Что первично – напряжение или ток ?

Пока не буду объяснять, с какой такой стати я заинтересовался этим философским вопросом.  А вопрос важный, потому что совершенно очевидно, что  от ответа на него зависит форма и содержание фундамента, на котором покоится вся наша электротехника и электроника, ессно, с аудио в том числе.

Как всегда я сначала погуглил эту тему и оказалось, что этим вопросом задавались в основном дилентанты, которые по сути мало представляли глубину этой ямы, и поэтому все детские ответы приводить  здесь не буду. Хотя забавно,  для разминки погуглите сами.  Возможно, я и сам в этой теме как бы  дилетант, но возможно, кому-то мои рассуждения помогут взглянуть на вопрос по-новому. Кто-то просто повеселится.  Тоже неплохо.

Давайте откроем книжку по  физике начальной школы и посмотрим, как на это дело смотрит учебник.   После общих и  чисто описательных рассуждений про эбонитовую палочку и ее электризацию следует основа основ – закон Ома.  И тут, на этой стадии уже появляются первые формулы и определения –  источник  ( разности потенциалов), сопротивление и ток. и заметьте – самая первая формула, которую нам дает учебник, записана в такой форме  – ток равен  разности потенциалов ( напряжению ) источника, которое нужно разделить на сопротивление. То есть ток – зависит от напряжения и величины сопротивления.  Вроде все правильно и логично.

Однако задумаемся над простым вопросом, над которым нам почему-то не предлагает задуматься учебник – а откуда на выводах источника взялась разность потенциалов ? Нам дальше  в учебнике конечно нарисуют гидроэлектростанции и ЛЭП, красиво ( но опять описательно ) расскажут как это все работает, но Закон Ома – останется тем же, незыблемым.  В университете уже нам объяснят более подробно, с формулами,  что в результате вращения рамки в магнитном поле  индуцируется  ( классная формулировка – в форме возвратного глагола !  ) ЭДС  и на выводах появляется разность потенциалов. Вот классно – сама собой вот взяла – и появилась ЭДС !  На самом деле понятно, что первичным актом появления разности потенциалов на выводах генератора является появление электрического тока в рамке. Причем при полном отсутствии какой-либо разности потенциалов на этой рамке в самом начале. И это явление назвается электромагнитной индукцией. На этом принципе, кстати,  работают  все  микрофоны,  многие ими пользуются и  сейчас. Ха ха ! Я уже подхожу ближе к теме !  Тут многие из вас уже догадаются к чему это я все веду….. Да, и на этом же принципе, опять-таки работают  практически все акустические системы !  Итак –  ТОК ПЕРВИЧЕН.    Давайте примем это за аксиому.  Кому это еще не кажется очевидным, начинайте читать ниже – для недоверчивых продолжу доказательную тему после того, как завершу тему  аудио применения этого нового для многих из вас откровения о первичности тока.  Чтобы не мучать  остальных.

В резульате  – что мы имеем ?  Повторим еще раз –  в начале звукового тракта – микрофон, основным принципом работы которого является  генерирование электрического тока в результате вибрации мембраны в магнитом поле,  потом следует некоторый усилительный тракт, цель которого или просто увеличить мощность сигнала и подать на акустику, или чтобы его  записать.  То есть записать, чтобы потом воспроизвести, усилить  и –   опять-таки подать на  ту же акустику.  В основу принципа работы которой лежат те же электромагнитные явления,  только преобразование уже обратное тому, что происходит в микрофоне – ток преобразуется  в механическую работу.

И вот теперь самое главное.  Усилительный тракт. Посмотрите, сколько копий сломано на форумах относительно этого на первый взгляд простого процесса. И он на самом деле был  простой, если бы наши титаны науки не перевернули все с ног на голову в самом начале, объясняя школьнику, а потом еще желторотому  студентишке, что  разность потенциалов вызывает появление тока.  Беда в том, что вслед за этой маленькой ложью ( которую часто обосновывают необходимостью упростить дело  для понимания малыша )  следует новая и новая, и, как это часто бывает в жизни, во все  эти нагромождения мифов уже начинают верить все, потому что  об истинном положении вещей уже никто не может вспомнить. И начинают не только верить, но строить на этом  песочном фундаменте  целые теории ( например необходимости аудио-усилителя иметь нулевое выходное сопротивление и  о демпфировании ДГ ). И попробуйте сегодня кому-нибудь из спецов сказать о порочности  современных теорий построения ауодиосистемы – так вас еще и поднимут на вилы –  безграмотный еретик !   И это вместо того, чтобы признать ошибочность  своих прежних воззрений и повернуться  к проблеме лицом – именно учет токовой составляющей усилителя – причем от микрофона до выхода усилителя –  должен быть положен в основу проектирования. И тогда все станет  с головы на ноги  и станет просто очевидным,  почему некоторые схемные решения в аудио не работают, а некоторые – на ура.   Пример – усилители Сакумы на трансформаторах.  Почему их так все любят слушать  ?  Все очень просто – лампы В КАЖДОМ каскаде сдобрены и по входу и по выходу трансформаторами – а трансформатор – это четырехполюсник, и он согласовывает ( связывает ) высокоомные входы каскадов с общим катодом лампового усилителя по току.   Пример негативный – катодный повторитель ( КП ). Многие признают, что КП ухудшает звук.  Почему ?  Все очень просто – то, чем многие адепты первичности напряжения считают плюсом КП – его очень высокое входное сопротивление – является на самом деле  самой существенной его  проблемой – в этом месте по сути происходит обрыв переменного  сигнала по току и  выходной сигнал теряет свойства рожденной в микрофоне волны ( с опережениями и отставаниями тока по фазе ) и далее на усиление проходит только его сильно упрощенная ( еще и зашумленная )  реплика.  Поэтому обратите внимание, что КП, у которого на входе  или выходе есть трансформатор ( четырехполюсник то бишь ) уже  не портит звука совсем. Кто не знал – пожалуйста , я уже поделился  с вами рецептом, как правильно готовить КП.  И еще пример.  Это анодная  нагрузка лампы во всеми любимой схеме с общим катодом –  звук становится все беднее и неинтереснее по мере замены дросселя на резистор, и далее – на источник тока.  Та же история. В последнем случае – источник тока  – также как и КП, по сути дает обрыв сигнала по переменному току ( по току, не по наряжению !!! ).  Результат схожий с КП.   И лечится также.

