Рудольф Сворень - Ваш радиоприемник

Один из трех китов

Людям, наверное, жилось довольно просто, когда они верили, что Земля держится на трех китах. Их не мучали проблемы небесной механики, парадоксы времени, загадки тяготения. Но, конечно, за этим спокойствием стояла страшная беспомощность, беспомощность, которую даже трудно представить себе современникам космических полетов, электронного мозга, расщепленного атома…

Рассматривая работу приемника, мы для облегчения могли бы просто назвать три главных преобразования, на которых держится техника радиоприема. Прежде всего, это преобразование электромагнитных волн в высокочастотный ток.

Второй кит — детектирование — преобразование модулированного высокочастотного тока и выделение переменного тока низкой частоты, «электрической копии» звукового сигнала. Ну и наконец, третий кит — преобразование тока низкой частоты в звук.

Эти три процесса — необходимый минимум[2], который может обеспечить работу простейшего приемника. Такой приемник будет работать плохо, но все-таки работать будет.

У нас уже был разговор о том, как в приемной антенне электромагнитные волны наводят переменный ток. Знакомы мы и с громкоговорителем, который с помощью переменного тока низкой частоты создает звуковые волны. Теперь настала очередь познакомиться с детектированием.

Детектирование — процесс весьма простой и очень наглядный. Подробные и упрощенные описания его есть во всех книгах по основам радиотехники и уж во всяком случае во всех книгах, посвященных работе радиоприемника. Одним из подобных упрощенных и наглядных объяснений работы детектора воспользуемся и мы.

Для начала отметим, что главный элемент в схеме детектора— это прибор, обладающий односторонней проводимостью. Этот прибор так и называется — электрический вентиль. Он пропускает ток только в одном направлении, подобно тому, как обычный вентиль легко пропускает воздух внутрь велосипедной камеры и не выпускает его обратно.

Давайте включим такой вентиль в цепь высокочастотного тока, который мы когда-то пытались пропустить через телефон (стр. 52). После включения вентиля (рис. 18, а) через телефон уже пойдет не переменный ток, а импульсы тока только одного направления. Какого? Это зависит от того, как включен вентиль, в какую сторону он пропускает ток. Кстати говоря, для работы детектора, по крайней мере простейшего, направление импульсов тока никакого значения не имеет. Для любого случая в нашей простой схеме импульсы тока обратного направления пройдут мимо телефона, через вспомогательное сопротивление R1.

Рис. 18

Помните, почему громкоговоритель и телефон не работали от высокочастотного тока, не могли преобразовать его в такие же высокочастотные звуковые волны? Здесь все дело в инерции подвижной системы, в том, что она не успевает за всеми изменениями тока. Только начнет мембрана телефона двигаться в одну сторону, как направление тока изменится и мембране уже нужно поворачивать обратно. Такие изменения направления тока происходят сотни тысяч и миллионы раз в секунду. Где уж тут успеть… Другое дело, когда с помощью вентиля мы оставляем импульсы тока только одного направления. Один из этих импульсов слегка сдвинет мембрану, другой подтолкнет дальше, третий еще дальше, и так постепенно мембрана отклоняется от своего нейтрального положения. Чем больше амплитуда высокочастотного тока, тем, естественно, дальше отклонится мембрана телефона.

В приемной антенне, так же как и в передающей, протекает модулированный ток. Поэтому амплитуда импульсов тока, полученных после детектирования, также окажется модулированной. В результате мембрана телефона будет медленно двигаться то в одном, то в другом направлении, следуя за всеми изменениями амплитуды. Амплитуда импульсов увеличивается — мембрана движется дальше, амплитуда уменьшается — мембрана возвращается.

