучше, чем в другом. Простейшим примером подобного прибора, является кристаллический детектор; тот же принцип лежит и в основе детектирования с помощью электронной лампы.

Рис. 1

Применяя в качестве детектора, трехэлектродную лампу, мы можем, для того чтобы достигнуть несимметричности, использовать или один из перегибов ее анодной характеристики или же перегиб характеристики сеточного тока. В соответствии с этим получаются и различные схемы включения: схема анодного детектирования и схема сеточного детектирования. Анодное детектирование не обладает большой чувствительностью, то есть успешно выделяет звуковую частоту лишь в том случае, когда детектируемые колебания имеют значительную (не менее одного вольта) амплитуду. Отсюда следует вывод: анодное детектирование можно применять с успехом при приеме местных станций, а также в супергетеродинах в качестве второго детектора после предварительного усиления на промежуточной частоте.

Рис. 2

В большинстве случаев практики при ламповом приеме мы имеем дело с сеточным детектированием, или иначе говоряс использованием перегиба характеристики сеточного тока. На рис. 1 показана эта характеристика, то есть зависимость силы тока в цепи сетки от напряжения, приложенного между сеткой и нитью в обычной схеме трехэлектродной лампы. Несимметричность (а также «нелинейность») характеристики очевидна и понятна: ведь сеточный ток создается лишь тогда, когда электроны притягиваются сеткой, то есть, когда последняя получила положительное напряжение. Для простоты мы будем грубо считать, что исходное напряжение, соответствующее перегибу, есть нуль.

Схема сеточного детектирования

Рассмотрев характеристику, можно сделать такой вывод: цепь сетки способна выполнять роль электрического «вентиля». Пусть, например, в этой цепи (рис. 2) действует переменная ЭДС незатухающих колебаний; промежуток сетка—нить пропустит лишь импульсы положительного тока, из которых можно выделить постоянную слагающую Iс (рис. 3).

Рис. 3

Если действующая ЭДС имеет характер модулированных колебаний (рис. 4), то сеточный ток содержит в себе, помимо слагающих высокочастотной и постоянной, также слагающую звуковой частоты, то есть частоты модуляции; эту последнюю мы и стремимся использовать в телефоне приемника. Казалось бы, что остается лишь включить телефон в цепь сетки (рис. 5), и вопрос о сеточном детектировании разрешен.

Рис. 4

Однако практически такая схема совершенно не выгодна: энергия, которую получал бы здесь телефон, составит лишь некоторую долю энергии пришедших колебаний, тогда как трехэлектродная лампа позволяет с гораздо большим эффектом воспользоваться энергией анодной батареи. Но тогда уже необходимо включать телефон в анодную цепь и в последней создать переменную слагающую звуковой частоты в соответствии с выпрямляемым сеточным током; иначе говоря, к задаче детектирования прибавляется еще задача управления анодным током с помощью тока сетки.

Рис. 5

Результатом всех этих соображений явилась общеизвестная схема сеточного детектирования (рис. 6). В этой схеме так называемое «сопротивление утечки» (Rу) включено' последовательно в цепь постоянной и низкочастотной слагающих выпрямляемого колебания. Сопротивление это берется соизмеримым с сопротивлением промежутка, сетка—нить, то есть порядка миллионов омов. Однако потеря на нем напряжения высокой частоты была бы вовсе нежелательна, так как тем самым уменьшилось бы воздействие приходящих колебаний на сетку. Именно это соображение заставляет включать параллельно сопротивлению сеточный конденсатор (Cc), который открывает свободный путь высотой частоте.

Рис. 6

Выше уже сказано, что напряжение на сетке при отсутствии сигнала («исходное») грубо можно принять равным нулю. Заметим, что эта точка при обычных напряжениях анодной батареи соответствует приблизительно середине прямолинейной части анодной характеристики, то есть тому участку, на котором лампа в полной мере обладает усилительными свойствами (рис. 7).

Физические процессы

Теперь обратимся к физическим процессам в схеме сеточного детектирования.

Рис. 7

Приходящие колебания вызывают в цепи сетки пульсирующий (выпрямленный) ток, направление которого (навстречу движению электронов) на рис. 6 показано стрелками. Низкочастотная слагающая Ic этого тока проходит через сопротивление Rу, создавая на последнем падение напряжения, величина которого равна Rу·Iс. Пусть, например, сопротивление утечки составляет миллион омов (мегом), а, сила тока равна одному микроамперу; тогда падение напряжения составит один вольт. И этот вольт по отношению к сетке будет отрицателен, так как сопротивление является нагрузкой для тока, идущего от нити к сетке (рис. 8). Следовательно, рабочая точка сместится влево на величину Ry·Ic, то есть в нашем примере на один вольт.

