Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

Все члены «микрофонного семейства» — звукосниматели, магнитные головки, динамические, угольные, электромагнитные и другие типы микрофонов — дают на выходе электрический сигнал весьма небольшой мощности. Обычно мощность электрической копии измеряется тысячными, а чаще миллионными долями ватта. В то же время для нормальной работы воспроизводящих приборов — громкоговорителей — нужны мощности, измеряемые единицами, десятками, а иногда и сотнями ватт. Иными словами, для того чтобы «накормить» громкоговоритель, нужно иметь мощность в миллионы раз большую, чем может дать микрофон или кто-либо из его «родственников». Из этого трагического несоответствия вместо «ахов» и «охов» нужно сделать простой и деловой вывод — между переводчиками, воспринимающими звук, и переводчиками, воспроизводящими его, необходимо включить усилитель электрических сигналов.

Глава III ОДНОТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Прежде чем говорить об усилении и усилителях электрических сигналов, полезно задуматься над некоторыми простыми, на первый взгляд даже наивными вопросами. В чем состоит сущность усиления? Каким способом осуществляется усиление электрических сигналов? Чем отличается усиленный сигнал от усиливаемого, в чем они похожи? И что вообще означает слово «усиленный» применительно к электрическому сигналу?

Начнем с последнего вопроса. Когда мы говорим об усилении сигнала, то прежде всего имеем в виду усиление, выражаясь точнее, увеличение мощности. Совершенно ясно, что при усилении мощности обязательно возрастает ток или напряжение — ведь именно они и определяют мощность (рис. 30, 8, б). Но только по одной из этих величин — только по току или только по напряжению — нельзя судить, усиливается сигнал или нет. Вспомните, что обычный трансформатор может повысить переменное напряжение во сколько угодно раз, однако мы не считаем, что он усиливает сигнал. Во сколько раз трансформатор повышает напряжение, во столько же раз он понижает ток, и поэтому мощность на выходе не возрастает — усиления сигнала нет. Да и откуда на выходе трансформатора может появиться усиленная мощность? Чтобы увеличить мощность, нужен источник дополнительной энергии.

Теперь попробуем взяться за дело с другого конца. Предположим, что у нас есть необходимый источник электроэнергии — мощная гальваническая батарея. Может ли она сама по себе усилить электрический сигнал? Конечно, нет. Батарея может дать необходимую энергию, но не в том виде, в каком нужно. Батарея дает постоянный ток, а электрический сигнал — это переменный ток, причем не просто переменный, а ток сложной формы, со сложным характером изменения. Именно эта сложность и отличает одни сигналы от других, именно в ней скрыты неповторимые тембры шаляпинского голоса, тайные шорохи ночного леса или многоголосье большого симфонического оркестра. Мы сможем считать, что добились цели, добились усиления, если заставим батарею отдавать энергию в виде сложного по форме тока, в виде своего рода мощной копии усиливаемого сигнала.

Наряду с источником энергии в усилителе обязательно имеется управляющий (часто говорят: усилительный) элемент. Именно с его помощью мы управляем мощными потоками энергии, копируя все изменения слабого сигнала. Пример простейшего управляющего элемента — обычный водопроводный кран. Легким поворотом рукоятки крана можно управлять мощным потоком воды и таким путем создать своего рода сложный водяной сигнал.

При усилении электрических сигналов роль управляющего элемента чаше всего выполняет электронная лампа или транзистор. В ряде случаев применяют и другие усилительные (управляющие) приборы — магнитный, диэлектрический, криотронный (сверхпроводниковый). Все эти приборы можно сравнить с переменным сопротивлением, включенным в цепь мощного источника тока. Мы затрачиваем сравнительно небольшую мощность (усиливаемый сигнал), чтобы менять величину этого сопротивления, а в результате получаем значительные изменения мощности в цепи, куда это сопротивление включено. С помощью такого сопротивления (лампа, транзистор и т. п.) легко управлять мощным источником электроэнергии и «рисовать» в его цепи сложный электрический сигнал.

Итак, усиление электрического сигнала практически сводится к созданию его мощной копии. Энергию для этой мощной копии дает дополнительный источник, в нашем примере — батарея. Слабый (усиливаемый) сигнал может управлять работой мощного источника с помощью своеобразного рычага — электронной лампы, транзистора или другого управляющего прибора. При этом необходимо выполнить два условия. Условие первое: копия должна быть мощнее оригинала — в этом-то и состоит смысл усиления. Условие второе: копия действительно должна быть копией — форма графиков входного и выходного сигналов должна быть одинаковой. Нужно заметить, что в ряде случаев второе условие выполняется не очень строго, а иногда даже умышленно нарушается. Однако в усилителях низкой частоты (сокращенно НЧ), конечная цель которых создать мощную копию для воспроизведения звука, второе условие остается непоколебимым.