Ну а что представляют собой и откуда появились эти изменения амплитуды? Модуляцию высокочастотного тока мы осуществили на передающей стороне линии радиосвязи. Это было сделано с помощью низкочастотного сигнала, который в свою очередь является электрической копией передаваемого звука. В изменениях амплитуды и запечатлен этот звук: если нарисовать график огибающей, то есть линию, соединяющую все амплитуды модулированного сигнала, то он в точности совпадет с графиком передаваемого звука. В соответствии с таким графиком будет совершать колебания мембрана нашего телефона, а это значит, что она воспроизведет звук, с помощью которого осуществлялась модуляция.

* * *

ПРОЩЕ НЕ БЫВАЕТ

Это выражение почти всегда гипербола, а вот приемник, схема которого здесь приводится, действительно самый простой — проще не придумаешь.

С хорошей антенной и заземлением приемник типа «проще не бывает» может принять местную станцию, и, к сожалению, даже не одну. «К сожалению» — это потому. что в приемнике нет колебательного контура, он совершенно лишен избирательности и все достаточно сильные сигналы воспроизводит одновременно.

* * *

Таким объяснением работы детектора можно было бы ограничиться, однако мы попробуем вникнуть в дело немного глубже. Еще в начале этой главы мы отнесли детектирование к числу наиболее важных преобразований сигнала в радиоприемнике. К тому же это преобразование весьма типичное, и с подобными процессами мы еще встретимся в этой книге. Словом, стоит разобрать подробнее, что происходит с сигналом при детектировании.

Для начала снимем маску с таинственного незнакомца, представим публике главного героя — электрический вентиль. Эту важную роль, как и полагается в театре, могут исполнять несколько «артистов» — несколько различных по принципу действия и устройству электронных приборов. Пока мы ограничимся знакомством с одним из них — точечным полупроводниковым диодом.

Полупроводник — это, попросту говоря, плохой проводник. Он проводит ток, но проводит его во много тысяч раз хуже, чем, например, медь или сталь. Но зато с помощью тонких технологических приемов можно в широких пределах влиять на свойства полупроводниковых материалов — менять их сопротивление, менять подвижность, количество и даже знак свободных зарядов. Так, в частности, находят применение полупроводниковые материалы германий и кремний двух типов.

В одном из них основная масса свободных зарядов — электроны. Это германий и кремний типа n (от слова negativ — отрицательный). Другой тип полупроводниковых материалов — германий и кремний типа р (от слова positiv — положительный) в основном содержит свободные положительные заряды.

К сожалению, мы сейчас не можем подробно выяснить, как появляются и двигаются эти положительные заряды, как они «выглядят». Если у вас возникнет потребность как-нибудь их себе представить, то придется пойти на самообман — считать, что в полупроводнике р-типа есть свободные положительные ионы. Самообманом это будет потому, что в действительности положительные ионы в полупроводнике неподвижны, хотя движение положительного заряда все-таки существует. Происходит это примерно так: положительный ион, атом с недостающим электроном разными путями «переманивает» к себе электроны из другого нейтрального атома, который в результате сам становится положительным ионом. Таким образом, «пустые места», или иначе «дырки», кочуют по полупроводнику, то есть происходит перемещение положительного заряда.

Работа любого полупроводникового прибора, в том числе и диода, основана на интересных процессах, которые происходят в так называемом рn-переходе. Этот переход представляет собой область, где соприкасаются два полупроводниковых материала с разным типом проводимости, например, германий р и n типа (рис. 19, а). Вы только не подумайте, что для того, чтобы получить рn-переход, берут два куска разных полупроводников и прижимают их друг к другу. Основой перехода всегда служит полупроводник с каким-то одним типом проводимости. На определенном участке в него добавляют небольшое количество примесей и получают другой тип проводимости. Так в одном куске, в небольшом полупроводниковом кристалле получают рn-переход. К каждой его зоне особым образом припаивают металлические выводы, и полупроводниковый диод готов. Вы, конечно, догадались, что диодом он называется именно потому, что имеет две главные детали — зону р и зону n. Приставка «ди» обычно означает «два». В детекторе радиоприемника могут применяться только точечные диоды.

Рис. 19