Усиление, которое может дать усилитель, мощность «мощной копии» и потребляемая усилителем мощность—словом, все его возможности и потребности — во многом зависят от режима оттоков, которые протекают в каскаде, от напряжений, которые подводят к усилителю или от него получают

    Выбор режима усилителя—дело тонкое и сложное Оно чем-то напоминает шахматную партию, где каждый ход имеет свои достоинства и недостатки, где зачастую приходите я жертвовать чем-то одним ради чего-то другого

    Режим транзисторного усилительного каскада определяется элементами схемы — резисторами, конденсаторами, катушками, источниками питания

    В описаниях практических схем, рекомендованных для повторения, и, конечно же, в схемах промышленной аппаратуры все элементы подобраны так, что нужный режим транзистора должен получиться сам собой И все же в процессе налаживания схемы нет-нет, а приходится что-то менять в поисках наилучшего режима Кроме того, для радиолюбителей готовая схема— это зачастую не более чем линия старта, за которую неотвратимо влечетжелание искать, придумывать, улучшать (Т-289)

    Попробуем подвести предварительный итог того, что было рассказано об усилении и усилителях, изложим некоторые соображения о том, что, как и насколько влияет на режим транзистора (Р-95)

    Соображение №1 Чем больше отрицательное смещение на базу (здесь и дальше имеются в виду транзисторы р-п-р), тем больше коллекторный ток, а значит, и мощность, потребляемая транзистором Для экономного расходования коллекторной батареи смещение на базу следует делать поменьше

    Соображение №2 Слишком малое смещение может привести к искажениям в какие-то моменты «плюс» входного сигнала перекроет «минус» смещения, транзистор окажется запертым, произойдет отсечка коллекторного тока

    Соображение №3 Смещение на базу устанавливают с учетом уровня входного сигнала чем меньше этот сигнал, тем меньше можно открывать транзистор, экономя при этом энергию батареи Соображение № 4 С увеличением сопротивления нагрузки растет переменное напряжение на ней, а значит, и мощность усиленного сигнала на выходе усилителя

    Соображение №5 Но при слишком большом сопротивлении нагрузки напряжение на ней окажется настолько большим, что в какие-то моменты на коллекторе вообще ничего не останется И опять-таки возникнут искажения сигнала Соображение №6 Увеличивая напряжение питания, мы, по сути дела, увеличиваем мощность, потребляемую от батареи, а также мощность, которая расходуется на нагрев транзистора Соображение №7 Само по себе увеличение питающего напряжения ничего не дает переменная составляющая коллекторного тока и переменное напряжение на нагрузке какими были, такими и останутся

    Соображение №8 Но в то же время если поднять напряжение питания, то появится возможность увеличить сопротивление нагрузки и получить большее напряжение на нагрузке, не опасаясь оставить коллектор без «минуса» (соображение № 5).

    Соображение №9 Уменьшение сопротивления нагрузки Rh и тем более ее короткое замыкание могут представить большую опасность для транзистора, прежде всего для мощного Вспомните мощность, которая рассеивается на транзисторе и нагревает его,—это произведение коллекторного тока на коллекторное напряжение При включенной нагрузке максимальному коллекторному току соответствует минимальное напряжение на коллекторе и получаемая транзистором мощность сравнительно невелика А вот если сопротивление нагрузки равно нулю, то напряжение на коллекторе всегда равно напряжению питания И в момент максимального коллекторного тока в транзисторе может выделиться настолько большая мощность, что он ее просто не выдержит

    Соображение № 10 Оно навеяно предыдущим, девятым, и сводится к простой истине работая с транзистором, н^жно помнить о его возможностях, о предельно допустимых токах и напряжениях Вывести из строя транзистор можно многими разными способами — превысив любой из токов или любое из напряжений Об этом можно сказать иначе транзистор надежно работает, если не требовать от него больше, чем он может дать А сейчас, узнав немало интересного об усилителях, мы переходим к другому огромному классу электронных устройств — к генераторам

Т-166. Источником переменного напряжения может быть колебательный контур.

    Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из конденсатора Ск, катушки 1_к и резистора Rk (P-96, 1) Правда, резистора как такового в контуре не бывает, и Rk отображает собственное сопротивление контура, в которое входит сопротивление катушки, потери энергии в конденсаторе, другие виды потерь и затрат До сих пор мы встречали контур в роли резонансного фильтра в цепи переменных токов А теперь извлечем его оттуда и посмотрим, что произойдет, если отделить контур от всех других электрических цепей и передать ему порцию энергии, например зарядив конденсатор (Р-96, 2, 3) до напряжения Uc

