Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы
Вы уже знаете, что соединение с общей «землей» (металлическое шасси, монтажная шина) имеет свое условное обозначение — небольшой черный прямоугольник. Разумеется, все прямоугольники «земля» на одной и той же схеме нужно представить себе соединенными единым, общим проводом. Научиться прослеживать электрические цепи, которые проходят через «землю», может быть, и не очень просто, но научиться этому необходимо для всякого, кто хочет читать радиосхемы.
На листках А, Б, В, Г рис. 79 показано несколько вариантов одной и той же схемы. Первый из них (листок А) нам уже хорошо известен — это типичный усилитель по схеме ОЭ, элементы которого встречались на рис. 75 и на рис. 78. В качестве пояснения к схеме отдельно изображены цепи постоянного тока (листок а") и переменного тока (листок а') этого усилителя. На листке Б вы видите другое изображение предыдущей схемы: вместо общего провода, соединенного с «плюсом» коллекторной батареи, изображено несколько соединений с корпусом, несколько заземлений.
Рис. 79. Общий провод, к которому подключаются многие элементы схемы, часто называют «землей».
На примере схем А и Б легко проследить пути перехода от одного способа изображения общего провода к другому. Но, конечно, не в этом состоит наша главная задача. Она прежде всего сводится к тому, чтобы показать, как один и тот же элемент может быть заземленным по переменному току и не быть заземленным по постоянному.
На листке В приводится еще один вариант той же схемы, хотя на практике почти и не встречающийся, но для учебных целей очень удобный. В этом варианте заземлен не «плюс», а «минус» батареи, и поэтому эмиттер, который должен быть соединен с «плюсом», уже нельзя заземлить по постоянному току. Но по переменному току эмиттер по-прежнему остается заземленным — он соединен с «землей» («корпусом») через конденсатор Сф. Поэтому, как и прежде, остаются заземленными источник сигнала и резистор Rн~. В схемах А и Б они соединялись с эмиттером непосредственно или через «землю» («корпус»), а в схеме В соединение этих элементов с эмиттером осуществляется через «землю» и через конденсатор Сф.
Обратите внимание вот на что: вместо «плюса» батареи мы заземлили «минус», и это повлекло за собой целый ряд изменений. Пришлось заземлить верхние концы резисторов Rб и Rн, отключить от «земли» эмиттер. Но резистор Rн~ и источник сигнала как были заземленными, так и остались — постоянный ток по этим элементам вообще не идет, а переключение полюсов батареи касается только цепей постоянного тока.
Может быть, кому-нибудь наши опыты по распутыванию запутанных схем кажутся скучными. Не станем против этого возражать. Есть люди, которые считают, что самое интересное в мире дело — это раскладывание пасьянса, а другим расшифровка языка дельфинов представляется интересным занятием. Не будем открывать дискуссию по этому поводу, не будем спорить о том, от какой работы человек получает наибольшее удовлетворение. Отметим лишь со всей определенностью, что, не научившись разбираться в схемной путанице, вы никогда не освободитесь от страха перед электронной аппаратурой, не почувствуете, что электроника — это действительно очень просто.
В заключение еще один вариант нашей схемы (листок Г), где заземлен не «плюс» батареи и даже не ее «минус», а сам коллектор. Это, однако, не означает, что вместо схемы ОЭ мы получили ОК — источник сигнала как был включенным между эмиттером и базой, так и остался (его нижний вывод для этого пришлось отключить от «земли», куда теперь присоединен коллектор), в то время как в схеме ОК источник сигнала должен быть включен между базой и коллектором. Легко обнаружить сходство с двумя предыдущими схемами и для всех остальных цепей постоянного и переменного тока.
Если вы знаете буквы и умеете читать, то прочтете любое слово, как бы оно ни было написано — слева направо, сверху вниз или даже «вверх ногами». Разбирая радиосхемы, часто приходится решать задачи, напоминающие чтение «вверх ногами».
Существует множество вариантов размещения на схеме-чертеже деталей одной и той же электрической цепи. И не всегда просто узнать в том или ином начертании схем своих старых добрых знакомых. К сожалению, нельзя дать простые рецепты, как привести незнакомую, казалось бы, схему к знакомому виду, — это дело времени, опыта и сообразительности.
