Электроника?.. Нет ничего проще!

Беседа первая ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО

Незнайкин — А! Здравствуй, Любознайкин! Наконец-то ты пришел!

Любознайкин — Здравствуй, Незнайкин. Почему ты говоришь «наконец», ведь я не опоздал?

Н. — Нет, но я с нетерпением ждал тебя. Лишь ты можешь дать мне полезный совет. Я очень огорчен: мое устройство не работает, но это увлекает и…

Л. — Не можешь ли ты выражаться хоть чуточку яснее. Я абсолютно не понимаю, о чем идет речь.

Н. — Ну так вот. Несколько дней тому назад один из моих друзей, ювелир, попросил меня сделать ему небольшое устройство защиты от взломщиков. О! Он совершенно не хотел ничего сверхестественного; по его словам, требуется простенькое устройство, которое позволило бы ему немного уменьшить риск оказаться обокраденным. Те небольшие ценности, которые он хранит в своем сейфе, не оправдывают установки сложной и дорогой системы, и он спросил меня, не соглашусь ли я заняться этой проблемой.

Л. — Это увлекательно. Надеюсь, ты принял предложение?

Н. — Естественно. Но нужно было найти приспособление для обнаружения возможного вора. Я подумал использовать для этой цели микрофон…

Л. — Эх!

Н. — Ты, кажется, не очень одобряешь мое решение.

Действительно, прежде чем приступить к опыту, мне надлежало проконсультироваться с тобой. Около сейфа моего друга я поставил микрофон и соединил его со своим усилителем, к выходу которого вместо громкоговорителя через выпрямитель подключил реле (рис. 1), включающее звонок в комнате моего друга, проживающего тремя этажами выше.

Рис. 1. Попадающий в микрофон звук преобразуется в электрический сигнал, усиливается, затем детектируется и замыкает реле и тем самым предупреждает ювелира о присутствии злоумышленника, взламывающего сейф (или увы! сообщает о любом шуме-помехе).

Л. — Идея сама по себе неглупа, но я совершенно не верю в эффективность устройства, построенного на ее основе. Ты опробовал ее на практике?

Н. — Конечно. Сначала я изобразил, что взламывают сейф; реле сработало. Я был очень доволен, все казалось мне прекрасным. Вечером я привел систему в боевую готовность, и… мой друг всю ночь не спал.

Л. — О! Я очень живо представляю себе. Много раз за ночь вооруженный до зубов он, крадучись, спускался в свой магазин…. потому что какой-нибудь автомобиль резко затормозил перед его домом или потому что он запер в своей лавочке кошку.

Н. — Примерно так, во всяком случае в том, что касается юмористической стороны этой истории, особенно, когда я вспоминаю, что мой друг говорил утром о моих способностях, о моей изобретательности и о моем будущем в радиотехнике…

Л. — Я очень хорошо представляю себе это, мой бедный Незнайкин. Впрочем я должен тебе сказать, что твоя система, так часто понапрасну подающая сигнал тревоги, в случае настоящего ограбления могла преспокойно не сработать.

Н. — Ну нет! Невозможно, ведь я лично ее проверил.

Л. — Но ведь ты, Незнайкин, не взломщик. Представь себе на минуту, что делает вор, проникающий ночью в магазин: он старается производить как можно меньше шума. Подойдя к сейфу, он ищет систему сигнализации и не может не увидеть твой микрофон. Он поспешит накрыть его чем-нибудь, чтобы сделать глухим.

Нет, поверь мне, ты неудачно выбрал первичный преобразователь.

Н. — Что ты называешь первичным преобразователем?

Л. — Видишь ли, Незнайкин, во всяком электронном устройстве имеется часть, именуемая первичным преобразователем (рис. 2), которая улавливает или, как говорят, преобразует явление, которое предстоит обнаружить и измерить или использовать. Другая часть получает от первичного преобразователя электрический сигнал и изменяет его, придавая ему нужные характеристики; эту часть называют «промежуточным преобразователем». И, наконец, существует последняя часть «исполнительный элемент», которая получает сформированный электрический сигнал и по нему выполняет действие, которое ожидают от всего устройства.