    А произойдет, скорее всего, вот что Конденсатор сразу же начнет разряжаться через катушку Lk в контуре пойдет ток 1к вокруг катушки появится магнитное поле Когда разряд конденсатора закончится, ток в цепи не прекратится, его будет поддерживать э д с самоиндукции, которую создаст убывающее магнитное поле катушки Для пустого разрядившегося конденсатора это будет зарядный ток, он зарядит конденсатор, но уже, конечно, в обратной полярности И когда катушка завершит свою деятельность, когда ее магнитное поле исчезнет и перестанет действовать э д с самоиндукции, ток в цепи все равно не прекратится, его будет создавать разряжающийся конденсатор Но это уже ток обратного направления, поскольку противоположна и полярность напряжения на конденсаторе (Р-96, 4) И снова все пойдет по знакомому сценарию Конденсатор разрядился, но ток поддерживает катушка Магнитное поле катушки исчезает, конденсатор вновь оказался заряженным Конденсатор разрядился, но ток поддерживает катушка Магнитное поле катушки исчезло, а конденсатор вновь оказался заряженным И так цикл за циклом будет заряжаться и разряжаться конденсатор, нарастать и убывать магнитное поле катушки, меняться ток в контуре, напряжение на конденсаторе и катушке Будут происходить электромагнитные (иногда для краткости говорят « электрические ) колебания в контуре

Т-167. Частота свободных колебаний в контуре определяется его индуктивностью и емкостью.

    Эти электрические колебания в контуре относятся к огромному классу процессов, имя которому свободные колебания (Т-91) У электрических колебаний те же главные приметы и повадки, что и, скажем, у колебаний маятника или струны, хотя, конечно, в колебания вовлечены совсем иные физические процессы Как и в любой колебательной системе, в контуре есть два накопителя энергии—электрическое поле конденсатора и магнитное поле катушки Накопители эти действуют не каждый сам по себе, они взаимосвязаны когда магнитное поле убывает, то э д с самоиндукции заряжает конденсатор, а когда конденсатор разряжается, то в цепи идет ток, который запасает энергию в магнитном поле катушки Именно обмен энергией между двумя ее накопителями — конденсатором и катушкой — и приводит к колебаниям, к изменению тока в контуре, напряжений на его элементах

    Частота свободных электрических колебаний в контуре зависит от его параметров — индуктивности 1_к и емкости Ск, также как частота свободных механических колебаний струны зависит от ее массы и гибкости (Т-92) Чем больше емкость конденсатора Ск и индуктивность катушки 1_ктем медленнее они накапливают и отдают энергию, тем медленнее происходит обмен энергией между этими накопителями, тем ниже частота свободных электрических колебаний (Р-96, 5, 6) Причем частота переменного напряжения и переменного тока в контуре автоматически устанавливается именно такой, чтобы конденсатор и катушка получали одинаковые порции энергии То есть частота получается такой, что емкостное сопротивление хс и индуктивное xl_ на этой частоте одинаковы Из условия равенства сопротивлений xl = хс легко найти точное значение частоты свободных колебаний—она получается такой же, как резонансная частота контура fpe3 (P-58, 1) Логичнее, пожалуй, сказать—резонансная частота fpe3 равна частоте свободных колебаний fK

    Очень удобно, что частота свободных колебаний зависит от индуктивности и емкости контура Это значит, что, изменяя 1_к или Ск, можно менять частоту переменного напряжения, которую будет давать контур Если, конечно, он пройдет на роль электронного генератора Именно «если пройдет» пока этому мешает одно прискорбное обстоятельство, характерное для всех колебательных систем,— неизбежное затухание колебаний

Т-168. Чем выше добротность контура, тем медленнее затухают колебания.

    Свободные электрические колебания затухают в контуре постепенно, энергия, первоначально полученная конденсатором, постепенно теряется на сопротивлении Rk, превращается в тепло При этом постепенно уменьшается амплитуда переменного тока, переменные напряжения на катушке и конденсаторе

    Тоже самое мы уже наблюдали в колеблющейся струне, для нее была введена характеристика «добротность» Q, которая как раз и показывает, от чего зависит время жизни свободных колебаний (Т-93) Подобная характеристика — добротность Q — говорит и о том, насколько бережно относится к своим запасам энергии колебательный контур Чем больше энергии при каждом перекачивании уходит в запас, в магнитное поле или электрическое поле, и чем меньше энергии при каждом перекачивании превращается в тепло, тем больше добротность Q, тем дольше длятся свободные колебания в контуре (Р-96, 7, 8:

Т-169. Добротность контура тем выше, чем меньше потери энергии, чем больше индуктивность и меньше емкость.

