ие сигналов, пожалуй, главная её технология.
ВК-254. Главное на рисунке — примыкающие один к другому шкафы на заднем плане. Это автоматическая линия, которая без прикосновения человеческой руки производит интегральные схемы. Две условные фигуры операторов лишь иллюстрируют последние процессы. Первый — проверка десятков одинаковых схем, одновременно созданных на большой пластине кремния, и отбраковка схем с низкими параметрами. Второй процесс — установка вырезанной схемы в корпус и её соединение с контактными ножками.
Р-111. СУПЕРГЕТЕРОДИН — ПРИЁМНИК, ЛУЧШЕ КОТОРОГО ПОКА НЕТ. Мы уже знаем, что если через нелинейный элемент пропустить синусоидальный ток, то он перестанет быть синусоидальным. Он будет искажён, появится его спектр — набор синусоидальных составляющих разных частот. А что будет, если через нелинейный элемент одновременно пропустить два тока с разными частотами? Ответ прост — искажен будет каждый из них, и в итоге мы получим два спектра в общем выходном проводе. Но это ещё, оказывается, не всё — в спектре появятся составляющие, рождённые именно совместным появлением двух токов в нелинейном элементе. Если, например, пропустить через него токи с частотами 300 и 400 кГц, то кроме гармоник каждого из них (в нашем примере 600, 900 кГц и далее, а также 800, 1200 кГц и далее) в спектре появятся составляющие с частотами 700 и 100 кГц. Первая из этих частот называется суммарной и численно равна fcyм = 300 + 400 = 700 кГц. Вторая частота разностная, она равна fр = 400–300 = 100 кГц.
Все рассказанное можно считать коротким предисловием к ещё более короткому рассказу о радиоприёмнике по имени супергетеродин. Он широко используется в радиолах, телевизорах, сотовых телефонах, военных системах радиосвязи, переносных приёмниках. В наиболее простом варианте (1) всё начинается с нелинейного элемента (транзистор Т1), который называется преобразователь частоты. На его вход подаются два переменных тока — сигнал принимаемой станции с частотой fс и сигнал вспомогательного генератора по имени гетеродин с частотой fг Контур, выполняющий роль коллекторной нагрузки, настроен на разностную, или иначе промежуточную, частоту fпр = fг — fc. Далее следуют еще два усилительных каскада (Т3, Т4) и четыре контура LпрCпр, настроенных на fпр. Четыре контура (контуров может быть и больше, так как их не перестраивают) совместно создают острую резонансную кривую (2), то есть сильное подавление соседних станций. Чтобы перестроиться на другую станцию, достаточно изменить частоту гетеродина и создать fпр с сигналом этой другой станции. Одновременно, правда, нужно перестроить и входной контур LкCк, который должен подавить далекую, к счастью, по частоте, как её называют, зеркальную помеху (fзр). Её сигнал мог бы создать с гетеродином ещё один сигнал промежуточной частоты (fпч (ЗП)), от которого после преобразователя уже не избавишься.
Т-224. Две непременные операции — принять и применить. Если строго, по энциклопедии, то электроникой называется область науки и техники, которая занимается электрическими зарядами, их взаимодействием с электромагнитными полями и созданием электронных приборов, таких как лампы, транзисторы, кинескопы. Но принято считать, что электроника занимается сбором информации, отображением её в электрических сигналах, их обработкой и, наконец, использованием полученных результатов. Первую часть этой работы очень часто выполняют датчики, последнюю — исполнительные устройства. Одна такая пара хорошо всем известна — это микрофон, который превращает звук в ток, и громкоговоритель, который превращает ток в звук. Основа датчиков света (фотоэлементов, фотодиодов, фоторезисторов) — вещество, из которого свет выбивает электроны и порождает таким образом электрический сигнал. Фотоэлемент входит в датчик задымлённости, реагируя на изменение оптических свойств воздуха. Фотоэлемент становится, так сказать, датчиком текста, последовательно, линию за линией, считывая информацию с листа бумаги в сканере или факс-аппарате. Пьезокристалл — датчик механической деформации, при сжатии или изгибе на нём появляется э.д.с. Самые простые датчики — разного типа выключатели, они сообщают, какая нажата кнопка или клавиша, закрыта ли дверь лифта и лежит ли на месте телефонная трубка.
Исполнительных устройств тоже огромное многообразие. Это лампочки и светодиоды, с помощью которых электрический сигнал сообщает о том, что где-то что-то включилось или выключилось. Это также жидкокристаллический экран электронных часов или калькулятора, на котором комбинации токов рисуют буквы и цифры. Это, наконец, миллионы светоизлучающих крупинок на экране кинескопа, при попадании в них электронного луча они светятся, создавая яркую цветную картинку. Исполнительным механизмом часто бывает электродвигатель, например, в плече робота или в приводе солнечной батареи на спутнике. Но бывает, что в электронном устройстве исполнителя нет, и обработанную информацию он передаёт дальше, в другие системы.
