Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

С некоторого времени знаменитая футбольная команда «Гювейч» из города N неожиданно для всей спортивной общественности начала вписывать в турнирную таблицу один ноль за другим. И болельщики только о том и говорят, как усилить любимую команду, как улучшить ее игру. Из всех высказанных предложений остановимся на двух.

Первое предложение. Резко увеличить время тренировок и занятий по тактике футбола. Улучшить питание футболистов, условия их отдыха. Результат— команда играет лучше, сильнее, происходит усиление команды.

Второе предложение. Тренера сменить. Команду расформировать, пригласить новых, более сильных игроков. Результат — команда играет лучше, сильнее, произошло усиление команды. Но, может быть, в этом случае правильнее было бы говорить не об усилении, а о замене? Нет, нет и нет — отвечают болельщики. Замена игроков — это мелочь, второстепенная деталь. Главное в том, что команда с тем же названием «Гювейч», выступающая в той же форме (оранжевые майки, фиолетовые трусы), защищающая футбольную честь того же прекрасного города N и пока занимающая в турнирной таблице все то же последнее место, стала играть лучше. А значит, произошло не что иное, как усиление команды. Примерно такой смысл имеет слово «усиление» в радиоэлектронике. При усилении слабого электрического сигнала с помощью дополнительных источников энергии создается новый мощный сигнал, который, однако, сохраняет главную особенность слабого— характер изменения, форму графика. Иными словами, усиление слабого электрического сигнала — это создание его мощной копии.

Т-125. Усилители — большой класс систем, в которых слабое, маломощное воздействие управляет мощными потоками энергии. Давайте просверлим в нижней части ведра небольшое отверстие (это вполне может быть мысленный эксперимент, то, что в нем должно произойти, легко увидеть силой воображения, и наносить ущерб хозяйству, делая дырку в ведре, совсем не обязательно), наполним ведро водой и подставим под струю небольшую вертушку с лопастями, некоторое подобие рабочего колеся водяной мельницы (Р-76;1).

Р-76;1

Р-76;2

Вначале, когда воды в ведре много, из отверстия вырывается довольно сильная струя, колесо вращается быстро. По мере того как уровень воды падает, струя становится все более вялой и вращение колеса замедляется. Это нормальный процесс передачи энергии: потенциальная энергия поднятой на высоту воды переходит в кинетическую энергию струи, а она в свою очередь передается колесу-вертушке. Если не думать о потерях, то можно сказать, что сколько дает источник энергии (вода в ведре), столько и получает потребитель (вертушка). И на сколько уменьшится или увеличится энергия, которую поставляет источник, на столько же уменьшится или увеличится и энергия, получаемая потребителем.

А теперь на пути воды поставим заслонку и, двигая ее вперед-назад, будем менять поток воды. Казалось бы, в самом процессе передачи энергии не произошло никаких изменений: кто давал энергию, тот и дает, кто получал, тот получает, сколько энергии было отдано, столько и получено. Но в действительности заслонка внесла в эту систему нечто принципиально новое: легким движением руки перемещая заслонку, можно значительно менять интенсивность потока воды. Образно говоря, затрачивая микроватты, можно менять мощность потока на целые ватты. И вывод: с помощью заслонки мы и создали усилитель, создали систему, в которой слабое воздействие управляет мощными потоками энергии.

Усилительные системы чрезвычайно распространены в природе, в технике их роль тоже очень велика и, может быть, даже еще до конца не осознана. Вот лишь несколько примеров, показывающих, что могут механические, гидравлические, химические, биологические, экономические и разные прочие усилители.

Легкое дуновение ветра лишь слегка подтолкнуло огромную скальную глыбу, нависшую над краем пропасти, глыба пошла под откос, перегородила горный поток, заставила его изменить русло и постепенно смыть огромную гору.

Небольшое количество катализатора, введенного в химический реактор, резко изменило ход химических процессов, во много раз ускорило превращение одних веществ в другие.

Разумные указания консультанта-технолога позволили лучше использовать производственные мощности завода и увеличить выпуск продукции на сумму, во много раз превышающую зарплату консультанта.

Вирус, попав на командный пункт живой клетки, заставил ее так изменить свою работу, что клетка начала сама огромными тиражами выпускать вирусы.

Все эти примеры не более чем информация к размышлению. А вот следующий пример, который представлен в виде привычного уже мысленного эксперимента, открывает прямой путь к настоящим усилителям электрических сигналов.