Электроника?.. Нет ничего проще! - Эймишен Жан-Поль - Страница 29

Незнайкин — Дорогой Любознайкин, прошлый раз я забыл задать тебе один вопрос. Скажи, пожалуйста, насколько верно воспроизводят сигналы различные «суперусилители», о которых ты мне рассказывал?

Любознайкин — Точность воспроизведения прекрасная у всех систем, собранных по схеме катодного или эмиттерного повторителя и особенно у «суперэмиттерного повторителя» на двух взаимно дополняющих транзисторах, так как эта схема характеризуется глубокой отрицательной обратной связью. Само собой разумеется, что ты можешь осуществить эту верность воспроизведения лишь в том случае, если не перегрузишь схему, т. е. не заставишь ее давать на выходе наибольший ток или наибольшее напряжение, но в промышленной электронике во многих случаях линейность не является основным требованием, предъявляемым к усилителю, иногда даже наоборот…

Н. — Вот как! Так значит сигнал деформируют, полагаясь на волю случая или в силу извращенности?

Л. — Да, сигнал деформируют, но не по воле случая. Что же касается извращенности, то ты можешь и, вероятно, предложишь мне основать АЗСОПД (Ассоциацию Защитников Сигналов От Порочного Деформирования).

Н. — Надеюсь, что ты вступишь в эту ассоциацию. Но как могут деформированные сигналы создавать неискаженный звук?

Л. — На этот раз выбрось из головы свои идеи о звуковоспроизведении и музыкальности. Воспроизведение звука — одна из сфер приложения радиоэлектроники, но она никоим образом не исчерпывает всей радиоэлектроники, точно так же, как и электричество служит не только для питания электроплиток. Напряжение с выхода твоего усилителя может приводить в действие не только громкоговоритель. И если ты хочешь, чтобы оно, например, включало реле, разве напряжение обязательно должно быть синусоидальным?

Н. — Согласен. А каким деформациям ты подвергнешь сигнал?

Л. — Мы начнем с ограничения сигнала сверху, так как этот практичный метод позволяет уравнять величину сигналов с различной амплитудой. Такую задачу можно успешно решить путем использования простого диода. Как ты видишь, изображенная на рис. 53 схема пропустит на выход только положительную часть входного сигнала U_вх.

Рис. 53. Ограничитель. На выход проходит только положительная часть поступающего на вход напряжения.

Н. — Это понять легко. Но для чего понадобился здесь резистор R?

Л. — Его роль не так очевидна. Представь себе, что на выход подключают какую-нибудь нагрузку, использующую напряжение U_вых и обладающую большим сопротивлением для постоянного тока и существенной емкостью. При возрастании U_вх напряжение U_вых будет также возрастать, при этом паразитная емкость зарядится через диод Д, но выходное напряжение не сможет следовать за входным, если последнее резко снизится (даже если оно и останется при этом положительным), так как паразитная емкость не успеет разрядиться. Включив параллельно названной емкости резистор R, я устранил описанную неприятность.

Н. — Но, чтобы хорошо разрядить паразитные емкости, тебе, вероятно, целесообразно взять R с очень небольшим сопротивлением?

Л. — С одной стороны, да, но не следует забывать, что входное напряжение U_вх во время положительных полупериодов должно создавать ток в резисторе R, включенном параллельно выходу. Следовательно, нужно сделать так, чтобы потребление тока резистором R не слишком перегружало источники U_вх.

Н. — А что произойдет, если изменить полярность диода Д?

Л. — Тогда схема будет срезать положительные части сигнала, и на выход будут поступать только отрицательные части входного сигнала U_вх. А теперь я покажу тебе другой амплитудный ограничитель. По своим характеристикам он уступает уже описанному, но иногда его все же приходится использовать; схема этого ограничителя приведена на рис. 54. Ты легко поймешь, как он работает.

Рис. 54. Ограничитель с параллельно включенным диодом, замыкающим накоротко цепь для отрицательной части входного напряжения.

Во время положительных полупериодов входного сигнала U_вх диод Д заперт и напряжение U_вх поступает на выход (через резистор R). Во время отрицательных полупериодов сигнала U_вх диод Д открыт и играет роль короткозамыкателя — напряжения на выходе нет. В принципе резистор R и диод Д работают как делитель напряжения, один элемент которого (Д) может иметь бесконечно большое или равное нулю сопротивление[11].

Н. — Это объяснение, очевидно, относится и к первой схеме. За исключением перемены мест диода и резистора схемы идентичны, и я не понимаю, почему второй ограничитель кажется тебе хуже первого.

Л. — Сейчас ты это увидишь. В схеме на рис. 53 во время положительных полупериодов сигнала U_вх (а меня интересуют только эти полупериоды, потому что отрицательные срезаются) источник U_вx подключается практически непосредственно на выход, так как ток проходит по диоду Д, обладающему малым сопротивлением. А в схеме на рис. 54 во время положительных полупериодов сигнала U_вх между входом и выходом находится резистор R. Все происходит так, как если бы увеличилось внутреннее сопротивление источника U_вх, а я тебе уже объяснил, насколько вредно повышение внутреннего сопротивления источника — оно может исказить форму сигналов.

Н. — Теперь я тебя совсем не понимаю! Только что, срезав все отрицательные полупериоды, ты сам ужасно деформировал сигнал, а теперь кажется боишься какой-то другой деформации?

Л. — Как ты говоришь, я «ужасно» деформировал сигнал, но это мне было нужно, чтобы, например, убрать отрицательные полупериоды. Это не означает, что мне обязательно требуется изменить также и форму положительных полупериодов: они могут являться необходимыми мне положительными синхронизирующими импульсами. Именно поэтому я сожалею о наличии в схеме на рис. 54 последовательно включенного резистора R.

Я не могу сильно уменьшить сопротивление резистора R, так как для хорошего срезания отрицательных полупериодов оно должно быть большим по сравнению с динамическим сопротивлением диода.

Н. — Должно быть это несложно, ведь проводящий диод накоротко замыкает цепь.

Л. — Это было бы слишком хорошо! Даже у самых хороших полупроводниковых диодов внутреннее динамическое сопротивление практически не бывает меньше 50 или даже 100 ом. А вакуумный диод с динамическим сопротивлением меньше 300 ом большая редкость. Я показал схему для того, чтобы позволить тебе сделать двухуровневый ограничитель. Взгляни на схему рис. 55.