Электричество шаг за шагом

Р-103. ЛИНЕЙНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И НЕЛИНЕЙНАЯ. Каждый элемент электрической цепи, с которым мы встречались или будем встречаться, имеет характеристики, рассказывающие о его поведении в той или иной электрической обстановке. Очень простая и часто используемая характеристика — изменение тока, протекающего через данный элемент при изменении подведённого к нему напряжения. На рисунке показаны две такие характеристики — для резистора и для диода. Сразу можно заметить, что характеристика резистора — это прямая линия, в ней нет ни изгиба, ни излома, — чем больше напряжение, тем больше ток, как и предсказывает закон Ома. Показанная характеристика резистора так и называется «линейная», а вот вторая характеристика (для диода) явно нелинейная, у неё просто излом в районе напряжения равного нулю — меняется полярность напряжения и диод не пропускает тока. Кстати, и у транзистора коллекторный ток растёт с ростом коллекторного напряжения, но в какой-то момент он начинает расти медленней, график тока загибается — в коллекторный ток уже включились почти все свободные заряды, попавшие в базу.

Особенность нелинейной системы в том, что она искажает форму проходящего через неё сигнала так, что в его спектре появляются новые составляющие. Поэтому такие процессы, как выпрямление, модуляция, детектирование, преобразование частоты и другие вообще невозможны без нелинейного элемента. Для выпрямления переменного тока, к примеру, нелинейный элемент должен изменить его спектр, причём так, чтобы в этом спектре появилась постоянная составляющая. В то же время при усилении ничем не скомпенсированная нелинейность недопустима, она приводит к искажениям, которые так и называют нелинейными. Они очень неприятны при воспроизведении звука, особенно музыки, так как слышны в виде новых и совершенно неуместных шумов и хрипов.

Т-205. Модулятор. Для радиосвязи, радиовещания, телевизионных передач используют токи высокой частоты (ВЧ). Только они эффективно создают радиоволны, которые переносят сообщения от передатчика к приёмнику. Вместе с тем сами эти сообщения записаны в токах низкой частоты (НЧ). Например, меняющийся ток, который переносит наш голос по телефонной линии, представляет собой электрическую копию звука и, следовательно, имеет тот же частотный спектр — от 200 Гц до 3 кГц. Отсюда задача: нужно сделать высокочастотный сигнал переносчиком низкочастотного. Для этого на передатчике в токе высокой частоты записывают все изменения низкочастотного тока, а в приёмнике извлекают эту запись. Такой процесс записи (в передатчике) — это модуляция, а извлечение записанного (в приёмнике) — детектирование, оба они процессы нелинейные.