Текст книги "Электроника?.. Нет ничего проще!"

Автор книги: Жан-Поль Эймишен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 21 страниц)

Л. – Незнайкин, ты сегодня определенно в прекрасной форме, но будь осторожен; если ты увеличишь произведение RC, может случиться, что между двумя сигналами конденсатор С не успеет полностью зарядиться; тогда выходное напряжение примет такую форму, которую я изобразил для тебя на рис. 69. Поэтому нужно сделать постоянную времени RC большой по сравнению с длительностью сигнала и малой по сравнению с периодом сигнала. Чем меньшую часть периода занимает сигнал, тем легче подобрать постоянную времени RC.

Рис. 69. Если постоянная времени RC-схемы достаточно велика по сравнению с периодом сигнала, то выходное напряжение принимает иную форму. Конденсатору С не хватает времени полностью зарядиться.

Н. – Бедный сигнал, его совсем лишили человеческого лица! Исходную синусоиду (можно предположить, что сначала наш сигнал имел именно такую форму) с помощью триггера Шмитта превратили в прямоугольные сигналы, а затем в короткие импульсы с помощью твоей схемы с рис. 64… кстати, как называется эта схема?

Интегрирующая схема

Л. – Ее называют дифференцирующей схемой. Как видишь, ты напрасно испугался этого названия. Но мы на этом не остановимся, ибо сигнал можно подвергнуть и другим деформациям. Что ты думаешь о схеме на рис. 70? Ее название я скажу тебе потом.

Рис. 70. Фильтр нижних частот, используемый в качестве интегрирующей схемы.

Н. – Это та же самая схема, что показана на рис. 64, только ты поменял местами R и С.

Л. – Но эта деталь все изменяет! Что мы получим на выходе схемы, если на ее вход подадим прямоугольные сигналы?

Н. – Здесь имеются резистор и соединенный с ним последовательно конденсатор, поэтому мы возможно получим то, что ты раньше нарисовал на рис. 68, б.

Л. – Какой ужас! Ведь я тебе объяснил, что «напряжение на выводах конденсатора не может измениться на конечную величину за равное нулю время». Но посмотри, Незнайкин, если на вход схемы (см. рис. 64) подать прямоугольные сигналы (см. рис. 68, а) и если на выходе, т. е. на выводах резистора R, получим сигнал, изображенный на рис. 68, б то на выводах конденсатора должен быть такой сигнал, который, будучи прибавленным к сигналу на рис. 68, б, даст сигнал, показанный на рис. 68, а.

Н. – Ты хочешь сказать разность этих двух сигналов? Хорошо, я могу найти ее графически. Подожди минутку… интересующий тебя сигнал я начерчу на рис. 71.

Рис. 71. При подаче на вход интегрирующей схемы прямоугольного сигнала с большим по сравнению с постоянной времени RC периодом на выходе получают сигнал с округленными фронтами, очень мало похожий на входной сигнал.

Л. – Очень хорошо. Как ты видишь, на выводах конденсатора находится тот самый сигнал, который мы получим на выходе схемы, приведенной на рис. 70. Этого можно было ожидать. При изменении входного сигнала сигнал на выходе реагирует не сразу, так как требуется некоторое время, пока конденсатор С зарядится до нового напряжения.

Н. – Фронты и срезы твоего прямоугольного сигнала стали наклонными и округленными. Для чего нужен такой сигнал?

Л. – Такой сигнал, как ты нарисовал, действительно не представляет большого интереса. Но предположим, что я увеличу произведение RC. Как при этом изменится форма сигнала на выходе?

Н. – Я предполагаю, что конденсатор С получит меньше тока (он увеличился и его потребности возросли), и поэтому он не успеет зарядиться к моменту прихода второго сигнала. Вероятно, в результате получим сигнал, форма которого показана на рис. 72.

Рис. 72. При большей величине RC конденсатор С не успевает полностью зарядиться между двумя изменениями напряжения.