    Добротность— исключительно важная характеристика колебательного контура Когда контур используется в качестве резонансного фильтра, то именно от добротности зависит, насколько хорошо он будет справляться со своей задачей Чем выше добротность, тем сильнее контур задавит токи соседних частот и тем лучше выделит, вытащит из аккорда ток своей собственной, резонансной частоты Когда контур держит экзамен на роль генератора, то именно от добротности зависит, какую он при этом получит оценку, насколько долго будут длиться в контуре собственные колебания

    Но от чего же зависит сама добротность, которая столь сильно влияет на все основные таланты контура? Можно сразу же сказать, что добротность зависит от потерь энергии в контуре чем меньше потери, чем меньше RKTeM выше добротность С) Иногда потери отображаются не только последовательным резистором Rk, но еще и параллельным резистором Rk, а бывает, что такой резистор Rk в действительности подключен параллельно контуру, шунтирует контур, старается отвести, отобрать часть циркулирующего в контуре тока И чем меньше Rk, тем большая часть энергии в него уходит, тем ниже добротность

    Есть еще одна зависимость, не сразу, может быть, заметная,—добротность контура зависит от соотношения 1_к и Ск В процессе каждого перекачивания энергии вся она делится на две части, часть энергии поглощается активным сопротивлением Rk а другую часть отбирает один из накопителей, конденсатор или катушка То, что достается резистору Rk, пропадает безвозвратно, то, что попадает реактивному сопротивлению 1_к или Ск, остается в контуре Поэтому и оказывается, что добротность контура — не что иное, как отношение реактивного сопротивления к активному—xl_ kRk(P-96, 7) или, что то же самое, хс к Rk (поскольку xl_ = хс на частоте fa = fpe3 )

    Сделав простейшие преобразования, можно получить выражение для добротности и увидеть, что она зависит от соотношения 1_к и Ск (Р-96. 9) Но даже без преобразований легко прийти к выводу, что добротность Q тем больше, чем больше 1_к, и тем меньше, чем больше Ск Потому, что с увеличением 1_к возрастает реактивное сопротивление xl_ которое отбирает энергию у ненасытного Rk, отбирает с тем, чтобы вскоре вернуть в контур А с увеличением Ск емкостное сопротивление хс уменьшается, конденсатор забирает себе меньше энергии Более того, приходится еще и 1_к уменьшать, чтобы при увеличении Ск сохранить неизменной fa Зависимость добротности Q от1_ки Ск накладывает серьезные ограничения на выбор параметров контура Конечно же, частота свободных колебаний 1к в равной мере зависит и от 1_к и от Ск одну и туже частоту можно получить при самых разных соотношениях индуктивности и емкости подобно тому, как одну и туже площадь прямоугольника можно получить при разных соотношениях его сторон Если в несколько раз увеличить 1_ки во столько же раз уменьшить Ск, то частота fa не изменится Можно как угодно менять эти параметры, лишь бы только сохранялось неизменным произведение LkCk которое и определяет частоту fa Но если н^жно не просто получить ту или иную частоту электрических колебаний, а получить ее при высокой добротности контура, то соотношение 1_ки Ск недалеко не безразлично — стараться, чтобы индуктивность контура была побольше, а емкость поменьше (Р-96, 9)

Т-170. Усилитель с положительной обратной связью компенсирует потери энергии в контуре.

    Колебательный контур сам по себе не может, к сожалению, сдать экзамен на звание электронного генератора Как ни уменьшай потери и затраты энергии в контуре, свести их к нулю не удастся, в большей степени или в меньшей, но колебания все равно будут затухать Правда, если поместить контур в сосуд с жидким гелием, то колебания будут существовать в нем многие дни и даже месяцы—температура жидкого гелия близка к абсолютному нулю (—273 град С), и в проводниках при такой температуре наблюдается явление сверхпроводимости" электрический ток не встречает никаких препятствий, не затрачивает энергии, не выделяет тепла Поэтому в контуре, помещенном в жидкий гелий, почти нет потерь энергии, его добротность чрезвычайно велика

    Но такой сверхзамороженный контур не может работать генератором И не только потому, что сложная система поддержания сверхнизкой температуры неприемлема даже для таких аппаратов, как телевизор, не говоря ^ке о переносных приемниках Главное в том, что генератор в электронных установках — это не экспонат, а работающий блок, он должен не просто создавать переменное напряжение, но и отдавать энергию потребителю А всякая передача энергии равносильна появлению в контуре некоторого дополнительного сопротивления, равносильна увеличению Rk Поэтому даже в идеальном контуре-генераторе, как только он начнет работать, начнет отдавать энергию, колебания быстро затухнут, просто иссякнет запас энергии

    И все же можно получить в контуре незатухающие колебания О том, как это сделать, подсказывают настенные часы, маятник которых беспрерывно колеблется, как будто нет ни трения в системе его подвеса, ни сопротивления воздуха А еще качели, которые, если ты сумеешь раскачать их в такт с собственными колебаниями, тоже не будут останавливаться до тех пор, пока не надоест качаться Маятник часов и качели подсказывают тактику получения незатухающих электрических колебаний в контуре полностью ликвидировать потери и затраты энергии нельзя, но их можно скомпенсировать, если извне вводить в контур энергию, которая перекроет все виды потерь и затрат Для этого достаточно сделать усилитель с положительной обратной связью, например такой, как на Р-97. 1 В этой схеме контур LkCk включен в цепь базы и затухающее переменное напряжение на контуре есть не что иное, как усиливаемый сигнал А в коллекторную цепь включена нагрузка Rh и еще один, новый элемент — катушка обратной связи Loc Она связана с контурной катушкой Lk общим магнитным полем, и через этот трансформатор часть «мощной копии» из коллекторной цепи, то есть с выхода усилителя, подается на его вход, поступает в базовую цепь