Пример из акустики. Как по-вашему усилитель напряжения  может “управлять” динамиком, который имеет довольно высокую индуктивность ?  По сути, если говорить корректно,  он этого сделать не может в принципе.  Но современного теоретика на драной козе не объедешь !  Он тут же, чтобы свести концы с концами,  придумал новый красивый, колоссально наукоподобно звучащий термин – демпфирование !  То есть усилитель должен не только раскачивать мембрану динамика, но каким-то чудесным образом, предугадывая амплитуду, импеданс и частоту,  чтобы поглощать возникающую ЭДС самоиндукции катушки басового динамика  ! Почитаешь всю эту лабуду и становится понятно, отчего такая несусветная сумятица творится  в рядах строителей  усилителей и акустики –  перед первыми стоит задача сделать усилитель с нулевым ( или уже многие дошли даже до отрицательного  !!! ) выходными сопротивлением, а проектирующий акустику  должен угадать, каким таким чудесным способом усилитель, к которому подключат его “теоретическое”, по сути – висящее в воздухе  творение будет подавлять возникающее противление динамиков грубому воздействию прилагаемой усилителем  разности потенциалов.  Которая, как их учили в школе и университете – первична.

Из всего сказанного выше можно сделать один вывод – усилитель аудиосигнала должен усиливать не только напряжение, но и ток.   Причем одновременно, в каждом каскаде.   Даже не так – прежде всего – ток !    И только если нам нужно повышение мощности – тогда усиливать и напряжение.  Все становится на место, если усилитель аудиосигнала будет не источником напряжения с нулевым выходным сопротивлением, а источником тока.   Как его сейчас называют ИТУН.  Он-то легко справится с ЭДС самондуции динамика.  Вернее, в этом случае вообще даже не может возникнуть  вопрос на эту тему и демпфировать будет  просто нечего. Тут, правда появляются не горизонте другие тучки в виде согласования импеданса усилителя и нагрузки ( колонок ), но товарищи теоретики с тяп-ляп строителями акустики – давайте не будем отлынивать от своих обязанностей и делать корректно ту работу, которую  все равно нужно делать !  Все равно, пока вы будете стоять на первичности разности потенциалов, вы никогда не добъетесь согласования любого усилителя с любой колонкой –   для уровня высокого конца это просто утопия ! Для бум-тыц – да, это более менее подходит и  для неискушенного рядового потребителя даже выглядит вполне наукоподобно, но не более того.  Почему же так все получается ? Все просто – для любого  производителя усилителей и колонок современная основанная на первичности напряжения  теория построения аудиотехники – это вообще рай ! Бацай что заблагорассудится, пиши в спецификациях красивые цифири,  абы сбагрить  побыстрее – а что дальше – не моя печаль ! Пусть тычутся аки слепые котята, покупают горы этого барахла, кто с руками пусть  проектируют и пилят сами и после бьются ( это адаптированный перевод  🙂  )  на форумах –  отчего же так все криво выходит ?!

Теперь продолжение ряда доказательств о первичности тока. Для недоверчивых.  Про ЭДС индукции на ГЭС я уже упомянул.  А дальше – придется вам вспомнить уравнения Максвелла  на которых построена вся теория электромагнетизма.  Врашающаяся в магнитном поле рамка пересекает магнитные линии поля и вихревое магнитное  поле вызывает движение электрических зарядов в рамке.  Это и есть электрический ток. Переменный электрический ток, потому что после одного полуоборота рамки направление вихревого поля меняет знак. И в четвертом уравнении Максвелла электрический ток уже фигурирует как переменная. Из этого уравнения по сути и выводится закон Ома. Который, как мы видим в школьном учебнике уже вывернут наизнанку, рождая ложное представление о первичности напряжения как причины протекания тока.

Схожая ситуация в аккумуляторах, батарейках и  солнечных панелях, хотя физическая природа появления тока там другая. В аккумуляторах и батарейках электрический ток появляется в результате потекания внутри электролита на границе с электродом электрохимического процесса окисления – восстановления, который и служит генератором, и происходит это,  опять же, без  начального участия разности потенциалов.    Схожий процесс происходит в полупроводнике солнечных панелей – яркий солнечный свет  своей энергией выбивает электроны ( носители тока ) из атомов полупроводников  и на   рубеже p-n перехода возникет электрический ток, который и приводит к поляризации и росту разности потенциалов на выводах.  Я  так думаю, что примеров  достаточно.

Так и хочется напоследок воскликнуть – да здравствует ИТУН !  Однако давайте не будем торопиться.   Это только начало.  Ибо в  настоящем аудио по сути нет источников, которые были были источниками напряжения.      Значит – да здравствует ИТУТ  🙂   ?     Вам смешно, но кто знает, может   это и есть  наше светлое будущее  в высоком конце.  Ессно, если  раньше не сбудется грустное пророчество фильма “Кин-дза-дза” ( “скрипач не нужен” ).  Пока, к сожалению, сбывается….