Логика и реальность

 Мультивибратор на транзисторах

   Мультивибратор  представляет собой генератор релаксационного типа. Релаксационными называют генераторы, у которых регулирующий (усилительный) элемент работает в переключательном (релейном) режиме. Мультивибраторы применяются для формирования прямоугольных импульсов в системах  управления. В интересующем нас  аспекте необходимо обратить внимание на то, что мультивибратор на транзисторах (рис.1) имеет два нагрузочных выхода на резисторах R_к1, R_к2, которые работают относительно друг друга в противофазе, и, значит, объекты, управляемые ими, также будут функционировать в противофазе. Если управляемые объекты образуют единую систему, то управление ими по двум каналам будет образовывать реципрокную систему, в которой целостное поведение объекта формируется на основе сменяющих друг друга противоположных управляющих импульсов. Т.о., например,  может быть образован поступательно-возвратный поршневой двигатель, подобный тому, который применяется в паровозе, в котором  входные клапаны  поочередно открываются для поступления в камеры с обеих сторон поршня пара и одновременно по каждому из сигналов открываются выходные клапаны противоположной для выхода пара.

Мультивибратор может рассматриваться как система дискретного динамического противоречия, работающего по принципу "да-нет"(либо "да", либо "нет", третьего не дано). Настоящий текст представляет собой опыт описания работы мультивибратора с точки зрения теории противоположностей. Противоположность есть противопоставление тождественного. (p.s. Например, конкуренция производителей, работников между собой есть столкновение интересов тождественных объектов). Мультивибратор, подобно тому, как это имеет место  в строении живых систем, характеризуется билатеральностью, то есть он делится средней линией на две  симметричные части. Длительность колебаний зависит от реактивных элементов, в данной схеме - конденсаторов, и определяется времязадающими цепочками, состоящими из резисторов и конденсаторов R_b1C_b1 и R_b2C_b2. . Мультивибратор характеризуется двумя противоположными квазиравновесными состояниями, во время которых происходят медленные изменения напряжения и токов. Квазиравновесные состояния сменяются лавинообразными изменениями токов и напряжений, вследствие которых мультивибратор переходит в противоположное квазиравновесное состояние.
   Нетрудно видеть, что мультивибратор может рассматриваться как модель многих процессов, происходящих в живых системах, в том числе социальных, в которых также медленное постепенное развитие сменяется скачкообразным, сопровождаемым переходом системы в противоположное состояние: мирное развитие сменяется революциями, доминирование на каком-то этапе демократии сменяется доминированием диктатуры и т.д.

    Следует остановиться на особенностях конденсатора как реактивного элемента. Принцип реактивности непосредственно связан со способностью элемента накапливать энергию и отдавать её. Поэтому конденсатор характеризуется ёмкостью как показателем того количества энергии заряда, которое он способен запасти. Если мы подключим конденсатор к источнику питания, то в первый момент времени конденсатор ведет себя как замкнутый ключ. Если при этом ёмкость конденсатора достаточно велика, то получим скачок тока короткого замыкания, что может вывести источник питания из строя. Затем по экспоненте величина тока будет уменьшаться, пока не станет равной нолю (если не учитывать ток утечки). Т.о. конденсатор превратился в разомкнутый ключ, Отсоединим конденсатор от источника питания и замерим напряжение на его обкладках. Оно будет равно напряжению источника питания. Подключим к конденсатору нагрузку. Через нагрузку пройдет ток, будет произведена соответствующая заряду конденсатора работа, в результате чего конденсатор разрядится, и напряжение на его обкладках станет равным нолю. Заряд конденсатора q равен произведению его ёмкости C на напряжение на его обкладках U: q=CU. В плоском конденсаторе величина его ёмкости зависит от площади пластин (чем она больше, тем больше ёмкость) и расстояния между пластинами (чем оно меньше, тем больше ёмкость). Т.о. ёмкость  конденсатора равна отношению заряда к той разности потенциалов на его обкладках, которую он вызывает. Ёмкость конденсатора прямо пропорциональна  величине заряда и обратно пропорциональна напряжению (разности потенциалов) на его обкладках. Чем выше напряжение, тем меньше ёмкость конденсатора при одном и том же заряде. Между зарядом и разностью потенциалов на обкладках выполняется обратно пропорциональная зависимость.
    Итак, ёмкость конденсатора зависит от формы, размеров и взаимного расположения его обкладок.
   Важнейшим выводом относительно свойств конденсатора является тот, что ёмкость конденсатора характеризует не отдельную пластину, а систему обеих пластин. , что связано с тем, что разность потенциалов имеет смысл только между двумя точками (соответственно, между двумя пластинами). Из этого же следует равенство зарядов на противоположных пластинах и то, что эти заряды являются противоположными.
   Когда говорят о противоположности зарядов, следует иметь ввиду именно разность потенциалов, которая существует между ними. Мы имеем противоположность зарядов на двух пластинах. Противоположность зарядов потому, что пластины разъединяет диэлектрик. Подсоединим к пластинам сопротивление - и на сопротивлении будет произведена работа, а разность потенциалов на обкладках конденсатора станет равна нолю.
   Совершенно то же самое наблюдается в отношениях между людьми: если между людьми существует (психологическое) напряжение, то люди уподобливаются двум разделенным обкладкам конденсатора, и напряжение, которое существует между ними, существует только потому, что люди затормаживают соответствующую реакцию взаимопожирания. На практике взаимные укусы в рамках, которые не ограничиваются законом, осуществляются постоянно и представляют собой повседневный закон отношений.