Рис. 2. Любое измерительное радиоэлектронное устройство содержит первичный преобразователь, превращающий исследуемое явление в электрический сигнал, пригодный для использования вторичным преобразователем; последний подает сигнал на исполнительный элемент, который служит для выполнения нужного действия или измерения.

Н. — Это все дьявольски сложно. Я предпочел бы один хороший конкретный пример.

Л. — Хорошо, в твоем устройстве первичным преобразователем является микрофон, «переводящий» подлежащее обнаружению явление (шум) в электрический сигнал. Роль промежуточного преобразователя у тебя выполняет усилитель, повышающий мощность выработанного микрофоном сигнала. Исполнительным элементом является реле и приспособление, подающее сигнал тревоги.

Н. — Но чем, кроме микрофона, мог я (если пользоваться твоим выражением) уловить шум?

Л. — В этом случае следовало бы использовать не шум, а какие-либо другие признаки присутствия вора, например, попадание его в луч света. Лучше воспользоваться инфракрасным лучом, чтобы злоумышленник ничего не видел и не чувствовал себя обнаруженным, тогда с помощью фотоэлемента…

Н. — Сжалься, Любознайкин! Ведь я ничего этого не знаю.

Инфракрасные лучи, фотоэлементы и все прочее чрезмерно сложно для меня! И мне придется по крайней мере сдать экзамены на диплом по общей физике, чтобы суметь понять кое-что… но до этого, поверь мне, пройдет не одна бессонная ночь!

Л. — Перестань заблуждаться, Незнайкин. Ты можешь прекрасно разобраться в электронике и без капитального университетского теоретического курса; твои познания в области радиотехники тебе очень помогут. Я скажу даже больше: ты не только можешь, но и должен понять электронику. Ты молод и, тебе необходимо идти в ногу со временем. В эпоху искусственных спутников, радиолокации далеких планет, электронных вычислительных машин со сложными программами, ядерной, техники и промышленной электроники ты уже не можешь довольствоваться лишь знанием радиоприемника. Тебе нужно расширять свой кругозор…

Н. — О, какое красноречие! Можно подумать, что я нахожусь в Бурбонском дворце[1]. Но в одном отношении ты несомненно прав: я полностью согласен, как ты говоришь, «расширить свой кругозор». С чего следует начать? Я надеюсь, что ты не будешь говорить мне о математике…

Л. — Успокойся. Некоторые дополнительные сведения по математике (а они-то, как мне кажется, уж не столь обширны), позволят лучше описать явления; но, на мой взгляд, формула или уравнение еще никогда не объясняли принцип действия. Поэтому, прежде чем обращаться к алгебре, нужно понять физическую сторону явления.

И возвращаясь к твоему вопросу, я советую тебе начать с… начала, т. е. с различных первичных преобразователей.

Н. — Ну, так приступим к делу! Объясни мне, как работает фотоэлемент: и я узнаю все о первичных преобразователях.

Л. — Ты просто воплощение скромности, рядом с тобой бледнеет даже фиалка[2]. Когда ты поймешь, как работает фотоэлемент (впрочем, это не единственный используемый в электронике светочувствительный прибор), ты все же не сможешь считать, что знаешь «все» о первичных преобразователях, ибо существует такое множество разнообразных преобразователей…

Н. — А что могут воспринимать первичные преобразователи, кроме света и звука?

Л. — По правде говоря, очень немногие явления: скорость, ускорение, давление, вибрацию, силу, вращающий момент, радиоактивное излучение, температуру, проводимость, кислотность, влажность…

Н. — Сжалься, Любознайкин! Не кидай в меня больше этими названиями! Это ужасно, но мне никогда не удастся ознакомиться со всеми существующими преобразователями. Я предпочитаю немедленно же отказаться от своей затеи освоить электронику.

Л. — Ты абсолютно не прав. Разве шесть месяцев тому назад, занявшись английским языком, ты не пришел в отчаяние, узнав, что, даже выучив четыре тысячи слов, не будешь знать всего языка Шекспира. В твоем возрасте вполне естественно желание знать «все» в том или ином вопросе, но было бы очень хорошо (и очень полезно), если бы тебе удалось изучить несколько преобразователей и способы их использования.

