Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

Сворень Рудольф Анатольевич

Влияние обратной связи на работу каскада прежде всего зависит от того, как взаимодействует напряжение, поступившее на сетку из анодной цепи (напряжение обратной связи U_oc), с усиливаемым сигналом U_вx, поступившим на сетку с предыдущего каскада.

Если оба эти напряжения действуют «согласованно», то есть если их положительные полупериоды, как и отрицательные, наступают одновременно, то обратная связь называется положительной. Если же напряжение обратной связи противодействует напряжению усиливаемого сигнала, то обратная связь называется отрицательной (см. рис. 117).

Рис. 117. Для

улучшения работы усилителя часто специально вводят обратную связь — часть энергии из анодной цепи передают в сеточную. Обратная связь может быть положительной (переменное напряжение на сетке возрастает) или отрицательной (переменное напряжение на сетке уменьшается).

Поясним все это примерами. Предположим, что в усилителе без обратной связи на сетку подается переменное напряжение U_вх с амплитудой 10 в. Введем слабую отрицательную обратную, которая создает на сетке переменное напряжение U_oc с амплитудой 1 в. Поскольку обратная связь отрицательна, то напряжение на сетке U_c уменьшается до 9 в (10 в — 1 в = 9 в). Усилим обратную связь настолько, чтобы амплитуда напряжения U_oc равнялась бы 3 в. Это приведет к дальнейшему уменьшению результирующего напряжения до 7 в (10 в — 3 в = 7 в).

Теперь подадим на сетку напряжение положительной обратной связи U_oс с такими же амплитудами. Поскольку при положительной обратной связи напряжения U_вх и U_oc складываются, то результирующее напряжение U_c будет составлять соответственно 11 в и 13 в (10 в + 1 в и 10 в + 3 в).

Попутно заметим, что при введении обратной связи всегда отбирается энергия из анодной цепи лампы и передается в ее сеточную цепь. Однако сам отбор этой энергии почти не влияет на процессы в анодной цепи, так как для создания обратной связи, как правило, нужна очень небольшая мощность — всего несколько процентов полезной выходной мощности каскада.

Существует много схем обратной связи. Некоторые из них упрощенно показаны на листах 157, 158.

В одной из приведенных схем (б) напряжение обратной связи создается на сопротивлении R_к при прохождении по-нему переменной составляющей анодного тока. Переменный анодный ток создает на сопротивлении R_к переменное падение напряжения, которое действует между катодом и шасси, то есть фактически подается на управляющую сетку (лист 137). Так и осуществляется влияние анодной цепи на сеточную, то есть обратная связь между этими цепями. Напомним, что когда сопротивление было зашунтировано конденсатором, то переменная составляющая анодного тока проходила помимо сопротивления R_к, переменного напряжения на нем не возникало, и поэтому обратная связь отсутствовала. Обратная связь в этом случае всегда получается отрицательной, и это легко пояснить примером. Предположим, что на сетке увеличивается положительное напряжение U_вxи это, как обычно, увеличивает анодный ток. При этом возрастает и напряжение U_к, которое анодный ток I_а создает на сопротивлении R_к (U_к = I_a·R_к — закон Ома!). Поскольку «плюс» напряжения U_к приложен к катоду, а «минус» к сетке, то с увеличением этого напряжения анодный ток будет уменьшаться (чем больше «минус» на сетке, тем меньше анодный ток!). Из всего этого следует, что с увеличением положительного напряжения U_вх,которое «стремится» увеличить анодный ток, возрастает и отрицательное напряжение обратной связи U_к, (U_oc), которое «стремится» уменьшить анодный ток. Иными словами, оба эти напряжения действуют «друг против друга»,

а значит, обратная связь отрицательна. Чем больше сопротивление R_к, тем больше и напряжение обратной связи, или, как говорят иначе, тем сильнее, глубже обратная связь.

В другой схеме (а) сопротивление утечки R_c и емкость С_ос(это может быть междуэлектродная емкость или специально включенный конденсатор) образуют делитель напряжения, и часть переменного анодного напряжения действует на сопротивлении R_c, то есть между сеткой и катодом. Это и есть напряжение обратной связи. Оно будет тем больше, чем выше частота усиливаемого сигнала и чем больше емкость С_ос, то есть чем меньше сопротивление верхнего участка делителя (х_с). В данном случае обратная связь может быть как положительной, так и отрицательной — это зависит от многих факторов и в том числе от частоты усиливаемого сигнала.

В некоторых случаях обратная связь осуществляется с помощью специальной катушки обратной связи L_oc (лист 158), которая располагается вблизи контурной катушки L_к. Здесь легко можно изменить характер обратной связи, то есть установить положительную или отрицательную обратную связь.

Для этого достаточно поменять местами концы катушки L_oсили контурной катушки L_к или же повернуть одну из катушек вверх «дном», то есть на 180 градусов. Степень связи зависит от соотношения числа витков катушек L_к и L_oc и от расстояния между этими катушками: при сближении катушек обратная связь усиливается.

Обратная связь может охватывать сразу несколько каскадов. Так, например, в усилителях НЧ иногда вводят обратную связь между анодной цепью выходного и сеточной цепью первого каскада.

Вы, очевидно, помните, что при детектировании, наряду с полезным низкочастотным сигналом, появляются «отходы производства» — постоянная и высокочастотная составляющие. Поскольку сеточный детектор не только детектирует, но и усиливает, то в его анодной цепи мы получим высокочастотную составляющую более мощную, чем в цепи сетки. До сих пор этот высокочастотный сигнал пропадал у нас напрасно — он сразу же замыкался на «землю» через конденсатор фильтра С_ф-вч, (С_ф-Д, см. лист 150 и рис. 111).

Теперь мы попробуем использовать высокочастотную составляющую — создадим положительную обратную связь и часть бесполезно пропадавшей высокочастотной энергии из анодной цепи детектора направим в его сеточную цепь, а точнее, в колебательный контур (лист 162).

Во всяком контуре неизбежно существуют потери энергии. Как мы уже говорили, эти потери удобно характеризовать сопротивлением R_к (не путайте с катодным сопротивлением), включенным последовательно с катушкой и конденсатором.

Чем больше R_к, то есть чем больше потери в контуре, тем хуже его добротность и «тупее» резонансная кривая, тем меньше напряжение, действующее на контуре при резонансе.

Благодаря положительной обратной связи в контур поступает дополнительная энергия, которая компенсирует потери в нем, что равносильно уменьшению сопротивления R_к. Чем сильнее положительная обратная связь, тем в большей степени скомпенсированы потери в контуре, тем выше его добротность и острее резонансная кривая, тем больше напряжение сигнала, действующее на контуре (рис. 118).

Рис. 118. Положительная обратная связь компенсирует потери в контуре. Чем сильнее обратная связь, тем меньше реальное сопротивление потерь, тем выше добротность контура.

Таким образом, положительная обратная связь улучшает избирательность и повышает чувствительность приемника. Положительная обратная связь может применяться не только в сеточном детекторе, где ВЧ составляющая ранее не использовалась, но и в усилителе ВЧ, где некоторую часть энергии усиленного сигнала можно безболезненно направить во входной контур для компенсации потерь в нем.