Следовательно, чтобы усилитель работал нормально, необходимо выбрать такое напряжение смещения, чтобы потенциал сетки при любых изменениях входного напряжения оставался отрицательным. Это обеспечивается при величине напряжения смещения, равной или большей, чем наибольшее положительное значение входной э. д, с. При таком выборе сеточного напряжения нужно одновременно обеспечить отсутствие искажений за счет нелинейности характеристик анодного тока. Это достигается выбором анодного напряжения, определяющего ту вольт-амперную характеристику, по которой будет изменяться анодный ток и сеточное напряжение (рис. 165).

Шумы в усилителях

В усилителе помимо переменных напряжений и токов, являющихся результатом действия сигнала, на его входе возникают также нежелательные переменные токи и напряжения, обусловленные паразитными причинами, которые складываются с усиленным сигналом и искажают его. Если к выходу усилителя подключить репродуктор, то эти паразитные напряжения можно воспринимать на слух, отчего они и называются шумами. Шумы могут возникать по следующим причинам.

Фон переменного тока частоты 50 гц

Для борьбы с этим фоном необходимо обеспечить хорошую фильтрацию в выпрямителях, применять подогревные катоды или питать катоды ламп постоянным током. Полезно также применение электронно-ионных стабилизаторов в цепях питания.

Микрофонный эффект

Сотрясение ламп вызывает механические колебания электродов и, следовательно, колебания емкости Смежду сеткой и катодом. При неизменном заряде Q это приводит к колебаниям разности потенциалов между сеткой и катодом V )

которые усиливаются усилителем. Для устранения этого явления необходимо .хорошо амортизировать аппаратуру (особенно первые ступени усиления) и оберегать ее от механического и акустического воздействия. С этой целью первые ступени укрепляют на губчатой резине или войлоке и иногда по.мещают в свинцовые экраны. В первых ступенях применяют лампы, которые по своей конструкции менее подвержены микрофонному эффекту (желуди и электрометрические лампы).

Наводки э. д. с. на проводники схемы и соединительные кабели

Для борьбы с наводками аппаратуру и соединительные кабели тщательно экранируют от внешних полей.

Дефектные детали и монтаж

Плохие контакты в деталях и монтаже, а также утечки в диэлектриках конденсаторов вызывают нежелательные разряды. Для устранения этого источника шумов нужен тщательный монтаж и хорошие заранее испытанные детали.

Флуктуационные шумы

При постоянных анодном, сеточном и накальном напряжениях анодный ток не является все же абсолютно постоянным. Количество электронов, испускаемых катодом за одинаковые промежутки времени, неодинаково, а изменяется по случайному закону. Эти колебания тока (флуктуации), ничтожные по величине, могут быть обнаружены при большом усилении в виде шума, который называется флуктуационным. Другой причиной флуктуа-ционного шума является хаотическое движение электронов в проводниках, в результате которого в данный момент в проводнике проходит в одном направлении больше электронов, чем в другом. Величина этого шума, называемого контурным, пропорциональна температуре, сопротивлению цепи, в которой он возникает, и полосе пропускания усилителя.

Таким образом, даже при устранении всех предыдущих причин, вызывающих шумы, бдут иметь место шумы, обусловленные тепловыми флуктуациями в лампах и проводниках. Наиболее существенны шумы, возникающие в первых ступенях усилителя, так как они усиливаются всеми его ступенями. Шумы, возникающие в первых ступенях усилителей, кладут предел увеличению коэффициента усиления, так как не имеет смысла усиливать сигнал, который на выходе усилителя будет меньше шумов.

Паразитная обратная к-вязь

Переменные напряжения или токи в выходной части усилителя могут через какую-либо цепь или через электрическое или магнитное поле создавать напряжения или токи во входной его части. В этом случае, как будет показано, в усилителе могут возникнуть нежелательные (паразитные) колебания. Это явление называется паразитной обратной связью. Для его устранения необходимо так составить схему усилителя, чтобы не было цепей, общих для входной и выходной его частей, и тщательно экранировать некоторые его элементы.

Наиболее важные виды паразитной обратной связи следующие.

Связь через электрические и магнитные поля. Вокруг выходных цепей и деталей усилителя (трансформаторов, сопротивле-

21 Защита от радлюакггивньгх излучений.

НИИ, конденсаторов) существуют электрическое и магнитное поля, которые изменяются в соответствии с изменениями напряжения и токов. Если входные цепи находятся в пространстве, охватываемом этими полями, то в них может возникнуть переменная э. д. с, которая после усиления остальными каскадами снова воздействует на вход, и т. д.

Для устранения или ослабления влияния полей все детали и проводники, которые подвержены их воздействию, или, наоборот, являются их источником, помещают в экраны.

