Текст книги "КВ-приемник мирового уровня? Это очень просто!"

Автор книги: Александр Кульский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 23 страниц)

Кульский Александр Леонидович
«КВ-ПРИЕМНИК МИРОВОГО УРОВНЯ? ЭТО ОЧЕНЬ ПРОСТО!»

Посвящается моему сыну – Леониду, будущему электронщику.

Характеристика персонажей

«Незнайкин»

Современный парень 16 лет. Уважает спорт, увлекается REPom, любит компанию. Но совершенно «балдеет» от современной электроники. Может часами торчать в компьютерных маркетах. Когда соприкасается с видеотехникой, не подходи! Никого не видит, ничего не слышит и, практически, ничего не воспринимает!

Плейер в кармане куртки – это обязательно! Мечтает о видеокамере, но только вот с финансами пока туговато.

Если совершенно честно, то с техническими знаниями тоже не слишком! При всем при том быстро схватывает все новое. Очень хочет понять, как устроена и работает современная техника. Да вот читать «скучные» профессиональные книги – нет уж, увольте!

«Аматор»

Иначе говоря – радиолюбитель. Недавно вернулся из армии. Сейчас ему 21 год. Некоторое время работал монтажником радиоаппаратуры на заводе. Подрабатывает починкой телевизоров (естественно, отечественных), магнитофонов (обычных) и всякого рода электробытовых приборов. Мечтает в будущем открыть свое «дело». Но чтобы оно, так или иначе, было связано с электроникой. Часами сидит над схемами. Вдумчив, достаточно серьезен, хотя, безусловно, человек с юмором. Порой саркастичен. В компаниях общителен, любит каламбуры. Второе хобби – история. Поэтому, если он прибегает иногда к историческим аналогиям – не удивляйтесь!

«Спец»

Живет в том же доме, что и упомянутые выше друзья. Пользуется уважением, поскольку из своих 42 лет жизни – не менее 24 отдал радиоэлектронике. Он, если хотите, «рос» вместе с ней. В свое время закончил факультет радиоэлектроники Киевского Политехнического института. Много лет работал в качестве разработчика электронных блоков и узлов специального назначения.

К «Незнайкину» и «Аматору» относится с симпатией. И, нужно сказать, друзья отвечают ему тем же. Поэтому, когда какой-нибудь прибор слишком уж упрямится, то «Аматор», частенько, вздохнув, тянется к телефону, чтобы набрать номер «Спеца»… А поскольку «один ум хорошо, а два ума – лучше», то борьба с техникой всегда заканчивается в пользу человечества.

Часть I
ВСТРЕЧИ И БЕСЕДЫ

Глава 1. Досужий разговор

«Незнайкин»: Привет, дружище! Ну как твоя простуда? Все еще никуда не выходишь? А зря, а зря…

«Аматор»: Взаимный привет! Простуда выветривается! На данный момент, как видишь, веду оседлый образ жизни! А насчет зря или не зря – что за приколы? И почему, собственно, зря?

«Н»: Приколи! Иду, значит, я себе по улице. Хопа, зырнул, а там – магазин новый открылся! Компьютерный! Фирмовый! Ну я туда и вошел! А там, гляжу, «Ноутбуки» и «Пеньки» в ряд, новейшие модели. CD – ну вообще! Видаки, ну я так и засел! А качество, а сделано!.. Платы, там, разные, фирмовые, продаются! А дальше у них полки до потолка, телики клевые! Цвет!.. Качество изображения – ну вообще атас! Видеокамеры, центры!.. Плейера, батарейки, там, разные, фирмовые… Ну, смотрятся!..

«А»: Тих, тих, тих… Сбавь темп. Не грузи так мою простуженную голову! Давай помалу. Я так понял, что ты был в том самом навороченном электронном маркете, куда мы, было, собирались заглянуть вместе?

«Н»: Ну-да!..

«А»: «Пеньки» в переводе на обычный язык – это «Пентиумы» вторые и третьи. Я все четко понимаю?

«Н»: Да, ты все четко понял!

«А»: Твой язык, Незнайкин, настолько сочный, что я почти как побывал там вместе с тобой!..

«Н»: Издеваешься?… Да я тебе и десятой доли того, что там видел, не рассказал!