ВК-255.Появившиеся более ста лет назад два основных направления в использовании электричества сегодня выросли в две огромные области науки и индустрии: электроэнергетику и радиоэлектронику. Каждая из этих областей имеет свои большие достижения и непростые проблемы. Проблемы энергетики, правда, широкой публике не очень известны, а её достижения миллионам людей часто представляются чуть ли не природными достоинствами мира, в котором мы проживаем.
Р-112. ДУМАЯ О РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА, НЕ НУЖНО ЗАБЫВАТЬ О ЕГО ДОБРОТНОСТИ. Завершая наши последние встречи с колебательным контуром, обратим внимание на то, о чём стоит подумать, выбирая его детали: катушку индуктивности Lк и конденсатор Ск. Для начала попробуем записать, как резонансная частота контура зависит от ёмкости конденсатора и индуктивности катушки. Начнём с того, что нам уже давно известно, — резонанс в контуре происходит при равенстве его ёмкостного и индуктивного сопротивлений, то есть при условии хL = хс (Р-66). Подставим сюда уже известные нам значения этих реактивных сопротивлений хL и х на резонансной частоте fрез и согласно известному правилу (Р-24) попробуем получить fрез в одиночестве, то есть посмотрим, как эта величина зависит от всех остальных. В итоге мы получим значение fрез, показанное на рисунке. Из него видно, что резонансная частота в одинаковой мере зависит от индуктивности Lк контура и его ёмкости Ск. Казалось бы, нужную резонансную частоту можно получить при любом соотношении этих величин — намотать, например, катушку в 3–5 витков, а ёмкость взять побольше, несколько микрофарад.
Размышляя об этом, полезно подумать о другой характеристике контура, о его добротности Q. Эта величина говорит о том, насколько энергия, запасаемая в конденсаторе или катушке, больше того, что теряется в разного рода сопротивлениях, кроме того, чем больше Q, тем острее резонансная кривая (2). И вывод — с целью повышения Q желательно, чтобы отношение L/C было побольше, то есть индуктивность контура должна быть достаточно большой, чтобы получился контур с высокой добротностью. А высокая добротность — это хорошее ослабление соседних станций, высокая стабильность частоты генератора и много других очень важных достоинств.
Кстати, у контура реально есть два вида потерь, одни отображаются сопротивлением Rк2, включённым в цепь катушки, а другие сопротивлением Rк1, подключённым параллельно контуру. Во многих случаях можно сделать упрощённый пересчёт и считать, что сопротивления Rк1 нет вообще, a Rк2 несколько увеличилось.
Т-225. Передаётся картинка. Телевидение — один из самых известных широкой публике представителей электроники. Придумано оно было тогда же примерно, когда и радио, но доступным и распространённым стало лет через пятьдесят — для передачи картинки пришлось решить значительно более сложные задачи, чем для передачи звука.
В двух словах напомним, как это делается (Р-113). Объектив видеокамеры проектирует картинку на экран вакуумной передающей трубки, а этот экран изнутри покрыт миллионами микроскопических крупинок-фотоэлементов. Под действием света на них собираются заряды, и чем больше света достаётся какой-нибудь точке экрана, тем больше заряд на ней — световая картинка превращается в невидимую электрическую. Электронный луч быстро строку за строкой обегает экран, собирает заряды и создаёт аналоговый электрический видеосигнал — электрическое описание картинки, отчёт о том, как менялась яркость от точки к точке.
Видеосигнал с помощью радиоволн или по кабелю попадает в ваш телевизор и в итоге управляет электронным лучом, который также строку за строкой быстро обегает экран кинескопа. Это тоже вакуумная трубка (скорее, колба), экран которой изнутри покрыт мельчайшими крупинками уже не светочувствительного, а светоизлучающего вещества — крупинками люминофора. Они светятся, когда в них ударяет электронный луч, и тем ярче, чем сильней удары электронов. Видеосигнал, управляя электронным лучом, заставляет его менять яркость светящихся точек, по мере того как луч с огромной скоростью 25 раз в секунду строку за строкой прочерчивает весь экран. В итоге электронный луч рисует на экране картинку, в точности такую же, какую считывала передающая трубка видеокамеры.
За этим азбучным описанием следует много интересных подробностей, много великолепно решённых сложнейших задач. Например, такая задача: во всех телевизорах электронный луч в любой момент времени должен находиться в той точке экрана, в какой в этот момент находится считывающий луч передающей трубки. То есть считывающий электронный луч в передающей трубке и рисующий луч в приёмной трубке должны двигаться синхронно и синфазно — только при этом условии на экране кинескопа вы увидите то, что видит видеокамера. А вот решение проблемы — в видеосигнал при пер