|
Из всех видов электропитания
радиоаппаратуры наиболее дешевым и удобным является питание от осветительной
сети. Объясняется это тем, что электроэнергия осветительной сети во много раз
дешевле энергии, получаемой от других источников питания — аккумуляторов,
гальванических батарей и пр.
Питание приемника от сети переменного тока отличается
большой гибкостью. Оно позволяет получить в приемнике любые напряжения
переменного и постоянного тока, необходимые для питания ламп.
При конструировании приемника обычно стараются выбрать для
ламп экономичный режим, позволяющий получить нужные параметры при наименьшем
потреблении энергии. Об экономичности приемника судят по соотношению между
потребляемой мощностью питания и отдаваемой электрической мощностью звуковой
частоты. Однако далеко не вся энергия, получаемая от источников питания, используется
непосредственно для работы ламп, для подмагничивания громкоговорителя, для
питания осветительных лампочек и прочих «полезных» элементов
схемы. Значительная часть ее уходит на вспомогательные
цели, связанные с преобразованием получаемой энергии в нужные нам виды, т. е.
в постоянное напряжение нужной величины.
Например, в приемнике с сетевым питанием неизбежные потери
энергии происходят в силовом трансформаторе, кенотроне, различных делителях
напряжения, сопротивлениях и т. п. Если подсчитать, какая часть общей
мощности, потребляемой приемником, используется для питания тех его
элементов, которые не
посредственно участвуют в усилении принятых сигналов и
воспроизведении звука, и какая часть расходуется во всякого рода
вспомогательных цепях питания, то окажется, что преобразование переменного
тока обходится довольно дорого. Введем для этого новый показатель —
коэффициент использования энергии — к.и.э. Величина этого коэффициента для
приемников с разными способами питания представляет большой интерес.
Для сетевых приемников в зависимости от схемы питания
к.и.э. составляет обычно 40—65%. Меньшее число — 40% —относится к случаю,
когда приемник с бестрансформаторной схемой питания, рассчитанной на
напряжение сети 127 вольт, приходится зключать в сеть напряжением 220 вольт
через вольтогасящее сопротивление, в котором значительная мощность
расходуется просто на нагрев этого сопротивления, т. е. совершенно
непроизводительно.
Схема приемника с питанием от аккумуляторов может быть
построена так, что вся потребляемая от них энергия используется
непосредственно по прямому назначению, но здесь потери происходят по другой
причине: вследствие неполного использования в аккумуляторе энергии,
затраченной на его зарядку. В конечном счете и здесь величина к.и.э. далека от
100%.
При питании бт батарей величину к.и.э. определяет степень
использования энергии, которую мог бы дать цинк, если бы удалось полностью
использовать его электрохимические свойства. Пока используемая часть
электрохимической энергии остается очень небольшой.
Приводимые цифры не являются абсолютно точными для всех
случаев; они дают лишь порядок величины к.и.э. для разных способов питания.
Самый низкий к.и.э. получается при питании от сухих
батарей и особенно от термогенератора, где лишь ничтожная часть тепловой
энергии керосина расходуется на создание электроэнергии, а вся остальная
энергия превращается в тепло и свет.
Какое значение имеют работы в области повышения
экономичности питания радиоприемников? В недалеком будущем число
радиоприемников в нашей стране дойдет до 10 миллионов. Подавляющее
большинство их будет, очевидно, с сетевым питанием. Если принять в среднем
мощность питания приемника 50 ватт, то для питания такого парка приемников
потребуется мощность электростанций в 500 ООО киловатт, т. е. почти равная
мощности Днепрогэса.
При таких цифрах уже каждые несколько процентов повышения
к.и.э. приобретают существенное значение.
Радиоприемник второго класса вроде, например, «Балтики»
потребляет от осветительной сети около 70 ватт. В сравнении с большинством
других распространенных электроприборов — плиток, чайников, утюгов,
холодильников — эта энергия невелика. Только разве паяльники до небольшие
лампы потребляют меньше.
