Рудольф Сворень - Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина
Если внимательно прислушаться к передаче, особенно при воспроизведении музыки, то можно легко обнаружить завал низших частот (рис. 85, 87).
Рис. 85. Частотная характеристика может иметь завал в области низших частот. В этом случае басы (контрабас, барабан, виолончель и др.) воспроизводятся слабо.
В этом случае звук становится «сухим», такие инструменты, как контрабас, виолончель и особенно барабан, прослушиваются плохо. В случае же завала высших частот звук становится глухим, «бубнящим» — скрипки, флейты звучат приглушенно (рис. 86, 87).
Рис. 86. В случае завала частотной характеристики в области высших частот звук получается бубнящим, приглушенно звучат такие инструменты, как скрипка, флейта, труба.
Рис. 87. Усилитель с равномерной частотной характеристикой одинаково хорошо воспроизводит все звуковые частоты.
Проверять усилитель нужно тогда, когда громкоговоритель укреплен на доске и вставлен в ящик, так как в противном случае будут очень сильно завалены низшие частоты.
Нелинейные искажения в той или иной степени возникают во всех звеньях радиовещательного тракта: в передатчике, приемнике, различных усилителях, микрофоне, громкоговорителе и т. д. Эти искажения фактически представляют собой искажение формы кривой сигнала. В усилителе НЧ нелинейные искажения обнаруживаются тогда, когда график выходного напряжения становится не. похожим на график входного напряжения. Так, например, в те моменты, когда входное напряжение растет, в результате нелинейных искажений выходное напряжение может оставаться неизменным (вершины графика выходного напряжения становятся приплюснутыми). Вследствие искажения формы кривой, звук, воспроизводимый громкоговорителем, оказывается не похожим на звук перед микрофоном: он становится хриплым и дребезжащим (рис. 88).
Рис. 88. В результате нелинейных искажений меняется форма усиливаемого сигнала — в нем появляются составляющие, которых не было при передаче. При этом воспроизводимый звук становится хриплым и дребезжащим.
Источником нелинейных искажений в усилителях низкой частоты являются лампы и трансформаторы со стальными сердечниками. Именно в этих элементах и может искажаться форма сигнала из-за того, например, что при большой амплитуде усиливаемого напряжения на управляющей сетке лампа может оказаться запертой (то есть ее анодный ток прекратится) или из-за того, что в стальном сердечнике трансформатора наступит насыщение — сердечник намагнитится до предела и увеличение тока в обмотке не будет усиливать его магнитного поля.
Подобрав необходимые напряжения на электродах лампы и правильно рассчитав трансформаторы, через которые проходит усиливаемый сигнал, нелинейные искажения в усилителе НЧ можно заметно уменьшить.
Наряду с частотной характеристикой при оценке любого звуковоспроизводящего устройства указывается также коэффициент нелинейных искажений kн, или, как еще называют, коэффициент гармоник. Раньше этот показатель называли «клирфактор», что в переводе означает «показатель ясности». Коэффициент нелинейных искажений показывает, сколько процентов мощности полезного звукового сигнала составляет мощность посторонних звуков — всех этих шумов и хрипов, появившихся в результате нелинейных искажений.
Предположим, что скрипач, стоя перед микрофоном, медленно проводит смычком по струне и при этом на микрофон воздействуют звуковые колебания с частотой 500 гц, а в приемнике этот звук воспроизводится с мощностью 1 вт. Предположим также, что, в результате нелинейных искажений в передатчике, приемнике и других элементах тракта, громкоговоритель, кроме звука с частотой 500 гц, воспроизводит еще и другие звуки, которых не было при передаче, и что мощность этих посторонних звуков составляет 0,1 вт. В этом случае коэффициент нелинейных искажений kн всего тракта от микрофона до громкоговорителя, или, как говорят акустики, «от уха до уха», составляет 10 %. Небольшие нелинейные искажения (1–3 %) наше ухо не обнаруживает. Искажения 8—12 % сильно ухудшают качество звука, а при нелинейных искажениях в 15–25 % передача оказывается настолько искаженной, что слушать ее очень неприятно.
