АБСТРАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Для начала заглянем в энциклопедический словарь и найдем там такое пояснение: «Абстракция – мысленное отвлечение от тех или иных конкретных сторон, свойств или связей предмета. Научная абстракция – отвлечение от несущественных, случайных признаков предмета или явления в целях познания наиболее существенных его сторон…»

Сейчас мы начинаем серьезное знакомство с транзисторными усилителями. Начинаем не с каких‑либо конкретных, а именно с абстрактных, обобщенных, «очищенных» от подробностей транзисторных схем. На этих схемах в коллекторную цепь транзистора вместо определенного резистора на 1,5 или на 4,3 килоома будет включен абстрактный, без конкретного значения резистор R_н . Между базой и эмиттером вместо конкретного, точно отмеренного напряжения 0,2 или 0,15 в, будет действовать абстрактное напряжение U_аб без указания величины. Да и сами транзисторы на таких схемах – это не конкретные приборы П13 или П403, а условные, абстрактные полупроводниковые триоды, без определенных названий и параметров.

Вам, по‑видимому, хочется узнать, для чего понадобилось такое отвлечение от «конкретных сторон, свойств или связей» нашего «предмета» – транзисторного усилителя? И почему нельзя знакомиться с транзисторными усилителями не по абстрактным, а по конкретным схемам, которые в заключение знакомства можно было бы «спаять» и «пустить в дело»? Пусть таких практических схем очень много, пусть знакомство с ними дело долгое и утомительное, но ведь лучше сразу затрачивать силы и время на нужное, практически важное дело, чем заниматься какими‑то абстракциями!

В качестве ответа на эти вопросы и возражения приведем такое сравнение.

Существуют очень сложные арифметические задачи, которые можно решать «обычным способом» – последовательно придумывать простые вопросы и отвечать на них вычислениями.

А можно решать эти задачи и по‑другому – с помощью алгебраических уравнений. Вы, наверное, по собственному опыту знаете, что этот второй путь более удобен и легок. А главное, научившись решать абстрактные, то есть отвлеченные от конкретных чисел алгебраические уравнения, вы тем самым сразу получаете ключ к решению бессчетного множества разнообразных арифметических задач. К тому же этот алгебраический ключ открывает вам доступ к решению таких сложных задач, которые арифметическим способом практически вообще не решаются.

Можно смело сказать, что способность к абстрактному мышлению, умение выделять главные, наиболее важные особенности предметов и явлений, умение находить универсальные методы, пригодные для решения сразу многих сложных задач, пользоваться одним обобщенным, абстрактным понятием вместо огромного множества конкретных, – все это составляет одну из главных особенностей человеческого ума. Постарайтесь найти время и серьезно задуматься над этим.

А сейчас нам пора возвращаться к транзисторным схемам. Познакомившись с абстрактным усилителем, соединяющим в себе главные особенности множества конкретных транзисторных схем, познакомившись с характерными для этого абстрактного усилителя физическими процессами и схемными решениями, мы с вами вместо долгой и утомительной осады совершим своего рода танковый прорыв, – быстро и легко войдем в огромную и прекрасную Страну Практических Транзисторных Схем.

Рис. 53. Для того чтобы разбираться в транзисторных схемах, нужно прежде всего знать основные законы электрических цепей, основные законы электротехники.

ВЕЧЕР ВОСПОМИНАНИЙ

Мастера, ремонтирующие приемники или телевизоры, любят говорить, что радиоэлектроника – это наука о контактах. Действительно, нарушение контактов в переключателях, соединительных фишках, контактных разъемах, ламповых панелях, наконец просто в местах плохой пайки – это довольно частое, если не самое частое повреждение аппаратуры. Устранить такое повреждение несложно, но обычно требуется большой опыт, чтобы найти место нарушения контакта.

И все же изречение «Радиоэлектроника – наука о контактах» не более чем шутка. Если говорить серьезно, то радиоэлектроника – это прежде всего наука об электрических цепях и сигналах.

Если вы свободно разбираетесь в сложных электрических цепях, знаете законы, которым они подчиняются, представляете себе, как проходят по этим цепям различные электрические сигналы, то вы легко разберетесь в работе любого радиоэлектронного устройства. Любое радиоэлектронное устройство – это прежде всего электрические цепи, в которых создаются и преобразуются электрические сигналы.

