Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Начнем со второго случая. Предположим, что в выходном каскаде работают мощные транзисторы, коллекторный ток в них может достигать 2 А, и, значит, амплитуда его переменной составляющей — 1 А (здесь и дальше все цифры условные). А на коллектор (в отсутствие сигнала) попадает напряжение 10 В, и, значит, амплитуда переменной составляющей напряжения на нагрузке не может быть больше 10 В, иначе в какие-то моменты напряжения на коллекторе вообще не будет. И еще одно предположение: сопротивление нагрузки равно 20 Ом. Закон Ома напоминает: U = I∙R; I = U: R; чтобы на сопротивлении 20 Ом напряжение было 10 В, нужен ток 0,5 А. Что отсюда следует? А то, что мы не сможем полностью использовать транзистор по току: на вход его придется подать сигнал послабее, чтобы переменная составляющая коллекторного тока не превышала 0,5 А (0,5 А 20 Ом = 10 В), в то время как она могла бы быть 1 А. И в итоге транзистор отдаст в четыре раза меньшую мощность (Р = I²∙R), чем мог бы.

Есть ли из этого какой-нибудь выход? Есть, и даже два. Во-первых, можно (если можно!) в два раза поднять питающее напряжение (до 20 В), при этом «потолок» переменного напряжения на нагрузке тоже возрастет вдвое и можно будет спокойно увеличить ток. А вот другой выход: можно в два раза уменьшить сопротивление нагрузки, то есть до 10 Ом, «потолок» переменного напряжения на ней получится при вдвое большем токе, то есть при нашем предельном токе 1 A (1 А ∙ 10 Ом = 10 В).

Этим вторым методом пользуются весьма часто: обычно в выходном каскаде стоят транзисторы с запасом мощности, и от них получают нужное число ватт, подбирая сопротивление нагрузки, например группируя тем или иным способом громкоговорители (Р-75). К таким же выводам мы пришли бы, если бы рассматривали все это в «терминах согласования сопротивлений», просто оценка напряжений и токов в транзисторе оказалась в данном случае проще и удобней.

В некоторых случаях, чтобы не усложнять схему, приходится мириться с плохим согласованием. Из-за этого, например при передаче сигнала из каскада в каскад, нередко теряется часть той мощной копии, которую создал усилитель. В других же случаях, когда с потерями не хотят или не могут мириться, разными схемными ухищрениями меняют входные и выходные сопротивления усилительных каскадов. Или пользуются таким эффективным средством согласования, как трансформатор.

Т-189. При трансформаторном включении нагрузки в цепи генератора действует вносимое сопротивление, которое может быть больше или меньше, чем сопротивление самой нагрузки. Вспомните, как работает трансформатор (Т-87): переменное напряжение U_т, подведенное к первичной обмотке I создает в ней переменный ток I₁; он наводит переменное напряжение U₂ и создает ток I₂ во вторичной обмотке II (Р-106).

Р-106

Но на этом дело еще не кончается: ток I₂ сам создает переменное магнитное поле и наводит ток I'₁ в первичной обмотке. Если, вернувшись к старому нашему методу мысленных экспериментов, снять с трансформатора вторичную обмотку, а первичную подключить к генератору, то ток в этой одинокой первичной обмотке будет сравнительно небольшим, он определится лишь в основном индуктивным сопротивлением х_L. А если вернуть на место вторичную обмотку и подключить к ней нагрузку, ток в первичной обмотке резко увеличится. Это как раз и начнет работать ток I₂ — он начнет наводить ток I'₁ в первичной обмотке. Тот факт, что к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение U₁ и в ней течет ток I'₁, означает, что в этой обмотке имеется какое-то сопротивление, устанавливающее связь между током и напряжением (R = U:I; Т-33). А поскольку сам ток I'₁ как бы вносится в первичную обмотку из вторичной обмотки, то и сопротивление R = U₁:I'₁ называют вносимым сопротивлением R_вн.

От чего же оно зависит, это вносимое сопротивление R_вн, которого вроде как бы нет, но которое все-таки существует как некий коэффициент, отображающий связь между током и напряжением?

Попробуем увеличить нагрузку, предварительно пояснив, что именно нужно понимать под этими словами. Выражение «нагрузка увеличилась» имеет смысл — «больше нагружен генератор», или, точнее, «больше ток, потребляемый от генератора». А значит, выражение «нагрузка увеличилась» означает «меньше стало сопротивление R_н».

Итак, мы уменьшаем R_н, увеличиваем тем самым ток I₂ во вторичной обмотке. И тут же увеличится наведенный в первичную обмотку ток I'₁. А это значит, что сопротивление R_вн зависит от сопротивления нагрузки R_н (Р-106;2,3) — чем больше R_н, тем больше и вносимое сопротивление R_вн. В предельном случае, когда R_н бесконечно велико (цепь вторичной обмотки не замкнута, холостой ход), R_вн тоже бесконечно велико, то есть, проще говоря, его нет.