Когда на сетку подается переменное напряжение, напряжение изменяется вокруг среднего значения, отклоняясь от него в сторону как больших, так и меньших значений.
Если принять напряжение смещения равным -3 в, а амплитуду переменного напряжения 2 в, то мгновенные значения напряжения на сетке будут изменяться от —5 до —1 в. Одновременно будет изменяться и анодный ток относительно средней величины до крайних значений, соответствующих сеточным напряжениям —5 и —1 в.
Во избежание искажений следует соблюдать два условия. Прежде всего необходимо, чтобы изменения анодного тока были пропорциональны изменениям сеточного напряжения. Это условие выполняется, когда мгновенные значения сеточного напряжения не выходят за пределы прямолинейной части характеристики. Укажем попутно, что именно поэтому искажения, обусловленные искривлением характеристики, носят название нелинейных искажений. Произносимый с некоторой таинственностью, этот термин всегда оказывает свое действие… на тех, кому неизвестен его смысл.
Вторая опасность подстерегает нас в точке, где мгновенное значение сеточного напряжения становится равным нулю. Если мы перейдем через это значение в сторону положительных напряжений, то появится сеточный ток. Происходит это потому, что сетка начинает притягивать некоторое количество электронов, которые образуют ток сеточной цепи. Сеточный ток начинает появляться даже при некотором отрицательном потенциале (от —1,5 до —1 в в зависимости от типа лампы), что объясняется наличием начальной энергии электронов, эмитируемых катодом. Сеточный ток вызывает серьезные искажения. На поддержание этого тока в сеточной цепи затрачивается некоторое количество энергии, поэтому такой режим работы недопустим.
Отсюда следует, что мгновенные значения сеточного напряжения не должны выходить за пределы линейной части характеристики и не должны заходить в область положительных напряжений. Поэтому необходимо так выбирать смещение, чтобы рабочая точка находилась в середине прямолинейной части характеристики слева от вертикальной оси.
В этом случае, если амплитуда переменного напряжения не превысит напряжения смещения, мгновенные значения напряжения на сетке не выйдут за пределы прямолинейной части характеристики и не попадут в область положительных напряжений.
Комментарии к девятой беседе
Микрофон
В этой беседе Любознайкин занялся изучением первых звеньев цепи радиопередачи. Он начал с начала — с микрофона и поступающих на него звуковых колебаний.
Звуковые колебания — вибрации молекул воздуха с частотой от 16 гц (самый низкий тон) по 16 000 гц (наиболее высокий тон) преобразуются с помощью микрофона в соответствующие изменения электрического тока.
Описанный Любознайкиным угольный микрофон, работающий на принципе изменения сопротивления, очень чувствителен даме к относительно слабым звукам, но имеет некоторые недостатки, мешающие чистому воспроизведению звучания. Существуют другие системы микрофонов, более совершенные, но менее чувствительные; однако это не имеет большого значения, так как с помощью ламп всегда можно усилить слабые микрофонные токи. К более совершенным относятся электродинамические микрофоны, в которых легкая катушка колеблется под воздействием звуковых волн в магнитном поле магнита; мы знаем, что в этих условиях в катушке появляются- наведенные токи.
Модуляция
Микрофонный ток, электрически точно воспроизводящий звуковые волны, имеет слишком низкую частоту, чтобы порождать электромагнитные волны. Для передачи тока низкой частоты через пространство, отделяющее передающую антенну от приемной, его нужно ввести в ток высокой частоты, который способен создавать радиоволны
Каким образом вводят низкую частоту в ток высокой частоты? Или, пользуясь технической терминологией, каким образом осуществляется модуляция высокой частоты низкой частотой?
В чистом виде, без модуляции, ток высокой частоты имеет форму обычного переменного тока, который нам уже достаточно хорошо известен (см. рис. 38,а). В результате модуляции правильный строй отдельных амплитуд тока высокой частоты нарушается. Они удлиняются или укорачиваются в соответствии с формой тока низкой частоты (рис. 38,б). Если соединить все верхушки отдельных полупериодов, то получится кривая (изображенная на рис. 38,в пунктиром), имеющая форму микрофонного тока. В этом неравенстве амплитуд тока высокой частоты скрыта низкая частота.
