Р-59
Т-87. Трансформатор увеличивает либо напряжение, либо ток, ни в коем случае, однако, не увеличивая мощность. Используя явление взаимоиндукции, можно передавать электрическую энергию из одной цепи в другую без непосредственного контакта между ними. Устройство, которое осуществляет такую передачу, это и есть трансформатор, в переводе — преобразователь.
В простейшем случае трансформатор — это две обмотки, связанные общим магнитным потоком Ф (Р-60). В некоторых трансформаторах магнитный поток замыкается по воздуху (Р-60;1), в других — через ферромагнитный сердечник стержневой (Р-60;2), замкнутый кольцевой (Р-60;3,4,5) и «ш-образный» (Р-60;6). В трансформаторах часто бывает несколько обмоток (Р-60;7).
Р-60
Коротко о сердечниках. Сердечники делают из стали, а иногда из пермаллоя, ферромагнитного материала, более дорогого, но зато со значительно большей магнитной проницаемостью (С-6). Сердечники, как правило, собраны из пластин или свиты из тонкой ленты. Это связано с тем, что в самом сердечнике тоже наводится ток, и, если не принять мер, он окажется весьма большим: сердечник — это, по сути дела, короткозамкнутый виток, обмотка с малым сопротивлением. В итоге сердечник будет греться, отбирать значительную мощность. А вот в пластинчатом сердечнике токи в соседних пластинах создают магнитные поля, которые действуют друг против друга (Р-60;8). И в итоге общая мощность, пожираемая сердечником, резко уменьшается.
Потери в сердечнике увеличиваются с частотой, и для высокочастотных трансформаторов и катушек уже недостаточно пластинчатых сердечников. Ферромагнитный материал измельчают, а затем крупинки спрессовывают с помощью изолирующих смол (Р-60;9), создают так называемые магнитодиэлектрики (С-10).
И опять токи в отдельных крупинках порождают враждующие магнитные поля, потери в сердечнике уменьшаются. При этом, правда, уменьшается результирующая магнитная проницаемость, но что поделаешь, иначе сердечник для высокочастотных катушек вообще не получишь.
Если подвести к первичной обмотке I переменное напряжение от генератора, то в этой обмотке пойдет переменный ток I1 (Р-61;1).
Р-61
Он создаст переменное магнитное поле F1–2, под действием которого наведется напряжение U2 во вторичной обмотке II, и если подключить к ней нагрузку Rн, то в этой нагрузке пойдет ток I2. (Точнее было бы говорить о наведенной э.д.с., но мы сразу же введем напряжение U2, полагая, что какая-то часть э.д.с. теряется на сопротивлении самой вторичной обмотки.) Если U1 синусоидальное напряжение, то и U2 тоже будет синусоидальным: наведенное напряжение зависит от скорости изменения тока (Т-60), а скорость изменения синусоиды— тоже синусоида (Т-74).
Величина наведенного напряжения U2 зависит от нескольких факторов. Например, от того, насколько магнитный поток первичной обмотки пронизывает вторичную: чем большая часть этого потока рассеивается, тем, при прочих равных условиях, наведенное напряжение будет меньше. Вот почему обмотки трансформатора во многих случаях располагают на замкнутом ферромагнитном сердечнике, по этому сердечнику замыкается практически весь поток, и все магнитное поле первичной катушки пронизывает витки вторичной. В трансформаторе с такой стопроцентной магнитной связью напряжение на вторичной обмотке определяется отношением числа витков w2 в обмотке II к числу витков w1 в обмотке I (Р-61;2). Это соотношение называется коэффициентом трансформации n, то есть n = w2: w1.
Если во вторичной обмотке II витков больше, чем в первичной I, то есть если w2 больше, чем w1, то коэффициент трансформации больше единицы и трансформатор называют повышающим. А если w2 меньше, чем w1, то n меньше единицы и трансформатор называют понижающим. Эти названия вполне объяснимы. Мы знаем, что напряжение, которое наводится на катушке, тем больше, чем больше ее индуктивность. А индуктивность катушки, в свою очередь, пропорциональна числу витков. Поэтому напряжение, наведенное на вторичной обмотке, будет тем больше, чем больше w2. В трансформаторе со стопроцентной магнитной связью при одинаковом числе витков в обмотках I и II, то есть при коэффициенте трансформации n = 1, напряжение U2 равно напряжению U1. А если w2 больше, чем w1, то и U2 больше, чем U1. Причем больше именно в n раз. Таким образом, повышающий трансформатор повышает напряжение в n раз, понижающий понижает напряжение в n раз.
