14/1. Что такое усилитель? Усилитель, вообще говоря, есть устройство, которое, получив что-нибудь в небольшом количестве, выдает затем это же самое в большом количестве. Усилитель звука, получив слабый звук (в микрофон), выдает сильный звук. Усилитель мощности (например, тот, что описан в 12/21), получив небольшую мощность (достаточную для перемещения L), выдает большую мощность (в H). А усилителем денег было бы устройство, которое, получив немного денег, выдавало бы их много.

Такие устройства работают следующим образом: имея обильный резервуар того, что должно выдаваться, они используют вход для управления потоком, идущим от этого резервуара. Лишь изредка работа усилителя основывается на простом увеличении входа, как в линзе кинопроектора; обычно она основана на пополняющем дополнении. Так, усилитель мощности имеет некоторый источник, в изобилии доставляющий мощность (сжатый воздух в n на рис. 12/21/1 ), и именно этот источник обеспечивает большую часть мощности на выходе, тогда как вход не дает ничего или почти ничего. Аналогично усилие, прилагаемое машинистом подъемного крана к рукоятке управления, ничего не вкладывает непосредственно в поднятие основного груза, ибо все усилие машиниста тратится на передвижение электрического или другого переключателя.

Нетрудно видеть, что в усилителе мощности (изображенном на рис. 12/21/1) весь процесс - поднятие тяжелого груза в Н посредством силы, приложенной к L,- осуществляется в два этапа, двумя соединенными системами. Именно это разделение на два этапа и делает возможным усиление мощности, ибо в противном случае, т. е. за один этап, закон сохранения энергии сделал бы невозможным любое простое и непосредственное усиление. На первом этапе оператор передвигает конец L, противодействуя трению в К и давлению в V; на этом этапе энергия или мощность строго сохраняется. Второй этап включает в себя движение сжатого воздуха в мехи В или из них и поднятие Р, G и Н. На этом этапе энергия также сохраняется, ибо энергия, используемая для под-нятия груза в И, получается за счет расширения сжатого воздуха. Таким образом, всю систему можно рассматривать как состоящую из двух систем, внутри каждой из которых энергия строго сохраняется и которые соединены так, что силам в 0, 1, 2,... дины в L отвечают соответственно силы в 0, 1000, 2000,... дин (или с другим коэффициентом) в Н. Именно разделение на два этапа дает возможность построить усилитель мощности, несмотря на закон сохранения энергии, и вся суть дела заключается в том, что энергия входа на первом этапе может дополняться (пополняться), давая выход на втором этапе.

Иногда пропорциональность является существенной, как в радиоусилителе. Тогда машина должна строиться так, чтобы коэффициент усиления был постоянным по всей шкале. В других случаях точное значение этого отношения не играет большой роли, как в случае подъемного крана, где главное требование состоит в том, чтобы все входные значения лежали внутри некоторых пределов (определяемых силой руки машиниста) и чтобы выход дополнялся (пополнялся) в изобилии, становясь тем самым намного больше входа.

Упр. Спроектируйте <усилитель воды>, т. е. устройство, которое, если вода накачивается в него в количестве х мл/сек, выпускало бы на выходе воду в количестве 100 х мл/сек.