Возможны случаи, когда усилитель собран точно по схеме, с соблюдением номинальных величин всех деталей, но его работу нельзя считать удовлетворительной. Это объясняется чаще всего тем, что из-за неудачного расположения деталей и нарушения правил монтажа увеличиваются искажения, а уровень собственных шумов превосходит допустимые пределы. В некоторых случаях усилитель начинает возбуждаться и пользоваться им становится невозможно. Некоторые радиолюбители в таких случаях считают неудачной схему и прекращают работу над конструкцией. Между тем обычно та же схема при правильном ее выполнении дает показатели, близкие к указанным в описании.
Для того чтобы максимально упростить работу по налаживанию усилителя, нужно соблюдать определенные правила при его изготовлении. При этом необходим не только опыт, но й некоторый минимум теоретических знаний. Поэтому мы рассмотрим пути возникновения нежелательных связей в усилителе и способы сведения их к минимуму.
Наиболее распространенными и опасными связями являются так называемые наводки. Сущность этого явления заключается в том, что провод, в котором имеется переменный ток или переменный потенциал, вызывает появление переменного напряжения в расположенных поблизости от него проводах. Например, на входе первого каскада может появиться переменное напряжение, наводимое проводами питающей сети или цепью накала ламп. В этом случае из громкоговорителя будет слышно гудение, называемое фоном переменного тока. Такая же связь на расстоянии может возникнуть между входными проводами и проводами, идущими к аноду выходной лампы. В этом случае есть опасность возникновения положительной обратной связи и даже самовозбуждения усилителя. Чтобы знать, как бороться с наводимыми напряжениями, разберем это явление подробнее.
Введение переменного напряжения в проводнике, экранирование
Обычно во всяком усилителе полезные переменные напряжения действуют между какой-то точкой и корпусом (шасси). Внешние, не относящиеся к усилителю источники тока часто тоже имеют переменный потенциал по отношению к шасси, так как оно через электрическую сеть соединено с землей. Поэтому при дальнейшем изложении электрические потенциалы будут определяться по отношению к корпусу усилителя.
Передача на расстояние энергии электрических колебаний из одной цепи в другую может происходить двумя путями:[1] при помощи электрического поля или за счет магнитного поля.
Рассмотрим первый путь передачи электрической энергии.
Как известно из электротехники, тело, обладающее электрическим потенциалом, создает вокруг себя электрическое поле. Если потенциал переменный, то возникает переменное электрическое поле. При этом наличие тока в проводнике, создающем поле, совсем не обязательно. Постоянное электрическое поле не создает переменного напряжения наводок, поэтому впредь под электрическим полем будет подразумеваться только переменное поле.
Каждое поле можно рассматривать в отдельности в случае малого по сравнению с длиной волны расстояния между цепями.
На практике очень редко бывает так, чтобы проводник В соединялся с шасси только емкостью С2. Обычно он бывает включен в какую-то цепь, имеющую некоторое сопротивление относительно шасси, например, в сеточную цепь лампы. В этом случае между проводником и шасси параллельно емкости С2 включено еще сеточное сопротивление, в результате чего общее сопротивление по отношению к шасси уменьшается. Наводимое напряжение поэтому снижается. Чем меньше сопротивление, соединяющее проводник и шасси усилителя, тем меньше и наводимое напряжение. Отсюда следует еще один практический вывод: цепи, имеющие малое сопротивление по отношению к шасси, меньше подвержены наводкам, чем цепи с большим сопротивлением.
Радикальным способом устранения связи между проводниками, возникшей под действием электрического поля, является применение экрана. Он представляет собою металлический лист, помещенный между проводниками А и В и соединенный с шасси. После установки экрана емкость между проводниками А и В распадается на две емкости: С и С2 . Поскольку экран имеет потенциал шасси, через емкости С и С2 ток не проходит, и на конденсаторе С2 отсутствует падение напряжения. Следовательно, переменный потенциал проводника А не сможет вызвать наводку в проводнике В. Строго говоря, между проводниками А и В остается, некоторая емкостная связь поверх экрана, но ее влиянием, как правило, можно пренебречь.