В качестве первой и сравнительно легкой тренировки попробуйте рассмотреть три упрощенные схемы ОБ, ОЭ, ОК на рис. 80 несколькими разными способами. На этом рисунке отличие схем одного «семейства» только в том, как расположены детали на самом чертеже,
Рис. 80. Разное расположение деталей при вычерчивании одной и той же схемы может создать впечатление, что на рисунке разные схемы.
Освоившись с приемами, пусть самыми простыми, разделения и объединения цепей постоянного и переменного тока, мы сделали очень важный шаг в познании общих свойств, общих методов построения транзисторных усилителей. Очень важный шаг, но, к сожалению, еще не последний.
НАША ЦЕЛЬ — ОПТИМИЗАЦИЯ
Проблема, с которой приходится сталкиваться во всех без исключения транзисторных усилителях, и не только в транзисторных и даже не только в усилителях, — это проблема согласования генератора с нагрузкой. Здесь оба понятия — «генератор» и «нагрузка» — имеют самый широкий смысл. Генератор — это любое устройство, любая электрическая цепь, которая отдает энергию. Нагрузка — любое устройство, любая цепь, которая эту энергию потребляет. Генератором является, например, микрофон, а его нагрузкой — входная цепь транзистора, к которой этот микрофон подключен. Генератором является и выходная цепь транзистора, работающего на громкоговоритель или какую-либо другую нагрузку.
Количество энергии, которое генератор передает нагрузке, зависит не только от того, кто дает энергию, но и от того, кто ее берет. То, что генератор может в принципе отдать, например, 100 вт, еще совсем не означает, что нагрузка эти 100 вт сможет у него отобрать. И напряжение, которое генератор создаст на нагрузке, и ток в цепи, а поэтому и мощность, которую нагрузка получит от генератора, — все это зависит от того, насколько они будут согласованы, а конкретно — от того, насколько согласованы собственные сопротивления Rн и Rг нагрузки и генератора.
Проблема согласования генератора с нагрузкой, согласования источника энергии с ее потребителем, имеет весьма общий и, если хотите, даже философский смысл. Рассказывая об этой проблеме, можно было бы привести немало интересных примеров из самых разных областей. Можно было бы, например, вспомнить, что мощность, которую развивает автомобильный двигатель, используется тем лучше, чем больше грузов везет автомобиль, но что перегружать машину бессмысленно. Можно было бы вспомнить и о том, что польза, которую приносит человек-работник, зависит не только от его сил и способностей, но еще и от подобранной работы. Слишком легкое дело и делать неинтересно, и толку от этого мало. Но в то же время вы вряд ли принесете пользу, взвалив на себя работу не по плечу, взявшись за дело, в котором ничего не понимаете.
Важность согласования генератора с нагрузкой можно было бы показать и на других примерах, взятых из техники, экономики, политики, взятых из самой жизни. Но мы не будем уходить в столь далекие области и обсудим проблему согласования на более простом примере — на примере обычной электрической лампочки.
Если вы спросите у продавца электромагазина, чем отличается лампочка на 60 вт от лампочки на 40 вт, то он хотя и обидится за праздный вопрос, но все же ответит (такая уж у продавца работа): лампочки отличаются тем, что одна горит значительно ярче другой. Но давайте попробуем не удовлетвориться таким ответом, а выяснить, почему лампочка на 60 вт горит ярче, чем лампочка на 40 вт, по каким своим характеристикам отличаются лампочки. И пусть об этом отличии расскажут не слова «ярче» или «слабее», а цифры.
Прежде всего договоримся, что к обеим лампочкам во всех случаях жизни подводится одно и то же напряжение, скажем для круглого счета, 120 в. Ясно, что, для того чтобы при одинаковом напряжении отобрать из электрической сети разную мощность, нужно пропустить через лампочки разный ток. Из известного выражения для мощности нетрудно вывести и формулу для подсчета этого тока I = P:U (Воспоминание № 4).
Теперь подсчитаем, что через сорокаваттную лампочку идет ток около 0,33 а (40:120 ~= 0,33), а через шестидесятиваттную 0,5 а (60:120 = 0,5). А то, что при одном и том же напряжении через лампочки идет разный ток, может означать только одно: лампочки имеют разное сопротивление. Выполнив простейший расчет по одной из формул закона Ома (R = U:I), найдем, что сопротивление сорокаваттной лампочки около 360 ом (120:0,33 ~= 360), а сопротивление шестидесятиваттной лампочки 240 ом (120:0,5 = 240).