Рис. 166. Экранироваиие фарромагиитиым экраном 5;

а - катушки К от внешнего магнитного поля; б - внешнего пространства от поля катушки К

Для экранирования магнитных полей низкой частоты применяют ферромагнитные (железные) экраны, действие которых ясно из рис. 166. Для экранирования полей высокой частоты применяются экраны из материалов с малым удельным сопротивлением (медь, латунь, алюминий), в которых экранирование происходит за счет возникающих в них вихревых токов. Поле, создаваемое вихревыми токами, противодействует причине, их вызывающей, и вычитается из воздействующего на экран поля. Применение железных экранов при высоких частотах недопустимо из-за больших потерь энергии в железе (большое удельное сопротивление). Применение экранирования вихревыми токами при низких частотах нецелесообразно, ибо сила вихревых токов тем меньше, чем меньше частота:

вихр

вижр

Для экранирования электрических полей применяют экраны из хорошо проводящих материалов (меди, латуни, алюминия).

причем обязательным условием экранирования является соединение экрана с корпусом (рис. 167). При отсутствии соединения экрана с корпусом на противоположной поверхности экрана образуется заряд, который будет служить источником поля рис. 168).

Рис. 167. Экранировка электрического поля заземленным экраном: z - сопротивление

Рис. 168. Иллюстрация электрического поля между двумя телами А и Б, разделенными незаземлеиным экраном S

Связь через емкобть анод - сетка. Через емкость анод - сетка образуется связь между выходом и входом каскада усилителя (рис. 169). Действительно, при изменении анодного тока

Рис. 169. Иллюстрация обратной связи через паразитну;!) междуэлектродиую емкость

изменяется падение напряжения на сопротивлении нагрузки, а следовательно, и напряжение между анодом и катодом (н --- =о-aR), между которыми включена цепь C - R. При некоторых условиях эта связь может оказаться положительной и достаточно большой для возникновения паразитного самовозбуждения. Для борьбы с этим явлением применяются специальные схемы или лампы с экранной сеткой (тетроды и пентоды), уменьшающей емкость.

Связь через общие источники питания. Все или несколько каскадов усилителя обычно питаются от общих источников пита-21*

ния (рис. 170). Это ке нарушало бы работу схемы, если бы внутреннее сопротивление источников было равно нулю. Однако реальные источники питания имеют некоторое внутреннее сопротивление Rs i=, условно показанное на схеме рис. 170. Переменная составляющая анодного тока, протекая через сопротивление Rbh , создает на нем падение напряжения ta~ Rk вычитающееся из напряжения источника Uq. Поэтому анодные цепи

Р,нс. 170. Схема усилителя, в котором возможна паразитная обратная связь через общий источник анодного питания

всех остальных каскадов (в том числе и первого) получают вместо постоянного напряжения (между точками а и б) напряжение (V - ia~Rs ), содержащее переменную составляющую. Последняя воздействует через разделительные

Рис. 171. Схе.ма усилителя с цепя.ми развязки

конденсаторы на сетки ламп первых каскадов, усиливается ими и через источник питания снова воздействует на первые каскады и т. д. В результате при некоторых условиях может возникнуть паразитная генерация.

Устранить связь через источники питания можно, сделав их сопротивление малым для переменной составляющей тока. Для

1м .

П П П П

этого включают параллельно источникам питания конденсатор (называемый блокировочным), емкость которого выбрана достаточно большой, чтобы его сопротивление переменному току было невелико (рис. 171). Кроме того, для уменьшения паразитной связи между каскадами в анодную цепь каждого каскада включают так называемую цепь развязки, состоящую из конденсатора С и сопротивления R. Постоянную времени RC выбирают так, чтобы конденсатор не успевал заряжаться и разряжаться при изменениях тока; поэтому напряжение на нем, а следовательно, и между точками а и б остается постоянным.

§ 4. ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Различные электронные устройства могут служить источниками переменной э. д. с. наперед заданной формы - синусоидальной (рис. 172, с), прямоугольной (рис. 172, б), треугольно!! (рис. 172, в) и т. д. Такие устройства называются генераторами электрических колебаний. Электронные генераторы являются преобразователями энергии постоянного тока, получаемого от какого-либо источника постоянной э. д. с, в энергию переменного тока. Примером такого преобразователя является ламповый усилитель; на его выходе получается переменное напряжение или ток, а в его анодной цепи расходуется энергия, получаемая от источника постоянной э. д. с. (батареи, выпрямителя и т. д.).

Однако для получения переменного напряжения на выходе усилителя необходимо, помимо питания его постоянным током, воздействовать на его вход небольшим переменным напряжением, т. е. возбуждать в нем колебания извне. Следовательно, усилитель является генератором с посторонним возбуждением. Генераторами с посторонним возбуждением являются также и ряд других схем, например одновибратор и пересчетная схема, рассмотренные ниже.

Существует ряд приборов, которые могут генерировать колебания без постороннего возбуждения. Эти приборы (например генератор синусоидальных колебаний, мультивибратор, релаксационный генератор и т. д.) называются генераторами с самовозбуждением. Одним из способов самовозбуждения является обратная связь, т. е. такое соединение в схеме усилителя, при котором часть выходного напряжения воздействует на его вход. Поясним этот способ самовозбуждения на примере генератора синусоидальных колебаний.

Рис. 172- Раз.тичные виды переменных напряжений, возбуждаемых электронными генератор а.мн