Феррит марки 4000НМ — граничная частота 150 кГц; 3000НМ — 200 кГц; 2000НМ — 450 кГц; 1500НМ — 650 кГц; 1000НМ — 750 кГц; 2000НН — 400 кГц; 600НН — 1,2 МГц; 400НН — 1,5 МГц; 200НН — 3,5 МГц; 200НН1 — 2,2 МГц; 100НН, 100НН1, 150НН — 4 МГц; 5В4, 10В4, 13В4, 20В4, 30В4, 50В4, 60В4 — граничная частота десятки мегагерц.
Теперь о токах. Когда во вторичную обмотку включена нагрузка, то в этой обмотке идет ток I2. Конечно же, вторичная обмотка сама никакой мощности не дает, а получает ее из первичной. В идеальном случае мощность Р2, потребляемая во вторичной цепи, равна мощности Р1, поступающей от генератора в первичную цепь (реально какая-то мощность теряется в самом трансформаторе, и нагрузке достается несколько меньшая мощность, чем дает генератор). Из условия равенства мощностей Р1 = Р2 можно найти соотношение токов I1 и I2 в обмотках I и II, оно также определяется коэффициентом трансформации п, но только он действует «в обратную сторону»: во сколько раз трансформатор повышает напряжение, во столько же раз он понижает ток (Р-61;5) — только при этом условии мощности в обеих обмотках могут быть одинаковыми.
Важная особенность трансформатора — напряжение U2 на вторичной обмотке определяется самим устройством трансформатора, его коэффициентом трансформации. А вот что касается токов I2 и I1, то они зависят еще и от сопротивления нагрузки: чем меньше Rн, тем больше ток I2 (а вместе с ним Р2) и соответственно больше ток (а вместе с ним Р1).
Знакомство с трансформатором завершает путешествие по территориям Основ Электротехники. Мы поднимаемся выше, на следующие этажи, с которых уже недалеко до действующих электронных приборов и аппаратов.
22.У животных и у человека слух развился потому, что звуковые волны приносят важную информацию об окружающем мире (Т-104).
23.На основе хорошо развитого слуха появилась звуковая связь, столь необходимая людям при любой совместной деятельности.
Глава 7Сырье и продукция электроники
Т-88. Информация играет исключительно важную роль в природных процессах, в работе машин. В энциклопедическом словаре, изданном еще сравнительно недавно, слово «информация» объясняется так: «Информация — сообщение, осведомление о чем-либо, например информация через печать, радио, документальное кино и т. п.». У нынешнего специалиста в области вычислительной техники, языкознания, космической связи или физиологии подобное определение, скорее всего, вызовет улыбку: оно затрагивает лишь небольшую часть того, что сейчас принято называть информацией.
Информация — очень широкое понятие. И очень глубокое. Она признана одной из самых важных, самых универсальных характеристик огромного множества объектов и процессов. Появились даже самостоятельные области знаний — кибернетика и информатика, для которых главный объект исследований— информация, но уже, конечно, в современном, широком смысле этого слова.
Не будем разбираться в нынешних официальных определениях понятия «информация». Для наших практических целей пока достаточно самого общего представления о ней.
Можно было бы сказать, что информация — это некоторые сведения, записанные о каких-либо объектах или процессах.
Информация содержится в структуре молекул, и чем сложней молекула, чем разнообразней ее структура, тем больше в ней информации. Информация содержится в телевизионной картинке, в музыкальном аккорде, в чертеже, рукописи, зубчатом колесе часов, в шестиграннике гайки, в серии радиосигналов, посланных на космический корабль. А вот чистый лист бумаги не несет никакой информации. И постоянный ток — тоже. И в равномерном потоке воздуха ничего не записано. Информация — это всегда какие-то изменения, изменения интенсивности, формы, яркости, частоты, ассортимента, конфигурации.
Соединяясь в сложные агрегаты, молекулы узнают друг друга по той информации, которая содержится в их структуре. Информация, записанная в рельефе берегов реки, ворочает огромными массами воды, заставляет ее поворачивать то влево, то вправо. Возвращаясь из школы, вы открываете дверь квартиры своим ключом только потому, что в сложном узоре данного ключа содержится информация об устройстве данного замка.
Можно привести бессчетное множество примеров, подтверждающих, что информационные процессы, информационные взаимодействия играют исключительную роль в природе, в технике. И в последнее время все отчетливей понимается, что информация относится к числу фундаментальных характеристик нашего мира, к понятиям такой же важности, как, скажем, вещество и энергия.
Т-89. В живых организмах информационные биологические системы осуществляют сбор, переработку и хранение информации. Когда вы нажимаете кнопку электрического звонка, то передаете звонку некоторую информацию, посылаете сообщение: «нужно звонить». Информацию эту переносит переменный ток, который при нажатии кнопки поступает в катушки электромагнита и сам же приводит в движение молоточек звонка. А вот когда оператор посылает на спутник радиосигнал, который должен включить двигатель коррекции, то этому сигналу самому работать не нужно. Он должен только перенести на спутник определенную информацию, передать соответствующую команду, а там уже найдутся другие источники