    Нормальная прямая связь входа и выхода в усилителе—это влияние входа на выход, влияние базовой цепи на коллекторную (в лампе — сеточной на анодную) А влияние выхода на вход, передача сигнала или какой-то его части из коллекторной цепи в базовую—это обратная связь Типичный пример обратной связи — это передача энергии из катушки Loc в катушку Lk При определенных условиях энергия, поступившая по цепи обратной связи в контур, полностью скомпенсирует все потери в нем и электрические колебания в контуре станут незатухающими Но это только при определенных условиях

Т-171. Для самовозбуждения генератора нужно выполнить два условия—условие фаз и условие связи.

    Переменное напряжение, которое подается на вход усилителя, иногда называют сигналом возбуждения Потому что именно оно прободает к действию дремавший до того усилитель, заставляет меняться коллекторный ток, напряжение на нагрузке и на коллекторе, создает свою мощную копию Если во входную цепь усилителя включить колебательный контур, то возбуждающим сигналом будет переменное напряжение на этом контуре Действовать оно будет не долго, так как колебания в контуре затухают Но если в контуре будут созданы незатухающие колебания, то усилитель превратится в генератор, на его базе непрерывно будет действовать переменное напряжение, в коллекторной цепи появится долгоживущий, устойчивый переменный ток, на нагрузке—устойчивое переменное напряжение Такой режим называется самовозбуждением он появляется только благодаря тому, что усилитель — теперь уже генератор — сам себе на вход подает возбуждающее напряжение, которое поддерживает свободные колебания в контуре

    Для самовозбуждения прежде всего н^жно, чтобы сигнал, поступающий на вход из коллекторной цепи, поддерживал колебания в контуре fP-97. 3,4), а не мешал им (Р-97. 5), что в принципе тоже возможно Иными словами, нужно, чтобы собственный переменный ток в контуре и 1к и ток loc, наведенный катушкой обратной связи, действовали бы в фазе В схеме Р-97, 1 выполнить это условие—условие фаз—очень просто, нужно лишь правильно включить катушку Loc При налаживании генератора, добиваясь самовозбуждения, просто переворачивают одну из катушек «вверх ногами» А если это неудобно, то меняют местами концы катушки 1к или, что то же самое, концы катушки Loc При переворачивании катушки или смене ее концов фаза тока Loc, наведенного в 1к, поворачивается на 180 град , и если токи 1ки loc действовали в противофазе, они начинают работать согласованно А это как раз и значит, что сигнал, попавший в контур по каналу связи, восполняет энергию, которую съедает Rk и как бы уменьшает его

    Но для самовозбуждения нужно не просто уменьшить Rk, а уменьшить его до нуля, полностью скомпенсировать потери в контуре А значит, нужно выполнить еще одно условие — условие связи, передать в контур энергию не только в нужной фазе, но еще и в нужном количестве В генераторе по схеме Р-97, 1 выполнить условие связи тоже несложно—нужно сближать катушки Lk и Loc или в крайнем случае увеличить число витков катушки обратной связи

Т-172. В трехточечных схемах генераторов напряжение обратной связи снимается с части контура.

    Схема генератора Р-97. 1 называется схемой с трансформаторной обратной связью Есть два совершенно равноправных варианта такой схемы В одном случае контур включается в базовую цепь (в реальных схемах транзистор обязательно подключается лишь к части контура, иначе низкое входное сопротивление транзистора сильно зашунтирует контур, Р-96. 8), а катушка обратной связи—в коллекторную А во втором варианте, наоборот, в коллекторной цепи находится контур, выполняющий здесь роль нагрузки, а катушка обратной связи включена во входную цепь События в обеих схемах, как и вообще во всех генераторах, разворачиваются одинаково Первый же толчок тока, например при включении питания или из-за того, что на базу попал лишний электрон, и в контуре начинаются свободные колебания, которые благодаря обратной связи оказываются незатухающими Схемы с трансформаторной обратной связью очень популярны и весьма удобны Единственное, что, пожалуй, можно поставить им в упрек, так это дополнительную катушку Loc

