Л. — Ты прекрасно понял, Незнайкин, должен признать, что твое прозвище тебе все меньше и меньше подходит. Сегодня ты в отличной форме!
Н. — Прошу тебя обходиться без комплиментов, я всегда такой.
Л. — Ну, хорошо, пользуясь предоставившимся случаем, я напомню тебе, что в рассмотренных ранее схемах мы уже встречались с отрицательной обратной связью и говорили о ее положительных качествах. Помнишь ли ты системы, которые мы использовали для снижения выходного сопротивления усилителя?
Н. — Да, ты говорил мне о катодном и об эмиттерном повторителях. Я помню также странную схему, которую ты назвал «суперэмиттерный повторитель» (см. рис. 50).
Л. — В таком случае теперь ты должен понять, почему эта схема обладала интересными свойствами. Изображенная на рис. 51 схема представляет собой двухкаскадный усилитель с очень большим коэффициентом усиления, в котором непосредственная связь осуществлена благодаря использованию взаимно дополняющих транзисторов n-р-n и р-n-р. Входное напряжение подается между эмиттером и базой первого транзистора, а выходное напряжение снимается с нагрузочного резистора, включенного в цепь коллектора второго транзистора, иначе говоря, между коллектором этого транзистора и корпусом.
Соединив эмиттер первого транзистора с коллектором второго, в схеме, приведенной на рис. 50, мы подали на этот эмиттер все выходное напряжение, которое, как и в других случаях, вычитается из входного напряжения. Здесь коэффициент β равен единице. Общий коэффициент усиления новой схемы тем ближе будет к единице, чем выше был первоначальный коэффициент усиления усилителя, схема которого изображена на рис. 51[23].
Точно так же обстоит дело и с простым эмиттерным повторителем (см. рис. 49). Если нагрузочный резистор оставить включенным между эмиттером и корпусом, а входное напряжение приложить между эмиттером и базой (входное напряжение в этом случае подают по двум отдельным изолированным от корпуса проводам), то ты получишь классический усилитель.
Н. — Не может быть! Ведь нагрузочный резистор включен не в цепь коллектора, а в цепь эмиттера.
Л. — Это не имеет никакого значения. Важно только одно, а именно, что ток транзистора управляется напряжением, приложенным между базой и эмиттером, и что этот ток протекает по резистору, создавая на его выводах переменное напряжение. А то что резистор включен не в цепь коллектора, а в цепь эмиттера, существенного значения не имеет, потому что в цепях этих электродов протекают практически одинаковые токи. Как ты видишь, от этой схемы переходят к схеме эмиттерного повторителя, изображенной на рис. 49, подавая входное напряжение между базой и корпусом. В этих условиях выходное напряжение вычитается из входного и получаемая в результате разность прилагается между базой и эмиттером. Это тоже полная отрицательная связь, т. е. отрицательная обратная связь с коэффициентом β, равным единице.
Н. — Теперь я понимаю, какой интерес представляют эти схемы. Совершенно ясно, что они имеют низкое выходное внутреннее сопротивление, очень стабильный коэффициент усиления и высокое входное сопротивление.
Л. — Совершенно верно. А теперь для завершения нашей темы мне хотелось немного рассказать тебе об автоматической системе регулирования скорости, т. е. о том, как заставить двигатель покорно выдерживать заданную скорость и по нашему желанию изменять ее.
Н. — Ну, это совсем несложно. Я полагаю, что в этом случае ты воспользуешься синхронным двигателем, который будешь питать переменным напряжением строго заданной частоты. Разве не так?
Л. — Действительно, в некоторых случаях используют такое решение. Но иногда бывает трудно сделать широкополосный усилитель и генератор переменной частоты, способные давать достаточную мощность для приведения в действие большого двигателя. Обычно предпочтение отдают двигателю постоянного тока, снабженному преобразователем скорости, например тахометрическим генератором.
Н. — А что будет делать здесь эта система демпфирования?
Л. — Тахометрический генератор может служить для демпфирования в системе автоматического регулирования положением, как, например, для вращения антенны твоего друга, но его можно использовать и иначе (рис. 147).
Рис. 147. Для поддержания постоянства частоты вращения двигателя на вход управляющего им усилителя подают разность между стабильным управляющим напряжением е0 и пропорциональным скорости напряжением и, которое выдает спаренный с двигателем тахометрический генератор.
Вырабатываемое им напряжение и сравнивается с фиксированным управляющим напряжением е0; разность этих напряжений e0 — u подается на вход усилителя, выходное напряжение которого управляется двигателем. При снижении скорости двигателя управляющее им напряжение повысится, что позволит двигателю справиться с тормозящим усилием. Таким образом осуществляется автоматическое управление частотой вращения.
Для управления скоростью двигателя широко используют управляющие системы на тиратронах, о которых я тебе уже говорил; в этом случае скорость двигателя заставляют воздействовать на фазу зажигания тиратрона. Такие системы получили наибольшее распространение на заводах для управления электродвигателем различных станков: они позволяют заставить громадный двигатель вращаться медленно, но с большим крутящим моментом или наоборот с большой, но всегда строго заданной частотой вращения.
Н. — Я внимательно слушал твои объяснения, но теперь мне кажется, что моя способность восприятия или, как ты говоришь, моя форма резко ухудшается. Я полагаю, что лучше перенести продолжение нашей беседы на другой день.
Беседа шестнадцатая
АНАЛОГОВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Успех за успехом! Незнайкин построил «электронную вычислительную машину» на потенциометрах. Принцип машины безупречен, но различные нарушающие нормальную работу факторы вносят некоторую погрешность. Любознайкин объясняет ему, как устранить эти недостатки и, ловко воспользовавшись предоставившимся случаем, знакомит своего молодого друга с операционными усилителями и аналоговыми вычислительными машинами. Незнайкин хотел было сразу приступить к практической реализации своих идей, но затем решил дать приобретенным за последние беседы знаниям некоторое время, чтобы они улеглись в голове; такая систематизация знаний должна выявить оставшиеся неясными вопросы, а соответствующая консультация заблаговременно устранит возможность возникновения ошибок.
Любознайкин — А, это ты, Незнайкин! Какой гордый у тебя сегодня вид. Уж не сделал ли ты какого-нибудь нового изобретения?
Незнайкин — Изобретение, мой дорогой друг, — ничто, практическое воплощение — все. Я в самом деле горжусь электронной вычислительной машиной, которую я только что закончил.
Л. — Ах!..
Н. — Но, пожалуйста, не падай в обморок. Вот с чего все это началось. Я пошел купить потенциометры для системы управления антенной моего приятеля, а купил дешево продававшуюся по случаю небольшую партию потенциометров. Продавец сказал мне, что они отличаются исключительной линейностью, т. е. от начала до конца дорожки сопротивление между одним из неподвижных контактов и движком строго пропорциональны углу поворота осн.
23
Uвых/Uвх = k/(1 + k), где