Рудольф Сворень - Ваш радиоприемник

Рис. 19

Замечание о приемнике напоминает, что нам пора возвращаться к главной теме разговора — к детектированию. Но перед этим предстоит еще выяснить, «куда запрягается лошадь» — каким образом диод может играть роль вентиля, почему он пропускает ток только в одну сторону.

Давайте подключим диод к батарейке карманного фонаря (это так называемый мысленный эксперимент — если произвести такое включение по-настоящему, диод просто выйдет из строя), причем подключим его так, чтобы плюс был соединен с зоной р, а минус с зоной n (рис. 19, б). При этом электроны двинутся из зоны n в сторону плюса, а положительные заряды из зоны р в сторону минуса. На границе между зонами будет происходить обмен зарядами, и в цепи пойдет ток. Теперь давайте включим диод наоборот — зону р подключим к минусу, а зону n — к плюсу (рис. 19, в). В этом случае заряды двинутся в обратную сторону — не по направлению pn-переходу, а от него. В результате между зонами окажется участок полупроводника, практически лишенный свободных зарядов, проще говоря, в цепи появится разрыв. Вывод: полупроводниковому диоду далеко не безразлично, как подключена к нему батарея — при одной полярности он пропускает ток, при противоположной — не пропускает. Или иначе — диод пропускает ток только в одну сторону.

Вот теперь можно возвращаться к детектору. Только мы уже не будем заниматься простейшей схемой с головным телефоном (рис. 18, а), а рассмотрим реальную схему диодного детектора, схему, которую в том или ином виде можно встретить в любом ламповом или полупроводниковом приемнике (рис. 18, б). Здесь источником высокочастотного сигнала для детектора уже не будет служить антенна — в реальном приемнике сигнал никогда не попадает на детектор прямо из антенны. И хотя в нашем случае это больше похоже на шутку, мы все же воспользуемся приемом, который применяется в теоретической радиотехнике — введем «черный ящик».

Когда известно, что сигнал претерпевает какие-то изменения, но не известно, какие именно и в каких электрических цепях они проходят, на схеме рисуют квадрат или прямоугольник с двумя входными и двумя выходными проводами. Это так называемый четырехполюсник, содержимое которого не известно, а известно только, что подается на вход и что получается на выходе. По-видимому, желая подчеркнуть таинственность процессов, происходящих внутри четырехполюсника, ему дали название «черный ящик», хотя совершенно ясно, что ничего таинственного в ящике не происходит. Часто он вводится просто как временная мера, когда нет оснований или, наконец, просто не хватает знаний для того, чтобы выяснить, что же происходит в четырехполюснике с таким интригующим названием. Вот такой «черный ящик» введем и мы на пути от антенны к детектору. К его входным зажимам мы подключим антенну и заземление, а к выходным — детектор.

Забегая вперед, отметим, что в нашем «черном ящике» происходят два важнейших процесса, о которых мы уже упоминали в начале главы, — выделение сигнала нужной станции из множества других, действующих в антенне, и усиление этого избранного сигнала. Пока же мы ограничимся следующими сведениями — сигнал на выходе четырехполюсника, то есть напряжение на входе детектора является точной копией высокочастотного модулированного тока, который радиоволны нужной нам станции навели в приемной антенне.

Нет на нашей схеме и телефона — его место заняло обычное сопротивление. Это так называемая нагрузка детектора, потребитель результатов его «труда». Каковы эти результаты, что именно получает нагрузка от детектора — в этом мы сейчас попробуем разобраться.

Для начала рассмотрим случай, когда на передающей стороне выключен микрофон и высокочастотный сигнал как в передающей, так и в приемной антенне не модулирован (рис. 23, а, б, в). В этом случае к детектору, точнее, к цепочке диод — нагрузка с выхода «черного ящика» подводится переменное напряжение высокой частоты с неизменной амплитудой. Диод пропускает ток только в одну сторону — об этом уже говорено-переговорено — и поэтому в цепи детектора пойдут импульсы тока, каждый из которых длится половину периода. Вторую половину периода тока в цепи нет — антракт.

