Радио и телевидение?.. Это очень просто! - Айсберг Евгений Давыдович - Страница 45

Н. — Это действительно все меняет. Теперь я лучше понимаю, почему твой дядюшка во время своего последнего рассказа особенно акцентировал внимание на входном и выходном сопротивлениях каждой из основных схем. В заключение он сказал, что для обеспечения хорошего согласования между двумя следующими друг за другом каскадами нужно по мере возможности сделать равными выходное сопротивление первого и входное сопротивление второго.

Согласование между источником и нагрузкой

Л. — Это очень важный принцип всех областей электротехники и электроники. Нужно всегда отличать источник тока от того, что представляет собой нагрузку. Так, батарею следует рассматривать как источник, а приемник — как нагрузку. Однако источник сам обладает внутренним сопротивлением R_вн. которое может быть более или менее высоким. Вырабатываемое источником переменное или постоянное напряжение называется электродвижущей силой (э. д. с.).

Н. — Иначе говоря, это напряжение, которое мы измеряем на зажимах батареи?

Л. — Нет, Незнайкин. Протекающий по батарее ток создает падение напряжения на ее внутреннем сопротивлении. Поэтому на зажимах батареи мы имеем напряжение, равное э. д. с., минус падение напряжения внутри источника.

Н. — Но если через батарею, когда к ней ничего не подключено, не протекает ток?..

Л. — В этом случае действительно на зажимах батареи появляется полностью вся э. д. с., так как падения напряжения на внутреннем сопротивлении не происходит. Вот почему вольтметр может измерить э. д. с. лишь в том случае, если он обладает очень высоким сопротивлением и поэтому потребляет ничтожный ток.

А теперь посмотрим, что произойдет, если к источнику подключить цепь нагрузки с входным сопротивлением R_вх(рис. 144).

Рис. 144. К источнику напряжения Е с внутренним сопротивлением R_выхподключена нагрузка с входным сопротивлением R_вх; U — напряжение на выходе.

Н. — Я отмечаю, что внутреннее сопротивление источника R_вых и сопротивление цепи нагрузки R_вх соединены последовательно, в результате чего ток, создаваемый э. д. с. Е, поочередно протекает по этим сопротивлениям.

Л. — Верно. И на каждом из этих сопротивлений он создает падение напряжения, тем больше, чем выше это сопротивление.

Н. — Согласен. Теперь я вижу, к чему ты хочешь подвести. Если сопротивление нагрузки R_вх очень высокое, а внутреннее сопротивление источника невелико, то почти вся э. д. с. в виде напряжения U появится на сопротивлении нагрузки R_вх.

Именно это происходит в случае использования электронных ламп, имеющих бесконечно большое входное сопротивление. На их входе могут быть полностью приложены напряжения, создаваемые на выходе предыдущего каскада. Транзисторы же имеют достаточно низкое входное сопротивление. Следовательно, если выходное сопротивление предшествующего каскада относительно высокое, на входе другого получим лишь небольшое напряжение U.

Я думаю, что нужно так рассчитать схему, чтобы входное сопротивление было намного выше выходного сопротивления предшествующего каскада.

Л. — Неверный вывод, Незнайкин. Ты забываешь, что в транзисторных схемах на вход надо прилагать некоторую мощность, а не одно напряжение. А мощность не что иное, как произведение напряжения на ток. Следовательно, надо устроить так, чтобы по входному сопротивлению проходил некоторый ток (сопротивление не должно быть слишком высоким) и чтобы ток создавал на нем некоторое падение напряжения (сопротивление не должно быть слишком низким).

Мои объяснения должны помочь тебе понять, что наиболее целесообразно выбрать входное сопротивление такого же порядка, как и выходное сопротивление. Таким образом, получают напряжение и ток, достаточные для того, чтобы приложенная к входу транзистора мощность заставила его работать наиболее эффективно.

Идеальное средство согласования выход — вход

Н. — Понял! Впрочем, я предполагаю, что сказанное тобою относится не только к активным сопротивлениям, но в более общей форме ко всем видам сопротивлений. Однако необходимость иметь примерно равные сопротивления на выходе предыдущего и на входе последующего каскадов должна существенно ограничивать возможность соединения различных схем.

Л. — Разве ты не догадываешься, Незнайкин, о существовании устройства, позволяющего преобразовывать сопротивления. Это делает возможным соединять два каскада, сопротивления которых нельзя было бы соединять непосредственно.

Н. — Не стоит даже думать, так как я все равно не вижу средства для достижения этой цели.

Л. — Это просто-напросто трансформатор (рис. 145).

Рис. 145. Применение трансформатора позволяет согласовать сопротивления нагрузки и источника.

Индуктивное сопротивление его первичной обмотки должно иметь тот же порядок, что и внутреннее сопротивление источника; индуктивное сопротивление его вторичной обмотки должно быть примерно равно сопротивлению нагрузки. В этом случае согласование происходит наилучшим образом.

Н. — Я помню, что индуктивное сопротивление обмотки пропорционально ее индуктивности. А та, в свою очередь, пропорциональна квадрату числа витков. Следовательно, если вторичная обмотка трансформатора L₂ имеет витков вдвое больше, чем первичная обмотка L₁,то ее индуктивность, а значит, и индуктивное сопротивление будут в 4 раза больше. Такой трансформатор позволит осуществить связь между двумя каскадами, из которых второй имеет входное сопротивление в 4 раза выше выходного сопротивления предыдущего каскада.

Л. — Я констатирую, что ты очень силен в математике. Поэтому я предлагаю тебе задачу. Вот схема с двумя каскадами УНЧ на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ (рис. 146).

Рис. 146. Усилитель НЧ состоит из двух каскадов на транзисторах, соединенных через трансформатор, который обеспечивает согласование входного и выходного сопротивлений.

Если выходное сопротивление первого каскада равно 36 кОм, а входное сопротивление второго каскада составляет 1 кОм, какой коэффициент трансформации должен иметь трансформатор связи?

Н. — Раз выходное сопротивление в 36 раз больше входного следующего каскада, индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора должно быть в 36 раз выше индуктивного сопротивления его вторичной обмотки. И раз индуктивное сопротивление пропорционально квадрату числа витков, нужно, чтобы в первичной обмотке витков было в 6 раз больше, чем во вторичной. Следовательно, коэффициент трансформации должен равняться 6. И я благодарю тебя за такой подбор сопротивлений, что извлечение квадратного корня из их соотношения не потребовало у меня никакого труда. В конечном счете вычисление коэффициента трансформации n по соотношению сопротивлений R_вх и R_вых производится по формуле