Л. – Ты прав. Если еще увеличить RC, то выходное напряжение будет изменяться мало и выходной сигнал примет форму, изображенную на рис. 73.

Рис. 73. При дальнейшем увеличении произведения RC амплитуда выходного сигнала уменьшается.

Зубья пилы для пилки дерева

Н. – Смотри, твоя кривая состоит из прямых отрезков!

Л. – Так оно и есть. Выходное напряжение по сравнению с входным мало, и можно сказать, что напряжение на выводах резистора R в интервалах между переходами почти постоянное. Следовательно, зарядный (или разрядный) ток остается почти постоянным и конденсатор С заряжается (или разряжается) почти линейно. Чтобы ты мог лучше видеть форму напряжения на выходе, я увеличил масштаб полученной кривой по вертикали (рис. 74).

Рис. 74. Если выходной сигнал (рис. 73) вычертить в другом масштабе, четко видны почти равносторонние треугольники, напоминающие зубья пилы.

Н. – Странная форма, прямо как зубья пилы для пилки дерева.

Л. – Верно, по этой причине сигнал назвали «зубьями пилы» или «симметричным пилообразным сигналом». Его используют в тех случаях, когда нужно периодически и линейно изменять напряжение вверх и вниз. Это один из возможных случаев применения изображенной на рис. 70 схемы, которую называют интегрирующей.

Н. – Так вот почему ты не хотел сказать мне название схемы! Но скажи, пожалуйста, почему этим схемам дали такие жуткие названия.

Математические определения

Л. – Ну так, Незнайкин, ты сам захотел! Чтобы ответить на твой вопрос, необходимо хотя бы в самой общей форме объяснить, что такое производная и интеграл. Впрочем, это не очень разрядит твой мозг.

Функцией называют величину у, зависящую от другой величины х, которую называют переменной: каждому значению (причина) соответствует определенная величина у (следствие). Посмотри, как «реагирует» величина у на изменения переменной относительно заданного значения а. Иначе говоря, сравним изменения следствия с изменениями породившей их причины (рассчитав для этого коэффициенты этих изменений). Ответом может служить отклонение функции относительно точки а. Мы рассмотрим возможно малые изменения х относительно величины а, чтобы точнее установить, как ведет себя функция в окрестности величины а.

Как ты видишь, мы легонько «пощекочем» переменную (причину) и посмотрим, как это скажется на функции (следствии). Если следствие этого «щекотания» будет велико, мы скажем, что производная большая.

Если переменной служит время, а функцией – пройденным путь, то производной является скорость. Например, если для каждого момента известно место нахождения автомобиля на дороге, то мы можем рассчитать его скорость. Если в момент, который я обозначу t₀, автомобиль находится в некотором месте, а в момент t₀ + 2 сек (т. е. 2 сек спустя) он находится на 30 м дальше, то я могу рассчитать его скорость, разделив прирост пройденного пути (30 м) на прирост времени (2 сек)

30 м: 2 сек = 15 м/сек (или 54 км/ч).

Следовательно, я могу сказать, что скорость в данном месте есть производная от пройденного пути по времени. Эта производная велика, когда пройденный путь быстро увеличивается с увеличением времени.

Дифференцирование с помощью схемы

Н. – Довольно туманно. Мне представляется, что это несколько напоминает схему на рис. 64. Если входное напряжение увеличивается быстро, то зарядный ток конденсатора С будет большой, что даст большое напряжение на выходе.

Л. – Ты очень хорошо понял. Но в нашем примере с автомобилем, разумеется, не может быть резкого изменения пройденного пути, так как соответствующая этому изменению скорость была бы бесконечно большой…

Н. – Вот чему могли бы позавидовать все бегуны!

