Н. — И ты решаешься назвать ее легкой! Да твоя схема просто дьявольски сложная.
Л. — Совсем нет, просто, как и в любой схеме, нужно постараться рассматривать один элемент за другим. Ты видишь, что переменное напряжение U через нагрузку подается к тиратрону. Через эту нагрузку (ею может быть якорь двигателя) протекает ток тиратрона (в те полупериоды, при которых анод становится положительным относительно катода), когда тиратрон находится в возбужденном состоянии. Напряжение на выводах тиратрона используется для получения с помощью резистора R4 и диода Зенера (стабилитрона) напряжения питания для однопереходного транзистора. Как только напряжение на выводах тиратрона становится положительным и по своему значению хотя бы немного выше напряжения диода Зенера, резистор R4 поддерживает между точками А и В постоянное напряжение, равное напряжению Зенера.
Если напряжение на выводах тиратрона отрицательное (анод отрицателен относительно катода), диод Зенера работает как обычный диод и поддерживает потенциал точки А на уровне, почти равном потенциалу точки В. Следовательно, цепочка однопереходного транзистора теперь питается напряжением, существующим между точками А и В, которое заменяет напряжение Е со схемы (рис. 107). Конденсатор С начинает заряжаться точно в тот момент, когда напряжение на выводах тиратрона становится таким, что анод становится положительным относительно катода. Конденсатор перестает заряжаться в тот момент, когда его заряд становится достаточным, чтобы сделать однопереходный транзистор проводящим.
Если транзистор Т заперт, конденсатор заряжается быстро и возникающий на выводах резистора R3 импульс возбудит тиратрон практически уже в начале положительного полупериода. Если же ток от источника е, поступающий на базу транзистора Т, не запирает последний, то ток транзистора разряжает конденсатор. Следовательно, конденсатор будет заряжаться медленнее, в результате чего включение однопереходного транзистора, а значит, и возбуждение тиратрона произойдут позднее. Поэтому средний ток, протекающий по тиратрону, будет очень маленький.
Н. — Все это далеко не так просто, как ты говоришь. Но тем не менее я уследил за твоими объяснениями. Однако в этой схеме, как и во всех предыдущих, одно обстоятельство меня огорчает: практически используется только один полупериод переменного напряжения, а другой неизбежно теряется.
Л. — Верно, а если это тебя огорчает, можно использовать два тиратрона, включенных в противоположных направлениях; каждый из этих тиратронов работает только один полупериод. В этом случае понадобится еще два обычных диода, их соединяют с обоими тиратронами так, чтобы токи обоих полупериодов протекали по нагрузке в одном направлении. Как ты видишь, в конечном итоге схема получилась не такой уж сложной и она превосходно может использоваться для управления двигателями очень большой мощности.
Н. — Мне очень хочется тебе верить, но остался еще один и, по-видимому, последний беспокоящий меня вопрос: приходящий по двигателю ток резко возрастает; если мы хотим его уменьшить, то уменьшаем время протекания тока по тиратрону и, следовательно, по обмотке двигателя. Не следует ли нам приготовиться к перенапряжению, порождаемому явлением самоиндукции, а затем к реакции двигателя, которому явно не понравятся такие резкие скачки?
Л. — Что касается двигателя, то я могу лишь выразить ему свое соболезнование. У меня, есть один двигатель, работающий в таких условиях, но он ни разу не приходил жаловаться.
Твое замечание относительно вызываемых самоиндукцией напряжений значительно серьезнее. Эти перенапряжения действительно могут нам мешать, во всяком случае они несколько осложняют работу системы, хотя и не требуют внесения значительных изменений в показанную мною схему, которая весьма близка к применяющейся на практике.
Н. — Я вижу, что твой двигатель приспосабливается к навязанным ему условиям, но я чувствую, что мой мозг очень близок к насыщению, и считаю целесообразным перенести продолжение беседы на завтра.
Беседа одиннадцатаяГЕНЕРАТОРЫ УЛЬТРАЗВУКА. МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА И ЛАЗЕРЫ
После ознакомления с двигателями Незнайкин желает узнать, что такое ультразвук и как его производят. Перейдя к модулированию источников света и применению такой модуляции в фототелеграфии, Незнайкин знакомится с прибором, перед которым большое будущее, — с лазером.
Незнайкин — Дорогой Любознайкин, мне очень хочется услышать от тебя хотя бы несколько слов еще об одном типе исполнительных элементов. Один из моих приятелей, работающий на авиационном заводе, рассказал мне, что предназначенные для установки на самолете небольшие хрупкие приборы подвергают испытанию на вибрационном столе, приводимом в действие мощным усилителем. Так скажи мне, что это такое?
