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

Рис. 38. К R и С приложено одно и то же напряжение, протекающий через конденсатор С ток Iс на 90° опережает IR (ток, протекающий через резистор). Полный ток I представляет собой векторную сумму токов Iс и IR.

Н. — Хм, очень немного и, по правде сказать, плохо понял.

Л. — Эта теорема гласит, что диагональ прямоугольника (или гипотенуза прямоугольного треугольника, который представляет собой половину прямоугольника) равна корню квадратному из суммы квадратов его сторон. В нашем случае одна сторона равна 10, а другая — 1, следовательно, сумма квадратов составит 101, а корень квадратный — 10,05.

Н. — Очень любопытно, в самом деле, наличие паразитной емкости на частоте 10 кгц никак не сказывается на коэффициенте усиления.

Л. — Емкость С в этом случае не оказывает заметного влияния на коэффициент усиления, но влияет на вносимый усилителем сдвиг фазы. Посмотри: общий ток (диагональ) находится в фазе с приложенным к сетке напряжением Uc = Uвх, тогда как напряжение на выходе, естественно, находится в фазе с током, проходящим по резистору R2 (большая сторона). Как ты видишь, между ними уже имеется сдвиг по фазе, пренебрегать которым нельзя (здесь около 6°). Когда же реактивное сопротивление емкости С будет всего лишь в 3 раза больше сопротивления R2 (т. е. на частоте 33 кгц), образованный стрелками прямоугольник все еще будет довольно вытянутым и его диагональ всего лишь на 5 % длиннее большой стороны. Иначе говоря, проходящий по резистору ток будет составлять 95 % общего тока, коэффициент усиления еще составит 95 % коэффициента усиления на низкой частоте. Но сдвиг фазы станет очень значительным (больше 18°).

Н. — Если ты будешь так продолжать, то дойдешь до того, что скажешь мне, что влияние С на коэффициент усиления так никогда и не почувствуется!

Л. — Вовсе нет. Когда реактивное сопротивление С достигнет величины R2, т. е. 100 ком, прямоугольник, о котором я говорил, станет квадратом. Сторона квадрата равна всего лишь 0,7 его диагонали (1:√2), коэффициент усиления в этом случае снизится до 0,7 своего значения на низких частотах, сдвиг фазы увеличится до 45°, т. е. мы достигли так называемой «граничной» частоты, на которой коэффициент усиления снижается на 30 % от своего максимального значения. Говорят, что он снизился на 3 дб и…

Н. — С децибелами я немного не в ладах.

Л. — И вместе с тем это очень просто. Белы (обычно пользуются десятыми долями этой величины) выражаются десятичным логарифмом отношения мощностей.

Н. — Ну вот, я сделал большой шаг вперед. Для начала логарифмы, к которым особой любви я не чувствую, а в дополнение еще история с отношением мощностей, когда мы имеем дело с усилением по напряжению и…

Л. — Правильно, Незнайкин, здесь имеется определенная трудность, но мы ее устраним. Для начала я вернусь к определению. Когда две мощности Р1 и Р2 не равны, говорят, что одна превосходит другую на n бел, т. е.

Иначе говоря, когда одна мощность в 10 раз больше другой, говорят, что она больше на 1 бел [или 10 децибел (дб)]. Если Р2 в 1000 раз больше P1, говорят, что Р2 на 3 бел (логарифм 1000 равен 3), или на 30 дб больше P1.

Н. — Странная идея, я предпочел бы сказать «в тысячу раз больше». Ну, наконец, можно согласиться, если так принято… Но как все это применить к усилителю, который не предназначен для передачи мощности?

Л. — Представь себе усилитель, на вход которого поступает напряжение с постоянной амплитудой при различных частотах. На частоте f1 он дает на выходе напряжение 1 в, которое выделяется на постоянном резисторе в 1 ом. Согласен ли ты, что в этом случае выходная мощность равна 1 вт?

Н. — Потому что мы имеем ток в 1 а при напряжении 1 в.

Л. — Хорошо. Предположим, что на частоте f2 входное напряжение на том же резисторе снижается до 0,5 в; какова будет мощность?