Материал экрана и его толщина в данном случае значения не имеют, так как ток, проходящий через емкость С и экран, настолько мал, что не может вызвать появления заметной разности потенциалов между экраном и шасси. Поэтому для электрического экрана можно применять любой металл: медь, алюминий, сталь и др. Единственное требование, предъявляемое к электрическому экрану,— это надежный контакт с шасси.
Когда нужно экранировать не какую-то часть схемы, подверженную наводкам, а один проводник, применяют экран в виде металлической оплетки. Она надевается на проводник и соединяется с шасси. В принципе безразлично, какой из проводников экранировать — имеющий переменный потенциал и создающий наводки, или проводник, подверженный наводкам. Например, для устранения связи между рассмотренными проводниками А и В можно экранировать любой из них. Соединение оплетки с шасси нужно производить только в одной точке. Это необходимо потому, что шасси усилителя обычно используется как проводник для отрицательного полюса источника питания. Анодные токи всех ламп проходят через шасси в различных направлениях («блуждающие» токи). В образовании этих токов принимают участие также конденсаторы фильтра выпрямителя, а при неверном монтаже — накальные цепи ламп. Если оплетка будет соединяться с шасси более чем в одной точке, то в ней могут также оказаться блуждающие токи, являющиеся частью токов, проходящих по шасси. На экране возникнет падение напряжения, которое через емкость экран-провод будет действовать на экранируемый проводник. Чтобы этого не происходило, поверх экрана надевается изолирующая трубка, а сам экран соединяется с шасси только в одной точке при помощи пайки или другим достаточно надежным способом. В ряде случаев выбор точки заземления экрана также имеет значение, о чем будет сказано ниже.
Второй источник наводок — это магнитное поле, которое создается вокруг любого проводника с током. В этом отношении опасны лишь проводники с переменным током,
так как создаваемое ими изменяющееся магнитное поле, пересекая другие провода, наводит в них нежелательные напряжения.
Напряженность магнитного поля, возникающего вокруг проводника с током, не зависит от величины потенциала провода, а только от величины тока, протекающего через него. Если ток проходит через катушку, то напряженность магнитного поля пропорциональна произведению тока на число витков. На рис. 81 изображен проводник с током А и другой проводник В, в котором наводится напряжение. Если их удалить друг от друга, то связь, конечно, ослабится. Но это не всегда возможно, поэтому приходится применять экран, располагая его между А и В.
При этом действие экрана будет различным в зависимости от металла, из которого он изготовлен. Если используется немагнитный металл (медь, алюминий и др.), то ослабление связи между проводниками объясняется тем, что в экране под действием магнитного поля появляется ток, создающий свое собственное магнитное поле и уменьшающий таким образом поле проводника А. Такое экранирование магнитного поля немагнитным металлом используется На частотах, применяемых для радиосвязи. На звуковых частотах такой способ не применяете, так как для этого понадобился бы экран большой толщины. Поэтому в усилителях низкой частоты делают экран из металла с высокой магнитной проницаемостью, такого, как железо или пермаллой (железоникелевый сплав). В этом случае экран имеет малое сопротивление для магнитных силовых линий и через него проходит большая часть магнитного потока, создаваемого проводником А. В пространстве за экраном магнитное поле намного ослаблено.
Если магнитный экран соединить с шасси, то он будет служить одновременно и электрическим экраном. Для экранирования только магнитного поля соединение с шасси не обязательно.
Рассмотрим, какими элементами усилителя создаются электрические и магнитные поля. В большинстве случаев наводки в усилителе создаются электрическим полем, так как проходящие в различных цепях токи обычномалы. Сильное электрическое поле создается проводами анодных цепей, особенно идущими от анода выходной лампы к трансформатору, а также самими выходными лампами. Для уменьшения их влияния применяется экранирование проводов, наиболее чувствительных к наводкам.
Магнитные поля создаются в усилителе выходным трансформатором и трансформатором питания, а также накальными цепями ламп. Обычная экранирующая оплетка из немагнитного материала от действия таких полей не защищает. Особенно подвержены влиянию магнитных полей входные (микрофонные) трансформаторы, которые нужно тщательно экранировать двойным экраном из железа или пермаллоя и располагать возможно дальше от выходного и питающего трансформаторов. В любительских условиях желательно избегать применения микрофонного трансформатора. Вместо него может быть применен дополнительный каскад усиления на полупроводниковом триоде, схема которого приводится в ответах на практические вопросы.