Любознайкин — Ты знаком с этим прибором, хотя сам и не подозреваешь об этом. Это просто очень большой громкоговоритель с подвижной катушкой. В междуполюсный зазор его громадного магнита помещают катушку, в которую посылают ток усилителя. Эта катушка сообщает соединенным с ней деталям колебательное движение с частотой протекающего по ней тока.
Н. — Но тогда я сам могу сделать виброгенератор. В одном из ящиков моего шкафа валяется старый громкоговоритель, у которого разорвался' диффузор.
Л. — Ты, конечно, можешь им воспользоваться, но обычно виброгенераторы обладают поистине гигантской мощностью по сравнению с твоим громкоговорителем. Представь себе, какая мощность нужна, чтобы трясти (да еще со значительной амплитудой) большую стальную плиту, на которой установлены испытываемые приборы или детали. Я, например, бываю на одной испытательной станции, где управляющий вибростолом усилитель способен давать мощность до 80 квт.
Н. — Ты буквально меня ошеломил; разумеется, с моим пятиваттным усилителем мне ровным счетом нечего делать.
Л. — Мне следует внести поправку в твое высказывание. Ты можешь подвергнуть испытаниям небольшие и легкие предметы, сообщая им колебательные движения относительно низкой частоты с умеренной амплитудой. Большие амплитуды вибрации трудно получить на высоких частотах, не вгоняя в катушку генератора чудовищную мощность.
Н. — Понятно, но одно обстоятельство меня беспокоит. Генератор не может превратить всю получаемую энергию в механическую. Куда она девается?
Л. — Наибольшая часть получаемой энергии превращается в теплоту и рассеивается. Поэтому виброгенераторы больших размеров необходимо оснащать очень эффективными системами охлаждения. Вибростол, который я видел, с его усилителем 80 квт при применении соответствующих коррекций мог бы стать системой высококачественного воспроизведения звука, какой ты никогда не слышал. Исключительно внушительное впечатление произвела бы стальная плита площадью в половину квадратного метра и толщиной в несколько миллиметров, испускающая звуки вальса Шопена, но ты представляешь, какая мощность нужна для раскачки такой плиты, чтобы она наподобие диффузора громкоговорителя вибрировала с достаточной амплитудой на частоте 3 или 4 кгц.
Н. — Для воспроизведения музыки меня устроит классический бумажный диффузор, требующий всего лишь несколько ватт. Я также согласен, что мой громкоговоритель не способен сотрясать до разрушения даже мелкие предметы. Но скажи, пожалуйста, как точно узнать усилия, которым подвергаются испытываемые предметы?
Л. — Ну, это очень легко. Рядом с испытуемым аппаратом устанавливают небольшие системы, именуемые акселерометрами, о которых я тебе уже говорил.
Н. — А какую частоту можно получить от виброгенератора?
Л. — О, совсем нет надобности превышать десяток килогерц. И даже до такой частоты доходят очень редко. При желании сообщить какому-либо телу более быструю вибрацию практически попадешь в область ультразвука.
Н. — О нем я уже слышал. Я думаю, что ультразвук представляет собой звуки такой высокой частоты, что их нельзя слышать, иначе говоря, это звуки с частотой выше полутора десятков килогерц.
Л. — Совершенно верно. Диапазон ультразвуков очень широк; он простирается от полутора десятков килогерц до нескольких мегагерц.
Н. — Я предполагаю, что для получения ультразвука потребуются совершенно необычные громкоговорители.
Л. — Ультразвук небольшой мощности на частотах до 100 кгц ты легко можешь получить с помощью одного из тех маленьких электростатических громкоговорителей, которые используются в качестве «пищалок» в системах высококачественного воспроизведения звука. Но необходимо отметить, что в практической жизни громкоговорителями очень редко пользуются для получения ультразвука. Я хочу также обратить твое внимание на то, что ультразвук очень плохо распространяется в воздухе, поэтому его чаще используют в жидких и твердых средах и крайне редко в воздухе.
Н. — Вот еще! Надеюсь, ты не станешь убеждать меня, что ультразвук может распространяться в жидкости или в твердых телах?
Л. — Конечно, стану, хотя ты и не согласен. Почему ты думаешь, что ультразвук не может распространяться в жидкости и твердых телах, если обычные звуки превосходно там проходят? Ты, вероятно, уже заметил, что во время ныряния очень хорошо слышен шум винтов кораблей, проходящих очень далеко от тебя. Ультразвук распространяется в воде еще лучше. Благодаря короткой длине волны ультразвук можно легко сконцентрировать в узкий пучок и благополучно послать на значительное расстояние. Но как я тебе уже сказал, для получения ультразвука очень редко пользуются приспособлениями типа громкоговорителей.
Н.