пряжения сопровождается значительными изменениями его емкости и приводит к соответственно большим изменениям величины текущего Через конденсатор тока. В результате на нагрузке получается переменное напряжение, величина которого изменяется пропорционально подводимому сигналу, т. е. напряжению, приложенному к конденсатору.

Здесь много общего с магнитным усилителем, в котором используется принцип изменения тока в цепи путем изменения индуктивности под действием приходящего сигнала.

Но у диэлектрического усилителя есть существенные преимущества. Область применения магнитных усилителей пока ограничивается токами самых низких частот, диэлектрический же усилитель может работать на очень высоких частотах - до нескольких мегагерц. Работа на таких частотах позволяет использовать еще более эффективный вариант схемы усилителя.

Для этого управляемый конденсатор включается в колебательный контур, который настраивается в резонанс с частотой питающего его вспомогательного источника переменного тока высокой частоты. Как известно, при резонансе сопротивление такого контура очень велико и напряжение на нем достигает максимума. При расстройке напряжение на контуре резко падает. Это свойство можно использовать, например, для получения усиления иа звуковых частотах. Для этого усиливаемое напряжение звуковой частоты подается на конденсатор. Вследствие этого емкость конденсатора будет изменяться с такой же частотой, а вместе с тем будет изменяться и высокочастотное напряжение на контуре.

При надлежащем выборе емкости конденсатора и частоты вспомогательного источника тока можно добиться того, что высокочастотное напряжение на контуре будет изменяться на величину, во много раз превышающую напряжение входного сигнала. Диэлектрический усилитель такого рода выполняет свои функции любопытным образом; он является как бы модулятором-усилителем: высокочастотное напряжение на контуре модулируется приходящим сигналом звуковой частоты. Продетектировав теперь это модулированное напряжение, мы выделим из него усиленное напряжение звуковой частоты. Имеются данные о том, что один каскад подобного диэлектрического усилителя может дать усиление

колебаний звуковой частоты по мощности в несколько сотен и даже тысяч раз.

от ИСТОЧНИКА

нтт i ЧАСТОТЫ

ЗВУКОВО Ч СТ0ТЬ1

УСИЛЕННОЕ НАПРЯЖСННЕ звуковой ЧАСТОТЫ

Описанный вариант схемы диэлектрического усилителя .является лишь одним из возможных. Преимущество подоб-ных усилителей заключается в их малых размерах и боль-шой прочности, а также в полном отсутствии затрат энергии на накал катода, которого у диэлектрического усилителя нет вообще. Эти преимущества кажутся довольно заманчивыми, поэтому в ближайшие годы можно ожидать работ по практическому применению диэлектрических усилителей. В последние годы появились усилители еще нескольких типов, о которых рассказывается дальше.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ

УСИЛИТЕЛИ

Может быть, не каждый пытался поразмыслить над тем, №то представляет собой усиление.

Мы не можем усилить электрические колебания, не за-тратив на это энергии. Усиленные колебания будут иметь большую мощность, их энергия возрастет. Излишек энергии

Lne может возникнуть из ничего. Он должен быть введен извне.

Так в действительности и происходит. Усилитель не может работать без питания, без ввода в него энергии, причем энергия должна быть введена в систему так, чтобы имеющиеся в ней электрические колебания усилились. Ввод энергии должен происходить в такт с колебаниями, иначе можно не увеличить существующие колебания, а заглу-щить их.

К новым видам усилителей относятся так называемые параметрические усилители. Познакомимся с их работой.

Колебательный контур состоит из катущки индуктивности и конденсатора. Величины индуктивности и емкости являются параметрами контура. Вспомним, чему равно напряжение на конденсаторе при подведении к нему какого-нибудь заряда. Оно равно

где и - напряжение на конденсаторе; q - его заряд, а С - его емкость.

Напряжение прямо пропорционально величине заряда и обратно пропорционально емкости конденсатора. Из этого выражения вытекает, что для увеличения напряжения на конденсаторе необязательно увеличивать его заряд, т. е. сообщать ему дополнительную порцию электричества. Этого можно добиться также путем уменьщения емкости конденсатора.

Если в контуре происходят электрические колебания, то заряд и, следовательно, напряжение на конденсаторе изменяются синусоидально. Два раза в течение периода заряд на обкладках конденсатора будет наибольшим.

А что произойдет, если мы как раз в эти моменты уменьшим емкость конденсатора? Заряд конденсатора от этого не изменится, но напряжение на конденсаторе возрастет во столько же раз, во сколько раз уменьшилась емкость конденсатора.

Но увеличение напряжения на конденсаторе означает увеличение амплитуды колебаний, усиление их. Таким образом, для усиления колебаний в контуре можно в моменты наибольшего заряда конденсатора уменьшать его емкость, с тем чтобы в моменты полного разряда конденсатора возвращать емкость конденсатора к его начальной величине. Два раза в течение периода колебаний придется

увеличивать емкость и 2 раза возвращать ее к исходному значению. Делать это надо в такт с колебаниями точно в моменты наибольшего заряда и полного разряда и в фазе с ними: уменьшать в моменты полного заряда и увеличивать в моменты полного разряда.

Пользуясь таким способом, можно усилить колебания в контуре. Так как усиление осуществляется путем изменения одного из параметров контура, такой способ получил название параметрического усиления.

