Н. — Я думаю, что в его обмотке появится наведенное напряжение.
Л. — Совершенно верно. А как оно будет изменяться?
Н. — Я думаю, что оно будет изменяться при вращении ротора. Напряжение, несомненно, должно быть очень высоким, когда ротор расположен так, что магнитное поле хорошо проходит по его виткам. И оно, вероятно, будет очень низким, когда ротор расположен так, что магнитное поле не может проходить по его виткам.
Л. — Совершенно правильно, отдавая дань строгости выражений, я хочу уточнить. Наведенное напряжение равно нулю, когда витки ротора расположены параллельно магнитному полю, создаваемому тремя обмотками статора. Это направление перпендикулярно тому, которое занимает ротор при подаче в него такого же напряжения, как и в обмотку ротора первого сельсина, как мы только что делали.
Мы можем подать напряжение с этого второго ротора на усилитель, а затем на специальный фазочувствительный детектор, который даст нам положительное или отрицательное напряжение в зависимости от того, в какую сторону смещен ротор от положения, соответствующего наибольшему значению наводимого в этом роторе напряжения.
Н. — Мне в голову пришла одна идея…
Л. — Так изложи ее, мне кажется, что ты сегодня в очень хорошей форме.
Н. — Незачем говорить об этом, я всегда в хорошей форме. Если это напряжение ротора соответствующим образом усилить и затем подать на двухфазный двигатель, то его можно заставить вращаться в одном или в другом направлении.
Л. — Совершенно верно, и этим пользуются на практике. Но как при использовании твоего метода, так и при использовании уже описанного мною двигателя постоянного тока, управляемого фазочувствительным детектором, этот двигатель всегда используете я для воздействия на ротор сельсина, чтобы удерживать его в таком положении, когда наведенный в обмотке этого ротора ток ничтожно мал.
Н. — А какими преимуществами обладает этот метод по сравнению с первым?
Л. — На этот раз передача необратима. Первый сельсин выступает в роли управляющего органа, а второй — в роли управляемого. Необходимо отметить, что в этом случае мощность на роторе сельсина приемника зависит только от усилителя и управляемого им двигателя. Этот метод позволяет поворачивать в нужное положение очень тяжелые предметы, обладающие большой инерцией. Поэтому такая система передачи угла часто используется для управления радиолокационными антеннами.
Н. — В принципе очень удобно, что эту сельсинную систему можно применять несколькими различными способами. К тому же второй сельсин также может применяться двумя разными способами, о которых ты мне рассказал.
Л. — Теоретически все это возможно, а на практике предпочитают в известной мере специализировать сельсины. Существуют специальные сельсины-датчики, которые устроены так, чтобы подключаемые к их обмоткам нагрузки не изменяли наводимых в них напряжений. У сельсинов-приемников, предназначенных для индикации передаваемого угла, как я тебе уже говорил, принимают специальные меры для демпфирования колебаний ротора. В тех же сельсинах, которые предназначены для использования в системе автоматического регулирования с двигателем, стальная арматура ротора должна быть очень однородной, чтобы ротор не оказывал никакой реакции на обмотки сельсина-передатчика. В сельсинах, используемых для прямой передачи угла без двигателя, приводящего в движение второй сельсин (такую систему передачи называют телеиндикацией), нет необходимости в исключительной однородности стального сердечника ротора. Этот ротор устанавливается в заданное положение магнитным полем и поэтому совершенно не влияет на сельсин-датчик.
Цифровые кодирующие устройства
Н. — В брошюре о радиолокаторе я обнаружил описание еще одного странного устройства. Там говорилось о передаче положения с помощью «цифровых кодирующих устройств». Что это такое?
Л. — Это устройства, связанные с осью и передающие сведения о положении в цифровой, обычно в двоичной, форме. Такое устройство, например, можно сделать в виде диска, разделенного на концентрические кольца (дорожки), каждое из которых состоит из прозрачных n непрозрачных участков (рис. 165).
По одну сторону диска располагают ряд ламп, каждая из которых освещает небольшой участок выделенной ей дорожки, а по другую сторону диска напротив ламп размещают фотоэлементы. Когда между лампой и фотоэлементом находится прозрачный участок кольцевой дорожки, фотоэлемент дает напряжение, а когда луч света перекрывается непрозрачным участком, напряжения на выводах фотоэлемента нет. Путем соответствующего размещения прозрачных и непрозрачных зон на кольцевых дорожках можно сделать так, что даваемые фотоэлементами напряжения составят число, в двоичной системе позволяющее точно определить положение оси.
Рис. 165. Кодирующий диск состоит из прозрачных и непрозрачных зон. В зависимости от угла поворота диска лампы Л1, Л2, Л3 и Л4 освещают или не освещают соответствующие фотоэлементы Ф. Последние по проводам, число которых соответствует числу кольцевых дорожек, передают в двоичном коде информацию об угле поворота диска.
