1-23. Сильноточники и слаботочники
Телеграф, телефон, радиосвязь, измерительные приборы часто объединяются общим термином — слаботочная техника. Сильные же токи — это генераторы, электродвигатели, осветительные лампы, печи. Разница между этими двумя областями не в мощности отдельных устройств. Радиовещательный передатчик может быть в тысячи раз мощнее привода токарного станка. Различие сильноточной и слаботочной техники в целевом назначении.
Сильный ток работает, слабый — командует. Сильный ток пользуется квадратом скорости электронов, энергией их движения, слабый ток — скоростью как таковой.
Задача слаботочной техники — возможно точнее воспроизвести на приемном конце форму сигнала, посланного в начале цепи связи. Потери энергии при передаче интересуют слаботочника уже во вторую очередь. Он часто мирится с такими условиями передачи, когда на приемном конце получается меньше одной миллионной от посланной вначале энергии.
Сильноточника же обычно мало беспокоят возможные искажения формы токов и напряжений в процессе их передачи. Сильноточник прежде всего озабочен тем, чтобы создать возможно меньшие потери энергии при ее передаче. Редко мирится он с к. п. д. передачи, меньшим 50%, а во многих сильноточных устройствах к. п. д. передачи бывает выше 99%.
И сильноточники, и слаботочники рисуют для своих каналов передачи эквивалентные схемы в виде буквы Т. При наилучшем подборе данных генератора и потребителя отношение потерь энергии при ее передаче к полезной энергии определяется отношением среднего геометрического активных сопротивлений плеч эквивалентной схемы к полному сопротивлению ее ножки.
Все отличие техники слабых токов от техники сильных токов — в величине отношения плеч к ножке у буквы Т, являющейся эквивалентом канала передачи. Слаботочники часто применяют каналы передачи, у которых в эквивалентном Т каждое плечо имеет сопротивление, во много раз большее сопротивления ножки. Сильноточники же большей частью имеют дело с приборами и аппаратами, в эквивалентной схеме которых сопротивление плеч в несколько раз меньше сопротивления ножки.
Мы несколько раз повторяли, что геометрические размеры изображения сопротивления в эквивалентной схеме обычно не указывают на его величину. Но иногда принимают, что длина условного изображения на схеме соответствует величине электрического сопротивления. При таком условии можно довольно наглядно показать разницу между сильноточниками и слаботочниками.
Эмблемой сильноточников может быть эквивалентная схема с маленькими плечами и большой ножкой.
Эмблема слаботочников — это, наоборот, Т с большими плечами и маленькой ножкой.
Но зато слаботочники часто требуют, чтобы их Т не меняло своих пропорций для широкого спектра частот. Иногда они (нарочно увеличивают потери при передаче энергии, включают в схему выравнивающие контуры, только бы у этого ухудшенного Т не менялись с частотой (в известных, понятно, пределах) отношения ножки и плеч.
1-24. Связь слабая, сильная, критическая
Бывает, что в эквивалентной Т-схеме реактивные сопротивления всех ее звеньев — плеч и ножки — значительно больше активных сопротивлений. Такая система может оказаться колебательной. Порция электрической энергии долго будет блуждать в этой схеме с одного склада на другой, лишь постепенно рассеиваясь и расходуясь.
Отношение среднего геометрического сопротивлений первичного ,и вторичного контуров к сопротивлению связи называют коэффициентом связи. Так же, как и к. п. д., — это число не именованное и всегда меньшее единицы.
Слаботочники работают со слабой связью: коэффициент связи в их системах может быть меньше десятой, сотой, даже тысячной доли.
Сильноточники применяют системы с коэффициентами связи, достигающими 0,9—0,95.
При слабой связи первичная и вторичная цепи колеблются каждая независимо от другой. Если дать толчок колебательной системе со слабой связью, то возникнут колебания какой-то одной определенной частоты, одной длины волны. При сильной же связи могут возникнуть колебания сразу двух частот, двух длин волн. Тот коэффициент связи, меньше которого система одноволниста, а выше — двухволниста, называется критическим.
