LкCк попадёт какая-нибудь порция энергии, если, например, от батарейки зарядить конденсатор Ск, то в контуре возникнут свободные колебания. Они, правда, быстро прекратятся — энергия, полученная от батарейки, будет израсходована на преодоление потерь. Но если контур включён в нашу схему и связан с катушкой Loc, то за счёт полученной от неё энергии потери в контуре могут быть скомпенсированы и колебания будут продолжаться вечно — усилитель превратится в генератор. При этом, разумеется, обратная связь должна быть положительной — она должна поддерживать контурный ток. Если же обратная связь окажется отрицательной (то есть будет ослаблять сигнал в контуре), то её нужно просто сдвинуть по фазе на 180°, для этого проще всего поменять местами (перепаять) выводы катушки или катушки Lк. Ну а если обратная связь слишком слабая, то нужно сблизить эти катушки. Две следующие схемы отличаются от первой прежде всего тем, что в них нет отдельной катушки Lоc и напряжение обратной связи снимается с части контурной катушки (2) либо с части контурной ёмкости (3), которая в данном случае образована двумя последовательно соединёнными конденсаторами С1 и С2. Их общая ёмкость «меньше наименьшей», она вычисляется по такой же примерно формуле, как общее сопротивление двух параллельно соединённых резисторов («произведение на сумму»).
Ламповые генераторы появились в 1913 году и, по сути дела, не изменяясь, пришли в наше время. Они открыли новую эпоху получения высокочастотных токов, которые до этого извлекали из электрической искры или дуги, а также пытались получить от специальных быстроходных машинных электрогенераторов.
Т-211. Генератор импульсов — мультивибратор. Взяв за основу переменное напряжение с кварцевого генератора, сделав из него с помощью диода пульсирующий ток, обработав этот ток ограничителями и фильтрами, можно получить бесконечную последовательность высокостабильных прямоугольных импульсов тока и из них с помощью шифратора формировать нужные цифровые сигналы. Но есть генераторы, которые сразу выдают импульсный ток. Один из самых простых таких импульсных генераторов — мультивибратор (Р-117), радиолюбители часто используют его в самодельных музыкальных инструментах и переключателях ёлочных гирлянд. В мультивибраторе два транзистора, коллектор каждого связан с базой соседа, причём так, что транзисторы поочередно друг друга открывают и в коллекторной цепи каждого поочередно появляются импульсы тока. Подбором резисторов и конденсаторов частоту импульсов можно менять в широких пределах — от долей герца до многих килогерц.
Т-212. Триггер: делитель на два и элемент, запоминающий один бит — минимальную порцию информации. Триггер — один из самых популярных схемных элементов вычислительной техники, в нём тоже два транзистора (как минимум), и коллектор каждого, так же как в мультивибраторе, связан с базой другого. Но схема связи иная, и режим триггера совсем иной — транзисторы тоже открываются поочерёдно, но не самовольно, как в мультивибраторе (Т-8), а только по указанию внешнего пускового импульса, поступающего на общий вход. Иными словами, под действием входных импульсов транзисторы открываются через такт или, иначе говоря, делят на два частоту входных импульсов. Так, например, если входные импульсы следуют с частотой 1000 герц, то есть на входе появляется 1000 импульсов в секунду, то каждый из транзисторов триггера, открываясь через такт, будет выдавать в секунду 500 импульсов коллекторного тока. Соединив последовательно несколько триггеров, можно делить частоту входных импульсов на 2, 4, 8, 16 и так далее (Р-118), а это уже некая математическая квалификация.
Из нескольких триггеров можно собрать ячейку памяти для запоминания цифрового сигнала в виде любой комбинации импульсов и пауз. Сразу заметим, что один импульс («единица») или одна пауза, то есть отсутствие импульса на своём месте («ноль»), есть минимальная порция передаваемой информации. Называется эта порция бит, от объединения английских слов «байнэри диджит» (binary digit) — «двоичный знак». Более крупную единицу 1 Байт = 8 бит можно записать в ячейку памяти из восьми триггеров.
Т-213. Элементы логики — схемы И, ИЛИ, НЕТ. Эти три очень простые схемы называют электронными логическими элементами, поскольку они в электрическом варианте выполняют три известные операции математической логики: И, ИЛИ, НЕТ, последнюю операцию иногда называют НЕ (Р-120). Так схема И сработает, то есть выдаст выходной импульс тока, только в том случае, если импульсные сигналы одновременно придут и на первый её вход, и на второй. Схема ИЛИ сработает от одного импульса, поступившего на любой из её входов: или на первый, или на второй. Наконец, схема НЕТ (НЕ), пропуская через себя входные импульсы, делает всё наоборот: при появлении входного импульса она не выдаёт импульс на своём выходе, а не получая на вход импульсы, не обращает на это никакого внимания (Т-8) и выдаёт импульсы на выходе. Иными словами, если подать 1 на вход схемы НЕТ, то на её выходе будет 0, а если подать на вход 0, то на выходе будет 1.
