Р-103
Но если внимательно исследовать спектр сигнала, то в нем неожиданно обнаружатся какие-то странные составляющие: их частоты никак нельзя будет отнести ни к гармоникам первого сигнала, ни к гармоникам второго.
Вот конкретный пример. На вход транзистора подали два переменных напряжения: одно с частотой 100 Гц, второе с частотой 105 Гц. Изучая сигналы на выходе транзистора, обнаружили в нем составляющие с частотами 100 Гц, 200 Гц, 300 Гц (гармоники первого сигнала) и составляющие с частотами 105 Гц, 210 Гц, 315 Гц (гармоники второго сигнала). И еще оказались в спектре две такие составляющие — одна с частотой 205 Гц и вторая с частотой 5 Гц. Их, как видите, нельзя отнести к гармоникам, это совершенно особые составляющие — у первой частота равна арифметической сумме частот первого и второго сигнала (205 = 100 + 105), у второй — их разности (5 = 105 – 100).
Появление странных составляющих (их для краткости называют суммарной и разностной) связано с самой природой нелинейных искажений. Правда, слово «искажения» здесь можно применять не всегда, часто правильнее говорить о нелинейных преобразованиях. Потому что получение составляющих с суммарной и особенно с разностной частотой — один из важных процессов обработки сигнала в электронной аппаратуре (Т-219, Т-258).
В заключение — эксперимент. Ударьте слегка по одной клавише рояля, затем по второй и, наконец, по обеим вместе. Вы обнаружите, что при одновременном ударе по двум клавишам слышны такие тона, которых не давала в отдельности ни одна из них. Это в нашем ухе за счет нелинейных процессов возникают колебания суммарной и разностной частоты.
Этот музыкальный эксперимент завершает наше знакомство с генераторами и перебрасывает мост в следующий раздел повествования, посвященный в основном высококачественному воспроизведению музыки.
42.Усиление сигнала очень напоминает изготовление большой копии маленькой скульптуры (Т-124).
43. Быстро меняя сопротивление цепи, где протекает постоянный ток, из него можно изготовить нужный электрический сигнал (Т-120).
44. Управляющий прибор (электронная лампа, транзистор и др.) позволяет слабому сигналу управлять мощным потоком энергии (Т-125, Т-123).
45. В электронной лампе при нагреве катода из него вылетают электроны, из них будет сформирован постоянный анодный ток, а из него изготовлена мощная копия слабого сигнала (Т-152).
46.Вакуумный диод. Если на аноде «плюс», то он притягивает электроны, вылетевшие из катода, и в лампе появляется анодный ток (Т-152). Если на аноде «минус» в лампе тока нет.
Глава 12Воспроизводится музыка
Т-183. Электроника помогла сделать доступными для миллионов людей бесценные сокровища музыки. Нет числа тем благам, которые принесла человеку радиоэлектроника. Она открыла нам новые возможности понимания мира, покорения природы. Цветное телевидение, автоматы, фотографирующие ландшафт Венеры, компьютеры, ускорители атомных частиц, электронные диспетчеры гигантских заводов, радиотелефонная связь Арктики с Антарктидой, Земли с Луной, регистрация электрических сигналов сердца и мозга…
Есть в этом гигантском списке скромная строка, за которой стоит, быть может, больше человеческой радости, чем за любой другой, — электроника сделала для нас более доступным продукт особого рода — музыку. Стремление к музыке, ощущение гармонии и ритмов заложено в самой человеческой природе. С ними так или иначе связаны многие прекрасные человеческие качества, связано непонятное пока Нечто, которое делает человека Человеком.
Убежденно и страстно сказал об этом великий Шекспир:
Тот, у кого нет музыки в душе,
Кого не тронут сладкие созвучья,
Способен на грабеж, измену, хитрость,
Темны, как ночь, души его движенья
И чувства все угрюмы, как Эреб…
Не верь такому.
Музыка — величайшее духовное богатство цивилизации. И справедливому распределению этого богатства, приобщению многих миллионов людей к сокровищам музыки помогает электроника. Это она приносит в наш дом тревожные бетховенские аккорды, сложную гармонию голосов «Ореро» или «Песняров», неповторимость хриплого армстронговского баса, прозрачные мелодии Моцарта, глубокие раздумья Сергея Прокофьева. Электроника приносит в ваш дом Музыку. Если, конечно, звуковоспроизводящие аппараты — приемники, радиолы и магнитолы, электрофоны и магнитофоны, усилители и акустические агрегаты — воспроизводят музыку так, что она остается музыкой.
Т-184. Важнейшие характеристики усилителя НЧ — номинальная мощность, коэффициент нелинейных искажений, диапазон частот, входное и выходное сопротивление, уровень шумов, потребляемая мощность. Ламповые и транзисторные усилители, которые работают в звуковоспроизводящих установках, называют усилителями низкой (звуковой) частоты или, сокращенно, усилителями НЧ. Частоты электрических сигналов, которые должен усиливать такой усилитель, это частоты звуков, скажем, от 15–20 Гц до 15–20 кГц. В сравнении с тем, что достается другим усилителям, это действительно низкие частоты, в приемнике или в телевизоре, например, транзисторам и лампам нередко приходится усиливать сигналы, частота которых измеряется мегагерцами, десятками и сотнями мегагерц.