   Если мы возьмём атом, то он представляет собой равновесную систему положительного ядра и отрицательных электронов, то есть равенство положительного и отрицательного зарядов. Удаление части электронов из атома превращает его в положительно заряженный атом, или положительный ион, а введение в атом дополнительных электронов превращает его в отрицательно заряженный атом, или в отрицательный ион. Процесс электризации представляет собой перенос с одного тела на другое  электронов. И при этом совершается работа как при осуществлении электризации,  так и при осуществлении деэлектризации.
    Процесс электризации происходит при соприкосновении любых тел. В этом случае на границе их соприкосновения осуществляется перенос электронов с одного тела на другое, если расстояние между их частицами соизмеримо с расстоянием между атомами и молекулами этих тел, так как только в этом случае возможен перенос электронов. В результате на одном теле возникает поверхностный положительный заряженный слой, на другом - отрицательный. Другой способ электризации заключается в том, что если поднести к телу заряженное тело, то на его противоположных концах относительно поднесенного тела возникнут противоположные заряды. Уберем заряженное тело - заряды на теле исчезнут. Если при наличии заряженного тела разделим тело на две части, то после удаления заряженного тела заряды на разделенном теле сохранятся. Это говорит о том, что при поднесении к телу заряженного тела разноименные заряды притягиваются, одноименные - отталкиваются, и за счет этого возникает поляризация тела. Естественно, что если воздействующий заряд удалить, то положительно и отрицательно заряженные частицы снова равномерно распределятся в теле. Тогда как если при наличии внешнего заряда тело разделить, то в оставшихся частях сохранится избыток положительно либо отрицательно заряженных частиц, и эти части окажутся противоположно заряжены равными зарядами.

   Несложно увидеть аналогию между тем, о чем говорит физика, и тем, чем характеризуются живые системы. Так, если атом - равновесная система положительного и отрицательного зарядов, то и человек представляет собой такое же единство, если иметь ввиду его половой аспект и то, что каждый человек есть форма единства мужской и женской составляющих. В то же самое время человек представляет собой "положительный или отрицательный ион" в зависимости от пола, и одни ионы испытывают недостаток в электронах, другие стремятся от них избавиться. Т.о. и здесь есть возможность моделирования одних явлений реальности посредством других.
   Итак, можно сказать, что при взаимодействии людей нарушается их равновесие и происходит поляризация т.о., что на стороне взаимодействия людей и, соответственно, на их противоположных сторона возникает поляризация, следствием которой является, с одной стороны, возникновение разности потенциалов между людьми, с другой стороны, возникновение соответствующей разности потенциалов внутри человека. Т.о. внешняя разность потенциалов непосредственно связана с внутренней разностью потенциалов.