    В некоторых генераторах отдельная катушка обратной связи не нщна, в них сигнал обратной связи снимается с части колебательного контура Это так называемые трехточечные схемы, в них транзистор подключен к контуру тремя точками—эмиттером, базой и коллектором (в ламповых генераторах—катодом, сеткой и анодом) В зависимости оттого, откуда берут напряжение обратной связи — с катушки или конденсатора,— различают трехточечные схемы с индуктивной (Р-97, 6) или с емкостной обратной связью (Р-97, 7) В обеих этих схемах условие фаз выполняется в том случае, если эмиттер подключен к средней части контура, а коллектор и база — к его краям А выполнение условия связи связано с тем, какая часть контурной емкости или индуктивности подключена к участку база — эмиттер В трехточечной схеме с индуктивной связью с выхода транзистора на его вход подается тем большая часть энергии, чем большая часть 1_к контурной катушки 1_к включена между базой и эмиттером Это значит, что, перемещая точку подключения эмиттера вниз по схеме, мы усиливаем обратную связь Однако при этом одновременно уменьшается коллекторная нагрузка нагрузкой в этой схеме оказывается не весь контур, а только та часть его 1_"к которая включена между коллектором и эмиттером (верхний по схеме конец 1_"к подключен к эмиттеру, нижний — к коллектору через конденсатор фильтра Сф) Задумываясь над тем, к чему может привести то или иное действие при налаживании схемы, иногда полезно рассмотреть крайний случай Попробуем, в погоне за стопроцентной обратной связью, подключить эмиттер к крайней нижней точке катушки 1_к, то есть передать с выхода на вход все, что только возможно, весь выходной сигнал целиком Но при этом окажется, что обратная связь не имеет никакого смысла, потому что транзистор не дает никакого усиления и на его выходе вообще нет сигнала Мы возвращаем на вход 100 процентов от «ничего» Потому что транзистор остался без нагрузки

    В емкостной трехточечной схеме напряжение обратной связи снимается с делителя, который образован конденсаторами Ск, и Ск2 Здесь обратная связь тем сильней, чем больше емкостное сопротивление верхнего по схеме участка (конденсатор Ск,), а коллекторная нагрузка тем больше, чем боль-ше емкостное сопротивление нижнего по схеме участка (конденсатор Ск2) Емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально его емкости, а поэтому с увеличением емкости Ск1 обратная связь ослабляется А с увеличением емкости Ск2 сопротивление коллекторной нагрузки становится меньше Все осложняется еще тем, что оба конденсатора определяют общую емкость контура Ск , а значит, и частоту электрических колебаний fa в нем В схеме появляется еще одна деталь—резистор Рэ Без него генера-тор вообще не работает — эмиттер отрезан от коллектора конденсаторами, и постоянная составляющая коллекторного тока может замкнуться только через Рэ А посадить эмиттер на землю, как это делалось в других схемах, нельзя — окажется замкнутым накоротко конденсатор Ск2, У трехточечной схемы с емкостной обратной связью есть некоторое преимущество в сравнении с другими схемами Если изменять частоту генератора, заменяя контурные катушки, то в этой схеме достаточно производить переключение только одного провода (верхний конец катушки), в то время как в других схемах нужно одновременно производить два переключения (например, переключать верхний конец катушки и отвод обратной связи в схеме Р-97, 7)

    Во всех схемах генераторов присутствует незримый элемент — резистор Rh' Генератор работает не сам для себя, а передает результаты своей работы потребителю, который представлен резистором Rh'Т-

173. RC-генерэтор: необходимый поворот фазы постепенно осуществляют цепочки из конденсаторов и резисторов.

    Обратную связь в генераторах назвали положительной потому, что она поддерживает изменения сигнала на входе, помогает ему Но в принципе возможна еще и отрицательная обратная связь, когда сигнал, поступивший с выхода усилителя на его вход, действует против основного, главного входного сигнала, мешает ему (Р-97. 5) Отрицательная обратная связь вскоре станет для нас предметом серьезных раздумий и тонких экспериментов (Т-197. Т-198), а пока отметим лишь одно если с коллектора подать сигнал прямо на базу, то обратная связь получится именно отрицательной Потому что, когда «минус» на базе увеличивается, на коллекторе «минус» уменьшается, то есть коллекторное напряжение, попав на базу, будет действовать против собственного напряжения на базе Или, короче, напряжение на базе и напряжение на коллекторе — противофазны А отсюда еще одна формулировка условия фаз для получения положительной обратной связи при передаче сигнала из коллекторной цепи в базовую н^жно повернуть фазу этого сигнала на 180 град Коллекторное и базовое напряжения сами по себе сдвинутся на 180 град и дополнительный поворот на 180 град доведет общий сдвиг фаз до 360 град ,то есть на целый период А это значит, что никакого сдвига фаз не будет «свое» напряжение на базе и та помощь, которая придет на базу по цепи обратной связи, будут действовать согласованно