Рис. 8

Но смещение рабочей точки влево означает убыль средней величины анодного тока. По окончании же пришедшего колебания сеточный ток исчезает, а анодный возрастает до своей первоначальной величины. Именно эти изменения средней величины анодного тока воздействуют на телефон (или другой потребитель энергии колебаний звуковой частоты). Таким образом осуществляется управление анодным током с помощью тока сетки.

Поясним эти процессы графически.

На рис. 9 первая кривая изображает приходящие модулированные колебания. Они создают пульсирующий ток в цепи сетки (вторая кривая), и в этих импульсах можно наметить слагающую, которая сооответствует частоте модуляции. Третья кривая представляет собой примерную картину изменений напряжения на сетке; высокая частота наложена здесь на «исходное» напряжение, а это последнее смещается в отрицательную область за счет падения вольт на Ry, и притом смещается тем больше, чем больше амплитуда приходящих колебаний. Заметим, что величина смещения всетаки всегда меньше амплитуды высокой частоты, так как в противном случае не смог бы появиться ток сетки, который в этом процессе принципиально необходим.

Рис. 9

В четвертой кривой мы уже перешли от сеточной характеристики к характеристике анодной. При наличии колебаний на сетке благодаря смещению рабочей точки спадает среднее значение анодного тока, и в то же время на него налагается высокая частота. Так происходит в лампе; в телефоне же, который шунтирован блокировочным конденсатором, ток пульсирует лишь с частотою модуляции (пятая кривая), вызывая звуковой эффект. Можно, понятно, вместо телефона включить трансформатор, передавая только звуковую частоту для дальнейшего усиления.

Рассмотрев все физические процессы, мы сможем отметить и то, что сеточному детектированию сопутствует усиление звуковой частоты, которая выделилась первоначально в цепи сетки. Именно потому слабые сигналы лучше обнаруживаются при сеточном детектировании, нежели при анодном.

Рис. 10

Схема, изображенная на рис 6, может быть с равным успехом заменена схемой рис. 10. Все процессы, все величины деталей останутся в этом случае без изменений; только конденсатор Сс, попрежнему пропуская сквозь себя высокую частоту, в то же время препятствует прохождению выпрямленного тока помимо сопротивления утечки.

Выбор величин сопротивления и конденсатора

Используя практически схему сеточного детектирования, мы должны предъявить к ней два основных требования: первое — чувствительность к достаточно слабым сигналам, второе — минимум искажений. Исполнение этих требований в значительной мере зависит от выбора и от подбора друг к другу деталей схемы.

Начнем с сопротивления утечки. Один его конец можно присоединить или к плюсу или к минусу накала. Что будет выгоднее? При включении к плюсу сетка получит добавочное положительное напряжение. Тогда в цепи ее будет проходить ток и в отсутствии сигналов, а сопротивление промежутка сетка—нить, соответствующее этой исходной точке, окажется сравнительно малым. Для того чтобы в этом случае выделить достаточную долю напряжения на сопротивлении утечки, последнее должно быть не велико — не более одного мегома. Но против такого включения можно возразить. Дело в том, что цепь сетки с малым сопротивлением, присоединенная к колебательному контуру, будет вызывать слишком большой расход энергии в этом контуре высокой частоты, уменьшая тем самым напряжение на его зажимах, то есть чувствительность схемы. Выгоднее поэтому присоединить конец цепи сетки к минусу накала, беря сопротивление утечки порядка 2—3 мегомов.

Сеточный конденсатор, как говорилось выше, должен оказывать достаточно малое сопротивление высокой частоте, в то же время преграждая путь частоте звуковой. Понятно, что в первую очередь к нему предъявляется требование хорошей изоляции (слюда или воздух). Величина же его емкости должна, строго говоря, находиться в зависимости от длины принимаемой волны, от частоты модуляции и от величины Ry. Но применять переменные конденсаторы и каждый раз «настраивать» гридлик было бы сложно. На практике мы встречаем сеточные конденсаторы с емкостью в 200—300 сантиметров. Хотя эти величины для длинных волн и не вполне достаточны, однако есть соображение, ограничивающее емкость сеточного конденсатора. Об этом необходимо сказать несколько слов.