Все сказанное в полной мере относится и к транзисторным усилителям. И именно поэтому, прежде чем браться за схемы усилителей, мы с вами устроим небольшой вечер воспоминаний – вспомним несколько важных правил, действующих в мире электрических цепей и сигналов. С некоторыми из этих правил вы уже встречались в этой книге, некоторые наверняка знаете с еще более давних времен. Ну, а если не знаете, то сможете узнать, познакомившись с одним из популярных учебников по основам электротехники. А на первых порах вам будет достаточно тех более чем скромных сведений, которые вы почерпнете из наших коротких воспоминаний. При этом не забывайте о примечании на стр. 26.

ВОСПОМИНАНИЕ № 1. СОПРОТИВЛЕНИЕ, ТОК, НАПРЯЖЕНИЕ, Э. Д. С.

О первых трех характеристиках мы уже говорили на стр. 18. Известны также единицы, в которых измеряются сопротивление, напряжение и ток. Часто бывает удобно пользоваться более крупными и более мелкими единицами (не всегда же мы пользуемся метром – расстояние между городами удобней измерять в километрах, а диаметр провода – в миллиметpax). Как образуются производные единицы, все эти мегомы (Мом), килоомы (ком), миллиамперы (ма), микровольты (мкв) и другие, подскажет вам таблица.

Напряжение, которое может дать генератор в режиме холостого хода, то есть когда от него не потребляют энергии , называется электродвижущей силой, сокращенно э. д. с. Она, как и напряжение, измеряется в вольтах и так же говорит о работе, которую мог бы выполнить генератор, перемещая по цепи заряд в один кулон. Однако э. д. с. – это, откровенно говоря, хвастовство. Как только вы подключите к генератору нагрузку и в цепи пойдет ток, некоторая часть э. д. с. тут же потеряется на внутреннем сопротивлении этого генератора (см. стр. 146). Поэтому напряжение на зажимах генератора всегда меньше, чем э. д. с.

ВОСПОМИНАНИЕ № 2. НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА.

Разбирая сложные схемы, нужно следить, где возникает «плюс», где «минус», куда идет ток и т. д. Ток могут создавать и положительные, и отрицательные заряды, которые, естественно, под действием одного и того же напряжения движутся в разные стороны. Положительные заряды всегда тянутся к «минусу», а отрицательные бегут от него. Чтобы не заводить лишней путаницы, договорились следить только за движением положительных зарядов, а на отрицательные (электроны), по возможности, вообще не обращать внимания. Поэтому официальное направление тока – от «плюса» к «минусу».

ВОСПОМИНАНИЕ № 3. ЗАКОН ОМА.

И о нем мы уже говорили не раз. Чтобы не допускать обидных ошибок при расчетах по формулам закона Ома, пользуйтесь приведенной здесь таблицей, в одном из вертикальных столбцов которой вы найдете удобный «комплект» единиц. Если цепь состоит из большого числа элементов, то нужно сначала найти ее общее сопротивление, которое позволит определить общий ток, а затем ток и напряжение на отдельных участках.

ВОСПОМИНАНИЕ № 4. МОЩНОСТЬ

Как известно, мощность – это произведение тока на напряжение. Если неизвестна одна из этих величин, ее легко получить, пользуясь все тем же законом Ома. «Комплекты» единиц для вычисления приведены в таблице.

ВОСПОМИНАНИЕ № 5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ.

Общее сопротивление равно сумме соединенных сопротивлений, причем главную роль играет наибольшее из них.

Пример. Если соединить последовательно два резистора R₁ = 1000 ом и R ₂ = 1 ом, то их общее сопротивление R_общ = 1001 ом. Резистор R ₂ выглядит на фоне своего коллеги R₁ как муха, помогающая волу тянуть плуг.

ВОСПОМИНАНИЕ № 6 . ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ.

Общее сопротивление в основном определяется малым сопротивлением, а роль мухи достается большому.

Пример. Включим те же два резистора R₁ = 1000 ом и R ₂ = 1 ом. Нетрудно подсчитать общее сопротивление (произведение нужно делить на сумму) – оно равно 0,999 ом. Параллельно подключенное сопротивление может лишь уменьшить сопротивление участка, и поэтому общее сопротивление всегда меньше наименьшего.