1-25. К вершинам схемного искусства
Эквивалентные схемы — схемы замещения — это перевод всевозможнейших явлений на язык «точечной электротехники».
Встречаются сложнейшие эквивалентные схемы из десятков, сотен и даже тысяч сопротивлений, включенных самым запутанным образом. Создаются специальные методы анализа этих схем. Схемы замещаются алгебраическими символами — «матрицами». Из схем извлекают «древа». Электротехника здесь смыкается с тонкими подразделениями высшей алгебры, геометрии, топологии. Часто эквивалентные схемы приносят огромную пользу, сокращая труд вычислителя и конструктора. Они помогают, как стенографическая запись, как счетная машина.
Эквивалентные схемы — интереснейший метод электротехники. И не только электротехники. В акустике, машиностроении, гидравлике, аэродинамике широко применяется метод электрических аналогий. Электрическая схема замещает собой более трудную для исследования конструкцию. Изучение эквивалентной схемы позволяет вскрыть внутренние закономерности, получить ценные числовые результаты.
К примеру, коленчатый вал мощного авиационного двигателя можно заместить цепочкой из индуктивностей, емкостей и сопротивлений. Бросив на эту цепочку волну напряжения, можно записать колебания токов во всех звеньях цепочки. И эти колебания соответствуют крутильным колебаниям работающего в моторе коленчатого вала. Вот мы изменили одну из индуктивностей или емкостей — и сразу изменился характер электрических колебаний в эквивалентной схеме. В течение немногих минут можно изучить, как влияет на крутильные колебания толщина щек вала, диаметр его шеек, какие надо поставить успокоители, чтобы погасить ту или иную наиболее нежелательную составляющую колебаний.
Но бывает, что перевод явлений пространственной электротехники на язык эквивалентных схем бессмыслен и вреден. Здесь невольно вспоминается старинная поговорка: — «перевод — это предательство».
Когда изучают циркуляцию вихревых токов в стальной шестерне, нагреваемой под закалку, нечего городить вместо куска стали многомерную сетку из десятков сопротивлений и конденсаторов. Это только путает понимание процесса. Изучение шлифов в микроскопе в данном случае принесет куда больше пользы, чем составление эквивалентных схем.
Современная техника имеет своей базой геометрию Декарта. Пространство мыслится как совокупность точек, каждая из которых определяется своим положением относительно осей координат. Эквивалентные схемы — это электротехническая интерпретация декартовой геометрии. Но эта геометрия — не единственно возможная. Математики изучают еще и другие системы отображения пространственных соотношений в окружающем мире. И для отображения электромагнитных процессов, быть может, будут созданы иные понятия, иные концепции, более соответствующие этим процессам во всех их деталях, нежели современный язык «точечных эквивалентных схем».
Схемная наука все совершенствуется и усложняется. Она становится все более тонким орудием анализа. Но тем внимательнее надо следить за тем, чтобы не превратить анализ схем в бесплодную схоластику, в бесцельное вращение попусту.
Отвлеченная и общая форма, в которую облеклись многие понятия, позволяет совершать двойную работу анализа и синтеза. Эта работа может продолжаться до бесконечности, оставаясь все время пустой, самодовлеющей.
Для непрерывного прогресса необходимо, чтобы понятия об электрических цепях и элементах схем оставались пластичными, изменчивыми, чтобы они расширялись, ограничивались, преображались, отделялись и соединялись беспрестанно под влиянием уроков практики.
Если же понятия застывают, костенеют, если они складываются в систему, претендующую на самодостаточность, то усвоивший эту систему и применяющий ее подвержен опасности употреблять и отдельные понятия, и всю систему, из которых она состоит, без непосредственной проверки их реальностью, которую они якобы представляют и выражают. Понятия эти становятся источником роковой слабости.
