И. ТОЧКИН
Прошлый раз мы разобрали1), как путем плавного перехода от ряда кусочков прямых линий получается так называемая «кривая», которая в технике встречается, можно сказать, на каждом шагу. Мы уже подошли к понятию того, что кривая дает изображение зависимости одной величины от другой. Остановимся на этом подробнее.
Возьмем хорошо знакомую нам электронную лампу. Будем задавать на сетку положительные напряжения в 1, 2, 3 и т. д. вольт (т. е. плюс на сетку, минус на нить накала) и для каждого напряжения измерять силу анодного тока. Затем проделаем то же в обратном направлении, т. е. будем давать минус на сетку и плюс на нить, и опять отмечать анодный ток.
Теперь возьмем и начертим уже знакомые нам прямые. Только на этот раз сделаем это несколько иначе, а именно, горизонтальную прямую (ось X) проведем в обе стороны от оси У, как показано на рис. 11).
Напряжение на сетку измерено у нас в вольтах. Выберем, прежде всего, масштаб оси абсцисс. Пусть он будет польвольта в миллиметре. Отложим положительные вольты на сетку вправо от вертикали, а отрицательные влево (на рис. 1 показано +Еg и —Еg) и надпишем цифры. По оси ординат у нас будет масштаб 0,1 миллиампера в миллиметре, так как анодный ток в усилительных лампах измеряется в миллиамперах.
Теперь соединим плавной кривой наши разрозненные точки. Мы получим то, что показано на рис. 1.
По этой кривой мы можем сразу проследить зависимость анодного тока от напряжения на сетке. Действительно, мы видим, что +4 вольта на сетку соответствует ток в 3 мА, при нуле на сетке мы имеем 1,5 мА, а при —6 в. ток прекращается вовсе. Но этого мало. Мы можем подметить еще целый ряд любопытных особенностей. Так, например, мы видим, что при увеличении напряжения на сетку более +8 в. анодный ток не меняется (это так называемый ток насыщения). Далее, очевидно, что между —2 и +4 в. кривая идет прямолинейно, а налево и направо имеет «колена». Как увидим далее, на прямолинейной части основано усиление, а колена определяют детекторные свойства. Одним словом, по нашей кривой можно судить о свойствах лампы, для которой она получена. Поэтому-то она называется характеристикой лампы.
Из двух разобранных примеров со скоростью поезда (это можно назвать характеристикой движения) и характеристикой электронной лампы видим, что при помощи кривой мы можем изображать и изучать зависимость двух любых величин друг от друга (скорости от расстояния, анодного тока от сеточного напряжения и т. д.). Мы можем на оси абсцисс откладывать время, а по оси ординат любую величину, которая от него зависит: ток, напряжение — в электричестве, отклонение, давление — в механике и т. д. Эти временные диаграммы имеют очень большое значение при изучении колебательных процессов, а следовательно, переменного тока высокой и низкой чистоты. К ним-то мы сейчас и перейдем.
Отличительной чертой переменного тока служит то, что определенный промежуток времени он течет в одном направлении, а потом источник как бы меняет полюса и ток идет в направлении противоположном. В механике аналогичный процесс наблюдается при колебаниях маятника: он ходит то в одну, то в другую сторону. Движение в одну сторону (по нашему произволу) будем считать положительным, а в другую — отрицательным. Точно так же току в одном направлении припишем знак плюс, а в противоположном — минус.
Возьмем оси координат, как показано на рис. 2, и будем откладывать по оси абсцисс время t. По оси ординат будем откладывать ток J, причем положительный — вверх, а отрицательный — вниз. Тогда для обычного переменного тока в 50 пер/сек. получится кривая рис. 2, которая носит название синусоиды. Одна «перемена» — один горбыль тока, продолжается 0,01 сек., а две полных перемены 0,02 сек. Время этих двух полных перемен и составляет период переменного тока. Мы не станем останавливаться на разборе свойств этой кривой, а следовательно и свойств переменного тока; скажем только, что эти кривые служат основным материалом изучения переменных токов низкой (осветительных) и высокой (в радиотехнике) частоты. Отметим еще, что диаграммы колебаний, подобные изображенной, можно прямо снимать на фотографическую ленту при помощи особого прибора, так называемого осциллографа.
Переменный ток представляет собой колебания с одинаковыми раскачиваниями в обе стороны в течение всего времени. Бывают и такие колебания, в которых раскачивание постепенно, с течением времени, уменьшается, «затухает». Такие колебания (они получаются в искровых передатчиках) называются затухающими. График их дан на рис. 3.
Теперь разберем некоторые операции с графиками, о которыми частенько приходится иметь дело. Начнем со сложения.
Положим, что у нас имеются два колебания одинакового периода, но разной величины, как показано на рис. 4а. Допустим далее, что они действуют одновременно. (Например два напряжения от различных источников на зажимах одной и той же цепи). Тогда, очевидно, их действия будут складываться. Для каждого момента времени мы должны взять одно колебание и прибавить к нему другое; это и будет то результирующее колебание, которое нас интересует. Сложить наши две синусоиды графически очень просто. Для этого нужно только при помощи циркуля прибавить друг к другу отрезки от оси абсцисс до кривых для различных моментов времени и полученные точки соединить кривой. Результат этой операции показан на рис. 46.
Совершенно так же производится сложение двух синусоид, вывернутых друг относительно друга (II случай), показанных на рис. 5. Здесь нужно лишь принять во внимание, что отрезки, направленные вниз, нужно вычитать из отрезков, направленных кверху (так как одни имеют знак плюс, другие — минус).
Иной характер носит сумма двух колебаний с различными периодами. Здесь ординаты иногда вычитаются, иногда складывается, в зависимости от направления (см. рис. 6). В результате получается сложная кривая с периодически меняющейся величиной размаха. Эта кривая носит название кривой биений, а само явление называется биениями.
1) См. «РВ» № 1.