Усилитель НЧ — важнейший элемент звуковоспроизводящего комплекса (Р-104;1), от него в огромной степени зависят и громкость звука, и качество звучания. Что касается громкости, то здесь, пожалуй, усилитель даже главное действующее лицо. Потому что именно с него электрический сигнал поступает на громкоговоритель и от мощности этого сигнала зависит, насколько громким будет звук. Если, конечно, все дело не испортит сам громкоговоритель, если он сможет превратить в неискаженный звук столько электрических ватт, сколько ему даст усилитель. Что же касается искажений сигнала, то здесь усилитель НЧ входит в звуковоспроизводящий комплекс на равных со всеми другими его элементами. Потому что искажения, грубо говоря, суммируются и каждый из участков тракта «звук — ток — звук» вносит свою лепту в суммарные искажения звука, в то, что мы в конце концов слышим. Именно поэтому всеми силами стараются уменьшить искажения на всех участках звуковоспроизводящего тракта — в микрофонах, устройствах звукозаписи, в громкоговорителях. И конечно же, в усилителях НЧ (Р-73;6,7).
Одна из самых важных характеристик усилителя — его номинальная мощность Рном (Р-104;2). Это та наибольшая мощность электрического сигнала на выходе усилителя (то есть на входе громкоговорителя), при которой нелинейные искажения в самом усилителе еще не превышают объявленной для него величины. Отсюда следует, что вторая важная характеристика усилителя— это коэффициент нелинейных искажений Кни, который соответствует номинальной мощности Рном. В принципе усилитель может развить и большую мощность, чем Рном, но при этом коэффициент нелинейных искажений Кни будет больше, чем указано (Р-104;2). И наоборот, коэффициент нелинейных искажений может оказаться меньше объявленной величины, но уже при мощности меньшей, чем Rном.
Р-104
Вопрос о том, какую мощность должен давать усилитель, не так-то прост, по этому поводу можно услышать самые разные мнения, по-разному обоснованные. Но опыт подсказывает такие, например, цифры. Карманный приемник мы слышим на небольшом расстоянии (а если вокруг тихо, то и на большом) при мощности усилителя около 100 мВт, а приемники класса «Спидолы», у которых выходная мощность около 0,5 Вт, звучат уже вполне громко. Для сравнительно небольшого помещения обычно хватает мощности 1–3 Вт. Столько же должны давать звуковоспроизводящие установки в автомобиле, чтобы перекрыть шум двигателя и дороги. Для домашних условий вполне хватит мощности 5–8 Вт, а если усилитель дает 10–15 Вт, то можно считать, что есть уже запас выходной мощности. Для большого помещения, такого, как школьный зал, нужны мощности побольше, скажем 20 Вт и даже 50 Вт. Одно можно сказать уверенно — усилитель не должен давать громкоговорителю больше, чем тот способен без искажений превратить в звук (Р-104;3). То есть номинальная мощность усилителя и громкоговорителя должна быть одинаковой. Лучше даже, чтобы у громкоговорителя или акустического агрегата был некоторый запас, чтобы его номинальная мощность была несколько больше, чем мощность усилителя.
Коэффициент нелинейных искажений Кни усилителя определяется точно так же, как Кни громкоговорителя (Т-118), — это соотношение мощности новых составляющих, в частности гармоник, и мощности основного сигнала. Разница лишь в том, что для громкоговорителя Кки определяется по новым составляющим звукового сигнала, а для усилителя — по новым составляющим электрического сигнала. Они, в частности, появляются, если сигнал выходит за пределы линейного участка вольт-амперной характеристики какого-либо транзистора.
Снизить нелинейные искажения в усилителе не всегда просто, за это приходится платить схемными сложностями и ограничениями. В усилителях среднего класса Кки снижают до 2–5 процентов, в высококачественных усилителях — до 1–2 и даже до десятых долей процента. На первый взгляд это может показаться излишеством: наше ухо замечает нелинейные искажения при Кни более 5–7 процентов. Но ведь нужно учитывать, что к искажениям в усилителе обязательно добавится еще и несколько процентов искажений в громкоговорителе, а кроме того, микрофон, магнитофон или устройство грамзаписи тоже «не дремлют», они, к сожалению, тоже кое-что вносят в суммарные нелинейные искажения звуковоспроизводящего тракта (Р-73).
Усилитель может вносить также и частотные искажения, не в одинаковой мере усиливать сигналы разных частот (Р-104;4). Даже не вдаваясь в подробности, можно увидеть виновников частотных искажений в усилителях НЧ — это реактивные элементы, главным образом конденсаторы, которые оказывают разное сопротивление переменным токам разных частот. Здесь, наверное, уместно напомнить, что вся электротехника переменного тока, с которой нас познакомила глава шестая, действительна только для синусоидальных токов и напряжений. В частности, только для них по простым форм