А хватит ли силы у человека питать такой приемник?
Установлено, что человек при сравнительно длительной
работе способен развйть мощность около одной десятой лошадиной силы. Так как
одна лошадиная сила в переводе в электрические единицы равна 736 ваттам,
то выходит, что человек Может в нормальных условиях
развить мощность около 75 ватт—столько, сколько надо для питания приемника
второго класса.
В научно-популярной литературе можно найти сопоставление
того количества энергий, какое теряет в виде тепла стакан остывающего чая, с
той работой, которую это количество энергии может произвести. Подобное
сопоставление приводит обычно к неожиданным результатам.
Радиоприемник можно рассматривать как устройство,
преобразующее один вид энергии в другой. Приемник потребляет от источников
питания электрическую энергию, а его «продукцией» является звуковая энергия —
энергия колеблющихся частиц воздуха. Каков же к.п.д. (коэффициент полезного
действия) радиоприемника? Какую часть полученной энергии приемник превращает
в звук и сколько ее растрачивает непроизводительно?
Увы! К.п.д. радиоприемника весьма низок. Трудно найти
какое-нибудь другое современное техническое устройство, имеющее такой же
низкий к.п.д.
Сравнительно более высокий к.п.д. имеют батарейные
приемники. Питание от батарей стоит дорого, поэтому конструкторы принимают
все меры для того, чтобы увеличить экономичность батарейных приемников.
Хороший современный батарейный приемник вроде, например, приемника «Родина»,
потребляет от батарей около 1 ватта и отдает громкоговорителю в виде энергии
переменного тока звуковой частоты около 0,15 ватт. Таким образом, к.п.д. его
электрического тракта составляет примерно:
OJ^lOO = 15%1
Если бы громкоговоритель превращал в звук всю получаемую
им электрическую энергию, то к.п.д. такого приемника был бы довольно высок.
15% — это не такой
уж плохой к.п.д. Как видно из помещенной ниже таблицы, у
паровозов к.п.д. вдвое меньше.
Но, к сожалению, громкоговоритель превращает в звук крайне
малую часть получаемой им энергии — всего лишь около 1%, т. е. отдаваемая
громкоговорителем звуковая мощность раз в сто меньше получаемой им
электрической мощности. В результате полный к.п.д. батарейного радиоприемника
вместе с громкоговорителем в лучшем случае достигает 0,15% — пятнадцати сотых
процента.
Интересно отметить, что в этом отношении к.п.д. человека
примерно одинаков с к.п.д. современного громкоговорителя. Когда человек
говорит или поет, в звук превращается лишь около 0,01 той энергии, которая
затрачивается на приведение в движение голосовых связок, т. е. к.п.д. наших
голосовых органов тоже около 1%. К.п.д. большинства музыкальных инструментов
еще раз в десять меньше. Музыкальные инструменты преобразуют в звук лишь
тысячные доли энергии, затраченной на приведение их в действие.
Вернемся, однако, к радиоприемникам. К. п. д. 0,15%
приходится считать для приемника прекрасным. Подобным к.п.д. могут
похвастаться только немногие лучшие батарейные приемники. К.п.д. сетевых
приемников еще в несколько раз меньше. В этом отношении блестящим приемником
может считаться «Рига-10». Этот мощный десятиламповый приемник 1-го класса
потребляет от сети всего 85 ватт — практически почти столько же, сколько
шести-семиламповые приемники 2-го класса. Но и у этого, исключительного по
своей экономичности приемника к.п.д. составляет всего 0,045% — в 3 раза
меньше, чем у хороших батарейных.
Как видим электроосветительная лампа, считающаяся образцом
непроизводительной траты энергии, имеет по сравнению с радиоприемником
огромный к.п.д., превосходящий к.п.д. приемника в 300 раз.