Интеграл

Л. – Но это невозможно, так как «бесконечно большую» скорость нужно было бы достичь за ничтожно малый отрезок времени, что в свою очередь требует бесконечно большого ускорения. Но поговорим теперь о математическом определении интегрирования. Ты можешь получить прекрасное представление на том же примере с автомобилем, если теперь предположить, что для каждого момента мы знаем не место машины на дороге, а ее скорость (например, зафиксировав самописцем показания спидометра). Задача сводится к определению пройденного автомобилем пути к соответствующему моменту времени.

Н. – Это совсем просто. Достаточно умножить скорость на время движения.

Л. – Твои рассуждения совершенно справедливы, но только для случая, когда скорость остается строго постоянной. Однако имеются серьезные основания полагать, что этого не случится. Наш автомобилист будет проезжать через населенные пункты, где ему придется снизить скорость, ему попадутся хорошие участки дороги, где он сможет «жать на всю железку», и в результате его скорость не будет постоянной.

Н. – Тогда я совсем не знаю, что делать…

Л. – Мы просто-напросто применим твой метод, но разделим время на небольшие интервалы, каждый из которых настолько короток, что в его пределах скорость можно рассматривать как неизменную…

Н. – Но это все изменяет! Твои расчеты не будут соответствовать реальной действительности.

Л. – Именно такого заявления от тебя я и ждал. Чем больше интервалов мы возьмем, тем ближе наша оценка будет к реальной действительности. Не забывай, что обычно скорость автомобиля довольно медленно изменяется во времени…

Н. – Я такого мнения не придерживаюсь. Помнишь я говорил тебе о своем приятеле, купившем спортивный автомобиль; ему нужно всего лишь несколько секунд, чтобы разогнать свою машину до 180 км/ч…

Л. – Согласен, но я-то говорил тебе о нормальных людях. Если мы возьмем очень короткий интервал времени, например, 1 сек, и если зафиксированная в какой-то момент этого интервала скорость будет около 36 км/ч (или 10 м/сек), то мы можем сказать, что пройденный за эту секунду путь будет очень близок к 10 м.

Складывая рассчитанные таким образом отрезки пути, пройденные за очень короткие интервалы времени, мы получим сумму, состоящую из огромного числа малых слагаемых, при этом полученный результат будет достаточно близок к истинному.

В своих действиях математика исходит из подобного представления, доводя дело до крайности – предполагая, что количество интервалов бесконечно растет, а протяженность их бесконечно уменьшается. В этом случае они говорят, что проинтегрировали некоторую функцию.

Н. – Термин этот мне в высшей степени не нравится. Но как бы там ни было, твой знаменитый «интеграл» кажется мне прямой противоположностью тому, о чем ты мне только что говорил, а именно производной. Если память мне не изменяет, вычисление производной позволяет определить скорость по местоположению, а противоположная операция позволяет рассчитать местоположение по скорости.

Л. – Ты очень правильно понял. Только математики говорят не противоположная, а обратная операция. Я думаю, что теперь ты видишь аналогию между интегрированием и действием схемы рис. 70…

Н. – Я не вижу никакого сходства.

Интегрирование с помощью схемы

Л. – Сейчас увидишь. Предположим, что на вход этой схемы я подаю постоянное напряжение. Какое напряжение получим мы на выходе?

Н. – Ну, разумеется, классическую кривую заряда конденсатора – кривая напряжения поднимается и затем округляется, стремясь достичь максимума, равного приложенному на вход постоянному напряжению.

Л. – Прекрасно, Незнайкин. Если внимательнее рассмотреть эту кривую, то заметим, что в ней имеется небольшой участок равномерного подъема, который соответствует времени, когда выходное напряжение мало по сравнению с входным. Впрочем, это абсолютно логично, ведь на выводах резистора действует разность входного и выходного напряжений. Если входное напряжение имеет постоянную величину, выходное удерживается небольшим и проходящий через R зарядный ток практически остается постоянным. В этих условиях заряд конденсатора нарастает равномерно (а правильнее сказать «линейно»).

Н. – Хорошо, до сих пор все понятно, но я не вижу никакой связи между твоей историей с автомобилем и интегрированием.