Здесь уместно вспомнить о проведенном нами ранее сравнении цифровой и аналоговой вычислительной техники. Система передачи данных в цифровой форме представляет интерес для передачи большого количества цифр, характеризующих с высокой точностью те или иные явления. В тех случаях, когда особой точности не требуется, вполне достаточно передачи непрерывно изменяющихся величин, как, например, трех напряжений с разной амплитудой в трех обмотках сельсина.
Грандиозные проекты
Н. — Я очень рад услышать объяснения принципа работы этих цифровых кодирующих устройств. Они позволят мне решить проблему, над которой я в последнее время работаю: один из моих приятелей попросил сделать ему автоматическую систему управления станком по заданной программе. Я установлю на станке такое цифровое кодирующее устройство. Переданное им число запишу на сдвигающий регистр. Последний позволит мне сложить это число с числом из программы, записанной в магнитном запоминающем устройстве…
Л. — Я знал, что ты в прекрасной форме, Незнайкин, но я никогда не подозревал, что ты стал так силен! Положительно, для тебя электроника…
Н. — Электроника?.. Нет ничего проще!
Вместо послесловия
Письмо Любознайкина Незнайкину
Дорогой друг!
Мы очень давно не виделись, причина, вероятно, заключается в том, что все время отнимает создание системы программного управления станком. Тем не менее я считаю необходимым упорядочить все то, о чем мы говорили во время наших бесед, и поэтому я предлагаю тебе нечто вроде предметного указателя.
Как ты помнишь, твоя неудача с устройством охраны от воров побудила меня рассказать тебе о преобразователях (стр. 8), затем попытаться дать определение электроники (стр. 10) и, наконец, посоветовать тебе в виде подготовки к нашим последующим беседам перечитать небольшой учебник по электротехнике.
Во второй беседе (стр. 12) мы убедились, что использование преобразователя может оказаться необходимым даже в тех случаях, когда изучаемое явление само по себе уже электрическое: мы увидели, как преобразуют постоянные напряжения в переменные, чтобы облегчить их усиление (стр. 13), и какие методы используют для измерения очень высоких напряжений (стр. 14). Мы рассмотрели преобразователи магнитного поля (стр. 17) и тензометрические преобразователи (стр. 19), которые позволяют измерять приложенную силу. Мы также познакомились с системами, в которых используются вибрирующая струна (стр. 22) и пьезоэлектрические преобразователи.
В третьей беседе (стр. 24) мы говорили об ускорении (стр. 25) и об акселерометрах (стр. 26). Мы говорили о преобразователях звука или микрофонах (стр. 27), рассмотрели преобразователи, чувствительные к температуре (в том числе терморезисторы — стр. 28 и термопары) и к свету, — здесь мы начали с вакуумных фотоэлектрических элементов (стр. 30), перешли к газонаполненным элементам (стр. 31), фоторезисторам, фотодиодам и закончили фотоумножителями (стр. 34).
Во время нашей четвертой беседы (стр. 36) я объяснил тебе строение атомного ядра (протоны и нейтроны) и рассказал, что такое изотопы (стр. 37). Мы познакомились с природой ядерных излучений; с альфа-, бета- и гамма-лучами (стр. 38) и со средствами для их измерения: с ионизационной камерой, а также со счетчиком Гейгера — Мюллера (стр. 40) и со сцинтилляционным счетчиком (стр. 42).
Начав с ядерных излучений, мы совершили краткий экскурс в электрохимию ионов. Я объяснил тебе, что такое pH (стр. 44) и как измерять этот показатель с помощью стеклянного электрода (стр. 46), а затем рассказал об окислительно-восстановительном потенциале.
Когда мы встретились в пятый раз (стр. 50), мы приступили к изучению собственно электронной части интересующих нас систем. Мы начали с усилителя, и я показал тебе, как расширяют его полосу пропускания в сторону высоких и в сторону низких частот, попутно я напомнил тебе, что такое децибелы (стр. 53).
В ходе нашей шестой беседы (стр. 62) мы рассмотрели, как повысить входное сопротивление усилителя, в частности благодаря использованию электрометрической лампы (сгр. 63), и как снизить выходное сопротивление (стр. 66) с помощью катодного повторителя (стр. 67), схемы с общим коллектором (стр. 70) и с помощью суперэмиттерного повторителя или схемы с общим суперколлектором (стр. 72).
Когда мы встретились в седьмой раз (стр. 76), мы говорили о таком изменении формы сигнала, как ограничение (стр. 78), о схеме, осуществляющей такую операцию с сигналом, о симметричном усилителе (стр. 79) и особенно о схеме, называемой триггером Шмитта (стр. 82). Полученные сигналы с крутыми фронтами мы подавали на дифференцирующую (стр. 85) и интегрирующую схемы (стр. 88). Для облегчения понимания роли этих схем я рассказал тебе, что такое производная (стр. 90) и интеграл (стр. 91).
