Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Предположим, что Е = 200 В, R_г = 1 Ом и R_н = 200 Ом. На внутреннем сопротивлении генератора остается около 1 В, нагрузке достается примерно 199 В. Увеличим R_н до 400 Ом, на нагрузке, несмотря на это, останется примерно такое же напряжение, какое было, — около 199,5 Ом; на внутреннем сопротивлении генератора остается около 0,5 В. Если уменьшить R_н до 100 Ом, то на нем все равно будет около 198 В, на R_г потеряется около 2 В.

Во втором типичном случае сопротивление генератора R_г во много раз больше, чем сопротивление нагрузки R_н. Это режим генератора тока, он назван так потому, что ток в цепи почти не меняется при изменении нагрузки (Р-105;4).

Числовой пример: э.д.с. генератора Е = 200 В, R_г = 200 Ом, R_н = 1 Ом; легко подсчитать, что ток в цепи — около 1 А и что он примерно таким и останется, если увеличить или уменьшить R_н в несколько раз.

Оба эти режима имеют свои достоинства и недостатки, оба находят применение, однако генератор напряжения встречается несравнимо чаще. В режиме генератора напряжения работает электрическая сеть (внутреннее сопротивление измеряется десятыми и сотыми долями ома), автомобильный аккумулятор (внутреннее сопротивление — тысячные доли ома), батарейка карманного фонаря (внутреннее сопротивление — около ома, у старой батарейки — несколько ом).

Т-188. Режим оптимального согласования: сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению генератора, в нагрузку передается максимальная мощность. В усилителях НЧ, особенно в выходных каскадах, работающих на громкоговоритель, иногда используется режим оптимального (наилучшего) согласования, оптимальной нагрузки. Его главная примета — сопротивление нагрузки R_н равно сопротивлению генератора R_г. В этом случае генератор отдает в нагрузку наибольшую мощность, какую вообще может ей отдать (Р-105;2). Но чаще согласование осуществляют, исходя из допустимых параметров токов и напряжений.

Проблема согласования генератора с нагрузкой, источника энергии с ее потребителем, имеет весьма общий, если хотите — даже философский, смысл. Это можно подтвердить примерами из самых разных областей. Можно, например, вспомнить, что мощность, которую развивает автомобильный двигатель, используется тем лучше, чем больший груз везет машина. Но перегружать автомобиль бессмысленно, генератор должен работать на свою оптимальную нагрузку. Можно вспомнить и о том, что польза, которую приносит человек-работник, зависит не только от его сил, способностей и энергии, но еще и от работы. Слишком легкое дело и делать неинтересно, и проявить себя на нем не всегда удается. Но вряд ли можно принести пользу, взвалив на себя работу не по плечу, взявшись за дело, в котором ничего не понимаешь и делать его не умеешь. Человек должен работать на свою оптимальную нагрузку, должен быть наилучшим образом согласован со своей работой.

Легко произнести слова «Добьемся согласования!», но не всегда легко его добиться. В частности, серьезные трудности появляются в усилителях, где на каждом шагу приходится состыковывать низкоомную (обладающую малым сопротивлением) нагрузку с высокоомным генератором. Или, наоборот, низкоомный генератор с высокоомной нагрузкой. Так, например, громкоговоритель (нагрузка) с сопротивлением звуковой катушки в несколько ом нужно согласовать с транзистором (генератор), выходное сопротивление которого измеряется килоомами или десятками килоом. Звукосниматель электропроигрывателя (генератор) с выходным сопротивлением около мегома нужно согласовать с базовой цепью первого усилительного каскада, входное сопротивление которого измеряется килоомами. Те же несколько килоом имеет входное сопротивление каждого последующего каскада (нагрузка), и его нужно согласовать с коллекторной цепью предыдущего каскада (генератор), которое, как отмечалось, составляет десятки или сотни килоом.

Пытаясь побыстрее добраться до места назначения, шофер иногда, скажем на ровном пустом шоссе, просто увеличивает скорость. А иногда, например, на забитых машинами улицах города, наоборот, едет помедленней, поаккуратней, главным образом старается не попасть в затор. Вот так и для достижения одной и той же цели — получения наибольшей выходной мощности транзисторного усилителя — иногда обращают внимание на одни особенности режима, иногда — на другие. На жаргоне ученых и инженеров об этом говорят, например, так: «Подумайте о мощности в терминах согласования сопротивлений». Или так: «Подумайте о мощности в терминах использования транзисторов по току».

Кстати, эти два примера, два жаргонных выражения, относятся к двум типичным стратегиям согласования транзисторов с громкоговорителем.