Но не будем слишком суровы по отношению к радиоприемнику.
У него есть собратья по малому значению к.п.д. Возьмем, например, взрывные
работы. Каков их к.п.д., т. е. каково отношение той части энергии, которая
совершила полезную работу, ко всей развиваемой взрывчатым веществом энергии?
К.п.д. взрывных работ тоже очень мал. Он колеблется в
пределах примерно 0,1—0,5%, в лучших случаях достигая 1%. Взрывы очень
эффектны и производят весьма впечатляющее действие, но к.п.д. их, как и
к.п.д. радиоприемника, оставляет желать лучшего.
Как только что было показано, радиоприемник с полным
правом может претендовать на одно из первых мест среди электрических
приборов, отличающихся крайне низким к.п.д. Небезинтересно проанализировать,
как распределяется расход энергии по отдельным элементам приемника. Сделаем
это на примере приемника «Балтика», который является довольно типичным
приемником второго класса.
Полезную электрическую мощность мы получаем только в
громкоговорителе; она составляет около 1,5 ватт. Вся остальная мощность,
потребляемая приемником от осветительной сети—около 65 ватт, расходуется в
приемнике нерационально и выделяется в виде тепла. Правда, не вся эта энергия
пропадает совершенно бесцельно. Это относится, например, к лампочкам,
освещающим шкалу. Хотя никакой полезной работы они и не производят, но все же
способствуют удобству обращения с приемником. А ведь они потребляют около 12%
всей мощности!
В какой-то мере оправданы и затраты энергии на разогрев
катодов. За счет этой энергии электроны получают возможность покинуть катод и
создать нужный для работы лампы электронный поток. Цепи накала представляют
собой один из основных потребителей электроэнергии— на них затрачивается
около 30% всей мощности, потребляемой приемником.
Но уж совсем бесполезно пропадает мощность, рассеиваемая в
виде тепла на анодах ламп. Эти электроды оказываются, как это ни странно,
весьма прожорливыми: на их разогрев затрачивается почти 30% всей мощности—
лишь немного меньше, чем, на нагрев катодов. При этом ничего, кроме вреда для
лампы, этот, бесполезный нагрев не приносит. Нагретые аноды создают опасность
выделе-
ния поглощенных металлом газов, которые крайне вредны для
лампы и могут привести к ее порче.
Значительно меньшим аппетитом обладают цепи экранирующих
сеток: в них расходуется всего около 6% общего количества энергии, причем 4%
идет опять-таки на бесполезный и вредный нагрев самих экранирующих сеток, а
2% теряется в гасящих сопротивлениях.
Самым скромным оказывается выходной трансформатор,
которому иногда незаслуженно приписывают роль крупного потребителя мощности.
В нем теряется всего лишь около 1 % всей потребляемой приемником
электроэнергии. При таком незначительном потреблении этот трансформатор даже
не может сколько-нибудь заметно нагреться.
Остается упомянуть о последнем «бесполезном»
потребителе—силовом трансформаторе, в котором расходуется весьма солидная
часть всей энергии — порядка 7б, т. е. 20%. Кроме вреда для самого
трансформатора, эта энергия ничего не создает.
Можно, конечно, много говорить о бесполезном расходе
энергии в приемнике, но трудно предложить радикальные пути к сокращению этого
расхода, осуществимые при современном уровне техники. Многое можно сделать
путем повышения экономичности катодов, создания конструкций с большей
удельной эмиссией. Но наиболее реальным путем экономии сейчас является,
пожалуй, переход на бестрансформаторную схему питания приемников, которая
легче всего может быть применена в простых малоламповых приемниках. Это
вполне возможно при условии разработки серии специальных ламп, рассчитанных
на питание цепей накала без трансформатора.
Экономия в электроэнергии путем исключения силового
трансформатора составит довольно значительную величину.