    В генераторе с трансформаторной обратной связью поворот фазы на 180 град получают определенным расположением и включением катушек, в трехточечных схемах—определенным подключением транзистора к контуру (эмиттер — в центре, коллектор и база — по краям) И есть еще одна возможность выполнить условие фаз при передаче сигнала с коллектора на базу можно повернуть фазу сигнала на 180 град с помощью нескольких последовательно соединенных RC-цепочек Генератор, в котором используется такой способ поворота фазы, так и называется RC-генератором, одна из возможных его упрощенных схем приведена на Р-98 По-видимому, первое, что в этой схеме бросается в глаза, так это отсутствие колебательного контура Но какже без контура'? Где же тогда возникают первые слабые, затухающие колебания, которые потом поддерживает обратная связь, делая их незатухающими'? И какие элементы в таком бесконтурном генераторе определяют частоту переменного напряжения^{1? В предыдущих схемах частота определялась индуктивностью и емкостью контура А здесь чем1?}

    Начнем с конца частоту определяют три RC-цепочки, соотношение сопротивлений и емкостей в них Дело в том, что вся система RC-элементов поворачивает фазу на 180 град , но такой поворот происходит только на одной частоте, на других частотах он больше или меньше

Т-174. На входе любого транзистора действует очень небольшое напряжение шумов.

    На базе транзистора, не только в этой схеме, но в любой другой, всегда действуют слабые сигналы самых разных частот Откуда'? Ну, скажем, это просто так называемые шумы, некоторая неравномерность постоянного тока смещения или постоянного эмиттерного тока, часть которого ответвляется в базу Идеального постоянного тока нет и быть не может Если в цепи идет ток, движутся миллиарды миллиардов электронов, то из-за хаотичности тепловых процессов в металле обязательно в какой-то момент электронов пройдет на сто штук больше, а в другой момент — на сто штук меньше В итоге самый постоянный ток хаотично и непрерывно меняется Очень незначительно, но меняется Поэтому-то и появляется на входе любого транзистора хаотичное переменное напряжение, как его называют, напряжение шумов Спектр шумов очень широк, они практически содержат составляющие всех частот, от самых низких до самых высоких

Т-175. Частота напряжения на выходе RC-генератора определяется сопротивлением и емкостью фазовращающих цепочек.

    Шумовое напряжение на базе создаст свою копию в коллекторной цепи, и по цепи обратной связи, через все RC-цепочки, часть ее попадет обратно на базу И вот здесь-то оказывается, что в основном все составляющие придут на базу с неудачными фазами, они будут ослаблять породившие их составляющие базовых шумов И только одна составляющая, для которой три RC-цепочки создадут поворот фазы на 180 град , добравшись из коллектора в базу, будет поддерживать, усиливать породивший ее сигнал Эта составляющая шумов базового тока станет еще сильнее и создаст в коллекторной цепи еще более сильную свою копию А та опять-таки усилит сигнал на базе, и так пойдет выходное напряжение данной частоты будет нарастать и нарастать, пока его не ограничит коллекторное питание В заключение несколько слов о том, почему RC-цепочки поворачивают фазу точно на 180 град Ток через резистор и напряжение на нем UR совпадают по фазе, ток через конденсатор и напряжение Uc на нем сдвинуты по фазе на 90 град (Р-98. 2, 3 Т-71. Т-75) Во всех элементах последовательной цепи ток один итотже — 1общ, а общее напряжение иобщ равно сумме напряжений UR и Uc на отдельных участках

    Ну а сдвиг фаз? Одно напряжение совпадает по фазе стоком, второе опережает ток на 90 град .таккакже соотносятся фазы тока и общего напряжения иобщ? Чем больше хс какой-либо RC-цепочки, тем больше напряжение Uc на конденсаторе и тем ближе к 90 град сдвиг фаз между током 1 общий общим напряжением иобщ А чем больше R, тем более «активный характер» имеет сопротивление всей цепи, тем меньше сдвиг фаз между 1общ и иобщ Существует частота, на которой при данном соотношении С и R сдвиг фаз между 1общ и иобщ равен 60 град , и три такие цепочки поворачивают фазу в сумме на 180 град (Р-98, 3) Если изменить R или С в фазовращающих

    RC-цепочках, то сразу же изменится соотношение между R и Хс И прежнее соотношение между 1общ и иобщ, а значит, и прежний сдвиг фаз в 60 град будут уже на другой частоте А отсюда вывод при изменении R или С изменится частота переменного напряжения на выходе генератора Существуют и другие схемы генераторов с фазовра-щающими RC-цепочками, но механизм генерирования переменного напряжения у всех у них одинаков

Т-176. В мультивибраторе два взаимосвязанных транзистора поочередно открывают друг друга, генерируют переменное напряжение прямоугольной формы.