«А»: А вот здесь, дружище, ты слегка не прав! Я, понимаешь, предпочел бы, чтобы ты рассказывал мне об увиденном с использованием хоть каких-то технических терминов! А без них, ты, ну при всем желании, не расскажешь мне и тысячной доли о тех технических новинках, которые ты видел только за стеклом и на расстоянии!

«Н»: Да я и сам хотел бы узнать больше! Ну, нравятся мне все эти приколы, вся эта техника! Но, ты ж понимаешь, стоит она ой, сколько! Ну нет у меня таких бабок! Были бы – все бы купил! Вот было бы классно!

«А»: Ну ладно, не причитай! А вообще-то давай поговорим. Ты ведь уже в девятом классе! Техникой, вон, шибко интересуешься!.. Это правильно! Нет вопросов! Здесь я тебя приветствую. Но, Незнайкин, ведь техника – это не только красивые витрины! Неужели тебе не хочется всю эту электронику знать и понимать?

«Н»: Ну-ты, вообще! Нормально? Я вон говорил с одним!.. Тоже стоял все, смотрел… Так он говорил, что нам уже их электронику нипочем не догнать! Рассказывал, что япошки, например, на вопрос какого-то профессора, на сколько лет мы отстали, вообще сказали, что навсегда! Ну что, не так разве?

«А»: Да я недавно коснулся этой темы в разговоре со Спецом! Так ты его знаешь, он в нашем доме живет! Отличный мужик. Умница. Электронику здорово просекает! Так вот он как-то заметил, что все не так плохо! Да, мы сильно отстали! И по компонентам тоже. А, главное, в схемотехнике. Ты понимаешь, заводы ведь стоят! И потом, даже когда работали, ну разве можно было сравнить, например, телевизоры PHILIPS, SONY, SHARP, PANASONIC, DAEWOO и наши?

«Н»: Вот видишь! Так чего же твой Спец утверждает, что все не так плохо? Ну я, конечно, не Спец, но хорошего что-то не секу!

«А»: А ты не спеши!.. Я тоже, как услышал эти слова Спеца, так очень даже удивился и переспросил. А он говорит, что японская, американская, голландская и прочая забугорная электроника не на Центавре клепались. А на нашей родной планетке! А, значит, всю эту электронику можно и нужно изучать, осваивать. Подтягиваться к этому уровню. Кстати сказать, другого выхода нет. Ну чего скис? Есть вопросы?

«Н»: Есть!.. Я как-то в библиотеке нашел одну книжонку. Истрепанную, как тряпку. Зачитанную до дыр. Ну раскрыл, ну посмотрел. Так там автор все очень классно рассказывал! О радио, о телевизорах. Начал было читать, да отложил. Очень клевая книга! Подожди, как она называлась? Дай бог памяти! «Простое радио»? Нет. «Просто радио»? Тоже нет.

«А»: Не напрягайся так! Расслабься! Так сосредоточенно думать – вредно для здоровья! А может она называлась «Радио – это очень просто!»?

«Н»: Точно, ну ты в самую точку попал! Именно «Радио – это очень просто!». А ты что, тоже ее знаешь?

«А»: Само-собой. Мне ее когда-то Спец показывал. Говорил, что написана отлично! Однако безнадежно устарела! Я как раз об этом со Спецом, перед тем как свалиться с гриппом, говорил.

«Н»: Ну и что он еще говорил?

«А»: А много всего интересного! Профессионал! А это, Незнайкин, что-нибудь да значит. Сказал он, между прочим, что электроника нуждается в значительном количестве людей, которые в ней разбираются. В общем, меня он уговорил почти что!

«Н»: Так ты что, в институт поступать собираешься?

«А»: Ну, это уж как получится! Загадывать не любил и не люблю. Помнишь, что О. Бендер сказал?

«Н»: Он, кажется, сказал: «Судьба играет человеком, а человек играет на трубе!» Нет?…

«А»: Все правильно, Незнайкин. Именно эту его фразу я и имел в виду!..

«Н»: Слушай, а ты как скоро опять будешь беседовать со Спецом?

«А»: А вот завтра – послезавтра выходить начну. Спрошу у Спеца, когда он посвободнее будет и пойду на разговор.