Замена кенотрона полупроводниковым выпрямителем, не
требующим затраты мощности на накал катода, также даст существенную экономию.
Если учесть, что в ближайшие годы ежегодный выпуск приемников
этого класса составит, повидимому, цифру не менее 2 миллионов шт., то легко
подсчитать, что экономия от такого мероприятия дает около 50 миллионов
киловатт-часов электроэнергии в год! А если к этому добавить экономию сотен
тонн медного • провода и трансформаторной стали, то станет совершенно
очевидной целесообразность такого решения вопроса.
Этим, разумеется, нельзя удовольствоваться. Вопрос об
уменьшении бесполезных затрат электроэнергии в радиоприемнике будет еще
многие годы стоять перед инженерами и учеными, и можно не сомневаться, что в
этом направлении будут достигнуты крупные успехи.
Широкие перспективы открывает в этом отношении
использование вместо ламп кристаллических триодов (см. стр. 239). Так,
например, очень экономичный ламповый усилитель, работающий в портативных
слуховых усилителях для тугоухих, потребляет около 180 милливатт (из них
только для питания цепи накала расходуется 90 милливатт), отдавая на выходе
10 милливатт, т. е. он имеет к.п.д. около 6%. Такой же усилитель на
кристаллических триодах потребляет около 165 милливатт, отдавая при этом
электрическую мощность 60 милливатт, т. е. он иГМеет в 6 раз больший
к.п.д.—порядка 38%.
Выходная мощность радиовещательных приемников колеблется
в пределах от 0,15 ватта у самых простых батарейных до 4—5 ватт у сетевых
приемников 1-го класса. А какая же мощность в действительности нужна для
того, чтобы радиопередача была громко слышна в жилых комнатах обычных
размеров?
Громкость — понятие довольно условное и зависящее от
индивидуальных вкусов. Одни любят слушать так, чтобы громкость была
только-только достаточна для полной разборчивости при условии соблюдения в
комнате тишины, другие не признают приема, иначе как при полностью выведенном
регуляторе громкости.
Наиболее полно обследован вопрос о величине электрической
звуковой мощности, нужной для хорошего озвучения помещений разной кубатуры, в
звуковом кино. Но, естественно, все справочные данные в этой области всегда
относятся к большим помещениям и выражаются в ваттах на кубический метр
объема зала. Если пересчитать эти данные применительно к размерам, какие
имеют обычные жилые комнаты, и отнести их для лучшей наглядности не к объему,
а к площади (считая, что в среднем высота комнаты равна 3,5 ж), то получится
следующая таблица.
Громкость, соответствующая приведенным в этой таблице
величинам мощности, такова, что будет заглушать разговор. Чтобы
разговаривать, когда приемник работает с такой громкостью, придется повышать
голос.
Для сравнения можно указать, что звуковая мощность,
развиваемая обычным граммофоном при проигрывании пластинки средней громкости,
составляет в пересчете на ватты около 0,2 ватта. Надо подвести к
громкоговорителю 0,2 ватта, чтобы получить такую же громкость, какую
развивает граммофон. Мощность человеческого голоса при разговоре с нормальной
громкостью в таком же пересчете составляет около 0,001 ватта.
Эти цифры показывают, насколько велик у всех наших
радиоприемников «запас» мощности. Уже мощность приемников 3—4-го классов
вполне достаточна для самых больших жилых комнат.
Существует очень распространенный способ проверки
исправности низкочастотной части приемника — прикосновение пальцем к
управляющей сетке первой лампы усиления низкой частоты (или к сетке
детекторной лампы в приемниках прямого усиления). Бели усилитель исправен, то
при таком прикосновении из громкоговорителя раздается громкое гудение низкого
тона, напоминающее рев.
Этим способом широко пользуются все радиолюбители. При
каждой неисправности приемника рука прежде всего автоматически тянется к
гнезду входа звукоснимателя. «Заревет» приемник — значит произошло
повреждение в высокочастотных каскадах, не «заревёт»— значит неисправна
низкочастотная часть либо на лампах нет напряжения.