ВОСПОМИНАНИЕ № 7 (ОДНО ИЗ САМЫХ ВАЖНЫХ ДЛЯ НАС). ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ.

Подведем напряжение к двум последовательно соединенным резисторам. Оно автоматически распределится между ними так, что на большем сопротивлении будет действовать и большая часть напряжения.

Такое распределение напряжений легко объяснить. Дело в том, что во всех участках последовательной цепи течет один и тот же ток: сколько зарядов входит в электрическую цепь (не забывайте о примечании на стр. 26), столько же выйдет из нее. А чтобы продвинуть один кулон по участку с сопротивлением 10 ому нужно поработать в десять раз больше, чем для продвижения этого же кулона по участку с сопротивлением 1 ом.

Напряжение, ток, сопротивление на любом участке делителя, так же как и во всей цепи, связаны формулами закона Ома. Разновидностью делителя является потенциометр – переменное сопротивление, позволяющее плавно менять распределение напряжений.

В том, что делитель действительно делит подведенное к нему напряжение пропорционально сопротивлениям отдельных участков, легко убедиться, подключив вольтметр к каждому из резисторов.

ВОСПОМИНАНИЕ № 8. ШУНТ.

В переводе на русский «шунт» означает «обходной путь». Так называют резистор или другой элемент, подключаемый параллельно какому‑либо участку цепи. Через шунт, естественно, идет часть тока, и, чем меньше шунтирующее сопротивление, тем больший ток ответвится в него, тем меньшая часть тока пойдет через шунтируемый участок цепи. Напряжение на резисторах, соединенных параллельно, всегда одинаково, а их общее сопротивление меньше наименьшего (Воспоминание № 6).

Если вы хотите убедиться в том, что усвоили понятия «делитель» и «шунт», попробуйте составить несколько эквивалентных схем (все детали представлены резисторами) уже знакомой нам цепи (рис. 41, листок А ), состоящей из лампочек, выключателей и диодов. Составьте эквивалентные схемы этой цепи для всех возможных комбинаций включения и выключения Вк₁ и Вк₂ , причем для обоих полупериодов. При этом считайте, что прямое сопротивление диода равно 2 ом, обратное – 20 ком и сопротивление лампочки – 200 ом.

ВОСПОМИНАНИЕ № 9. ГЕНЕРАТОР И НАГРУЗКА.

Пекарь, выпекающий хлеб, обязательно должен и сам чего‑нибудь поесть. Так и генератор, вырабатывающий электрическую энергию, часть ее расходует на свои внутренние нужды. Можно сказать, что внутреннее сопротивление генератора R_г вместе с сопротивлением нагрузки R_н образует делитель (Воспоминание № 7): чем больше R_н по сравнению с R_г , тем большая часть э. д. с. достается нагрузке. Об этом можно сказать и иначе: чем меньше R_н , тем больше потребляемый от генератора ток, тем больше падение напряжения на R_г и, следовательно, меньше напряжение на выходе генератора.

Попробуйте постепенно увеличивать число лампочек, подключаемых параллельно батарейке карманного фонаря. Вы увидите, что, чем больше лампочек, тем более тускло горит каждая из них. Происходит это потому, что потребляемый ток растет, возрастают потери на внутреннем сопротивлении батареи и напряжение на ее зажимах падает. Естественно, что напряжение на выходе генератора зависит и от самого внутреннего сопротивления.

Пример. У старых батареек R_г сильно возрастает, и напряжение, которое дает такая батарея под нагрузкой, уменьшается. В то же время при отключенной нагрузке, когда ток через R_г практически не идет, вольтметр показывает у старых батарей нормальную э. д. с. (ток, потребляемый самим вольтметром, мал, и мы его не учитываем).

Все, о чем сейчас говорилось, относится к генератору в широком смысле слова. Генератором можно считать всякий элемент цепи, передающий энергию своему соседу независимо от того, как была получена эта энергия. Генератор – это и гальванический элемент, и антенна приемника, и транзисторный усилитель, и колебательный контур, и электрическая сеть. Во всех случаях нужно учитывать и то, что генератор отдает, и то, что теряется в нем самом; нужно учитывать и соотношение сопротивлений потребителя и самого генератора.