Л. – Все очень просто. Подай на вход схемы рис. 70 напряжение, в каждый момент пропорциональное скорости автомобиля. Что произойдет, если при этом предположить, что выходное напряжение останется небольшим?

Н. – Раз мы предположили, что выходное напряжение ничтожно мало, протекающий по резистору ток в каждый момент будет пропорционален входному напряжению. Следовательно, конденсатор будет заряжаться быстрее или медленнее в соответствии со значением входного напряжения (т. е. если я не ошибаюсь, скорости автомобиля).

Л. – Нет необходимости анализировать дальше, так как все нас интересующее уже произошло: в каждый момент напряжение на выводах заряжающегося конденсатора повышается точно так же, как увеличивается пройденный автомобилем путь.

Если скорость большая (входное напряжение высокое), конденсатор зарядится быстро, напряжение на его выводах поднимается так же быстро, как увеличивается пройденный автомобилем путь, когда он движется быстро. Если в один прекрасный момент автомобиль остановится, входное напряжение становится равным нулю и конденсатор перестает заряжаться.

Н. – А, нет. Я с тобой совершенно не согласен; когда напряжение равно нулю, конденсатор разряжается.

Л. – Строго говоря, ты прав. Но мы предположили, что входное напряжение, а также сопротивление резистора и емкость конденсатора велики. Напряжение на выводах конденсатора всегда очень мало по сравнению с нормальными значениями входного напряжения, когда входное напряжение исчезает, конденсатор действительно немного разряжается, но этот разряд ничтожно мал.

Н. – Теперь я начинаю понимать, и у меня даже возникла идея.

Л. – Обычно к твоим идеям я отношусь с недоверием, но все же расскажи, что ты придумал.

Н. – Если вдруг машина начинает пятиться назад, то при известной ловкости можно считать, что ее скорость стала отрицательной.

Л. – Все правильно, в этом нет никаких фокусов, это совершенно правильное алгебраическое выражение.

Н. – Хорошо, но при таких условиях мы получим на входе схемы (рис. 70) отрицательное напряжение. Оно имеет значительную величину, и мы можем сказать, что конденсатор С разряжается. Точно такую же картину можно видеть на спидометре катящегося назад автомобиля – счетчик пройденного пути начнет крутиться в обратную сторону.

Л. – Прими мои поздравления, Незнайкин, ты прекрасно понял… В самом деле подаваемое на вход напряжение может быть отрицательным. Но мне не хотелось бы оказаться рядом с тобой в автомобиле при выполнении эксперимента на практике, когда ты попытаешься быстро ехать назад, оставаясь на правой стороне дороги. Но за исключением этого случая, который относится лишь к правилам уличного движения, твоя идея полностью обоснованна.

Совершенно – только ничто

Н. – Да, но… прости, здесь имеется одно непонятнее мне обстоятельство: Ты сказал, что схема на рис. 70 ведет себя правильно, т. е. ведет себя как интегрирующая схема, только при условии, что выходное напряжение очень маленькое. Но когда ездишь, машина неизбежно накапливает пройденные километры, иначе говоря, конденсатор С накопит вольты. Что же тогда делать, ведь ты уже не сможешь сказать, что выходное напряжение останется небольшим по сравнению с входным напряжением?

Л. – Ты совершенно прав. Эта система сохраняет работоспособность как интегрирующая в течение ограниченного времени, и это время можно увеличить, если подобрать высокоомный резистор и конденсатор большой емкости. Таким подбором можно сделать напряжение на выводах конденсатора чрезвычайно низким.

Н. – Но тогда, доводя дело до крайности, можно было бы сказать, что твоя схема действительно совершенна только в том случае, когда не дает никакого напряжения на выходе.

Л. – Незнайкин, ты попал прямо в один из управляющих миром философских принципов. Совершенство нам несвойственно, а совершенным могло бы быть лишь нечто, стремящееся к нулю. Мы же привыкаем к далекому от совершенства и от нуля и считаем это очень хорошим.