Но не каждый, пользующийся таким способом проверки
приемника, отдает себе отчет, почему прикосновение к выводу сетки вызывает
гудение. Ведь для того, чтобы громкоговоритель воспроизвел какой-то звук,
надо, чтобы ко входу усилителя было приложено напряжение соответствующей
частоты. Какое же напряжение и какой частоты подводим мы к усилителю, прикасаясь
пальцем к его входу?
Возможно, что иные удивятся, узнав, что, прикасаясь
пальцем ко входу усилителя, мы тем самым подводим к нему часть напряжения
осветительной сети. Между тем это так.
Между нами и осветительной сетью всегда есть некоторая
емкость. Она может быть очень невелика, но тем не менее она оказывается
достаточной для того, чтобы на сетку попало напряжение, способное после
усиления заставить громкоговоритель звучать.
Попробуем подсчитать, какое напряжение окажется на сетке
входной лампы усилителя, если емкость человека относительно осветительной
сети напряжением 220 вольт составит всего одну пикофараду.
Для переменного тока частотой 50 герц конденсатор в
одну пикофараду представляет сопротивление около 3-Ю9 омов. Если
сопротивление утечки сетки входной лампы равно 1 мегому, то напряжение сети
окажется приложенным к делителю, составленному из двух сопротивлений: 3- 109
омов и 1 • Ю6 омов. Сетка лампы присоединена ко второму—меньшему—плечу этого
делителя и на ее долю придется три десятитысячные напряжения сети, т. е.
около 0,07 вольта.
Такого напряжения вполне достаточно, чтобы заставить
звучать громкоговоритель. Приемник получает от. звукоснимателя напряжение
порядка 0,1—0,2 вольта и при этом отдает свою полную мощность. Поэтому
неудивительно, что при подведении примерно лишь вдвое меньшего напряжения
звучание получается достаточно громким.
Следует учесть, что обычно значительно большая емкость,
чем между телом и осветительной сетью, создается между телом и силовым
трансформатором приемника и всеми токонесущими проводами. В этом случае с
выпрямителя наводится еще напряжение второй гармоники переменного тока (100
герц), которое усиливается в еще большей степени.
Легко убедиться в том, что именно эта причина вызывает
гудение громкоговорителя. Прикосновение ко входу усилителя низкой частоты
батарейного приемника в некотором отдалении от осветительной сети не
сопровождается привычным нам «ревом».
Таким образом, прикасаясь к сетке усилителя, мы включаемся
в его схему, становясь одним плечом потенциометра осветительная сеть — земля.
Ни одна проблема не занимала так умы радиолюбителей, как
проблема получения громкоговорящего приема от детекторного приемника.
Детекторный приемник прост, дешев, не нуждается в источниках питания. Если бы
он мог давать хотя бы мало-мальски достаточный прием на громкоговоритель, то
лучшего приемника для сельских мест нечего было бы и желать.
Многие обстоятельства вселяют в радиолюбителей уверенность
в возможности решения этой задачи. Если на хороший детекторный приемник
принять местную радиовещательную станцию и вместо телефонных трубок
присоединить к приемнику чувствительный громкоговоритель вроде, например,
«Рекорда», то он работает так, что при соблюдении в комнате полной тишины
поблизости от громкоговорителя радиопередача слышна довольно явственно.
Достаточно, кажется, немного усовершенствовать приемник, детектор и
громкоговоритель, чтобы получить «настоящий» громкоговорящий прием.
Разрешима ли эта задача?
Совершенно очевидно, что ответить на этот вопрос можно
лишь, выяснив, какую минимальную мощность надо подвести к громкоговорителю
для воспроизведения звуков с удовлетворительной громкостью и какую мощность в
лучшем случае может получить приемник от антенны.
|