ГЛАВА VH

ТРИОД КАК ГЕНЕРАТОР КОЛЕБАНИЙ

Действие обратной связи. Введением обратной связи,, как мы видели, можно значительно повысить амплитуду сигнала в колебательном контуре, включенном между сеткой и нитью. Для этого необходимо, однако, чтобы э.д. с, наводимая в цепи сетки изменениями анодного тока, имела правильный знак. Как уже упоминалось выше, это обратное действие можно настолько усилить, чтобы полностью скомпенсировать в колебательном контуре все омические и прочие потери, и тогда раз возникшие в контуре колебания будут непрерывно поддерживаться.

Рассмотрим количественно один простой пример. Мы будем рассматривать лампу с таким высоким коэфициентом усиления А, что величина анодного тока ее будет почти полностью определяться напряжением сетки. Тогда мы можем написать, что:;

/, = йо + Мг (7-)

Предположим, что в колебательном контуре LCR (рис. 53) в результате какого-либо электрического толчка возникли свободные колебания. Обычное уравнение Кирхгофа для колебательного контура в отсутствии внеп1-них сил имеет вид:

dfi

(7.2)

где Q есть заряд конденсатора в какой-либо момент времени. Напряжение на сетке Vg равно так что мы можем написать, что:

(7.3>

Для того, чтобы учесть действие обратной связи, мы должны ввести в (7.2) электродвижущую силу, наведенную

переменным анодным током. Эта э. д. с. равна М

следовательно, па основании (7.3) ее можно выразить . Mk, dQ „

так. -gr- Полное уравнение, описывающее изменения

заряда на конденсаторе колебательного контура, будет иметь вид:

• = 0.

(7.4).

Мы видим, таким образом, что действие обратной связи заключается в изменении эффективного сопротивления контура от значения R до

Рис. 53

Как известно, взаимоиндукция может быть положительной или отрицательной, и если мы включим катушки таким образом, что она будет отрицательной, то эффективное сопротивление контура будет равно

где М есть абсолютное значение взаимоиндукции. Если увеличить М сближением катушек L и L, то мы можем сделать эффективное сопротивление контура равным нулю. Если же сделать больше R, то эффективное сопротивление станет отрицательным и возникшие почему-либо в контуре колебания будут возрастать.

В практических условиях всегда есть достаточно случайных электрических возмущений для возбуждения в контуре малых колебаний, и поэтому, когда М оказывается больше некоторой определенной критической величины, то колебания неизбежно возникают. Это удобнее всего наблюдать по миллиамперметру в анодной цепи. Когда колебания возникли, то вследствие анодного или сеточного детектирования (которое всегда в большей или меньшей степени имеет место), величина постоянной составляющей анодного тока изменяется, вследствие чего изменяется и показание прибора.

Условия, определяющие амплитуду колебаний. В приведенной выше простой трактовке процесса возбуждения незатухающих колебаний мы предполагали линейную зависимость анодного тока от напряжения на сетке. Но это справедливо лишь при малых амплитудах сеточного напряжения. Кроме того, так как физически невозможно сохранять эффективное сопротивление контура

(т. е. R - -] точно равным нулю, то мы должны всегда так выбирать М, чтобы сделать эффективное сопротивление отрицательным при малых значениях величины Vg. При этом возникают колебания и устанавливается такая амплитуда колебаний, что напряжение на сетке достигает таких значений, для которых зависимость ig от Vg уже перестает быть линейной.

Математически задача определения амплитуды установившихся колебаний при данной характеристике лампы (Vg, и данных параметрах контура не легка, так как для этого необходимо решить нелинейное диференциальное уравнение, описывающее нашу систему. Однако, основные физические черты всего явления можно выяснить при помощи следующего качественного рассуждения. Предположим, что характеристика [Vg , ij имеет вид, приведенный на рис. 54, и что амплитуда (а) установившегося колебательного напряжения на сетке имеет указанную там же величину.

Мы видим, что крутизна характеристики ki (т. е.

изменяется с изменением напряжения на сетке, причем она велика, когда Vg мало, и уменьшается, когда Vg численно возрастает. Соответствующим образом изменяется и эффективное сопротивление контура

в течение периода. При большом (т. е. при малом %) эффективное сопротивление отрицательно, но когда начинает уменьшаться, при больших численных значениях Vg, то эффективное сопротивление доходит до нуля, затем становится положительным. Вот этот переход эффективного сопротивления от отрицательного значения к положительному ограничивает наростание амплитуды колебаний.

