Н. — Значит, именно поэтому в телевидении используется такое большое количество каскадов усиления?
Л. — Само собой разумеется.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Н. — В общем, в телевизоре с преобразованием частоты может быть несколько каскадов усиления высокой частоты, несколько каскадов промежуточной частоты и, наконец, еще несколько каскадов видеоусиления.
Л. — Больше двух каскадов видеоусиления применяют редко. Обычным является применение одного каскада высокой и трех-четырех каскадов промежуточной частоты. Впрочем, в их устройстве мало различия. Понимаешь, Незнайкин, когда каскады промежуточной частоты настраиваются на частоты выше 10 Мгц, они практически не отличаются от каскадов высокой частоты. Вот почему мы можем изучать их одновременно.
Н. — В таком случае я не вижу смысла в распределении усиления между каскадами высокой и промежуточной частоты. Не все ли равно, если применить супергетеродин с пятью каскадами промежуточной частоты.
Л. — В дополнение к тому, что их усиление было бы невелико, вереница таких каскадов могла бы стать местом возникновения самовозбуждения. Распределяя усиление между двумя цепочками каскадов, настроенных на разные частоты, мы уменьшаем возможность появления такой опасности. Предварительное усиление высокой частоты обладает, впрочем, и другими преимуществами. Оно дает возможность уменьшить отношение шума к сигналу.
Н. — О каком шуме может идти речь в приемнике изображений?
Л. — Прошу прощения за употребления термина, который имеет смысл только в радиовещании. Там называют так неоднородность усиленного тока (флуктуации), проявляющуюся в виде шипящего шума, особенно различимого при отсутствии передачи. Причиной шума могут явиться тепловые флуктуации в сопротивлениях и колебательных контурах, а также неравномерность электронной эмиссии катодов.
Н. — Но ведь этот твой «шум» в телевидении не слышен!
Л. — Да, но зато он виден. Флуктуации усиленного напряжения, поданного на управляющий электрод трубки, добавляют к нормальным изменениям световой интенсивности пятна быструю паразитную модуляцию и создают то, что можно назвать «зерном изображения» (по аналогии с зернами фотографической эмульсии, которые становятся различимыми при большом увеличении).
Н. — Так, значит, предварительное усиление высокой частоты уменьшает этот «шум» изображений?
Л. — Да, так же как в радиоприемнике оно уменьшает звуковой шум… И этим не ограничивается польза высокой частоты усилительных каскадов, включенных перед преобразователем частоты. Они уменьшают паразитное излучение гетеродина приемника через антенну и соответственно помеху соседним приемникам. Наконец, несмотря на малую избирательность, они уменьшают опасную интерференцию с соседними частотами.
Н. — Но при небольшом числе телевизионных передатчиков эта опасность не угрожает.
Л. — Количество телевизионных передатчиков уже достаточно велико. Кроме того, может происходить интерференция на зеркальных частотах.
Н. — Я припоминаю, что так называются частоты, расположенные относительно частоты гетеродина симметрично частоте принимаемого передатчика.
Л. — Какая прекрасная память! Ну так вот, если принимать сигнал с частотой 49,75 Мгц с гетеродином, настроенным на частоту 84 Мгц, чтобы получить промежуточную частоту 84–49,75 = 34,25 Мгц, то сигнал с частотой 118,25 Мгц даст в результате биений с тем же гетеродином промежуточную частоту 118,25–84 = 34,25 Мгц.
Н. — Так как сигнал с частотой 118,25 Мгц соответствует длине волны 2,54 м, мы оказываемся целиком в области метровых радиоволн.
Л. — Теперь ты видишь, какую опасность устраняют, используя избирательность каскадов высокой частоты, которые не пропустят сигнал с частотой, столь удаленной от частоты их настройки.
СХЕМА С НЕВИДИМЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Н. — Ты мог бы начертить схему каскада усилителя высокой частоты?