    Есть бесконтурные генераторы, работающие на совершенно ином принципе Это прежде всего мультивибратор (Р-99), в котором работают два транзистора, причем каждый из них управляет работой другого — коллектор каждого транзистора через конденсатор связан с базой своего соседа

    В бурных событиях, которые происходят в мультивибраторе, немало действующих лиц (Р-99. 2) Это напряжения на базах, которые в итоге определяют коллекторные токи, а значит, и напряжения на коллекторах Это конденсаторы Сб1 и Сб", от емкости которых зависит скорость их заряда и разряда, а значит, и время существования токов, которые влияют на режимы транзисторов Это еще и резисторы R61 и R6" которые не только определяют режимы транзисторов своими обычными методами, но еще и участвуют в заряде и разряде конденсаторов и тоже влияют на скорость этих процессов (Т-45)

    Если детально разобраться в том, что происходит в мультивибраторе, в какие моменты времени, какие напряжения приложены к конденсаторам, какой величины и какого направления текут токи, как конкретно эти токи влияют на режимы транзисторов, то окажется, что транзисторы Т1 иТ2 внимательно следят друг за другом, каждый из них мгновенно реагирует на действия соседа Именно мгновенно такой быстроте реакции позавидовал бы любой боксер

    Как только один из транзисторов открывается, второй тутже закрывается — это результат сложного взаимодействия токов и напряжений в схеме Проходит некоторое время (оно-то как раз и определяется скоростью заряда и разряда конденсаторов), закрытый транзистор мгновенно открывается, и тутже ответный удар—закрывается второй транзистор В итоге транзисторы периодически и поочередно открываются и закрываются, а значит, токи у них и напряжение на коллекторах периодически меняются от своей наибольшей величины до наименьшей На выходах мультивибратора (у него два выхода, поскольку два транзистора) появляются меняющиеся напряжения и токи, электронный генератор действует

Т-177. На частоту колебаний в мультивибраторе влияют сопротивления и емкости всех его элементов.

    Частота переменных напряжений на выходах мультивибратора зависит от емкости конденсаторов и сопротивления резисторов, которые входят в его схему, и еще от смещения на базах, которое приходится преодолевать, чтобы запирать транзисторы Практически изменение любого элемента схемы приводит к изменению частоты (Р-99. 3) —с увеличением емкости Сб1 и Сб" и сопротивлений R61 R6" Rh' и Rh" процессы заряда и разряда конденсаторов, отпирания и запирания транзисторов идут медленнее, частота мультивибратора уменьшается Но, конечно же, существуют определенные ограничения на выбор элементов схемы, их нельзя менять как угодно, добиваясь нужной частоты Так, например, чрезмерное уменьшение сопротивлений нагрузки Rh' и Rh" может настолько снизить усиление каскадов, что мультивибратор вообще перестанет работать Срыв генерации может также произойти из-за чрезмерного уменьшения базовых резисторов R6' и R6" «минус» на базе может оказаться таким большим, что разряжающийся конденсатор не сможет его скомпенсировать, не сможет запереть транзистор

    Подбором резисторов частоту мультивибратора удается менять в сравнительно небольших пределах, чтобы резко изменить частоту, приходится менять емкость конденсаторов В частности, для получения очень низких частот в качестве Сб' и Сб" используют электролитические конденсаторы большой емкости (К-10) Некоторые варианты выбора деталей для мультивибратора на маломощных транзисторах, аналогичных П41, и соответствующие этим деталям частоты приведены в С-17 На Р-99, 4 показана одна из схем мультивибратора, которая устойчиво работает при сравнительно больших изменениях одного из сопротивлений изменяя Рэ можно менять частоту в четыре — восемь раз, что в других схемах можно сделать только за счет изменения емкостиТ-

178. Блокинг-генератор: из коллекторной цепи в базовую через трансформатор попадает сигнал, который периодически открывает и закрывает транзистор.

    Есть еще один распространенный тип генераторов, в котором всеми событиями управляет заряд—разряд конденсатора Это блокинг-генератор, его упрощенная схема показана на Р-100 Знакомство с работой бло-кинг-генератора начнем с того момента, когда включено питающее напряжение и в коллекторной цепи появился ток Нарастающий коллекторный ток сразу через трансформатор наведет напряжение UII базовой цепи Причем напряжение такой полярности (это зависит оттого, как включена обмотка II), которая способствует еще большему открыванию транзистора Транзистор открывается лавинообразно до полного насыщения (напряжение на нагрузке максимально, на самом коллекторе около нуля), а ток положительной обратной связи заряжает конденсатор Сб и при этом поддерживает транзистор в открытом состоянии Но после того как этот конденсатор полностью зарядится до напряжения на обмотке II, ток через него прекратится и транзистор скачком закроется постоянным напряжением на конденсаторе, которое имеет положительную полярность относительно базы Теперь напряжение Uc на конденсаторе Сб начинает постепенно уменьшаться, он разряжается через резистор R6 И вот наступает такой момент, когда конденсатор уже не может противодействовать «минусу», поступающему на базу через R6 транзистор мгновенно открывается, в коллекторной цепи появляется ток и И все начинается сначала — опять рывок коллекторного тока, опять заряд конденсатора, опять он закрывает транзистор, постепенный разряд конденсатора и в какой-то момент снова открывание транзистора и очередной рывок коллекторного тока

    Так в блокинг-генераторе транзистор, разумеется с помощью трансформатора и разрядной RC-цепочки, периодически сам себя открывает и закрывает, генерирует меняющееся напряжение Частота этого напряжения зависит оттого, сколько времени проходит от одного отпирания транзистора до следующего, а значит, главным образом зависит от постоянной времени разрядной цепи (Т-45). от сопротивления R6 и емкости Сб Чем они больше, тем медленнее идет процесс разряда , тем ниже частота

Т-179. От генератора часто требуется определенный характер изменения выходного сигнала, определенная форма кривой, спектр.

