Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Резисторы R"_б1 и R'_б1 шунтированы конденсаторами для того, чтобы процесс переброски из одного устойчивого состояния в другое происходил быстрее и надежнее. Диоды Д'_вх и Д"_вх ослабляют взаимное влияние входных цепей транзисторов Т' и Т", а главное, оберегают их от цепей питания. Цепочка R_эС_э — участок, по которому проходит ток открытого транзистора и создает на нем постоянное напряжение U_зап. Это необходимое для работы триггера запирающее смещение: через R'_б1 и R"_б1 оно «плюсом» подается на базы транзисторов, и только «минус», поступающий с коллектора одного из них, отпирает второй транзистор. И еще одно примечание: триггер можно перебрасывать из одного состояния в другое как «минусом», который на мгновенье откроет закрытый транзистор, так и (несколько изменив схему) «плюсом», который резко закроет открытый транзистор.

Т-182. В нелинейном элементе два сигнала создают, кроме гармоник, еще и составляющие с суммарной и разностной частотой. С нелинейным процессом мы впервые столкнулись, когда наблюдали за тем, как электрический сигнал с помощью громкоговорителя создает звуковые волны (Т-117). На характеристике громкоговорителя были отмечены участки с прямой пропорциональной зависимостью «звук — ток», линейные участки. А участки, где нарушалась прямая зависимость между током и звуковым давлением, где начинался загиб характеристики громкоговорителя, были названы нелинейными (Т-115). Теперь, кроме громкоговорителя, мы знаем массу других элементов, имеющих нелинейные характеристики так называемых нелинейных элементов. Это диод, вольт-амперная характеристика которого — не только загнута в начале, а вообще изломана в точке, где меняется полярность напряжения. Это и транзистор (лампа), характеристику которого тоже никак не назовешь прямолинейной.

Мы можем также найти немало других примеров той неприятности, с которой впервые столкнулись в громкоговорителе, — нелинейных искажений сигнала. Из-за работы на нелинейных участках вольт-амперных характеристик диода и транзистора в них искажается форма электрического сигнала, в спектре появляются новые составляющие. Это, конечно, плохо, если сигнал нужно усилить без искажений. Но иногда нелинейные искажения создают специально, чтобы изменить спектр сигнала, как, например, в удвоителе частоты — без нелинейного элемента в нем просто невозможно было бы получить вторую гармонику, которую затем выделил контур (Р-101;4).

Очень интересное преобразование сигнала происходит, когда на нелинейный элемент, например на полупроводниковый диод или на транзистор (лампу), работающий на нелинейном участке характеристики, подают сразу два сигнала (Р-103;1). В этом случае, как обычно, появятся гармоники каждого из сигналов, синусоидальные составляющие, частоты которых в 2, 3, 4, 5 — словом, в целое число раз больше частоты самого сигнала (Р-101;2).

Р-103

Но если внимательно исследовать спектр сигнала, то в нем неожиданно обнаружатся какие-то странные составляющие: их частоты никак нельзя будет отнести ни к гармоникам первого сигнала, ни к гармоникам второго.

Вот конкретный пример. На вход транзистора подали два переменных напряжения: одно с частотой 100 Гц, второе с частотой 105 Гц. Изучая сигналы на выходе транзистора, обнаружили в нем составляющие с частотами 100 Гц, 200 Гц, 300 Гц (гармоники первого сигнала) и составляющие с частотами 105 Гц, 210 Гц, 315 Гц (гармоники второго сигнала). И еще оказались в спектре две такие составляющие — одна с частотой 205 Гц и вторая с частотой 5 Гц. Их, как видите, нельзя отнести к гармоникам, это совершенно особые составляющие — у первой частота равна арифметической сумме частот первого и второго сигнала (205 = 100 + 105), у второй — их разности (5 = 105 – 100).

Появление странных составляющих (их для краткости называют суммарной и разностной) связано с самой природой нелинейных искажений. Правда, слово «искажения» здесь можно применять не всегда, часто правильнее говорить о нелинейных преобразованиях. Потому что получение составляющих с суммарной и особенно с разностной частотой — один из важных процессов обработки сигнала в электронной аппаратуре (Т-219, Т-258).

В заключение — эксперимент. Ударьте слегка по одной клавише рояля, затем по второй и, наконец, по обеим вместе. Вы обнаружите, что при одновременном ударе по двум клавишам слышны такие тона, которых не давала в отдельности ни одна из них. Это в нашем ухе за счет нелинейных процессов возникают колебания суммарной и разностной частоты.

Этот музыкальный эксперимент завершает наше знакомство с генераторами и перебрасывает мост в следующий раздел повествования, посвященный в основном высококачественному воспроизведению музыки.

* * *

42. Усиление сигнала очень напоминает изготовление большой копии маленькой скульптуры (Т-124).