«Н»: Слушай, а может ты меня тоже прихватишь? Понимаешь, ведь я совсем не против об электронике послушать…

«А»: Ну ты, Незнайкин, даешь! Может думаешь, что мы там «вообще» разговариваем? Нет, дорогой, у нас разговоры специфические! Ты там, со своей подготовкой, как мебель сидеть будешь! Слова не сможешь вставить! А я, как ты знаешь, к тебе очень неплохо отношусь! Поэтому подставлять ни тебя, ни себя не собираюсь! Ты уж не взыщи!..

«Н»: Ладно, все понятно! Не хочешь! Ну извини!.. Я пойду!

«А»: Да погоди, Незнайкин! Нормальный ты парень, только, гляжу, обидчивый очень… А чего, собственно, обижаться? На что?

«Н»: Ну что я вашему разговору так сильно помешаю? Я просто хотел тихонько посидеть, послушать… Интересно ведь!

«А»: Ладно, как говорят в Одессе: «Слушай сюда!». Я ведь и не думал отказывать тебе в твоей просьбе!

…Но пойми, что в том виде, какие они есть на сегодняшний день, твои знания для серьезного технического разговора совершенно недостаточны! Поэтому я предлагаю следующее. Вон там, на столе бумага, ручка… Бери то, бери другое, садись сюда и, помолясь Богу, начнем! Полагаю, что через несколько встреч ты уже вполне созреешь для подобных бесед со Спецом.

«Н»: А с чего начнем?

«А»: Да с самого начала!.. И, прежде всего, с основ электричества!..

«Н»: Ну, тогда, будь так добр, излагай…

«А»: Как ты, безусловно, знаешь, все вещества состоят из атомов. Атомы, в свою очередь, имеют сложное устройство. И даже очень. В середине атома расположено ядро…

«Н»: …Вокруг которого вращаются электроны. Которые заряжены отрицательно. А само ядро заряжено положительно. Обычно эти заряды равны…

«А»: Нормально! Добавлю, что разные атомы имеют разное количество электронов. А, следовательно, различный заряд ядра. А отсюда – различную массу и размеры… На уроках химии вам должны были все это рассказывать…

«Н»: Да нам и рассказали! Кстати и о том, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Что заряд электрона мало того, что всегда отрицательный… Его нельзя ни увеличить, ни уменьшить! И еще то, что при одинаковом по величине, но не по знаку, заряде электрона и протона, их массы отличаются почти в 2000 раз!

«А»: Точнее, в 1800 раз. Но это сейчас не важно! Ну, давай дальше!..

«Н»: Ну, что дальше… Изучали молекулы. Химические реакции… Таблицу Менделеева. Рассказывали об электронных оболочках и все такое…

«А»: А насчет кристаллических решеток говорили что-нибудь?

«Н»: Само-собой!

«А»: А что же представляет собой электрический ток?

«Н»: Движение электронов…

«А»: Соберись, Незнайкин! Сосредоточься! Где и как движутся электроны, образуя электрический ток?

«Н»: В куске металла. Например меди, железа… Даже серебра и золота… Ядра у атомов массивные, они остаются в узлах кристаллической решетки, а электроны маленькие и легкие, поэтому они свободно движутся внутри кристалла…

«А»: Все правильно, но ведь я спрашивал, Незнайкин, об электрическом токе! А нюанс здесь такой… Электроны, действительно, беспорядочно движутся внутри кристалла. И скорость их довольно велика. Она зависит, в значительной степени от температуры кристалла. При комнатной температуре средняя скорость электронов составляет несколько метров в секунду! Но представим себе некий кусок металла в виде отрезка проволоки, например, медной… Впрочем, давай лучше изобразим это на рисунке (рис. 1.1). Смотри, Незнайкин, мы как бы условно рассекли отрезок медной проволоки (1) плоскостью, которую я обозначил, как (2)…

«Н»: А что означают эти кружочки, снабженные стрелками?

«А»: Да только то, что кружочки – это электроны. А стрелки представляют из себя ВЕКТОРЫ, иллюстрирующие тот факт, что средняя скорость электронов примерно одинакова при данной температуре. А вот направление движения – неупорядоченное, хаотическое. А это значит, что за некоторую единицу времени, например, за ОДНУ СЕКУНДУ количество электронов, которые пересекли плоскость справа-налево и слева-направо – ОДИНАКОВО! Иными словами, Незнайкин?…

«Н»: Я почему-то думаю что в этом случае никакого тока не будет!.. Или я ошибаюсь?

