Электроника?.. Нет ничего проще! - Эймишен Жан-Поль - Страница 24

Л. — Надеюсь, ты не думаешь, что сеточный ток расплавит выводы сетки? В обычной лампе (возьмем в качестве примера лампу с анодным током 4 ма) сеточный ток при отрицательном смещении находится на уровне 0,01 мка или еще меньше. На резисторе утечки 1 Мом (обычно следует ставить еще меньше) падение напряжения составит всего лишь 0,01 в, и ты не сможешь его заметить. Но если бы резистор утечки имел величину 100 или 1000 Мом, то сеточный ток превратился бы в катастрофу.

Н. — Что же тогда делать?

Л. — Прежде всего мы можем использовать специальные лампы с особо глубоким вакуумом, работающие для снижения ионизации с анодным напряжением всего в несколько вольт. В качестве таких ламп часто используют тетроды, но в отличие от обычных ламп роль управляющей сетки выполняет наиболее удаленная от катода сетка. Первая отталкивает ионы, потому что на ней создают небольшой положительный потенциал.

Впрочем, когда я говорил «катод», я должен был сказать «прямонакальный катод», ибо обычно эти лампы бывают с прямым накалом, благодаря чему удается избежать нагрева сетки. Такова конструкция электрометрических ламп, т. е. ламп, позволяющих производить измерение электрических напряжений без потребления энергии.

Н. — Так вот, наконец, что представляют собой эти знаменитые электрометрические лампы, позволяющие пользоваться резисторами утечки с большим сопротивлением. Каковы их характеристики?

Л. — В некоторых моделях удалось снизить сеточные токи примерно до 10^-15 а, т. е. до одной миллиардной доли микроампера. Но я должен тебе сказать, что прекрасные результаты можно получить и с обычными лампами, если их несколько меньше нагревать, чтобы снизить температуру сетки, и работать с небольшим анодным током. Таким способом можно легко добиться сеточного тока меньше 10^-11 а. И, наконец, стоит сказать об очень любопытном способе получения высокого входного сопротивления — использовании метода перевернутого (обращенного) триода.

Н. — Ты ставишь его ножками вверх?

Л. — Нет, я ставлю его в схему, изображенную на рис. 46. Да, я понимаю твой ужас. Управляющее напряжение подводится отрицательным полюсом к аноду, сеточный ток служит выходным, а на сетку подается положительный потенциал +U. Чем выше отрицательный потенциал анода, тем больше мешает он электронам попасть на положительную сетку, отражая их к катоду. Положительная сетка мешает ионам достичь анода, последний, будучи холодным, не испускает электронов. Таким образом удается получить псевдотриод с чудовищным входным сопротивлением.

Рис. 46. Обращенный триод. Отрицательный анод отталкивает электроны и таким образом снижает сеточный ток i_g. Это — электрометрическая схема.

Н. — А его псевдохарактеристики похожи на характеристики обычного хорошего триода?

Л. — Этого только не хватало! Его характеристики похожи на характеристики электрометрического триода, иначе говоря: очень маленькая крутизна (в среднем 0,1 ма/в); малое внутреннее сопротивление (например, 2 ком); низкий коэффициент усиления (0,2).

Н. — Я абсолютно ничего не понимаю! Ты говоришь мне о малом внутреннем сопротивлении, когда требуются чудовищные входные сопротивления. Затем ты говоришь мне о коэффициенте усиления меньше единицы. Что же я должен делать с такой лампой?

Л. — Сначала я отвечу на твой первый вопрос. Не следует путать входное сопротивление, равное отношению входного напряжения к входному току, с внутренним сопротивлением, равным отношению изменения выходного напряжения к изменению выходного тока. В рассмотренном нами псевдотриоде изменение сеточного напряжения (выход) на 1 в влечет изменение сеточного тока (выходной ток) на 0,5 ма, чему соответствует внутреннее сопротивление 2 ком. Не смешивай с входным током. По вопросу же о коэффициенте усиления я с тобой согласен, что входной каскад на такой лампе выработает значительно меньшее напряжение, чем напряжение, поступающее на его вход.

Но важно другое: ты, например, подаешь на вход напряжение 1 в при входном токе 10^-15 а, т. е. 10^-15 вт, а на выходе можешь получить напряжение 0,1 в при 0,1 ма или мощность 10^-5 вт, т. е. мощность на выходе в 10¹⁰ раз больше, чем на входе. Твое «усиление» в 0,1 раза по напряжению соответствует усилению в десять миллиардов раз по мощности. Тебе этого достаточно?

Н. — Я даже могу тебе сказать, что мощность на выходе на 100 дб больше, чем на входе.

Л. — О! Но тем не менее правильно!

Н. — Прошу без особых комплиментов, я всегда такой!

Л. — Подожди минутку, дай мне передохнуть от волнения.

Ну вот, я почти пришел в себя. Теперь, чтобы закончить с этим вопросом, я скажу тебе, что обычно после электрометрических ламп ставят усилители постоянного тока, основная трудность использования которых связана с явлением дрейфа. Если ты не подаешь на вход никакого напряжения, то анодный ток первой лампы может немного измениться из-за изменения накала, напряжения питания, даже из-за старения самой лампы или изменения температуры окружающей среды. В результате происходит медленное изменение выходного напряжения. Обычно его характеризуют дрейфом, приведенным ко входу, т. е. напряжением, которое необходимо подать на вход, чтобы без каких-либо иных причин вызвать наблюдаемое изменение выходного напряжения.

Н. — А сильно ли мешает этот дрейф?

Л. — О, да! И особенно, когда хотят измерить входное напряжение с точностью до милливольта или еще точней (например, в случае измерения pH). Для борьбы с дрейфом пользуются симметричными усилителями.

Н. — Пушпульного типа?

Л. — Довольно похожего. Таким образом удается достаточно хорошо компенсировать дрейф, вызываемый изменением нагрева или напряжения питания, потому что эти изменения одинаково воздействуют на обе лампы каскада, а используется разность их анодных токов. Для получения лучших результатов имеется большое количество усовершенствованных схем, которые ты несомненно увидишь в журнальных статьях. Например, делают усилитель (как с электрометрической, так и с обычной лампой на входе), у которого после 15-минутного прогрева, необходимого для стабилизации режимов, приведенный к входу дрейф меньше 0,1 мв за 24 ч.

Н. — Ну, так эти знаменитые электрометрические усилители не столь уж сложны: специальная лампа на входе (или обычная, но включенная по специальной схеме)… и дело в шляпе.