Можно легко представить себе такой пульсирующий ток. Электроны движутся в проводнике рывками — рывок, остановка… рывок, остановка… Но поскольку направление этих рывков не меняется, то постепенно электроны сдвигаются в одну сторону, так же как и при постоянном токе. Более того, если не обращать внимания на пульсации, на неравномерность движения электронов, то можно считать, что в цепи детектора протекает постоянный ток.

Пульсирующий ток, о котором идет речь, можно получить искусственным путем, без помощи детектора. Для этого нужно иметь два генератора, один из которых дает постоянный, а другой — переменный ток (рис. 20).

Рис. 20

Если пропустить оба тока по одной общей цепи и определенным образом подобрать их величину, то можно добиться того, что в некоторые моменты времени, а именно в те полупериоды, когда переменный ток идет навстречу постоянному, тока в цепи вообще не будет.

Так, например, если в каком-то направлении по проводнику движется десять электронов и одновременно десять электронов идет навстречу им, то это равносильно тому, что никакого упорядоченного движения электронов вообще нет. В реальном случае дело не доходит до движущихся зарядов. В определенный момент переменное напряжение действует против постоянного и полностью нейтрализует его, а поэтому практически нет силы, которая могла бы двигать заряды, то есть создавать ток. Таким образом, между импульсами появляются паузы.

Если мы получили «синтетический» пульсирующий ток из постоянного и переменного, то нельзя ли решить обратную задачу — выделить постоянный и переменный ток из пульсирующего? Можно, и именно этим мы с вами сейчас должны будем заняться. Правда, придется потерпеть до следующей главы, чтобы узнать, как именно такое разделение может быть осуществлено. Пока же мы ограничимся тем, что объявим конечный результат — пульсирующий ток в цепи детектора (рис. 23, а) можно разделить на постоянную (рис. 23, в) и переменную (рис. 23, б) составляющие.

Переменную составляющую мы в дальнейшем будем называть высокочастотной. Во-первых, она действительно имеет высокую частоту: ведь сами импульсы тока в цепи детектора — это высокочастотные импульсы, далекие потомки высокочастотного тока, наведенного в антенне. Во-вторых, нам необходимо ввести слово «высокочастотная» еще и потому, что переменная составляющая, о которой идет речь, это не единственный переменный ток, протекающий в цепи детектора.

До сих пор мы рассматривали случай, когда на передающей стороне микрофон выключен, ну, например, потому, что из дикторского текста потерялась какая-то страничка и дикторы, объявив минутный перерыв, лихорадочно перебирают бумаги на столе. Наконец нужный листок обнаружен, микрофон включен, и передача продолжается. Дикторы могут облегченно вздохнуть, а для нас начнутся новые неприятности — вся описанная картина разделения пульсирующего тока окажется неверной.

Как только диктор начал говорить, ток в передающей антенне становится модулированным и значит амплитуда импульсов тока в цепи детектора также изменяется в соответствии с модуляцией (рис. 20, г). Теперь и после разделения этого тока на составляющие каждая из них будет носить следы модуляции. Что касается высокочастотной составляющей (рис. 23, д), то она не очень-то нас интересует. А вот постоянной составляющей придется заняться.

Эту составляющую уже нельзя называть постоянной (рис. 23, е). Раз меняется амплитуда импульсов, значит меняется и средняя скорость электронов, значит постоянный ток тоже меняется. Какой же он после этого постоянный?

Ток, который раньше был постоянным, теперь стал пульсирующим. Пульсирует он сравнительно медленно, величина его редко становится равной нулю и все-таки это пульсирующий ток — с неизменным направлением и изменяющейся величиной. Самое интересное это то, что, изменяясь, он в точности повторяет все изменения амплитуды высокочастотного пульсирующего тока (рис. 23, г).

Есть такая детская игра — кто-нибудь из ее участников ищет спрятанный предмет, а остальные ему подсказывают. Если поиск ведется в правильном направлении, все кричат «тепло!», если в неправильном — «холодно!». По мере приближения к спрятанному предмету «температура» нарастает — слышатся возгласы «теплее!», «еще теплее!», «очень тепло!».

Если мы сравним себя с тем участником игры, который ищет и приближается к цели, то публика уже может кричать «горячо, очень горячо!». Несмотря на все отклонения в сторону, забегания вперед и отступления назад, мы, наконец, добрались до главного результата работы детектора, результата, ради которого и нужен детектор.