Н. — Ну и что же? Мне от этого не жарко и не холодно.
Л. — Да от этого у тебя должны мурашки по спине бежать. На данной частоте твой конденсатор С может иметь не бесконечное сопротивление по сравнению с сопротивлением резистора r, тогда кратность твоего делителя напряжения упадет.
Н. — Транзистор меня побери! Об этом-то я не подумал! Неужели ничего нельзя сделать? А, вот и придумал: нужно уменьшить R и r!
Л. — Осторожно, иначе ты чрезмерно увеличишь расход энергии от источника Uвх. Может случиться так, что источник будет не в состоянии дать требуемую энергию, а кроме того, это привело бы к рассеянию на резисторах R чрезмерного количества энергии.
Н. — Мне пришла идея! Раз все наши неприятности происходят из-за паразитной емкости на выводах резистора r, то положение, вероятно, можно исправить, если поместить на выводах резисторов R соответствующий конденсатор.
Л. — Очень хорошо. Незнайкин, превосходная идея. Так действительно и делают, при этом компенсация будет безукоризненной, если (рис. 6) RC1 = rС2, где С2 — паразитная емкость.
Рис. 6. Для создания апериодического делителя напряжения R — r (чтобы отношение Uвх/Uвых не зависело от частоты) необходимо сделать RC1 = rС2.
Можно еще упростить схему, если ограничить ее применение не слишком низкими частотами; тогда получим емкостный делитель напряжения, схему которого я изобразил на рис. 7.
Рис. 7. В тех случаях, когда приходится иметь дело только с переменными напряжениями, делитель напряжения можно сделать на двух конденсаторах.
Я предполагаю, что входное сопротивление Rвх прибора, на который подается уменьшенное делителем напряжение Uвых, почти бесконечно по сравнению с реактивным сопротивлением С2; я могу сказать, что в каждый полупериод через С1 и С2 проходят одинаковые заряды. Отсюда можно вывести, что Uвых·С2 = (Uвх— Uвых)·С1 откуда получаем…
Н. — Нужный результат; я полностью тебе в этом доверяю.
Л. — Одной строки расчетов достаточно, чтобы установить, что
Н. — Это почти такая же формула, что и для делителя напряжения на резисторах. И я уже догадываюсь, сейчас ты скажешь, что паразитная емкость не имеет значения, что достаточно уменьшить С2…
Л. — Совершенно верно. Незнайкин, ты делаешь успехи, прими мои поздравления.
Н. — Прошу тебя, не надо лишнего, я всегда такой. Но Несомненно здесь нас ожидают такие же неприятности с конденсатором С1, какие мы испытали минуту тому назад с резистором R. На этот конденсатор обрушивается все напряжение Uвх, и ты наверное предложишь включить последовательно целую сотню?
Л. — Совсем нет, и именно в этом заключается основное достоинство делителя напряжения этого типа: конденсатор С1 имеет очень малую емкость, и поэтому очень легко сделать, чтобы он выдерживал все напряжение Uвх. Например, можно воспользоваться куском высоковольтного кабеля с внешней медной оплеткой и с полиэтиленовой изоляцией, как в коаксиальном кабеле. Используя в качестве обкладок конденсатора центральную жилу и металлическую оплетку, можно легко получить емкость С1 в несколько пикофарад.
Преобразователи электрического поля
Н. — Мне в голову пришла одна занятная идея.
Л. — Вообще это довольно опасно, но тем не менее скажи, что тебя осенило.
Н. — Твоя шутка оказалась неудачной, моя идея как раз имеет целью устранить опасность. Речь пойдет об измерении напряжения на высоковольтных воздушных линиях, рассчитанных на 60 000 или 200 000 в. Внизу на расстоянии в несколько десятков метров от токонесущих проводников можно было бы расположить параллельно им провод, который будет выполнять роль второй обкладки конденсатора С1 (рис. 8), вот и весь фокус!
Рис. 8. Емкостный делитель очень высоких напряжений: конденсатор С1 образован высоковольтной линией и расположенным неподалеку от нее проводом.
Л. — Еще раз прими мои поздравления, дорогой Незнайкин. Твоя идея уже применяется. Однако ее практическое осуществление сопряжено с некоторыми трудностями (нужно всегда одинаково располагать вторую обкладку конденсатора C1 относительно высоковольтного провода, учитывать наличие других высоковольтных проводников поблизости от интересующего нас провода). Своей идеей ты даешь мне повод рассказать тебе о преобразователях электрического поля. Описанное тобою устройство представляет собой один из таких преобразователей, но его можно применять лишь для переменных электрических полей.
Н. — А, да. Но прежде чем приступить к дальнейшему изложению, скажи мне все же, что ты подразумеваешь под «электрическим полем».
Л. — Очень просто — это состояние любого участка пространства поблизости от электрических зарядов, в результате чего на все помещенные в этот участок пространства электрические заряды воздействует определенная сила. Когда ты натираешь пластмассовую палочку, вокруг нее возникает электрическое поле, притягивающее легкие предметы. В электронной лампе между катодом и анодом существует электрическое поле, которое притягивает электроны к аноду.
Н. — Понимаю, но тогда моя система пригодна для всех полей. При измерении постоянного поля следует лишь воспользоваться одним из вибропреобразователей, о которых ты мне недавно говорил…
Л. — Какой ужас! Предположим, что мы сделаем предложенное тобой устройство (рис. 9). Я заменяю электрическое поле батареей с очень высоким напряжением Uвх, включенной последовательно с конденсатором С1. При включении на некоторое время вибропреобразователя К конденсатор С2 полностью разрядится и его заряд больше не восстановится; напряжение Uвых будет упорно оставаться равным нулю. Нет, вибропреобразователь для нашей цели совсем не годится; но ты прав, когда хочешь преобразовать нечто постоянное в нечто переменное, которое легче использовать; только преобразовывать в этом случае нужно не напряжение, а само электрическое поле.
Рис. 9. При получении напряжения с помощью емкостного делителя нельзя пользоваться методом замыкания — размыкания, изображенным на рис. 4.
Изнуряющая гимнастика
Н. — Это можно осуществить, если к заряженному проводнику, создающему поле, подносить и быстро отодвигать металлический предмет, соединенный с конденсатором С1.
Л. — Идея хороша, но я не думаю, что тебе удастся осуществить движение этого металлического предмета туда сюда со значительной амплитудой и с частотой 50 колебаний в 1 сек; если же ты способен на такое, то тебе нужно выступать в цирке!
Лучше поместить соединенную с конденсатором С1 металлическую деталь Р в металлический ящик В (рис. 10), а перед ним установить фигурный диск Д, приводимый в движение двигателем М. Диск то закрывает, то открывает отверстие О; деталь Р подвергается воздействию электрического поля, когда отверстие О открыто, и находится вне этого поля, когда отверстие перекрыто диском. На конденсаторе C1 возникает переменное напряжение, и его остается лишь усилить с помощью усилителя, называемого электрометрическим, о котором мы еще поговорим.
Рис. 10. В ящик В помещен металлический элемент Р, расположенный перед отверстием О, открывающимся лишь в моменты, когда вращающийся диск Д открывает его. Таким образом модулируется воздействие электрического поля на Р.