Н. – Я полагаю, что достаточно внимательно слушал тебя, но у меня складывается впечатление, что от интегрирования знаний мой мозг достиг такого напряжения, что верность восприятия, о которой ты говоришь, стала чрезвычайно далекой от совершенства, поэтому наступило время прервать нашу беседу.

Беседа восьмая
УМНОЖЕНИЕ И ДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ

Заразившись ненасытным желанием деформировать сигналы, Незнайкин узнает способы умножения, а затем деления частоты, что побуждает Любознайкина рассказать ему о мультивибраторе. Рассуждения о делении на четные числа подготавливают Незнайкина к мысли о существовании триггера, который путем «гибридизации» с мультивибратором дает схему с одним устойчивым состоянием. Незнайкин поддается соблазну заменить эту схему (при использовании ее в качестве «задержки импульсов») схемой «опережения импульса» (разумеется, системы Незнайкина).

Незнайкин – Дорогой Любознайкин, мне кажется, что, стараясь с присущей тебе изощренностью максимально деформировать сигнал, ты тем не менее проявил непонятную скромность.

Любознайкин – Я уже говорил тебе, что дело не в изощренности, а в электронике. Внеся справедливости ради эту поправку, я все же хочу знать, в чем я согрешил.

Н. – Своими преобразованиями ты настолько исказил форму сигналов, что теперь породивший их генератор не сможет узнать своих детей, но тем не менее, а может быть и вопреки своему желанию, ты сохранил частоту сигналов.

Л. – О, если речь идет только об этом, то, чтобы доставить тебе удовольствие, мы сейчас поговорим об умножении и делении частоты…

Н. – Вряд ли стоит заниматься этим вопросом только ради моего удовольствия, так как предчувствую, что это должно быть дьявольски сложно.

Л. – «Сложно» не то слово, можно сказать труднодоступно для понимания и даже больше… Ты когда-нибудь слышал об устройствах, умножающих частоту?

Н. – Никогда, и я даже не вижу, для чего они могли бы понадобиться.

Умножение частоты

Л. – Ну, хорошо, сейчас ты это увидишь. Тебе, конечно, приходилось пользоваться кварцевым генератором?

Н. – Да, и я даже сделал один такой генератор, и он до сих пор работает достаточно хорошо. Кварцевый генератор дает исключительно стабильную частоту, что в нашем мире с его непрерывными изменениями вселяет некоторую уверенность.

Л. – А какую, по-твоему, наиболее высокую частоту можно получить при кварцевой стабилизации?

Н. – О, у меня никогда не возникало потребности в частотах выше 3 или 4 Мги,

Л. – Ты может быть при необходимости и нашел бы кварц, работающий на частоте в два десятка мегагерц, но на более высокие частоты, во всяком случае, например, для частоты 185,25 Мгц, сделать кварц очень трудно.

Н. – Но я совершенно не вижу, какой интерес может представлять такая частота!

Л. – Из этого я могу заключить, что ты никогда не смотрел телевизионные передачи. А ведь частоту передатчика телевизионных сигналов тоже полезно стабилизировать кварцем.

Н. – Транзистор меня побери! Об этом-то я и не подумал. И ты думаешь, что заказанный специально для частоты 185,25 Мгц кварц можно непосредственно использовать в передатчике?

Л. – Конечно, нет. Чем выше частота, на которой должен работать кварц, тем тоньше он должен быть; а на нашей частоте 185,25 Мгц он был бы очень тонкий…

Н. – Вероятно, как иллюзии…

Л. – Незнайкин, вместо измышлений, достойных астролога – предсказателя судьбы, ты бы лучше подумал, что сделать кварц толщиной в несколько микрон невозможно. Поэтому нам придется ограничиться кварцем, дающим частоту значительно ниже требующихся 185,25 Мгц.