«А»: Ты совершенно прав! Если количество электронов, которые пересекли плоскость с различных сторон за единицу времени – одинаково, то в этом случае говорить об электрическом токе просто не приходится!

«Н»: Ну, а как же появляется электрический ток? Можно ли себе его как-то представить и что для этого необходимо сделать?

«А»: Для начала, просто вернуться к нашему рисунку. Правда, слегка модернизировав его (рис. 1.2).

«Н»: Привет, а что это за маленькие пунктирные стрелки появились?

«А»: А это признак появления некоторой дополнительной составляющей средней скорости. Да, это именно дополнительная составляющая средней скорости КАЖДОГО из свободных электронов кристаллической решетки! Ну а правило сложения векторов, Незнайкин, ты знать просто обязан… Итак…

«Н»: А я и знаю! Не зря по геометрии «пятерку» схватил! Выходит, что средние скорости электронов, которые движутся на рисунке слева-направо, будут БОЛЬШЕ, чем средние скорости электронов, которые движутся справа-налево! Так?

«А»: Ну, Незнайкин. молоток! И какой вывод ты из этого можешь сделать?

«Н»: Да только один! Количество электронов, которые пересекут плоскость (сечение) в направлении слева – направо, будет БОЛЬШЕ, чем количество электронов, которые за то же время пересекут эту плоскость в направлении справа-налево!

«А»: Точно так! То есть в этом случае мы можем смело утверждать, что имеем дело с электрическим током! Кстати, учти, что для простоты картины я нарисовал пунктирные стрелки со значительным нарушением масштаба! В действительности, абсолютные величины векторов, характеризующих средние скорости хаотического движения, в десятки раз превышают абсолютные величины векторов, обозначенных пунктиром!

«Н»: И какой же при этом получается электрический ток? Наверное, очень малый?

«А»: Представь себе, что как раз далеко не малый! Правда, на нашем идеализированном рисунке изображены только шесть электронов, в то время как их, например, в куске обыкновенной меди…

«Н»: Постой, я припоминаю, что нам рассказывали, что в каждом грамме металла, содержится не то 10²¹ не то 10²² атомов! И даже если каждый атом обеспечит только один свободный электрон, который способен «путешествовать» внутри кристалла, то это будет…

«А»: Расслабься дружище! Я тоже не помню точного числа атомов в грамме металла, но это сейчас абсолютно неважно. А важно то, что даже, скажем, 10²⁰ атомов – это ведь сто миллиардов миллиардов! Проволока – медная. Значит, каждый атом обеспечивает два электрона, которые могут перемещаться в кристалле! Поэтому нам более важно сейчас некое иное число.

«Н»: Это какое же?

«А»: Могу сказать! Это – 6,28 на 10 в восемнадцатой степени! Именно такое количество электронов содержит в себе электрический заряд, равный ОДНОМУ КУЛОНУ! А теперь запомни, что если через поперечное сечение проводника, а в качестве такового сейчас выступает кусок обыкновенного медного провода, проходит ОДИН КУЛОН электронов В СЕКУНДУ, то говорят, что по этому проводнику течет ток, равный ОДНОМУ АМПЕРУ! Вопросы есть?

«Н»: Естественно… Ты употребил слово – проводник. Я полагал, что это чисто железнодорожный лексикон…

«А»: Ты неправильно полагал!.. Но ты совершенно правильно сделал, что заострил на этом внимание! Все вещества в природе, с точки зрения электротехники и электроники делятся на три основные категории. А именно: ПРОВОДНИКИ, ДИЭЛЕКТРИКИ (иначе – ИЗОЛЯТОРЫ) и ПОЛУПРОВОДНИКИ. И, поверь мне на слово, мы к этому вопросу будем возвращаться еще не раз!

«Н»: Верю… И согласен подождать… Но ты ничего не сказал о том. по какой причине мы вправе были пририсовывать пунктирные стрелки к электронам на рисунке? А главное, почему они направлены СТРОГО В ОДНУ СТОРОНУ?

«А»: Верно сказано!.. Ну тогда, маэстро, позвольте предложить Вашему вниманию еще рисунок (рис. 1.3)?

«Н»: Отчего же… Извольте… Так, приехали… А это еще что за «Мистер Икс»?

