Электроника?.. Нет ничего проще! - [22]

Н. — О, как жалко, что у меня нет рН-метра для наблюдения за моим здоровьем!..

Беседа пятая УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Создав богатый запас различных первичных преобразователей, наши друзья приступают к рассмотрению использования сигналов, вырабатываемых первичными преобразователями. Для этого, оказывается, полезно улучшить технические характеристики знакомых Незнайкину усилителей и, в частности, расширить их полосу пропускания как в сторону высоких, так и в сторону очень низких (и даже нулевой) частот. В конце беседы Любознайкин открывает своему другу «секрет», который сотни тысяч технических специалистов познали… и, несомненно, забыли, потому что никогда не видели, какую пользу можно из него извлечь.

Незнайкин — Итак, дорогой Любознайкин, я надеюсь, что на этот раз ты не станешь больше говорить о преобразователях, ибо от них меня уже тошнит.

Любознайкин — Не беспокойся, Незнайкин, сегодня мы перейдем к другой части нашей схемы — к промежуточному преобразователю, иначе говоря, к вопросу о преобразовании вырабатываемого первичным преобразователем сигнала. Мы начнем с преобразования, касающегося лишь величины сигнала, иначе говоря с усиления.

Н. — Ну это не займет у нас много времени. Я знаю все усилители, кроме электрометрического.

В области верхних частот

Л. — Скромность всегда тебя украшала. Ты знаешь, как делают для радиоприемника усилитель низкой частоты, предназначенный для воспроизведения звуковых частот от 30 гц до 15 кгц. Но при усилении других сигналов может возникнуть потребность намного расширить полосу пропускания как в сторону низких, так и в сторону высоких (верхних) частот. Я поставил бы тебя в трудное положение даже одним вопросом, если бы спросил, что ты сделаешь, чтобы увеличить верхний предел частот, пропускаемых усилителем на резисторах.

Н. — Дай немного подумать. Я полагаю, что ты хочешь поговорить об усилителе, схему которого я нарисовал на рис. 37.

Рис. 37.В этом усилительном каскаде усиление на низких частотах снижается вследствие увеличения реактивного сопротивления конденсатора С₁ и особенно С₂.

Л. — Да, он прекрасно подходит для нашей беседы. Расскажи мне, пожалуйста, о его возможностях.

Н. — Усиление на верхних частотах ограничено тем, что параллельно резистору R₂ включена паразитная емкость С, шунтирующая его и снижающая результирующее сопротивление.

Л. — Совершенно верно. А как избавиться от этого?

Н. — Прежде всего я попытался бы уменьшить паразитную емкость путем предельного укорочения соединительных проводников и правильным подбором ламп.

Л. — Ты поступаешь разумно. Но возможности избранного тобою пути довольно ограничены. Может быть, тебе и удалось бы наполовину уменьшить эту паразитную емкость и тем самым вдвое увеличить полосу пропускания, но как расширить ее еще больше?

Н. — А! Вспомнил, можно воспользоваться коррекцией, компенсирующей шунтирование емкостью С резистора R₂.

Коррекция — не выход из положения

Л. — Я не могу тебе сказать, что это неправильно, но коррекция представляет собой прием, позволяющий несколько расширить полосу пропускания, и поэтому она совершенно не характерна для широкополосного усилителя. Ты совершаешь ту же самую ошибку, что и 99 % радистов. В моем телевизоре имеется усилитель, правильно усиливающий частоты от 10 гц до 10 Мгц; в нем, конечно, имеется коррекция, но и без нее мой усилитель очень хорошо пропускал бы частоты до 5 Мгц, а вот усилитель в моем электрофоне, разумеется, на такой подвиг не способен: уже на 300 кгц он теряет 90 % своего усиления. Следовательно, между двумя усилителями есть существенное различие. Я полагаю, что ты сам найдешь ответ. Почему мешает тебе эта паразитная емкость С?

Н. — Я уже объяснил тебе: она шунтирует резистор и на высоких частотах снижает значение результирующего сопротивления.

Л. — Я хотел бы внести некоторые уточнения. Предположим, что емкость С равна 16 пф (чтобы упростить расчеты ее реактивного сопротивления), тогда ее сопротивление равно 1 Мом на 10 кгц, 100 ком на 100 кгц, 10 ком на 1 Мгц и 1 ком на 10 Мгц. Предположим, что сопротивление резистора R₂ = 100 ком. Скажи, пожалуйста, на какой частоте начнет тебе мешать емкость С?

Н. — Для этого следовало бы рассчитать результирующее (полное) сопротивление включенных параллельно резистора R₂ и конденсатора С. Но я могу тебе сказать, что на частоте 10 кгц влияние емкости С с ее реактивным сопротивлением 1 Мом на входное сопротивление устройства, близкое к 100 ком, будет очень мало.

Л. — Я бы даже сказал, что ее воздействие на полное сопротивление практически равно нулю (не больше 0,5 %). Но посмотри, Незнайкин, проходящий по емкости С ток на 90° опережает ток, проходящий по R₂. Я обозначил эти токи стрелками (рис. 38), а вернее векторами, характеризующими их амплитуду и фазу. Для определения полного тока построим прямоугольник, сторонами которого являются две названные стрелки. Диагональ прямоугольника соответствует стрелке, характеризующей полный ток. Но на частоте 10 кгц максимальный ток I_с, проходящий через конденсатор, в 10 раз меньше тока, проходящего через резистор. Диагональ прямоугольника при этом настолько близка к его большей стороне, что их можно спутать. Если ты слышал о теореме Пифагора…