Н. – В этом случае, мой дорогой друг, я с сожалением вынужден сказать, что раз кварц не дает нужную для передатчика частоту, я ровным счетом ничем помочь не могу.

Л. – Позволь мне возразить тебе, дорогой Незнайкин, я могу удовлетвориться кварцем со значительно меньшей частотой, если я способен умножить эту частоту в целое число раз.

Н. – Издалека же ты привел меня к этому. Предполагаю, что теперь ты объяснишь мне, как умножают частоту. Признаюсь, что эта проблема меня уже изрядно заинтриговала.

Л. – Дело значительно проще, чем ты думаешь. Ты, разумеется, слышал о колебательных контурах. Как тебе известно, в устройстве, состоящем из конденсатора и катушки индуктивности, при возбуждении электрическим импульсом возникают собственные колебания, частота которых определяется по формуле

Предположим, что мы сделали колебательный контур с частотой собственных колебаний 10 Мгц. Начнем возбуждать этот контур короткими электрическими импульсами с частотой повторения 1 Мгц. При каждом импульсе в нашем контуре возникают колебания с частотой 10 Мгц, которые имеют тенденцию затухать, т. е. их амплитуда уменьшается. В момент конца десятого колебания приходит новый импульс, придающий колебаниям «новые силы» (рис. 75), и цикл вновь повторяется.

Рис. 75. Импульсы с частотой 1 Мгц через каждые десять периодов возбуждают колебания в колебательном контуре, настроенном на частоту 10 Мгц. Частота выходного напряжения колебательного контура в 10 раз выше частоты возбуждающих импульсов.

Н. – Но здесь нет настоящего умножения частоты.

Л. – Так что же тебе надо? Я ввожу в схему импульсы с частотой 1 Мгц и получаю колебания с частотой 10 Мгц.

Н. – Да, до сих пор я внимательно следил за твоими объяснениями, но частоту 10 Мгц дает колебательный контур, и согласись, она не связана никаким соотношением с частотой воздействующих на контур импульсов.

Управление с помощью контура

Л. – Действительно никакого соотношения не было бы, если бы я не настроил умышленно колебательный контур так, что его собственная частота стала точно в 10 раз выше частоты приложенных колебаний. Теперь же новый импульс, придающий колебаниям «новые силы», дает этот толчок как раз в тот момент, когда должен кончиться десятый период. Таким образом, мы получили частоту 10 Мгц, которая как бы «управляется» импульсами с частотой повторения 1 Мгц. А теперь представь себе, что частота следования этих импульсов увеличивается на 0,5 %. Каждый подаваемый внешний импульс будет немного раньше «толкать» контур, частота собственных колебаний которого равна 10 Мгц. В результате этого выходная частота повысится тоже на 0,5 %. Само собой разумеется, что подобная система допускает только очень небольшие изменения входной частоты. Принимая во внимание, что речь идет об умножении на постоянное число частоты, стабилизированной кварцем, можно быть уверенным, что изменения этой частоты всегда очень невелики.

Н. – Хорошо, я согласен, что это действительно умножение частоты. Но одно в твоей системе меня шокирует: если для получения исходной частоты мне придется использовать стабилизированный кварцем генератор, то я сделаю все, чтобы он давал синусоидальное напряжение. Тогда он не сможет дать импульсы, способные возбудить колебательный контур.

Л. – Незнайкин, а разве ты забыл, о чем мы говорили прошлый раз? Неужели ты думаешь, что триггер Шмитта, дифференцирующая и другие схемы были изобретены только для того, чтобы доставлять неприятности Незнайкину? Ими также можно воспользоваться.

Н. – Должен признаться, что сейчас я о них как-то забыл. Но все эти устройства представляются мне относительно сложными.

Л. – Ты действительно считаешь сложными устройства, состоящие из двух в высшей степени рядовых транзисторов и четырех резисторов и требующие для настройки одну или две минуты, если только вообще здесь можно говорить о настройке? Если ты, Незнайкин, останавливаешься на этом, то я предпочитаю немедленно отправиться спать.