Естественно, что усиление и тут не происходит без затраты энергии. В конденсаторе между пластинами существует электрическое поле, и чтобы раздвинуть пластины, надо затратить известную энергию. Эта энергия увеличивает поле конденсатора, вследствие чего и возрастает напряжение на нем. В моменты полного разряда конденсатора увеличение емкости его до начальной величины не будет сопровождаться сообщением ему какой-либо дополнительной энергии, так как сближение пластин не встречает противодействия поля, которое отсутствует (другого рода потери энергии на восстановление начальной емкости конденсатора мы для простоты не учи-тываем).

i Практическое осуществление параметрического усили-

теля не представляет особой сложности. Для этой цели

можно воспользоваться, например, полупроводниковым X диодом. У диода имеется запорный слой, в котором отсут-А ствуют свободные носители зарядов. Этот слой находится

между слоями различной проводимости. Таким образом, диод по существу представляет собой конденсатор. Расстоя-

I ние между пластинами этого конденсатора, т. е. толщина запорного слоя, зависит от знака и величины напряжения в обоих слоях. При подведении напряжения в прямом . направлении толщина слоя уменьшается, при подведении X напряжения обратного значения она увеличивается. Изме-В няя напряжение на слоях диода, можно изменять нужным V образом емкость конденсатора , которым является диод. Щ Диод представляет собой конденсатор переменной емко-i сти , у которого изменение емкости может управляться

теми же колебаниями, которые надо усилить, а электропи-Ш тание он получает от генератора, который часто называют г'нератором накачки.

Ш Увеличение амплитуды колебаний, усиление их не может

быть бесконечныл:. По достижении некоторого предела

устройство начнет генерировать колебания - превратится в параметрический генератор.

Современные диоды позволяют параметрическим усилителям работать на очень высоких частотах - до нескольких десятков тысяч мегагерц. Параметрические усилители характерны очень малыми собственными шумами. Если на запорный слой подать некоторое отрицательное смещение, то свободные носители зарядов будут в этом слое практически отсутствовать и шумы окажутся сведенными к незначительной величине.

Как заметил, наверное, читатель, у параметрических усилителей очень много общего с регенеративными усилителями. Это сходство простирается еще дальше. Возможно устройство своего рода сверхрегенеративных параметрических усилителей. Принципы действия сверхпараметрического и сверхрегенеративного усилителей по существу аналогичны. Параметрический усилитель определенное количество раз в секунду доводится до генерации, которая тут же гасится (так же работает и сверхрегенератор). Параметрический сверхрегенератор позволяет усиливать мощность сигнала в некоторых случаях в десятки миллионов раз.

МОЛЕКУЛА

IIIIK (О и !11Ку IIIPIIIMI illlPXIIIIElIt

С Е^ОЛДМПОЙ

Принцип действия усилителей с лампой бегущей волны известен довольно широко. В этой лампе излучаемый катодом пучок электронов окружен спиралью, по которой движется электромагнитная волна. Диаметр витков и шаг спирали подбираются так, чтобы продвижение волны вдоль оси спирали происходило с такой же скоростью, с какой движутся электроны в пучке. Движущаяся волна взаимодействует с пучком электронов; она образует в нем сгущения и разрежения в соответствии с ее полем. Эти сгущения

и разрежения, продвигаясь по пучку, в свою очередь взаимодействуют с волной и, находясь в такте и фазе с нею, усиливают ее. Происходит обмен энергией между пучком электронов и электромагнитным полем. Усиление происходит в конце концов за счет энергии источников питания лампы. Для нас в данном случае представляет интерес то, что электромагнитные колебания усиливаются здесь не в контуре, а непосредственно в пространстве внутри лампы. Нужная для усиления энергия черпается из поля электронного пучка.

Нечто похожее происходит и в одном из новейших видов усилителей - молекулярных усилителях. Здесь электромагнитная волна движется в атмосфере какого-нибудь газа, по пути отнимает у него энергию и вследствие этого усиливается. Энергия газовых молекул при этом уменьшается. Так как непосредственное участие в этом виде усиления принимают молекулы, такие усилители и были названы молекулярными.

После прочтения предыдущего абзаца у читателя возникнут два вопроса. Первый: почему же электромагнитные волны, распространяясь в воздухе, т. е. тоже в газе, не усиливаются? Второй: в этом случае как будто нарушается закон о необходимости расходования энергии на усиление? Ведь для газа не нужны батареи накала или анодные, а если на усиление и расходуется энергия газа, то это энергия бесплатная : пусть после усиления энергия газа станет меньше, пусть он, например, охладится.

Ответ на эти вопросы очень прост: не каждый газ способен усиливать электромагнитные колебания. Это может проделать только особым образом подготовленный газ, и на эту его подготовку приходится затрачивать энергию.

Обычно мы имеем дело с большими массами вещества, которые подчиняются законам старой классической физики. Масса тела, его скорость, энергия могут быть любыми. Скажем, скорость тела может изменяться плавно. Отдельные элементарные частицы также могут обладать произвольными скоростями и, следовательно, любым количеством кинетической энергии. Но если элементарные частицы образуют связанные системы - атомы или молекулы, то внутренняя энергия такой системы, обусловленная взаимным расположением составляющих ее частиц, не может принимать любые произвольные значения. Эти значения могут быть только вполне определенными. Их может быть не-