   Всюду, где мы имеем дело с процессами, мы имеем настоящее состояние процесса, его состояние в предшествующий момент времени и его состояние в последующий момент времени.

    Принимаем способ рассуждений, рекомендуемый при рассмотрении противоположностей. Он заключается в том, что осуществляется фиксация на одной стороне противоположности и рассматривается отражение её состояний на противоположной стороне. Сторона противоположности, на которой фиксируемся, тем самым для нас выступает в качестве положенной, сторона, в которой отражаются состояния положенной стороны, называется снятой.

     Но раньше, чем продолжить, остановимся на состояниях биполярных транзисторов. Рис.2 говорит сам за себя. Рассматриваем  p-n переход. Если на р подается плюс, то в релейном режиме при подаче на р положительного напряжения p-n переход может рассматриваться как закоротка, при подаче отрицательного - как обрыв. Соответственно, в релейном режиме переходы транзистора база-эммиттер и база-коллектор  (на рис. 2b,c база - нижний вывод, вывод со стрелочкой - эмиттер, без - коллектор) представляют либо закоротку, либо разрыв. Когда на базу транзистора подается напряжение, соответствующее p-n-переходу, транзистор открыт, не соответствующее - закрыт. Вольт -амперная характеристика p-n-nерехода  характеризуется двумя зонами приращения: зоной дельта а,  которой соответствуют малые токи и в качественном отношении переход может считаться закрытым, и зоной дельта b, связанной с быстрым ростом тока через переход, в связи с чем  переход можно рассматриваться как находящийся в состоянии насыщения.

    

   Берем в качестве положенной левую часть мультивибратора. Противоположности характеризуются единством прерывных и непрерывных процессов. Прерывные процессы связаны со скачкообразным переходом Т_кэ из состояния закоротки в состояние обрыва и обратно. Постепенные процессы характеризуют непрерывные изменения напряжения на базе транзистора, которые определяются вольт-амперной характеристикой база - эмиттер, характеризующейся своеобразным коленом в изменении величины тока в зависимости от напряжения, как это показано на рис 2d..
    В схеме использованы транзисторы p-n-p-типа.  Непосредственно перед вхождением транзистора Т1 в насыщение на левой обкладке конденсатора С_б2 имеем минус, на правой - плюс, обусловленные цепью заряда конденсатора С_б2 : -Е_к - R_k1 -  -лС_б2п+ -Т2_бэ - корпус --Е_к

  Стоит обратить внимание на то, что когда имеют дело с источником питания, то говорят о том, что один вывод источника питания плюсовой, другой - минусовой, что происходит вследствие способа измерения напряжения: в зависимости от того, какой из выводов принимается в качестве отсчета, мы получаем "положительный" или "отрицательный источник питания. Однако относительно самих выводов источника питания считается, что один вывод плюсовой, другой - минусовой. Но это они по отношению друг к другу такие, то есть если один из них принимается за ноль, то другой будет соответственно плюсовым (если отрицательный принимается за ноль) или минусовым (если положительный вывод принимается за ноль).Значения одного определяются по отношению к другому, значение которого фиксируется.
   Итак, после того, как фиксирован вывод, мы на деле имеем ноль и плюс или минус. Если в качестве нулевого принят плюс, как это имеет место в рассматриваемом случае, то этот вывод отождествляется с нолём, по отношению к которому рассматриваются величины напряжения, следовательно, у нас отрицательный источник питания. У него плюс может быть только тогда, когда возникает выброс в положительную сторону от ноля.
    Путанность в терминологии ведет к путанности мышления. Если у нас общий провод (корпус) замкнут на плюс источника питания, то мы должны говорить о значениях напряжения и тока относительно плюса как  ноля источника питания

    Процессы, характеризующие состояния конденсатора, представляются   более наглядными, если  вместо плюса записывается ноль.  Тогда цепь заряда будет выглядеть т.о.:
    -Е_к - R_k1 -  -лС_б2п0 -Т2_бэ - корпус --Е_к. (Буквы "л", "п" обозначают левую, правую обкладки конденсаторов)
   Тогда с переходом транзистора Т1 в насыщенное состояние возникает цепь разряда конденсатора С_б2: -лС_б2 - Т1_кэ - Т2_эб - пС_б20
   .