Апериодическое умножение

Н. – Ну хорошо, предположим, что я этого не говорил. Но… прости мою ужасную привычку всегда выискивать возражения… Я все же нахожу довольно прискорбным, что система умножения частоты требует на входе такой высокой стабильности. Не можешь ли ты показать умножающую систему, допускающую значительные изменения входной частоты?

Л. – Незнайкин, найди мне одну такую систему, и я гарантирую, что на этот раз ты сможешь получить столь желанный патент и несомненно заработаешь на нем кучу денег (вернее, дашь возможность заработать деньги фирмам, которые будут выпускать по этому патенту аппаратуру). Но чтобы тебя несколько утешить, я могу познакомить тебя с более простыми способами умножения частоты. Результаты, правда, не сенсационные, но способы позволяют осуществлять умножение при больших изменениях входной частоты. Я даже уверен, что ты уже производил удвоение частоты.

Н. – Э! Конечно, нет! Ведь я-то бы знал.

Л. – И ты несомненно это знаешь. Тебе, конечно, доводилось собирать на двух вентилях выпрямитель для получения постоянного напряжения от сети?

Н. – О, разумеется, но этот случай очень далек от удвоения частоты. Я использую ток с частотой 50 гц и получаю ток с частотой 0 гц… Если ты называешь это удвоением, то мне остается только склониться перед твоей мудростью.

Л. – Я имел в виду не то, что ты получаешь после фильтра, а то, что можно наблюдать до фильтра. Так как вентили работают поочередно, каждый в течение своего пол у периода, то на выходе фильтра ты обнаружишь напряжение с частотой, равной удвоенной частоте сети (рис. 76), иначе говоря 100 гц.

Рис. 76. Двухполупериодное выпрямление переменного напряжения 50 гц удваивает основную частоту, так как частота импульсов выпрямленного напряжения (тока) равна 100 гц.

Н. – Но это напряжение незначительно; сглаживающий фильтр и установлен там, чтобы убрать эту составляющую.

Л. – Да, но если ты не поставишь никакого фильтра, то получишь выпрямленное напряжение, состоящее из импульсов, соответствующих двум полупериодам, которые в основном содержат переменное напряжение частоты 100 гц_% наложенное на постоянную составляющую.

Н. – Согласен, что частота этих импульсов напряжения равна 100 гц, но форма напряжения чрезвычайно далека от синусоиды.

Л. – Но я никогда и не говорил, что это синусоида. Если внимательно проанализировать полученное напряжение, то кроме постоянной составляющей и переменной составляющей с частотой 100 гц можно обнаружить гармоники, которые и придают кривой такую странную форму. Впрочем, с помощью фильтра очень легко устранить гармоники и оставить одну переменную составляющую с частотой 100 гц.

Н. – Хорошо, но если там имеется фильтр, система не годится для применения на всех частотах.

Л. – Полностью согласен, но я никогда не претендовал, что показываю тебе абсолютно универсальный удвоитель частоты.

Каскадное умножение

Н. – Но тогда твое отфильтрованное напряжение 100 гц можно было бы подать на другую аналогичную систему, полученные 200 гц вновь отфильтровать и в свою очередь…

Л. – Браво, Незнайкин, ты прекрасно понял, что часто целесообразно производить несколько последовательных умножений частоты. Так, например, для получения колебании с частотой 185,25 Мгц, о которых я тебе уже говорил, лучше всего воспользоваться кварцевым генератором с частотой 10,29 Мгц.

Утроив частоту методом, использующим колебательный контур, настроенный на третью гармонику кварца, с которым я тебя уже познакомил, получим 30,87 Мгц. Подадим колебание с полученной частотой на вход усилителя, работающего в режиме насыщения и имеющего тенденцию выдавать не столько импульсы, сколько гармоники. Колебательный контур, настроенный на его третью гармонику, позволит выделить колебание с частотой 92,62 Мгц. Удвоив ее, получим требующуюся нам частоту 185,25 Мгц (рис. 77).