Схемы И, ИЛИ, НЕТ, особенно в сочетании с другими электронными цифровыми блоками, выполняют весьма сложные логические и математические операции. Простой и наглядный пример — одноразрядный сумматор.
Р-106. ГЕНЕРАТОРЫ: ОТ КОНТУРА С БОЛЬШОЙ КАТУШКОЙ ДО АТОМА. В каждом радио-, телевизионном или ином передатчике обязательно есть транзисторный или ламповый генератор, с которого всё начинается, его поэтому часто называют задающий генератор. Именно он определяет (задаёт) частоту, на которой передатчик работает, то есть излучает радиоволны. Для самых низких частот длинноволнового диапазона (1) в задающем генераторе нужен контур LкCк с очень большой индуктивностью катушки (ёмкость конденсатора увеличивать не стоит, при этом снижается добротность, Р-112) — возможно, в ней будет несколько сотен или даже несколько тысяч витков. По мере повышения рабочей частоты (переход на более короткие волны) индуктивность катушки будет уменьшаться и на коротких волнах в ней может остаться всего 3–5 витков (2). Когда уменьшение индуктивности становится сложным или нецелесообразным, в качестве резонансной системы часто используют короткозамкнутую двухпроводную линию длиной примерно 1/4 А длины волны (3). А для ещё более коротких волн вместо колебательного LC-контура применяют объёмный резонатор (4). В нём возникает резонанс на частоте, которая зависит от размеров и формы резонатора. Уже в диапазоне инфракрасных и более коротковолновых (более высокочастотных) излучений пользуются излучателями и резонаторами, которые сконструировала и изготовила сама природа, — молекулами и атомами. При изменении их запаса энергии они излучают порцию электромагнитных волн строго определённой частоты (5) — длина волны в этом случае измеряется миллиметрами, микронами и нанометрами.
Т-214. Сумматор — представитель рассуждающей электроники. Одна из профессий цифрового сигнала — с его помощью выполняются математические операции, производятся вычисления. При этом используется двоичная система представления чисел вместо привычной десятичной. В десятичной системе есть десять разных цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. При этом дальнейший счёт после девяти, например 9 + 1, сопровождается переходом в следующий разряд 9 + 1 = 10. В двоичной системе всего две цифры 0 и 1, поэтому во второй разряд переходят уже при операции 1 + 1 = 10. То есть двоичное 10 — это наше десятичное 2, десятичное 3 — это двоичное 10 + 1 = 11, десятичное 4 — это двоичное 11 + 1 = 101 и так далее. Запись получается более громоздкой, но зато всего два знака 1 и 0, которые можно отобразить любым электрическим импульсом и паузой, легко выполняя с комбинациями сигналов 1 и 0 множество логических и арифметических операций. Чтобы вместо двоичной системы перейти на десятичную, пришлось бы ввести десять разных по величине импульсов, а это невероятно усложнило бы электронные схемы. Между тем тот факт, что электронная математика работает в двоичной системе, нисколько не мешает нам пользоваться десятичной — сами же электронные схемы мгновенно переводят десятичное число в двоичное или, наоборот, двоичное в десятичное.
Посмотрим, как работает электронная арифметика, на примере простейшего сумматора, выполняющего четыре варианта сложения 1 и 0, а именно: 0 + 0 = 0; 0 + 1 = 1;1 + 0 = 1 и 1 + 1 = 10 (Р-121). В сумматоре четыре логических элемента, первые три операции они выполняют сравнительно легко, с четвёртой сложнее, нужно записать 1 в следующий (второй) разряд, а в первом поставить 0, поскольку при двоичном счёте 1 + 1 = 10. В дело вступает элемент НЕТ (НЕ), который в первых трёх операциях получал на свой вход 0 и, делая всё наоборот, посылал 1 на вход И1, помогая ему во второй и в третьей операциях выдать 1. В операции 1 + 1 у элемента НЕТ (НЕ) на входе наконец появляется 1, и, естественно, он выдаёт 0. Поэтому И1 сработать не может, и в первом разряде появляется нужный 0. Одновременно, получив 1 на оба входа, срабатывает И2 и посылает 1 во второй разряд.
Из подобных рассуждающих (Т-8) блоков собираются очень сложные электронные системы для работы с цифровой информацией, в том числе самая квалифицированная система — микропроцессор. О его способностях косвенно говорит то, что в современном микропроцессоре сотни миллионов и даже миллиарды таких блоков, как сумматор.
Т-215. Шифратор и дешифратор. Построив собственную линию цифровой телеграфной связи, её создатели могут договориться и ввести у себя любую систему кодирования. Например, букву А кодировать двумя импульсами (11), букву Б — тремя (111), букву В — двумя импульсами с паузой между ними (101) и так далее. Но в мире существует несколько стандартов кодировки, ими пользуются в технике связи и в персональных компьютерах. Основа практически всех стандартов восьмибитовый сигнал, то есть байт — различные комбинации из восьми импульсов или пауз. Таких комбинаций может быть 28 = 256, то есть байт может зак