    Генератор с колебательным контуром и RC-генератор с фазовращающими цепочками дают на выходе синусоидальное напряжение Конечно, не идеальную синусоиду, но обычно все же без значительных посторонних примесей У блокинг-генератора на выходе остроконечные импульсы, у мультивибратора—прямоугольные, спектр и тех и других содержит большое число гармоник Кстати, и само название «мультивибратор» переводится как генератор, который дает большое число различных колебаний, дает богатый спектр синусоидальных составляющих

    В электронной аппаратуре генераторы выполняют самую разную работу, и от них, бывает, требуются самые разные напряжения Разные не только по своему уровню, по числу вольт, не только по частоте, но и по характеру изменения, по форме кривой, по спектру Так, например, в не которых устройств ах автоматики синусоидальное напряжение непригодно, там н^жен мультивибратор, на выходе которого напряжение растет не постепенно, как синусоида, а резко, скачкообразно А для отклонения луча в телевизоре очень удобен генератор пилообразного тока на базе блокинг-генератора он позволяет равномерно двигать луч по экрану (Т-253). и частоту его сравнительно легко синхронизировать, например, повторяющимися импульсами синхронизации

    Форма напряжения на выходе генератора не есть нечто неприкосновенное и неизменное Существует много разных способов менять ее и получать от генератора не тот сигнал, что он хочет дать, этот, что н^жно Влиять на форму сигнала можно с помощью различных фильтров, зарядных RC-цепочек, ограничителей, фазовращателей — словом, с помощью самых разных инструментов и методов хирургии электрического сигнала Для иллюстрации — ультракороткие рассказы о трех из них

Т-180. В умножителях частоты одну из высших гармоник выделяет настроенный на нее контур.

    Один способ изменения формы сигнала нам уже встречался — это превращение переменного напряжения в пульсирующее с помощью вентиля, полупроводникового диода (Т-135) Точно такую же операцию может выполнить транзистор (лампа), на который не подано начальное смещение такой транзистор будет открываться только во время одного из двух полупериодов входного сигнала (на базе «минус»), вторую половину периода (на базе «плюс») коллекторная цепь бездействует

    Если подать на базу смещение и менять его, то будет меняться и степень «отсечки» коллекторного тока, то есть, по сути, форма выходного сигнала Введена даже особая мера для формы сигнала — это угол отсечки 9, половина времени, в течение которого существует ток, выраженная в долях периода, в градусах (Р-101) Так, например, если коллекторный ток существует только полпериода, то мы говорим, что угол отсечки равен 90 град (половина от 180 град ) А если на базу подано нормальное смещение и коллекторный ток существует в течение всего периода, то мы говорим, что угол отсечки равен 180 град (половина от 360 град ),то есть никакой отсечки нет Меняя смещение на базу, можно менять и угол отсечки коллекторного тока от 0 град (транзистор всегда закрыт) до 180 град (отсечки нет, форма кривой не искажается) Точный математический анализ, подтвержденный экспериментами, не хуже, чем таблица умножения, позволяет определить, какие именно составляющие и в какой пропорции будут появляться при разных углах отсечки На Р-101, 3 приведен довольно простой график, по которому можно быстро определить, сколько процентов от наибольшей величины коллекторного тока 1к макс составят амплитуды первой гармоники И, второй гармоники 12, третьей гармоники 13 и постоянной составляющей 10 Из этого графика, например, видно, что все гармоники исчезают, когда отсечки нет, то есть при О = 180 град , что вторая гармоника становится наиболее сильной при О = 60, а третья — при О = 40 град

    Любую из гармоник выходного сигнала можно выделить с помощью резонансного фильтра—колебательного контура, настроенного на соответствующую частоту (Р-101, 4) Эта операция называется умножением частоты и производится довольно часто Во многих радиопередатчиках, например, несколько раз осуществляют удвоение частоты, выделение второй гармоники из сигнала, который перед этим обязательно искажают, усиливают его с отсечкой (О =60 град )

    Рассказ об умножении частоты можно завершить экспериментом С понижающего трансформатора подайте на абонентский громкоговоритель «радиоточку» 5—8 вольт сетевого напряжения, имеющего, как известно, частоту 50 Гц Затем подайте напряжение на громкоговоритель через полупроводниковый диод В первом случае вы услышите очень низкий чистый тон, во втором звук будет хриплым Потому что диод изменит форму сигнала, создаст отсечку О = 90 град (ток существует только полпериода), и наше ухо услышит все составляющие искаженного сигнала