Расставим усилители и реле по полкам

Типов реле и усилителей очень много. Однако есть показатели, характерные для всех их без исключения. По ним можно сравнивать между собой всевозможные усилители и реле. Это:

1. Постоянная времени — то время, которое проходит от момента подали сигнала на вход реле до момента срабатывания реле.

2. Входная мощность — мощность, необходимая для нормальной работы данного реле или усилителя.

3. Выигрыш по мощности — отношение мощности выхода к мощности входа, т. е. уже знакомый нам коэффициент усиления или управления.

По этим-то показателям давайте расставим «по полкам», т. е. проклассифицируем, все встречающиеся в природе и применяемые в технике усилители и реле.

Каждая полка соответствует определенной величине входной мощности. Снизу — самая маленькая входная мощность, с полки на полку она каждый раз увеличивается в 1000 раз (10³).

Слева направо по полкам идут деления, отвечающие разным постоянным времени — от одной миллиардной доли секунды (10^-9) до тысячи секунд.

Из глубины полок на нас идут деления, показывающие величину коэффициента усиления. В самой глубине размещаются приборы с коэффициентом усиления, равным единице. Приборы с меньшим коэффициентом усиления — это уже не усилители и не реле.

Усилители и реле

В соответствии с характеристиками на полках можно установить любое реле или усилитель. На каждый участок можно, разумеется, поставить не один какой-либо прибор, а множество разных типов. У них будут разные принципы работы, конструктивное оформление, вес и размеры, но одинаковые мощность, коэффициент усиления и постоянная времени.

На наших полках изображены только некоторые типичные представители современных усилителей и реле. В левой части находятся самые быстродействующие, наименее инерционные устройства. В правой — наоборот, те, у которых постоянная времени велика. На верхних полках помещаются мощные усилители и реле, на нижних — самые чувствительные, имеющие самую малую мощность управления. В глубине полок — устройства с наименьшим усилением, а чем ближе к нам, тем усиление больше.

Зная мощность входа и коэффициент усиления, можно вычислить выходную мощность. Она равна произведению мощности входа на коэффициент усиления.

Часто бывает мало того усиления, которое дает одно реле или усилитель. Тогда их включают последовательно, каскадами: выход одного прибора идет на вход следующего, более мощного, и т. д. Расположенные на разных полках усилительные и релейные приборы могут соответствовать последовательным каскадам усиления. В многокаскадных схемах включения эти приборы как бы передают эстафету с нижних полок на верхние. В современной технике применяются устройства, в которых каскадно включаются сотни усилительных и релейных приборов. Общий коэффициент усиления в таком случае достигает 10 в степени нескольких сотен!

Однако классификация усилителей и реле по величине входной мощности не всегда бывает удобна. Иногда правильнее говорить не об абсолютном значении мощности на входе, а об удельной мощности входа, т. е. о плотности потока энергии, падающего на прибор. Эту величину измеряют не в ваттах, а в ваттах на единицу площади. Так характеризуют, например, фотоэлементы.

Для многих типов реле характерная величина — не мощность, а необходимая для срабатывания реле работа (произведение мощности на время).

 

«Живые реле»

 

 

Наилучшее сочетание чувствительности и надежности из всех известных типов реле имеют нервные клетки живых организмов. В технике до сих пор не удалось создать реле, которые были бы так же миниатюрны, так же чувствительны и так же надежно работали, как нервные клетки, и в частности нервные окончания органов чувств. Человеческие глаз и ухо срабатывают при потоке энергии 10^-16 вт/см². Обычный фотоэлемент требует энергетического потока 10^-8 вт/см², а лучшие микрофоны работают при потоке энергии 10^-12 вт/см².

Глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому свету (длина электромагнитной волны около 0,55 микрона). Этот свет глаз ощущает уже при потоке мощностью 2∙10^-17 вт. Такой свет дает обычная свеча, удаленная от глаза на 200 км.

Одно из замечательнейших свойств «живых реле» — их свойство приспосабливаться к различному уровню входной мощности. Так, глаз, например, способен без повреждения воспринять световой поток от лампы в 200 тыс. свечей, помещенной на расстоянии 1 м от него.

При физической работе человек может развить мощность в 100 вт, а сигнал для управления действиями человека, как было уже сказано выше, достаточен всего в 10^-16 вт. Цепочка «живых реле» — нервных клеток — тянется от органов чувств (рецепторов) через центральную нервную систему к скелетным мышцам. Полный коэффициент усиления этой цепочки реле равен 10¹⁸.

Ученые и инженеры стремятся создать для счетно-решающих, управляющих машин наиболее миниатюрные реле, потребляющие наименьшую мощность. Уже есть различные типы маленьких магнитных, электронно-вакуумных, полупроводниковых (германиевых, кремниевых) реле. Но все они пока в тысячи раз больше по размерам и требуют для своей работы в тысячи раз большую мощность, чем живые нервные клетки.

Самых миниатюрных современных электрических реле пока можно уместить не больше нескольких тысяч штук в объеме 1 л. А в мозгу человека, т. е. в объеме около 2 л, размещаются миллиарды нервных клеток. Потребляемая на питание всех их мощность при интенсивной работе мозга меньше 2 вт.

Наши полки — не есть нечто неизменное, застывшее. Здесь все время происходит перестановка. Одни усилители и реле устаревают, уходят в архив. Другие, расталкивая соседей, занимают лучшие места. Совсем недавно появились на полках полупроводниковые приборы из чудесных кристаллов германия и кремния.

Быть может, кому-либо из вас самому доведется в будущем создать новые усилители и реле, которые займут достойное место на этих полках.

 

«ОРГАНЫ ЧУВСТВ» И «МЫШЦЫ» СОВРЕМЕННЫХ АВТОМАТОВ

Чтобы управлять (даже не автоматически) каким-либо технологическим процессом, надо постоянно знать, какие при этом происходят изменения, измерять различные связанные с ними величины. Причем измерять нужно так, чтобы возможно меньше нарушать сам процесс производства. Часто результаты измерений необходимо передавать на значительное расстояние. Особое значение имеет точность измерений.

Рост автоматизации производства во многом зависит от совершенства измерительной техники. В современной автоматике в качестве «органов чувств» — чувствительных элементов — широко применяют электрические датчики. Они измеряют различные механические, тепловые, химические и другие величины и преобразуют результаты измерений в электрический ток.

Для измерения механических напряжений в деталях машин часто используют тонкие проволоки, меняющие свое электрическое сопротивление при растяжении или сжатии. Для измерения температур берут проволоки, изменяющие свое электрическое сопротивление при нагревании и охлаждении. Существует множество электрических приборов для измерения расхода жидкостей и газов, определения составов жидкостей и газов, измерения концентрации и т. д.

Чтобы приводить в действие рабочие органы современных автоматов, применяют самые разнообразные двигатели — пневматические, гидравлические. Но больше всего здесь работает электрических двигателей. Это «мышцы» современной техники.