Н. — Мощность будет 0,5 вт…

Л. — Незнайкин!!! Какую колоссальную глупость ты произвел на свет божий! Что мне с тобой делать?!

Н. — Ой, ой! Да, я вижу: напряжение равно 0,5 в, следовательно, ток 0,5 а, а мощность всего лишь 0,25 вт. Я должен был вспомнить, что мощность пропорциональна квадрату напряжения…

Л. — И мощность в 4 раза меньше первой. А так как логарифм этого числа 0,6, мы можем сказать, что вторая мощность на 0,6 бел (или 6 дб) меньше первой, и, следовательно, мы можем сказать про усилитель, что его коэффициент усиления снизился на 6 дб.

Н. — Я начинаю, понимать. Когда говорят: «Коэффициент усиления по напряжению снизился на р дб», то перед числом р подразумевается фраза: «Настолько, что выходная мощность усилителя с нагрузкой с постоянным сопротивлением снизилась на…». Это примерно так же, когда кондуктор автобуса объявляет: «Северный… занимайте места!», так как он подразумевает: «Пассажиры, едущие в направлении Северного вокзала…»

Л. — Я увел тебя в другую сторону, но поздравляю с тем, что ты так хорошо понял. Но вернемся к нашему примеру. Если коэффициент усиления по напряжению снизился до 0,7, то как это выразить в децибелах?

Н. — Попробуем разобраться. Выходное напряжение снизилось до 0,7, следовательно, выходной ток (на постоянном выходном сопротивлении) снизился во столько же раз, значит выходная мощность снизилась до 0,7 х 0,7 = 0,49 (округленно скажем до 0,5 первоначальной величины). Мощность уменьшилась в 2 раза. Посмотрев в поданную тобой таблицу логарифмов, я вижу, что логарифм 2 почти равен 0,3. Мощность снизилась на 0,3 бел, т. е. на 3 дб… Постой, ведь это как раз та цифра, которую ты недавно мне назвал!

Л. — Превосходно! Теперь представь себе, что произойдет в анодной нагрузке нашей лампы (рис. 39) на частотах выше той, которой соответствует потеря усиления в 3 дб. Ток, который проходит по С (т. е. по паразитной емкости, шунтирующей резистор R2). больше тока, проходящего по резистору R2. Основное влияние начинает оказывать ток Iс; отношение IR/Iполн быстро снижается, это же происходит и с усилением.

Рис. 39. Полный ток, протекающий R через и С, поступает на лампу. (Здесь показано условно принятое направление движения тока.)

Можно, например, сказать, что на частоте 1 Мгц, когда реактивное сопротивление С в 10 раз меньше сопротивления R2, анодная нагрузка лампы состоит только из С; следовательно, усиление может упасть в 10 раз (на самом деле падение усиления несколько меньше и коэффициент 10 справедлив для пентода, внутреннее сопротивление которого можно считать бесконечно большим по сравнению с сопротивлением R2).

Н. — Значит, конденсатор С начинает серьезно мешать, когда его реактивное сопротивление падает ниже сопротивления R2?

Л. — Именно это я пытаюсь заставить тебя сказать уже на протяжении четверти часа. Ну, так что же надлежит сделать, чтобы паразитная емкость не мешала на возможно более высокой частоте?

Н. — Уменьшить С.

Л. — Правильно, но это ты мне уже говорил. Что еще можно сделать?

Н. — Но я ничего не вижу. Может быть уменьшить величину R2?

Л. — Наконец-то!.. Конечно, Незнайкин, нужно уменьшить R2, чтобы реактивное сопротивление С (которое снижается с увеличением частоты) стало меньше сопротивления R2 на как можно более высокой частоте. Широкополосные усилители обычно рассчитываются на низкое сопротивление анодной нагрузки. В нарисованном тобой усилителе усиление снижается на 3 дб на частоте 100 кгц. А если бы сопротивление нагрузки было не 100 ком, а 1 ком, снижение усиления на 3 дб произошло бы только на частоте 10 Мгц.