Л. — Вот схема (рис. 77), которую используют как перед преобразованием частоты, так и в приемниках с прямым усилением. Здесь применена классическая связь с помощью настроенного контура в анодной цепи.
Рис. 77. Типовой каскад усиления высокой частоты.
Н. — Ты опять издеваешься надо мною, Любознайкин? Уж не хочешь ли ты заставить меня поверить, что катушка L3 с сопротивлением R5 составляют колебательный контур?!
Л. — Разве нам уже не приходилось говорить о «невидимых» элементах, которые участвуют в схемах в неявном виде? Это относится и к емкости, образующей настроенный контур с обмоткой L3. Она состоит из суммы всех паразитных емкостей, включенных параллельно этой обмотке: ее собственной распределенной емкости, емкости монтажа, междуэлектродных емкостей ламп.
Н. — Но почему же не используют настоящий конденсатор, как в любом уважающем себя колебательном контуре?
Л. — Потому что для получения мало-мальски приемлемого усиления нужно иметь контур с большой индуктивностью и насколько возможно малой емкостью. С этой целью мараются осуществить достаточно свободный монтаж с очень короткими соединениями, так чтобы уменьшить паразитные емкости.
Н. — А катушка L2 также является настроенным контуром?
Л. — Да, так же как и L3. На нашей схеме к тому же она индуктивно связана с антенной катушкой L1.
Н. — Но как же практически настраивать такие колебательные контуры, еcли нет конденсаторов переменной емкости?
Л. — Изменяя их индуктивность. Обмотки без сердечника для таких высоких частот состоят из нескольких витков жесткой проволоки, образующих соленоид. Достаточно слегка сблизить или раздвинуть эти витки, чтобы увеличить или уменьшить индуктивность. Но применяют также сердечники из порошкообразного железа или меди.
Н. — Ферромагнитные сердечники мне уже знакомы, так как их употребляют также и в радио. Но медь ведь не магнитный металл, и я не понимаю, каким образом ее присутствие может изменить индуктивность обмотки.
Л. — Медный сердечник действует благодаря токам, которые индуктируются в его массе. Эти так называемые вихревые токи, или токи Фуко, создают магнитное поле, обратное магнитному полю катушек индуктивности. Все, следовательно, происходит так, как если бы индуктивность обмотки была меньше, чем в отсутствие медного сердечника.
Н. — Это мне напоминает мое посещение Пещеры разбойников…
Л. — Признаюсь, что связь мне непонятна.
Н. — Когда я отправился в эту пресловутую пещеру, я не чувствовал себя вполне спокойно. И вот, чтобы придать себе храбрости, я начал кричать. К несчастью, мне ответило эхо. И это меня так напугало, что я удрал оттуда, что было мочи.
Л. — Да, действительно, между вихревыми токами и твоим эхо существует некоторое сходство. Следует отметить, что действие сердечников из проводников (меди или латуни, например) совершенно противоположно действию магнитных сердечников, которые увеличивают индуктивность обмоток.
Н. — Однако мне кажется, существует практическая трудность. Как регулировать положение этих сердечников, чтобы настроить контур на желаемую частоту? Ведь если перемещать их вперед или назад внутри обмотки при помощи отвертки, присутствие ее стального стержня полностью изменит настройку.
Л. — Очень дельное замечание. Потому-то регулировка выполняется с помощью отвертки из изолирующего материала.
Н. — Можешь отметить, что ничто не ускользает от моего внимания. Но вернемся к нашей схеме. Параллельно колебательным контурам L2 и L3 ты включил резисторы R1 и R5. Надеюсь, что они имеют достаточно большое сопротивление. В противном случае они поглотят добрую часть энергии колебательных контуров.
Л. — Нет, Незнайкин, эти резисторы сравнительно небольшого сопротивления, в среднем что-нибудь около 2 000 ом. И, как ты очень правильно заметил, они поглощают энергию колебательных контуров. Происходит то, что в технике называют увеличением затухания контура. И именно увеличением затухания добиваются более плоской кривой избирательности, чтобы расширить полосу пропускания.
