Фиг. 22. Лампа ”заперта”
Установив постоянное напряжение на аноде, можно менять анодный ток ia от нуля (ia = 0) до максимума (ia = is) изменением напряжения на сетке в пределах от Ug зап до Ugs (фиг. 23). Так как сетка расположена к катоду ближе, чем анод, то достаточно лишь немного изменить сеточное напряжение, чтобы значительно изменить анодный ток. В нашем случае достаточно изменить напряжение на сетке всего лишь на 14,5 В, чтобы уменьшить анодный ток от максимума до нуля. Воздействие сеточного напряжения на поток электронов — исключительно удобная возможность управления величиной электрического тока, в особенности если учесть, что это воздействие осуществляется мгновенно, безынерционно.
Фиг. 23. ”Пределы” изменения анодного тока в зависимости от напряжения сетки при заданном напряжении анода
Будем равномерно и непрерывно менять напряжение на сетке, делая его то положительным, то отрицательным. С этой целью подведём к сетке переменное напряжение Umg1, называемое напряжением возбуждения лампы. График этого напряжения (синусоида) нанесён на вертикальной оси времени t, идущей вниз от нуля. Анодный ток будет пульсировать — периодически увеличиваться и уменьшаться — с частотой, равной частоте напряжения возбуждения. График пульсаций анодного тока, повторяющий по своей форме график напряжения возбуждения, нанесён вдоль горизонтальной оси времени t вправо от характеристики. Чем больше величина Umg1, тем в бо́льших пределах изменяется анодный ток (сравните Umg1 и Ima1 с Umg2 и Ima2) (фиг. 24). Точка а на характеристике, соответствующая среднему значению напряжения на сетке и току покоя в анодной цепи, называется рабочей точкой.
Фиг. 24. Переменное напряжение на сетке создаёт пульсирующий анодный ток
Что произойдёт, если в анодную цепь лампы (схема слева) включить сопротивление Ra? Через него будет проходить анодный ток ia, вследствие чего на нем получится падение напряжения URa, пульсирующее с частотой напряжения возбуждения. Пульсирующее напряжение, как известно, состоит из двух слагаемых: постоянной (в нашем случае URa=) и переменной (Uma). При правильно выбранной величине Ra переменная слагаемая анодного напряжения Uma в усилителях напряжения оказывается больше Umg, т. е. осуществляется усиление переменного напряжения. Отношение Uma к Umg называется коэффициентом усиления схемы. Если усиление, производимое одной лампой, недостаточно, то усиленное первой лампой напряжение подают ко второй лампе, а от второй — к третьей и т. д. Так осуществляется каскадное усиление (фиг. 25). На фигуре справа приведены сильно упрощённые схемы трехкаскадных усилителей: наверху — на сопротивлениях, а внизу — на трансформаторах.
Фиг. 25. Как работают усилители
На фиг. 26 показана такая же характеристика лампы, как и на фиг. 24, только без верхнего и нижнего плавных сгибов. Это — идеализированная характеристика. Сравните между собой фиг. 24 и 26 и вы увидите, к чему приводит наличие сгибов на реальной характеристике. Они вызывают искажения в анодной цепи формы кривой усиливаемых колебаний, а эти искажения недопустимы, в особенности, когда они большие. Громкоговоритель, присоединённый к усилителю, работающему с искажениями, воспроизводит хриплые звуки, речь становится неразборчивой, пение — неестественным и т. п. Такие искажения, обусловленные нелинейностью ламповой характеристики, называются нелинейными. Их совершенно не будет, если характеристика строго линейна: здесь график колебаний анодного тока в точности повторяет график колебаний напряжения на сетке.
Фиг. 26. Характеристика лампы, работающей без искажений
Характеристики большинства усилительных ламп в своей средней части прямолинейны. Напрашивается вывод: использовать не всю характеристику лампы вместе со сгибами, а только прямолинейный средний участок её (фиг. 27). Это избавит усиление от нелинейных искажений. Чтобы это осуществить, напряжение на сетке не должно превышать в сторону отрицательных значений -Ug1, а в сторону положительных значений +Ug2. Величина анодного тока при этом будет меняться в суженных пределах: не от ia = 0 до ia = is (фиг. 23), а от ia1 до ia2. В этих пределах ламповая характеристика совершенно линейна, искажений не получится, но зато лампа будет использована не до пределов своих возможностей, её коэффициент полезного действия (к. п .д.) окажется низким. В тех случаях, когда необходимо получить неискажённое усиление, с этим обстоятельством приходится мириться.