Во время нашей восьмой встречи (стр. 95) мы познакомились с умножителем частоты (стр. 96) сначала для сигналов одной определенной, а затем и для сигналов любой частоты (стр. 98). Чтобы дать тебе возможность делить частоту, мне пришлось рассказать о мультивибраторе (стр. 99), а затем о его использовании для деления частоты на четное число (стр. 104). Последнее побудило меня рассмотреть вместе с тобой, как устроен триггер с двумя устойчивыми состояниями (стр. 106), что облегчило тебе понимание схемы с одним устойчивым состоянием или одновибратора (стр. 111).
Во время нашей девятой встречи (стр. 116) ты узнал, что такое амплитудный дискриминатор (стр. 116) и селектор (стр. 117).
Наша десятая беседа (стр. 123) была посвящена различным исполнительным механизмам; мы начали с реле (стр. 124), перешли к двигателю постоянного тока (стр. 129) и закончили двигателем переменного тока (стр. 133).
Когда мы встретились в одиннадцатый раз (стр. 148), ты захотел узнать, что такое виброгенераторы (стр. 149), пьезоэлектрические (стр. 150) и магнитострикционные (стр. 152) генераторы улыразвука. Занявшись источниками модулированного света, мы рассмотрели фототелеграф (стр. 153), а затем лазер (стр. 155).
Во время нашей двенадцатой встречи (стр. 162) ты узнал, как осуществляется электронный счет сначала в двоичной системе счисления (стр. 163), а затем и в десятичной (стр. 166), а также как осуществляется индикация полученного результата (стр. 168).
Прежде чем приступить к ознакомлению с цифровыми электронными вычислительными машинами, тебе в начале нашей тринадцатой беседы пришлось немного потренироваться в сложении по правилам двоичной арифметики (стр. 180), а затем я рассказал тебе о логических элементах (стр. 182), которые позволили нам создать полусумматор (стр. 184) и сдвигающий регистр (стр. 186).
Встретившись в четырнадцатый раз (стр. 191), мы были уже подготовлены к изучению полной схемы двоичного сумматора (стр. 192) и умножителя (стр. 195).
Для выполнения вычислений необходимы запоминающие устройства, и я показал тебе, как работают запоминающие устройства на ферритовых тороидальных сердечниках (стр. 199) и на туннельных диодах (стр. 202).
В ходе нашей пятнадцатой беседы (стр. 205) я рассказал тебе о системах автоматического регулирования (стр. 207), об их демпфировании (стр. 207) и о сервомеханизмах вообще (стр. 210). Мы говорили об одном типе систем автоматического регулирования — об усилителе с отрицательной обратной связью (стр. 212).
На наше шестнадцатое заседание (стр. 220) ты пришел с оригинальным проектом аналогового умножителя (стр. 221), который заставил меня рассказать тебе об операционных усилителях (стр. 224), а затем и вообще об аналоговой вычислительной технике (стр. 228).
Наша семнадцатая встреча (стр. 232) преследовала цель дать ответы на твои вопросы относительно сверхвысоких частот и, в частности, о получении таких частот с помощью магнетрона (стр. 233), об их передаче по коаксиальному кабелю с четвертьволновыми изоляторами (стр. 234) и о смешивании их с колебаниями гетеродина, создаваемыми клистроном (стр. 235). Мы познакомились также с антенным переключателем (стр. 237), который поочередно подключает радиолокационную антенну то к передатчику, то к приемнику. Знакомясь с вспомогательными устройствами радиолокатора, мы рассмотрели стабилизаторы напряжения питания (стр. 238) и системы передачи угла на сельсинах (стр. 240).
В этот момент, отстранив все сомнения, ты занялся осуществлением своего грандиозного проекта создания системы программного управления. Я поздравляю тебя с твоим смелым начинанием.
Ни ты, ни я не можем претендовать на то, что за семнадцать наших бесед мы разобрали «всю электронику». Но я надеюсь, что немного помог тебе ознакомиться с этой увлекательной, бурно развивающейся наукой, которая обусловливает жизнь современного мира. Именно по этой причине тебе необходимо постоянно держать себя в курсе событий и ежедневно, как делаю я сам, продолжать изучать электронику.
Ни ты, ни я не можем претендовать на то, что за семнадцать наших бесед мы разобрали «всю электронику». Но я надеюсь, что немного помог тебе ознакомиться с этой увлекательной, бурно развивающейся наукой, которая обусловливает жизнь современного мира. Именно по этой причине тебе необходимо постоянно держать себя в курсе событий и ежедневно, как делаю я сам, продолжать изучать электронику.
Если во время такой «постоянной переподготовки» ты столкнешься с какими-либо трудностями, не стесняйся обратиться ко мне за советом. Я всегда отвечу, если это будет в моих силах, но я готов поспорить, что в один прекрасный день ты меня «перегонишь», а это тоже очень полезно, так как плох тот ученик, который не превзойдет своего учителя.
В ожидании твоих писем прошу тебя принять заверения в моей сердечной дружбе.
Твой друг Любознайкин