«А»: Поскольку в школе ты еще не добрался до раздела «Электричество», я позволил себе «дополнить» наши научные рассуждения вот этим самым персонажем. Тем более, что это исключительно серьезный персонаж, несмотря на его улыбку.

«Н»: А в чем заключается его роль?

«А»: А именно в том, что «Мистер Икс» обеспечивает нам возможность, а значит и право, пририсовывать к электронам пунктирные стрелки. Иначе говоря, «Мистер Икс» является той СИЛОЙ, тем самым источником, которая ГЕНЕРИРУЕТ ТОК в проводнике! Не зря я пририсовал слева от него МИНУС, а справа ПЛЮС!

«Н»: А это принципиально?

«А»: Безусловно!.. Ты ведь, очевидно, слышал, что одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные – притягиваются! Поэтому направление результирующих составляющих средних скоростей электронов может быть таким, как представленно, только в том случае, если у «Мистера Икс» и ПЛЮС и МИНУС расположены именно так, как показано на рисунке! Поскольку, если их поменять местами, то…

«Н»: …Направление электрического тока изменится на противоположное!

«А»: Верно! И, кстати, Незнайкин, интересная вещь… Хаотические скорости электронов в кристалле, как мы выяснили, имеют порядок метров в секунду!

«Н»: Тогда получается, что упорядоченная составляющая соответствует всего лишь сантиметрам в секунду?

«А»: Именно так! ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, генерируемое «Мистером Икс», обеспечивает каждому электрону постоянную составляющую, имеющую величину не более единиц сантиметров в секунду даже при очень сильных электрических полях!

«Н»: Тогда я что-то не могу взять в толк… Получается, что скорость электрического тока всего десятки сантиметров в секунду?!..

«А»: Ну, дружище, на этот раз не только в яблочко, а вообще в мишень не попал! Иначе говоря – мимо цели! Да если бы дело обстояло так, то не имело бы человечество не только электронных чудес, но даже обыкновенной электрической лампочки! Поскольку ток шел бы к нам от электростанции недели, а то и месяцы! Не боись. Природа щедра! Действительно, избыточная составляющая скорости электронов, которую они приобретают при участии «Мистера Икс» – не более единиц сантиметров в секунду! Но вся штука заключается в том, что в различных участках проводника (проволоки) электроны начинают двигаться, практически, одновременно! Даже если эта проволока имеет длину сотни или тысячи километров! Электрическое поле сообщает вышеупомянутое приращение составляющей средней скорости каждому электрону ПОЧТИ ОДНОВРЕМЕННО!

«Н»: То есть с бесконечной скоростью?

«А»: Ну-ну, дружище, не так круто!.. Скорость распространения электрического поля в проводнике составляет величину порядка ДВУХСОТ ТЫСЯЧ КИЛОМЕТРОВ В СЕКУНДУ, что несколько меньше скорости света в вакууме! Вот почему на рисунке я изобразил толстой стрелкой НАПРАВЛЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ на все свободные электроны в кристалле.

«Н»: А тебе не кажется, что пора бы сорвать маску с «Мистера Икс»? Что он вообще из себя представляет? И как его настоящее имя?…

«А»: Иными словами, «Кто вы, доктор Зорге?» Ответ прост! «Я – Шаповалов Т.П.!»

«Н»: Ценю твой юмор! Но, видите ли?…

«А»: «… Достаточно, расстрелять, следующий…» Ладно, шутки в сторону!.. «Мистер Икс», Незнайкин, является ничем иным, как ИСТОЧНИКОМ ТОКА! Этот источник, как оказывается, способен сообщать, посредством генерации электрического поля, избыточную скорость свободным электронам. Двигаясь по ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ, эти электроны СПОСОБНЫ ВЫПОЛНЯТЬ НЕКОТОРУЮ РАБОТУ! Поскольку, ВНИМАНИЕ, абсолютная величина пунктирных стрелок находится в прямой зависимости от источника тока! Или, если угодно, от генератора электрического поля. Так вот, любой источник (или генератор) электрического поля характеризуется величиной ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ, которую он посредством генерируемого электрического поля сообщает перемещаемым по цепи электрическим зарядам.

«Н»: А что представляет собой электродвижущая сила? Чем она характеризуется?

«А»: Электродвижущая сила (или ЭДС) характеризуется единицей измерения, которая называется – ВОЛЬТ!