Рис. 54

Из предыдущих рассуждений следует, что схему рис. 53 с обратной связью можно заменить эквивалентным контуром (см. рис. 55а), состоящим из конденсатора С, самоиндукции L и сопротивления р, величина которого зависит от напряжения Vg, как это показано на рис. 556. Амплитуда колебаний достигает какого-то установившегося значения, при котором р переходит от отрицательного значения к положительному и обратно два раза за каждый период.

Ш) (Ь)

Рлс. 55

Рис. 56

Можно произвести количественный анализ изменений эффективного сопротивления, если сделать какие-либо предположения о том, какой именно вид имеет нелинейная характеристика {Vg, i.

Предположим, например, что характеристика выражается многочленом третьей степени:

тогда

(7.5) (7.6)

Если теперь в (7.4) воспользоваться тем, что:

то мы получим;

d?Vg dVg

или заменив через со- и опуская индекс у

-b(eV = 0.

(7.7) 75

После подстановки из (7.6) это выражение принимает вид:

-Jfi-r\j - vfiMo.-\-?,fs,m-iv21- 4-0)2» = о, (7.8).

это уравнение и можно рассматривать как уравнение, описывающее процесс в генераторе. Приближенное решение этого нелинейного уравнения имеет вид:

Г CR

л/ "~ Ж-» = 2 J/ -щ- COS cof.

(7.9)

Это решение показывает, что в пределах применимости для характеристики выражения (7.5) установившаяся ам-

Рис. .57а

Рис. 576

плитуда колебаний возрастает с увеличением а и /И и падает с увеличением С и R. С этой же степенью приближения круговая частота генерируемых колебаний равна

Одним из наиболее важных применений триода является рассмотренный нами метод получения колебаний при помощи обратного воздействия цепи анода на цепь сетки.

Как мы уже видели, частота этих колебаний определяется, главным образом, самоиндукцией и емкостью колебательного контура, так что, изменяя их величины, можно с одной и той же лампой получить колебания с частотой от 1 до 10 гц.

Число различных схем ламповых генераторов очень велико и здесь мы укажем лишь одну или две типичных схемы.

В схеме, приведенной на рис. 53, колебательный контур находится в цепи сетки. Однако, колебательный контур можно поместить и в анодную цепь (рис. 56) и тогда катушка обратной связи L включается в цепь сетки.

Очень удобна схема, в которой колебательный контур включен частью в цепь сетки и частью в анодную цепь. Такая схема приведена на рис. 57а; в сущности в этой схеме для осуществления обратной связи вместо двух катушек трансформатора применен автотрансформатор. Схема эта интересна еще тем, что из нее ясно виден смысл отрицательной взаимоиндукции. Если переменить местами концы проводов, идущих от сетки и нити к катушке, то взаимоиндукция станет положительной.

Иногда бывает необходимо для лабораторных опытов, модулировать амплитуду высокочастотных колебаний колебаниями акустической частоты. Это можно осуществить, связывая генераторы высокой и низкой частоты способом, указанным на рис. 576.

Динатрон как генератор колебаний. Как показал Хэлл, динатрон может быть использован как генератор незатухающих колебаний, если колебательный контур включен в анодную цепь и если выполнены некоторые определенные соотношения. Схема такого генератора показана парне. 58а.

Мы видели, что в случае динатрона диференциальное внутреннее сопротивление в некоторой области анодных напряжений отрицательно. Предположим, что напряжения на сетке и аноде выбраны таким образом, что рабочая точка лежит на падающей части характеристики и что анодное напряжение измеряется по отношению к этой рабочей точке. Принимая во внимание наличие падающего участка по обе стороны от рабочей точки и кривизну характеристики, мы можем написать:

(7,10)

Таким образом, крутизна характеристики динатрона задается выражением:

(7.11)

Рассматривая схему рис. 586, можно показать, что диференциальное уравнение, описывающее поведение схемы, будет иметь вид:

Л+1Т-"С+ C"j d+"> = °

rдe заменено через

(7.12)

1493