Н. — Все ясно. Ты заставишь меня заниматься электроникой попусту…

Л. — Но, Незнайкин, когда ты, наконец, освободишься от своей боязни математики? Разве ты считаешь, что я заставлял тебя «попусту заниматься радио?» Конечно, нет. Поверь: я могу научить тебя многому интересному из электроники, после чего ты сможешь пополнять свои знания чтением книг, журналов и особенно практическими занятиями. Тебе не так уж трудно будет следовать за мною в начале, но после нескольких наших бесед ты удивишься, какое множество статей, которые сейчас могут тебя обескуражить, станут тебе понятными.

Н. — В принципе ты несомненно прав. Ты расскажешь мне некоторые подробности об устройстве преобразователей, и я познаю электронику, потому что по своей сути электроника — то же самое радио.

Л. — Абсолютно с тобой не согласен. Если хочешь, скажи, что радио — это электроника, потому что с радио началась электроника. Я знаю многих специалистов по электронике, которые за десять лет практической работы ни разу не прикасались к антенне, громкоговорителю или микрофону.

Н. — Но тогда, прежде чем идти дальше, скажи мне, что ты понимаешь под электроникой?

Л. — Наконец-то мы добрались! Нужно сказать, что я долго искал подходящее определение… Видишь ли, Незнайкин, ты задаешь довольно сложный вопрос. Я постараюсь ответить тебе, сказав, что электроника — это область техники, использующая движение электрических зарядов во многих средах, кроме металлов (в вакууме, ионизированных газах, полупроводниках), и которая, имея дело с электричеством в почти «чистом виде», практически не знает инерции. Для замыкания или разрыва электрической цепи обычными средствами требуется переместить два проводника, обладающих определенной массой, чтобы соединить их или отодвинуть один от другого. На это требуется некоторое время. Если же воздействовать на заряды, практически не имеющие массы, то все происходит значительно быстрее. Время в электронике исчисляется в микросекундах (мксек), т. е. в миллионных долях секунды; здесь в качестве единицы измерения времени также используются даже миллиардные доли секунды — наносекунды (нсек). И, наконец, по-моему, можно сказать, что электроника начинается там, где кончается закон Ома.

Н. — Но это совсем не годится. В усилителе (а это — электронное устройство) имеются порядочные резисторы, которые полностью подчиняются закону Ома!

Л. — Не обвиняй меня в том, чего я не сказал! Электроника опирается на «неомические» элементы, но она использует также классические электротехнические элементы и именно по этой причине знание общей электротехники необходимо для электроники еще в большей степени, чем для более ограниченной области радио.

Н. — Хорошо, допустим. Но тогда, как нам охватить все гигантское поле знаний, каким является электроника? (Как ты видишь, твое красноречие явно заразительно.)

Л. — Я полагаю, что указал тебе на самое главное. Мы будем говорить о первичных преобразователях, об электронной части, которая заменяет поступающий с первичного преобразователя сигнал, и затем об исполнительном элементе, который производит нужное действие. С целью пополнения твоих знаний о некоторых электронных схемах, которые будут нам полезны, мы займемся изучением электронного счета и его использования в электронных вычислительных машинах. И, наконец, используя воздействие исполнительного элемента на первичный преобразователь (рис. 3), т. е. сделав «замкнутую систему», мы создадим сервомеханизмы (следящие системы) и аналоговые счетные электрические системы.

Если после этого ты почувствуешь себя еще в форме, то мы поговорим также о широко используемом измерении времени, а затем посмотрим, что электроника может дать биологии, астрономии…

Рис. 3. В замкнутой системе исполнительный элемент воздействует непосредственно на первичный преобразователь.

Н. — Пожалей меня, иначе я не выйду отсюда живым!

Л. — Ты преувеличиваешь опасность. Желаешь ли ты начать наши занятия завтра?

Н. — Лучше послезавтра. А я тем временем перечитаю все то, что ты рассказал мне в свое время о радио.

Л. — Превосходная идея. Это будет тебе исключительно полезно. Но особое внимание обрати не на подробности из области радио, а на разделы, посвященные общей электротехнике, электронным лампам и транзисторам.