«Н»: Знаешь, я все это, лучше, запишу…

«А»: Запиши, это не помешает. Кроме того, наглядность – это сила! Кстати, запомни, что при перемещении электрического заряда в 1 КУЛОН, источник тока выполняет работу в 1 ДЖОУЛЬ. Но только в том случае, если этот источник обладает ЭДС в 1 ВОЛЬТ!

«Н»: А если его ЭДС, например, пять вольт?

«А»: Тогда выполненная работа соответствует ПЯТИ ДЖОУЛЯМ! Кстати, один джоуль – это работа по поднятию груза весом в 109 грамм на высоту в ОДИН МЕТР!

«Н»: Ты употребил еще такое выражение, как «электрическая цепь». Верно? Объясни, что это такое?

«А»: Смотри, Незнайкин и слушай… Источник тока, а им может быть, например, батарейка, аккумулятор, солнечный элемент и т. д., уже сам по себе, в силу внутренних, порой очень сложных электрических процессов, на своих внешних выводах (или электродах) имеет некоторую разность электрических состояний. А это и есть ЭДС! Но когда мы соединяем какой-либо проводящей системой эти электроды, по этой системе начинает протекать электрический ток. Так вот, эта внешняя, проводящая электрический ток, система именуется ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПЬЮ.

«Н»: Ты бы попроще! Я же тебе не Спец… Не отрывайся от земли.

«А»: Ладно, не бурчи… Соедини выводы батарейки лампочкой и вот тебе простейшая электрическая цепь! Ток идет, лампочка светит! Красота! Кстати, как ты думаешь, что будет характеризовать такая вот дробь:

ЭДС/Ток =?

«Н»: …Если не ошибаюсь, эта величина называется – СОПРОТИВЛЕНИЕ?

«А»: Ты не ошибаешься! Заодно, раз уж об этом зашел разговор, давай переходить на стандартную, международную систему электротехнических символов. В ней вышеприведенная формула запишется так:

U/I = R.

Здесь R – сопротивление, U – напряжение, I – ток.

Запомним еще, что:

1 вольт = 1000 милливольт = 1000000 микровольт (мкВ);

1 ампер = 1000 миллиампер = 1000000 микроампер (мкА);

1 Ом = 0,001 килоом = 0,000001 мегаома (МОм).

Или, что более привычно:

1 МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.

«Н»: А больше никакие единицы для токов, напряжений и сопротивлений не применяются?

«А»: Напротив, достаточно часто применяются. Да вот, например:

1 микроампер = 1000 наноампер (нА) = 1000000 пикоампер (пА);

1 гигаом (ГОм) = 1000 мегаом = 1000000 кОм = 1000000000 Ом;

1 киловольт (кВ) = 1000 вольт.

Полагаю, что вышеперечисленными единицами мы с тобой вполне обойдемся. Ну вот, а теперь прошу вопросы.

«Н»: Неужели вся электроника, по большому счету, базируется на применении закона Ома, как это мне приходилось слышать?

«А»: Один широкоизвестный литературный герой произнес фразу, которая как нельзя более кстати подойдет в качестве краткого ответа на поставленный тобой вопрос. Вот она: «Ни в коем случае и никогда!» И хотя закон Ома прочно лежит в фундаменте электроники, но только как ОДИН из ее краеугольных камней! И потом, в представленном виде, закон Ома описывает только цепи постоянного тока.

«Н»: А какие еще бывают цепи?

«А»: В общем случае – частотно-зависимые цепи переменного тока! А там и математическое описание, и физическая суть много сложнее! Но… давай торопиться медленно.

«Н»: А мы уже в состоянии перейти к рассмотрению цепей переменного тока?

«А»: Да еще не совсем, дружище! Нам еще осталось рассмотреть так называемое параллельное и последовательное соединение. И еще кое-что исключительно важное для понимания сути происходящих процессов… Вот мы говорили об электрической цепи и упоминали об электрической лампочке. Давай теперь изобразим это на бумаге.

«Н»: Только я сам нарисую! У тебя там где-нибудь не найдется лампочки?

«А»: Зачем она тебе?

«Н»: Да чтобы изобразить ее на рисунке, конечно же!

«А»: Да, но для этого совершенно необязательно заканчивать художественный институт! Весь мир уже много десятилетий как изображает электротехнические цепи любой сложности с помощью условных обозначений! Вот я зарисовал несколько простейших цепей. Смотри (рис. 1.4)!

