Электричество шаг за шагом

Т-202. Схемные блоки аналоговой аппаратуры. Электронных схем, разумеется, существует бессчётное множество, но, как правило, каждая — это сочетание некоторых основных схемных блоков, которых, правда, тоже немало вариантов. Но даже не вникая в эти подробности, поняв назначение и принцип действия основных схемных блоков, поняв суть дела, легче приподнять завесу таинственности, которая так часто присутствует в сообщениях о шедеврах электроники.

Т-203. Усилитель. Транзистор — основа усилителя, но ещё не усилитель. К транзистору нужно подвести питание, в частности, создать коллекторный ток, подав небольшое постоянное напряжение на коллектор и совсем небольшое напряжение (смещение) на базу. Нужно включить в коллекторную цепь нагрузку, которой усиленный сигнал отдаст свою мощность (Р-102). Нагрузкой может быть резистор, громкоговоритель, колебательный контур, настроенный на определённую частоту, наконец, входная цепь следующего транзистора — усилитель, как правило, многокаскадный, нужную мощность получают после нескольких последовательных усилений. Мощность эта может быть достаточно большой, десятки и даже сотни ватт, в то время как у входного сигнала — миллионные и миллиардные доли ватта. Мощные выходные транзисторы снабжают радиаторами, так как полупроводниковые структуры не терпят перегрева, для германия предельная температура 70 °C (градусов Цельсия), для кремния 150 °C.

Т-204. Генератор. Слабый сигнал на входе усилителя управляет коллекторным током и создаёт, таким образом, усиленный сигнал. Это нормальная, прямая связь входа и выхода, её направление — от входа к выходу. Вернув часть усиленного сигнала из коллекторной цепи обратно на базу, создают обратную связь — от выхода к входу. Здесь, так сказать, возможны варианты. Обратная связь может поддерживать входной сигнал, действовать согласованно с ним — это положительная обратная связь. Обратная связь может действовать против входного сигнала, ослаблять его — это отрицательная обратная связь. Она хоть несколько снижает усиление, но в целом, оказывается, вещь полезная — стабилизирует режим усилителя, уменьшает искажение сигнала в нём.

А вот достаточно сильная положительная обратная связь вообще ликвидирует усилитель, превращает его в совсем другое устройство — в генератор.

Представим себе, что на вход транзистора сигнал подаётся с колебательного контура. Контур получил порцию энергии, в нём начались свободные колебания, которые постепенно затухают из-за неизбежных потерь. Но если создать достаточную положительную обратную связь, то она добавит энергию входному сигналу, скомпенсирует потери, и колебания в контуре станут незатухающими (Р-105). Такой генератор незатухающих колебаний, частоту которых к тому же легко менять (изменяя индуктивность L или ёмкость С контура), — это жизненно важный электронный блок, например для радиопередатчиков.

Ламповый генератор в своё время в буквальном смысле слова совершил революцию в радиотехнике. До него переменный ток высокой частоты добывали с помощью электрической дуги или искры и даже строили машинные генераторы, выжимая из них частоту до сотни килогерц за счёт сверхбыстрого вращения ротора. Вращать ротор быстрее уже нельзя было, он мог просто разлететься под действием центробежных сил.

Для нынешних транзисторных генераторов, прямых наследников лампового, частота в тысячи, миллионы и даже миллиарды герц — не предел. Когда нужна особо высокая стабильность частоты, LC-контур заменяют кварцевой пластиной. Частота её собственных механических колебаний исключительно стабильна, а эти колебания за счёт физических процессов в кристалле создают на его гранях электрический сигнал, который, как и сигнал с LC-контура, подаётся на вход транзистора.