Н. — А! Вспомнил, можно воспользоваться коррекцией, компенсирующей шунтирование емкостью С резистора R2.
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 Iс, 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…
Рис. 38. К R и С приложено одно и то же напряжение, протекающий через конденсатор С ток Iс на 90° опережает IR (ток, протекающий через резистор). Полный ток I представляет собой векторную сумму токов Iс и IR.
Н. — Хм, очень немного и, по правде сказать, плохо понял.
Л. — Эта теорема гласит, что диагональ прямоугольника (или гипотенуза прямоугольного треугольника, который представляет собой половину прямоугольника) равна корню квадратному из суммы квадратов его сторон. В нашем случае одна сторона равна 10, а другая — 1, следовательно, сумма квадратов составит 101, а корень квадратный — 10,05.
Н. — Очень любопытно, в самом деле, наличие паразитной емкости на частоте 10 кгц никак не сказывается на коэффициенте усиления.
Л. — Емкость С в этом случае не оказывает заметного влияния на коэффициент усиления, но влияет на вносимый усилителем сдвиг фазы. Посмотри: общий ток (диагональ) находится в фазе с приложенным к сетке напряжением Uc = Uвх, тогда как напряжение на выходе, естественно, находится в фазе с током, проходящим по резистору R2 (большая сторона). Как ты видишь, между ними уже имеется сдвиг по фазе, пренебрегать которым нельзя (здесь около 6°). Когда же реактивное сопротивление емкости С будет всего лишь в 3 раза больше сопротивления R2 (т. е. на частоте 33 кгц), образованный стрелками прямоугольник все еще будет довольно вытянутым и его диагональ всего лишь на 5 % длиннее большой стороны. Иначе говоря, проходящий по резистору ток будет составлять 95 % общего тока, коэффициент усиления еще составит 95 % коэффициента усиления на низкой частоте. Но сдвиг фазы станет очень значительным (больше 18°).
Н. — Если ты будешь так продолжать, то дойдешь до того, что скажешь мне, что влияние С на коэффициент усиления так никогда и не почувствуется!
Л. — Вовсе нет. Когда реактивное сопротивление С достигнет величины R2, т. е. 100 ком, прямоугольник, о котором я говорил, станет квадратом. Сторона квадрата равна всего лишь 0,7 его диагонали (1:√2), коэффициент усиления в этом случае снизится до 0,7 своего значения на низких частотах, сдвиг фазы увеличится до 45°, т. е. мы достигли так называемой «граничной» частоты, на которой коэффициент усиления снижается на 30 % от своего максимального значения. Говорят, что он снизился на 3 дб и…
Н. — С децибелами я немного не в ладах.
Л. — И вместе с тем это очень просто. Белы (обычно пользуются десятыми долями этой величины) выражаются десятичным логарифмом отношения мощностей.
Н. — Ну вот, я сделал большой шаг вперед. Для начала логарифмы, к которым особой любви я не чувствую, а в дополнение еще история с отношением мощностей, когда мы имеем дело с усилением по напряжению и…
Л. — Правильно, Незнайкин, здесь имеется определенная трудность, но мы ее устраним. Для начала я вернусь к определению. Когда две мощности Р1 и Р2 не равны, говорят, что одна превосходит другую на n бел, т. е.
Иначе говоря, когда одна мощность в 10 раз больше другой, говорят, что она больше на 1 бел [или 10 децибел (дб)]. Если Р2 в 1000 раз больше P1, говорят, что Р2 на 3 бел (логарифм 1000 равен 3), или на 30 дб больше P1.
Н. — Странная идея, я предпочел бы сказать «в тысячу раз больше». Ну, наконец, можно согласиться, если так принято… Но как все это применить к усилителю, который не предназначен для передачи мощности?
Л. — Представь себе усилитель, на вход которого поступает напряжение с постоянной амплитудой при различных частотах. На частоте f1 он дает на выходе напряжение 1 в, которое выделяется на постоянном резисторе в 1 ом. Согласен ли ты, что в этом случае выходная мощность равна 1 вт?
Н. — Потому что мы имеем ток в 1 а при напряжении 1 в.
Л. — Хорошо. Предположим, что на частоте f2 входное напряжение на том же резисторе снижается до 0,5 в; какова будет мощность?