В обоих схемах сеточного детектирования конденсатор включается параллельно сопротивлению (входной контур с точки зрения звуковой частоты можно в расчет не принимать). Следовательно, то напряжение, которое выделяется на сопротивлении утечки, зарядит конденсатор. По окончании колебаний заряд должен исчезнуть («утечь» через сопротивление). И вот, если при значительной величине сопротивления слишком велика и емкость, то процесс разряда будет происходить слишком медленно; сетка, получив отрицательное смещение за время одной серии колебаний, не успеет достигнуть «исходного» напряжения к началу следующей серии. В таком случае звуковая частота будет слабее отражаться в средней величине анодного тока подобно тому, как это было бы при уменьшении глубины модуляции в передатчике. Ввиду того, что время разряда конденсатора через сопротивление пропорционально произведению Сс·Rу, приходится величину емкости ограничивать сотнями сантиметров, что может несколько уменьшить чувствительность схемы при приеме очень длинных волн.

Выбор типа лампы

Исследования последних лет показали, что в вопросе чувствительности детекторной схемы значительную роль играет выбор типа лампы, и именно с точки зрения эмиссионной способности ее нити.

В лампах с вольфрамовой нитью (например «Р-5») температура, позволяющая получить нормальную эмиссию электронов, соответствует белому калению; в лампах с нитью торированной (например «Микро») способность металла излучать электроны настолько повышена, что для нормальной эмиссии уже достаточен нагрев докрасна; наконец оксидированная нить нормально излучает лишь при еле заметном вишнево-красном накале.

Но чем выше температура нити, тем больше начальная скорость электрона, т. е. его скорость в момент вылета из нити. И такой электрон легче сможет пролететь сквозь сетку к аноду. Значит, у ярких ламп при той же величине сеточного напряжения ток в цепи сетки окажется меньше, чем у ламп темных. Иначе говоря, резкость перегиба характеристики сеточного тока в начальных участках окажется тем меньше, чем выше нормальная температура нити.

Из рассмотрения рис. 1 станет понятно, что этот перегиб имеет важное значение при детектировании слабых сигналов. Очевидно, применить для детектирования оксидную лампу выгоднее, чем торированную, а последнюю выгоднее, чем чисто вольфрамовую. В качестве иллюстрации этой мысли можно указать, что для успешной работы лампы Р-5 необходимо подавать на сетку переменное напряжение порядка 0,5 вольта и выше, тогда как хорошие оксидные лампы удовлетворительно обнаруживают сигналы уже около 0,25 вольта.

Детектирование сильных сигналов

При приеме местных станций, когда амплитуда подводимого к сетке напряжения может достигнуть величины в 5 и более вольт, перед сеточным детектированием может возникнуть новая опасность — опасность «перегрузки» детекторной лампы.

Рис. 11

Смысл понятия «перегрузка» заключается в следующем: при больших амплитудах высокой частоты возрастает величина выпрямленного сеточного тока; вместе с тем увеличивается и отрицательное напряжение, выделяемое им на сопротивлении утечки. Это смещение может достигнуть такой величины, что рабочая точка окажется левее нижнего перегиба анодной характеристики. В такие моменты появляется «вторичное анодное детектирование», то есть среднее значение анодного тока перестанет соответствовать величине смещения. Примерно такой процесс представлен на рис. 11, причем среднее значение анодного тока обозначается пунктиром. Последствия этого явления таковы: во-первых, уменьшается основной эффект сеточного детектирования, так как оно производится «на убывание» анодного тока, в то время как детектирование на нижнем перегибе анодной характеристики есть детектирование «на возрастание», во-вторых, происходит искажение звука, так как кривая силы тока в телефоне уже не соответствует форме модулирующего колебания.

Рис. 12

Таким образом, переходя к местному приему, желательно иметь возможность уменьшить напряжение, подводимое к сетке детекторной лампы. Если же приемник предназначается специально для приема ближних станций, то вполне целесообразным окажется анодное детектирование. Здесь перегрузка может наступить лишь в том случае, если амплитуды сеточного напряжения будут доходить до верхнего перегиба анодной характеристики; но практически (рис. 12) это всегда легко устранить небольшим повышением накала.

rss