   Если транзистор Т1 закрыт,
   то на левой обкладке конденсатора лС_б2 получим напряжение относительно ноля источника питания, примерно равное -Е_к,
   на правой обкладке будет значение напряжения, близкое нолю,
   так как напряжение на базе Т2 определяется делителем R_б2T2_бэ, где R_б2>>R_бэT2.
   Если теперь Т1 откроется,
   то возникнет цепь лС_б2-Т1_кэ-Т2_эб-пС_б2  Отрицательное напряжение на Т2_{эмиттер} закроет p-n-переход транзистора Т2_бэ и тем самым закроет транзистор Т2.

   При этом на осциллограмме будет наблюдаться  положительный выброс на базе Т2 (см. рис.3). Однако положительный выброс связан с тем, что возник отрицательный импульс на нулевом проводе вследствие разряда конденсатора С_б2, поэтому в реальности мы имеем прямо противоположный процесс.: смещается потенциал нулевого провода в отрицательном направлении при сохранении потенциала на базе вследствие запертости p-n-перехода Т_бэ, что и проявилось в положительном выбросе на осциллограмме.

   Т.о., вхождение в насыщение Т1 приведет к закрытию Т2, и тем самым можно считать, что запускаются два параллельных противоположных процесса. С одной стороны, по экспоненте разряжается конденсатор С_б2. При этом этот процесс, в соответствии с вольт-амперной характеристикой p-n-переходов, имеет две фазы разряда: быструю, в течение которой можно считать, что ею обеспечивается закрытое  состояние транзистора Т2, и медленную, относительно которой можно считать, что Т2 переходит в насыщение. И в это же самое время имеет место второй процесс: так как транзистор Т2  на быстрой фазе разряда конденсатора закрыт, то получаем электрическую цепь для С_б1: -Е_к-R_к2 - пС_б1 - лС_б1 - Т1_бэ-корпус - -Е_к, которой осуществляется процесс заряда конденсатора С_б2, с одной стороны, и благодаря которой поддерживается насыщенное состояние транзистора Т1, с другой. С переходом к медленной фазе разряда конденсатора За время открытого состояния транзистора Т2 на обкладках конденсатора С_б1 возникнет разность потенциалов +лС_б2-п. Этот процесс заряда С_б1 также имеет две фазы: быструю и медленную. Время быстрой фазы поддерживает транзистор Т1 в насыщенном состоянии. С переходом к медленной фазе разряда С_б1 транзистор закроется.

   Рассмотрим условия, при которых мультивибратор будет "генерить". Нетрудно видеть, что генерация в мультивибраторе возникает вследствие разряда конденсатора. Значит, сила разряда конденсатора и, соответственно, величина его заряда оказывается  ключевым моментом процесса. А это означает, что для того, чтобы конденсатор зарядился при существующих условиях максимальным образом за период, пока транзистор закрыт, нужно, чтобы процесс заряда конденсатора шел на порядок (порядки) быстрее его разряда. Почему?

   Станем рассуждать психологически. Вот вы - данная схема, но только без конденсаторов. И всё у вас как бы хорошо, если вашей целью является "вечное блаженство", в смысле, вечно открытые транзисторы Т1, Т2 за счет связи с резисторами базы R_б. Но вдруг это вечное блаженство, этот вечный рай вам начал приедаться, на вас напала скука. И тогда к вам и является змий-искуситель с его яблоком познания добра и зла. И говорит змий:"Для того, чтобы не испытывать скуки, блаженство должно перемежаться страданием. Тогда заскучал от блаженства- перешел к страданию, исстрадался - перешел к блаженству. И всё оказывается временным, и блаженство, и страдание, но вечной будет смена блаженства и страдания". А человеку от скуки хочется чего-нибудь новенького. Постоянное блаженство уже перестало ощущаться как блаженство и превратилось в страдание, ибо скука - это страдание. И человек готов на черта, только бы избавиться от страдания. И тогда подсоединяются конденсаторы, как показано на схеме. И змий говорит, что теперь эти две твои стороны - плоть одна, одна сторона подпитывает другую, а не так, как было раньше, когда каждая существовала сама по себе; и поэтому резисторы R_б1, R_б2 должны иметь сопротивление, на порядки большее сопротивлений R_к1, R_к2: они должны ограничивать себя, обеспечивая только нижнюю границу насыщения транзисторов, потому что только в этом случае отрицательное смещение p-n-перехода Т_бэ будет способно "передавливать" постоянный сигнал открытия транзисторов, идущий через резисторы R_б.