Таким образом, модуляция является своеобразным формированием высокочастотного тока.
Описанная нами система модуляции носит название амплитудной модуляции, потому что именно амплитуда высокочастотных колебаний изменяется в ритме низкой частоты. Однако низкой частотой можно воздействовать на другой параметр высокочастотного тока — его частоту. В частотной модуляции, как называют этот метод, амплитуда тока высокой частоты остается постоянной, а изменяется частота в бóльшую или меньшую сторону среднего значения пропорционально мгновенным значениям модулирующего тока низкой частоты. Ниже мы рассмотрим этот метод частотной модуляции, применяющийся на ультракоротких волнах.
Передатчик
Ток высокой частоты (немодулированный) создается лампой, входящей в состав генератора. Гетеродин приемника является примером такого устройства, и Любознайкин был прав, задержавшись на анализе его работы. Не возвращаясь к деталям различных стадий процесса возбуждения незатухающих колебаний, напомним лишь, что основной частью генератора является колебательный контур между сеткой и катодом лампы, индуктивно связанный с катушкой в ее анодной цепи. Последовательно чередующиеся заряды и разряды конденсатора колебательного контура создают ток высокой частоты, который прекратился бы через некоторое количество периодов (как это показано на рис. 21, а), если бы в соответствующие моменты катушка в анодной цепи не передавала через индуктивную связь в катушку колебательного контура энергию, необходимую для пополнения потерь. Благодаря этому непрерывно возобновляемому пополнению энергии возбужденные колебания поддерживаются с постоянной амплитудой и частотой, равной резонансной частоте колебательного контура.
В конечном итоге колебания генератора поддерживаются за счет энергии анодного тока. В передатчике (рис. 140) относительно слабые колебания задающего генератора усиливаются перед подачей их в передающую антенну, мощным высокочастотным усилителем. Один из каскадов этого усилителя используется для манипуляции с помощью ключа, разрывающего цепь, в случае телеграфии или для модуляции микрофонным током в случае телефонии. Микрофонный ток в большинстве случаев слишком слаб, чтобы им можно было непосредственно модулировать высокую частоту. Поэтому перед подачей на модулятор его усиливают.
Схема радиотелефонного передатчика, приведенная на рис. 37, очень упрощена; она служила лишь для пояснения принципа работы.
Рис. 140. Блок-схема радиотелефонного передатчика.
1 — микрофон; 2 — микрофонный усилитель; 3 — модулятор; 4 — задающий генератор; 5 — усилитель высокой частоты; 6 — передающая антенна.
Комментарии к десятой беседе
Телефонные трубки
Если началом радиотелефонной цепи служит микрофон, то последним ее звеном являются телефонные трубки. Именно они (или их близкий и более мощный родственник громкоговоритель) выполняют функции, обратные функциям микрофона: превращение токов низкой частоты в звуковые колебания.
Телефонные трубки состоят из электромагнита с сердечником из намагниченной стали, установленного позади тонкой упругой стальной мембраны (рис. 141). Все это размещено в металлическом или пластмассовом корпусе. Переменные токи низкой частоты, протекая по обмоткам электромагнита, попеременно увеличивают или уменьшают намагниченность сердечника, который сильнее или слабее притягивает мембрану. Последняя больше или меньше изгибается в ритме изменений тока.
Созданные таким образом вибрации передаются окружающему воздуху и распространяются в виде звуковых волн. Если ни одно из многочисленных преобразований, которые претерпевает ток между микрофоном передатчика и телефонными трубками приемника, не исказили его, то воспроизводимый трубками звук будет точно соответствовать звуку, попавшему на микрофон.
Рис. 141. Устройство телефонных трубок.
1 — электромагнит; 2 — мембрана; 3 — акустический раструб; 4 — корпус; 5 — питающий провод.
