Рис. 34

Под действием напряжения накальной батареи по самому катоду, как по обычному проводнику, пойдет ток (ток накала), катод накалится и начнет эмиттировать, а проще говоря, выбрасывать электроны, которые тут же устремятся к аноду.

Последнее, правда, относится не ко всем электронам — многие из них будут возвращаться обратно на катод. Здесь уже все зависит от той силы, которая притягивает электроны к аноду, то есть от анодного напряжения. Чем больше плюс на аноде, тем сильней он тянет к себе вылетевшие из катода электроны, тем больше анодный ток.

Необходимо заметить, что увеличение анодного тока не будет беспредельным — как только в него включатся все вылетающие из катода электроны, наступит так называемое насыщение, и дальнейший рост тока станет невозможным. Однако до тех пор, пока насыщение не наступило, можно менять величину анодного тока, изменяя напряжение на аноде.

Все, о чем мы сейчас говорили, очень и очень важно. Фактически мы нащупали основу для создания в нашем приборе управляющей заслонки. Такой заслонкой может быть напряжение, которое будет влиять на ток в баллоне, подобно напряжению на аноде, но только во много раз сильнее.

Давайте между катодом и анодом установим металлическую сетку и снабдим ее самостоятельным выводом — проводником, который выходит наружу сквозь стекло баллона (рис. 35, а). Теперь попробуем одним концом к этой сетке, а другим концом к катоду подключить источник усиливаемого сигнала, например микрофон (рис. 35, в). Во время разговора перед микрофоном на его выходе появится переменное напряжение низкой частоты, которое будет действовать между сеткой и катодом.

Рис. 35

Сетка расположена очень близко к катоду — иногда расстояние между ними не превышает нескольких десятков микрон. Именно поэтому напряжение на сетке весьма сильно влияет на величину анодного тока. Когда на сетке появляется плюс, она помогает электронам покинуть район катода и тем самым увеличивает анодный ток. Минус на сетке, наоборот, отталкивает электроны обратно к катоду, из-за чего анодный ток уменьшается.

Вы уже, очевидно, догадались, что сеточное напряжение, (не сама сетка, а именно напряжение на ней) — это и есть та заслонка, с помощью которой можно плавно управлять анодным током. Для того чтобы подчеркнуть роль сетки, ее называют управляющей.

Анодный ток практически мгновенно реагирует на любые даже самые незначительные изменения сеточного напряжения, и поэтому он будет «по пятам» следовать за усиливаемым сигналом и в точности сохранит его форму. Остается лишь выяснить, будет ли полученная нами в анодной цепи копия мощнее оригинала, то есть сигнала, который дает микрофон.

Для начала отметим, что ток в сеточной цепи (в нашем случае это цепь сетка — катод — микрофон — сетка) всегда меньше, чем в анодной. Так, «втягивая» в анодный ток тысячу электронов, сетка лишь несколько из них «перехватывает себе». Практически это означает, что усиление по току нам всегда обеспечено. Можно, конечно, создать такие условия, при которых картина будет выглядеть совсем иначе, но этот случай нас не интересует.

Усиление тока само по себе ни о чем не говорит — если в 10 раз усилить ток и в 10 раз ослабить напряжение, то мощность сигнала останется неизменной. Для того чтобы решить вопрос о мощности, нам придется восполнить одно очень серьезное упущение — включить в анодную цепь нагрузку (R_н). Ведь без нагрузки вся затея с усилением не имеет никакого смысла. В нагрузке совершает полезную работу усиленный ток, в ней выделяется полезная мощность.

Принципиально нагрузку можно включить в любой участок анодной цепи, но, как правило, ее включают между плюсом анодной батареи и самим анодом. Такую нагрузку называют анодной.

В радиоприемнике можно встретить следующие виды анодной нагрузки колебательный контур или отдельную катушку, когда усиливается сигнал высокой частоты и громкоговоритель, или обычное сопротивление, когда усиливается сигнал низкой частоты. Мы пока остановимся на последнем, наиболее простом виде нагрузки — сопротивлении (R_н).

Анодный ток проходит по сопротивлению нагрузки и создает на нем определенное напряжение. Когда под действием входного сигнала меняется анодный ток, меняется и напряжение на нагрузке (вспомните закон Ома!). Иными словами, напряжение на нагрузке — это копия входного, то есть усиливаемого напряжения. Ну, а как же насчет усиления?

Здесь нужно оговориться, что напряжение на нагрузке состоит из двух частей, или, как принято говорить, из двух составляющих — постоянной и переменной. Постоянная составляющая никакой пользы не приносит. Она существует всегда, когда есть анодный ток. Переменная составляющая появляется лишь тогда, когда анодный ток меняется. Эта переменная составляющая как раз и есть нужная нам копия входного напряжения.

Закон Ома подсказывает нам, как можно довольно просто повысить общее напряжение на нагрузке, а значит и его переменную составляющую. Для этого достаточно увеличить само сопротивление нагрузки. Выбрав это сопротивление достаточно большим (обычно оно составляет десятки и сотни килоом), можно получить усиление по напряжению, то есть добиться того, что переменное напряжение на анодной нагрузке будет больше переменного напряжения на сетке.

Но не может ли изменяющееся напряжение на нагрузке вообще испортить все дело? Ведь само сопротивление нагрузки и сопротивление участка анод — катод по отношению к анодной батарее соединены последовательно, и чем большая часть напряжения теряется на нагрузке, тем меньшая его часть действует между анодом и катодом. Когда меняется анодный ток, меняется напряжение на нагрузке, а значит и на аноде. Так не может ли это меняющееся анодное напряжение помешать переменному напряжению, действующему на сетке? Ведь оба эти напряжения действуют на анодный ток.

* * *

* * *

Кто же из них окажется сильнее?

Здесь придется вспомнить одну деталь, которая, может быть, в свое время осталась незамеченной. Когда мы вводили в баллон управляющую сетку, то договорились, что она будет расположена рядом с источником электронов — катодом. Ну, а чем ближе электрические заряды друг к другу, тем сильнее они взаимодействуют — в этом легко убедиться, приближая наэлектризованную гребенку к кусочку бумаги. Вы уже, очевидно, сами догадались, что именно поэтому напряжение на управляющей сетке влияет на анодный ток намного сильнее, чем напряжение на аноде. И именно поэтому можно допустить, чтобы напряжение на нагрузке, а значит и на аноде, менялось в довольно больших пределах. Это не помешает нормальной работе управляющей сетки — даже небольшое напряжение на ней по-прежнему будет «командовать» анодным током. В этом основа усиления по напряжению.