   И вот вы таким образом образовали единую плоть, и распрощались со скукой раз и навсегда. Но также распрощались и с вечным блаженством, память о котором в вас осталась как райское бытие. И память и мечта о нём. Но что сделано, то сделано. И приходится жить и ощущать жизнь. Эти две противоположные стороны давным-давно уже дифференцировались друг от друга и стали относительно самостоятельными и самоуправляемыми. И, в то же самое время, вследствие существующей интеграции, они остаются зависимыми друг от друга. И каждая из сторон стремится реализовать себя за счет другой, изменяя ёмкости конденсаторов в свою пользу, тем самым изменяя скважность импульсов, но ни одна из сторон не может допустить, чтобы генерация прервалась, потому что срыв генерации - это смерть для каждой из сторон, чего ни одна из них не хочет. Обе стороны, при всей их мечте о райском блаженстве, всеми силами стремятся избегать его, поскольку это относится к ним, но только самые глупые из них при этом не заботятся о том, чтобы сохранялись условия существования для противоположной стороны. Вы не можете бесконечно увеличивать длительность открытого состояния транзистора для себя, не заботясь при этом о соответствующем изменении другой стороны, потому что это рано или поздно приведет к срыву генерации.

   Противоположные стороны встречаются друг с другом "в лицо" на обкладках конденсатора, причем, на двух сторонах противоположности тождественного противоположным образом. Например, если возьмём конденсатор С_б2, то на стороне противоположности лС_б2 мы имеем дело с условиями заряда конденсатора, которые могут изменяться изменением резистора R_к1 левой стороной противоположности целого. Сторона противоположности заряжает конденсатор, очевидно, для того, чтобы его разрядить, а делает это для того, чтобы закрыть противоположный транзистор, сделать ему такую каку. Этой левой стороне противостоит противоположная ей правая сторона в пС_б2. Она характеризуется противоположной тенденцией: не допустить закрывания Т2, а это делается посредством изменения параметров резистора базы R_б2
   На правой стороне  противоположности меняются, соответственно, ролями.
   То общее, чем обладают обе стороны противоположности, это конденсаторы, которые представляют собой из "совместную собственность", и в каждом из противоположных конденсаторов участвует каждая из сторон в противоположных ролях, и в целом оказывается, что каждая из сторон в целом выполняет обе противоположные роли.

   Пусть я наблюдаю другую сторону противоположности. Обычно логика наблюдения другой стороны противоположности такова, что что бы противоположная сторона ни делала, всё будет неправильно. Неважно, что именно она делает, важно, что она делает. Всё, что она делает, есть ложь. И поэтому я противопоставляю ей противоположные действия, которые рассматриваю в качестве истинных. Так как я отражаю действия другой стороны, я следую за её действиями. И если целью действий другой стороны является моя реакция, то у неё формируется реакция на мою реакцию. А так как логика моих реакций отрицательная, то точно такая же логика формируется и у противоположной стороны. Отрицательность одной стороны порождает отрицательность другой стороны. Каждая из сторон противостоит другой. Мои противоположные действия на действия другой стороны имеют своей целью восстановление равновесия, нарушенного другой стороной. В свою очередь, восстановление мной равновесия вызывает у другой стороны действия на преодоление эффекта моих действий. И т.о. возникает бесконечная борьба и бесконечный прогресс, который колеблется вокруг равновесного отношения противоположных сторон. Ученые разрабатывают антивирусные препараты против вирусов гриппа. Вирусы гриппа в ответ модифицируются, делая препараты ученых безопасными для них.

   18.12.09 г.