В каждом из элементов радиовещательного тракта в отдельности искажения невелики, но радиослушатель практически воспринимает сумму всех искажений. Это заставляет вести серьезную борьбу за уменьшение нелинейных искажений во всех элементах тракта: в передатчике, в детекторе, усилителе низкой частоты и т. д. Нелинейные искажения у громкоговорителей составляют 2–3 %, а у хороших усилителей 0,5–1,5 %. В простом усилителе НЧ можно допустить kн около 3–6 %.
УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД
Наряду с электронной лампой и источником ее питания одним из важнейших элементов усилительного каскада является анодная нагрузка. Именно в нагрузке и выделяется «мощная копия» усиливаемого сигнала.
Как уже отмечалось, в качестве нагрузки может использоваться головной телефон, громкоговоритель, обычное сопротивление, колебательный контур, дроссель (лист 131) и другие элементы. Нагрузка, как правило, включается непосредственно в анодную цепь лампы, и через нее к аноду подводится положительное напряжение. Рассмотрим вкратце работу усилительного каскада, в котором в качестве анодной нагрузки используется обычное сопротивление (лист 132).
Если напряжение на управляющей сетке неизменно, то в анодной цепи лампы протекает постоянный ток — ток покоя. Если же к управляющей сетке подвести усиливаемый сигнал, то анодный ток станет пульсирующим: под действием сигнала, приложенного к сетке, будет изменяться величина анодного тока, однако направление его всегда будет одним и тем же — от анода к катоду. Электроны, конечно, двигаются от катода к аноду, но при рассмотрении схем мы пользуемся условным направлением тока.
Пульсирующий анодный ток содержит постоянную Iа= и переменную Iа~— составляющие, которые в случае необходимости можно разделить с помощью фильтров (лист 124). Основную роль в процессе усиления играет переменная составляющая Iа~ анодного тока, появившаяся под действием усиливаемого сигнала: именно Iа~, проходя по нагрузке, создает «мощную копию» этого сигнала.
На чертеже 11 более подробно показан путь переменяй составляющей анодного тока в усилительном каскаде.
Через лампу и нагрузку переменная составляющая Iа~ проходит вместе с постоянной Iа=, а затем пути их расходятся: переменная составляющая возвращается к лампе через конденсатор фильтра выпрямителя Сф2 (С34), а постоянная составляющая проходит через повышающую обмотку трансформатора через вентиль и сопротивление фильтра (Rф, R19). При батарейном питании анодной цепи обе составляющие Iа= и Iа~ проходят через батарею, причем последнюю рекомендуется шунтировать конденсатором большой емкости, чтобы облегчить путь для Iа~.
Переменная составляющая анодного тока Iа~, переходя по анодной нагрузке, создает на ней переменное напряжение и выделяет определенную мощность (лист 133).
Практически можно считать, что напряжение Uвыx равно Uн~, так как емкостное сопротивление переходного конденсатора Сс (С28) сравнительно невелико.
Чем больше сопротивление анодной нагрузки Rн, тем больше будет переменное напряжение Uн~,а следовательно, и Uвыx. Иными словами: чем больше сопротивление анодной нагрузки, тем больше и усиление каскада (рис. 89).
Рис. 89. Переменная составляющая анодного тока, проходя по сопротивлению анодной нагрузки, создает на нем переменное напряжение — усиленный сигнал. Чем больше сопротивление анодной нагрузки, тем больше и переменное напряжение на нем, тем больше усиление каскада.
Однако беспредельно увеличивать анодную нагрузку нельзя, так как это может привести к появлению сильных искажений сигнала и к уменьшению переменного напряжения.
Одна из причин, ограничивающих увеличение сопротивления нагрузки Rн, связана с тем, что постоянная составляющая анодного тока Iа=, проходя по сопротивлению Rн, создает на нем постоянное падение напряжений. Чем больше ток и чем больше сопротивление Rн, тем большая часть напряжения, поступающего с выпрямителя, теряется на нагрузке и тем, следовательно, меньше постоянное напряжение, действующее между анодом и катодом лампы (анодное напряжение). При очень большом сопротивлении нагрузки анодное напряжение может уменьшиться настолько, что каскад вообще перестанет усиливать (рис. 90).