«Н»: Где-то я уже что-то подобное видел. Слева, очевидно, изображена цепь с электрической лампочкой. Верно? А справа я не знаю. И потом, что это за разрыв в цепи?

«А»: Верно, слева обозначена цепь обыкновенного карманного фонарика. Она как видишь, может быть реализована с помощью всего трех элементов! Собственно лампочки, изображенной в виде кружка с двумя заштрихованными секторами, батарейки и выключателя, который ВСЕГДА изображается в виде разрыва цепи. То есть в выключенном состоянии.

«Н»: Понял. С левым рисунком вопросов нет…

«А»: И последнее… Никогда не называй подобные изображения рисунком! Ни простые, ни сложные! Тебя «не поймут»! Так как это не принято ни в электротехнике, ни в электронике. Только – ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ! Усек?

«Н»: Вполне! Так что же за элемент изображен справа?

«А»: А самое обыкновенное электрическое сопротивление, о котором мы уже говорили! То самое R!. Кстати, в электронике этот элемент именуется исключительно – РЕЗИСТОР!

«Н»: А для чего он нужен? Ведь, как я понял, он не светит и не греет?

«А»: Светить, он конечно, не светит! А вот относительно того, что он не греет, согласиться с тобой никак нельзя! А ну давай-ка этот рисуночек, то есть я хотел сказать – эту принципиальную электрическую схему нарисуем отдельно (рис. 1.5)!

«Н»: Эта стрелка, судя по всему, должна символизировать прохождение электрического тока. Так?

«А»: Так! Закон Ома мы с тобой уже усвоили. Потому ответь мне, что это значит, если, на резисторе R имеет место падение напряжения, равное U? И, кроме того, через этот резистор течет ток, равный I?

«Н»: Постой!.. Какое падение?

«А»: Ах да, я забыл упомянуть, что выражение «падение напряжения» эквивалентно выражению «между выводами резистора А и В приложено напряжение U». В данном случае, когда замкнута электрическая цепь, все напряжение, которое вырабатывает батарейка (она же ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ) приложено к выводам резистора А и В. Но мы отвлеклись, а ты так и не ответил на мой вопрос!

«Н»: Ну, это, очевидно, просто значит, что через соответствующий резистор течет и соответствующий ток!..

«А»: Не догоняешь, Незнайкин! Это значит слегка больше, чем ты думаешь! А именно, что ПРОИЗВЕДЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ соответствует ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, которая, выделяясь на данном резисторе, преобразуется в ТЕПЛОТУ!

I x U = Р;

1 АМПЕР х 1 ВОЛЬТ = 1 ВАТТ!

Говорят также, что если по резистору R протекает ток I, то выделяется электрическая мощность, равная:

I² x R = Р.

«Н»: И это все, на что способен резистор?

«А»: Далеко не все! А теперь, Незнайкин, я жду от тебя разумных пояснений относительно принципиальной схемы, которую предлагаю твоему вниманию теперь. Вот на этом рис. 1.6.

«Н»: Попробую… Как заметил однажды т. Сталин – «Попытка не пытка, не так ли, товарищ Берия?» Итак, пойдем простым логическим путем… На схеме я вижу два резистора, включенных один за другим…

«А»: Насчет логического пути – пойдем лучше вместе! Кстати, в технике подобное включение именуется ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ.

«Н»: Принято… Постой, но ведь через оба резистора течет один и тот же ток! А отсюда следует, что на каждом из этих резисторов имеет место падение напряжения. ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ величине сопротивления данного резистора!

«А»: Молодцом! А теперь даю еще одну вводную. Объясни, как работает принципиальная электрическая схема, изображенная теперь (рис. 1.7)?

«Н»: У меня возникли проблемы с подсчетом напряжения U₂, которое падает на резисторах, включенных параллельно…

«А»: Я тебе помогу. Следи за ходом моей шахматной мысли! В точке «С» ток I разветвляется на два тока, соответственно I₁ и I₂:

I₁ + I₂= I.

С другой стороны:

U₂ = I x R_экв

R_экв = (R₁∙R₂)/(R₁ + R₂),

I₁R₁ = I₂R₂ = U₂.