Рис. 77. Кварцевый генератор, работающий на частоте 10,29 Мгц, в сочетании с двумя утраивающими и одним удваивающим частоту каскадами дает частоту 185,25 Мгц с такой же стабильностью, что и кварцевый генератор, хотя кварцев на такую частоту нет.

Деление частоты

Н. – Если частоту сигнала можно умножить, то вполне законно предположить, что ее можно и разделить. Это правильно, Любознайкин?

Л. – Ты сделал правильный вывод. Я бы даже сказал, что разделить частоту легче, чем умножить. Для этого существует несколько способов, и мы последовательно рассмотрим основные из них. Если частота изменяется относительно мало, можно взять импульсный генератор и синхронизировать его подлежащей делению частотой.

Мультивибратор

Н. – Что ты называешь импульсным генератором?

Л. – Например, мультивибратор. Принцип работы этого устройства проще, чем ты думаешь. Его схему я подготовил для тебя на рис. 78.

Рис. 78. Мультивибратор на двух транзисторах. Транзисторы поочередно запираются и отпираются: когда один из них заперт, другой находится в состоянии насыщения и наоборот.

Н. – Действительно, при рассмотрении схема не производит впечатления сложной. Но теперь я не очень доверяю твоим подобным заявлениям. Можно сказать, что это двухкаскадный усилитель, выход которого замкнули на вход.

Л. – Абсолютно верно, и именно по этой причине устройство начинает генерировать. Вспомни, что я рассказывал тебе о дифференцирующих схемах, и ты довольно легко поймешь, как работает новая. Предположим, что вначале ток проводит транзистор Т₁ и что он находится даже в состоянии насыщения. Схема между его коллектором, эмиттером и базой оказывается как бы замкнутой накоротко. Мы должны предположить, что в этот момент транзистор Т₂ заперт, так как напряжение на его базе отрицательное. В этих условиях протекающий по резистору R₄ток, разряжая конденсатор С₂, стремится снизить отрицательный потенциал базы этого транзистора (и даже сделать его положительным). В один прекрасный момент база Т₂ становится положительной…

Н. – Тогда этот транзистор тоже начинает пропускать ток и также достигает состояния насыщения, и на этом все останавливается.

Л. – He торопись, Незнайкин. Если транзистор Т₂ начнет проводить ток, то потенциал его коллектора, который был равен +E, резко упадет до нуля. Это резкое изменение через конденсатор С₁ будет полностью передано на базу транзистора Т₁. База резко станет отрицательной, и транзистор Т₁ окажется запертым. Одновременно с этим повышение потенциала коллектора транзистора Т₁ приводит к заряду конденсатора С₂ и тем самым поможет транзистору Т₂ достичь состояния насыщения.

Так как база транзистора Т₁ имеет отрицательный потенциал, протекающий по резистору R₃ ток разряжает конденсатор С₁ и повышает потенциал базы Т₁ до тех пор, пока он достигнет небольшого положительного значения. В этот момент транзистор Т₁ начнет пропускать ток, что вызовет запирание транзистора Т₂, и все начнется сначала. На рис. 79 я нарисовал тебе изменения напряжений на коллекторах и на базах обоих транзисторов.

Н. – Я примерно догадываюсь, как это происходит. По сути дела напряжения на базах имеют примерно такую же форму, как и на рис. 69, и это вполне нормально, потому что эти напряжения получены после цепочек связи, состоящих из конденсаторов и резисторов. Но меня изрядно удивляет форма напряжений на коллекторах. Почему напряжение так медленно повышается и так резко падает?

Л. – Медленный подъем кривой объясняется очень просто. Когда, например, транзистор Т₁ запирается, потенциал его коллектора не может быстро повышаться, так как для этого конденсатор С₂ должен зарядиться через резистор R₁. Это придает кривой, о которой ты говоришь, закругленную форму.