При этом резисторы R₁ и R₂ образуют, так называемое ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ соединение. Значит, чем БОЛЬШУЮ величину будет иметь, например, резистор R_экв – тем МЕНЬШИМ будет ток I! Ну вот, после этого можно перейти и к более интересным вещам!

«Н»: Ну теперь эту легкотню я всегда расколю! Последовательное и параллельное соединение вопросов уже не вызовут!

«А»: Ой не говори так! Поскольку в электронике, кроме резисторов, в изобилии и значительно более экзотические компоненты! И потом, ты забыл, что мы собрались коснуться темы о проводниках, изоляторах и полупроводниках?

«Н»: Я просто стеснялся напомнить…

«А»: Ты ли это?… Так вот, электрическое сопротивление того или иного элемента электрической цепи, а значит и материала или вещества, из которого этот элемент изготовлен, зависит от количества в нем свободных электрических зарядов. Поэтому еще на заре электротехники все вещества разделили на две основные группы, а именно: ПРОВОДНИКИ и ИЗОЛЯТОРЫ (или ДИЭЛЕКТРИКИ). К числу проводников, кстати, относится целый ряд растворов и даже газы в определенном состоянии.

«Н»: Ну, а изоляторы?…

«А»: Это, например, стекло, эбонит, бумага, резина и т. д. Следует заметить, что атомы изоляторов устойчивы. Для того, чтобы их внешние электроны перешли в состояние проводимости, иначе говоря, оторвались от своих атомов, нарушив свою связь с ядром, требуется приложение прямо-таки отчаянных усилий! Строго говоря, даже в самых совершенных изоляторах в одном из миллиарда или в одном из сотни миллиардов атомов электрон, в силу некоторых причин, покидает свой атом и становится «пилигримом». Вот этим самым «ИЛИ» и определяется – «плохой» это изолятор, или «хороший»!

«Н»: Ну и как поясняет наука факт существования подобных «пилигримов»?

«А»: Несколькими причинами. Например, как результат тепловых колебаний атомов. Ведь чем выше температура, тем энергичнее колеблется атом на своем месте в кристаллической решетке. А, следовательно, вероятность того, что электрон покинет атом – возрастает. При температуре абсолютного нуля (или – 273 °C) тепловые колебания атомов полностью прекращаются! В этом случае в любом изоляторе, даже самом никудышном, вообще не оказывается свободных электронов… А теперь, Незнайкин, давай поиграем в кубики. Не возражаешь?

«Н»: …Дружище, да что с тобой?! Нормально?!.. Вот дела!..

«А»: Да не переживай так! Я в порядке. Но вот от кубиков нам с тобой сейчас никуда не деться… Это вовсе не моя прихоть, поверь! Таково повеление Великой Электроники!

«Н»: Что, «а токмо волею пославшей мя жены?».

«А»: Литературную викторину сообразим как-нибудь в другой раз. Лады?… А пока… вырежем из проверяемого изоляционного материала кубик со стороной равной ОДНОМУ САНТИМЕТРУ. Затем… подведем к нему напряжение ОДИН ВОЛЬТ и будем измерять ток в этой электрической цепи. Эксперимент этот, такой простой на первый взгляд, проделаем мысленно, в силу многих причин. Итак…

«Н»: Ну вот, начинается! Ты хочешь сказать, что в твоем хозяйстве не найдется обыкновенного тестера, батарейки и ножовки?

«А»: Раз ты так настаиваешь, то знай!.. Ни «обыкновенный» тестер, ни батарейка с ножовкой нам не помогут! Вот смотри – самая чувствительная шкала моего тестера имеет предел – ШЕСТЬДЕСЯТ МИКРОАМПЕР! И это позволяет отнести данный тестер к разряду высокочувствительных! Но для «игры в кубики» с изоляторами нужна чувствительность в МИЛЛИОН раз более высокая! А еще лучше – в ДЕСЯТЬ МИЛЛИОНОВ раз! Кроме того, напряжение для подобной «игры» берется вовсе не от батарейки, а от специального высокостабильного источника напряжения.

«Н»: «Я понял все – к чему слова…» Итак, давай мысленно сделаем кубик из стекла?

«А»: Нет проблем… Включили в цепь кубик из стекла и выяснили, что через него течет ток равный ста пикоамперам! Иначе говоря, ОДНА ДЕСЯТИТЫСЯЧНАЯ МИКРОАМПЕРА. Иными словами – 630000000 электронов в секунду!