Рудольф Сворень - Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

Рис. 34. Детектирование можно осуществить с помощью точечного полупроводникового диода. В этом приборе имеются две зоны полупроводникового материала — одна со свободными электронами (зона n). другая — со свободными положительными зарядами (зона р).

Во всяком полупроводнике, в отличие от изолятора, имеется значительное количество свободных электрических зарядов, благодаря которым в полупроводнике может существовать ток. В полупроводнике зоны n имеются свободные отрицательные заряды — электроны. Этим определилось и само название зоны — буква «n» является первой буквой слова «negativ» — отрицательный. Название зоны «р» происходит от слова «positive» — положительный, так как в этой зоне имеются свободные положительные заряды.

Раньше, когда мы говорили о свободных положительных зарядах в жидких и газообразных проводниках (лист 8), то имели в виду свободные, то есть слабо связанные друг с другом, положительные ионы (атомы с недостающим электроном), которые могут легко перемещаться под действием электрических сил. Сейчас не время подробно разбирать, что происходит в полупроводниках, так как это отвлечет нас от основной темы.

Поэтому мы заметим лишь, что в полупроводниковом материале зоны р все атомы, в том числе и положительные ионы, неподвижны. Однако положительные заряды в зоне р все-таки перемещаются. Для того чтобы как-нибудь обойти это несоответствие, мы будем рассматривать процесс крайне упрощенно (это нас пока устраивает) и считать, что в зоне р имеется некоторое количество свободных положительных зарядов, которые могут перемещаться в любом направлении.

Не нужно думать, что зона n и зона р — это два отдельных кусочка разных полупроводников, составленных вместе. Диод делают из одного кристалла, обычно из германия типа n, то есть из германия, в котором имеются свободные электроны. В один из участков этого кристаллика вводят примесь, под действием которой в германии появляются свободные положительные заряды, и таким образом появляется зона р. К участкам кристалла, соответствующим зонам n и р, припаивают или присоединяют другим способом два проволочных вывода, а сам кристалл заключают в герметический корпус.

В точечных диодах один из контактов с кристаллом осуществляется с помощью металлической иглы. Вблизи ее острия, упирающегося в кристалл, образуется очень небольшая микроскопическая зона р. В плоскостных диодах зона р имеет значительно большие размеры, и контакт с ней осуществляется с помощью плоской металлической пластинки (лист 121).

Итак, во всяком полупроводниковом диоде имеется два вывода, один из которых соединен с зоной n, а другой — с зоной р. С помощью этих выводов диод и включается в электрическую цепь.

Предположим, что мы подключили диод к обычной батарейке, причем подключили таким образом, что «минус» батарейки соединен с зоной р, а «плюс» — с зоной n. В этом случае электрические заряды как бы оттянутся от границы раздела зон, между зонами появится участок, обедненный свободными электрическими зарядами, то есть участок по своим свойствам очень близкий к изолятору (рис. 35).

Рис. 35. Полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью: он имеет небольшое сопротивление и пропускает ток только при определенной полярности приложенного напряжения — прямое включение: «плюс» подключается к зоне р, «минус» к зоне n; при обратной полярности диод обладает большим сопротивлением и тока не пропускает.

Таким образом, при выбранной полярности подключения батареи рn-переход почти не пропускает электрический ток, и полупроводниковый диод можно рассматривать как очень большое сопротивление.

Если сменить полярность подключения батареи, то есть приложить напряжение «плюсом» к зоне р, а «минусом» — к зоне n, то электрические заряды, как положительные, так и отрицательные, подойдут вплотную к границе раздела и, перейдя эту границу, будут двигаться к соответствующим зажимам батареи. В этом случае рn-переход хорошо пропускает ток, и диод обладает малым сопротивлением.

Процессы, происходящие в рn-переходе, мы, конечно, рассмотрели крайне упрощенно, но это не помешало нам прийти к совершенно правильному выводу: полупроводниковый диод в одну сторону пропускает ток хорошо, а в другую практически не пропускает. За это свойство диод часто называют вентилем.

В способности диода пропускать ток только в одну сторону можно легко убедиться самому, собрав простейшую цепь из диода, головных телефонов (телефоны обязательно должны быть высокоомные, то есть должны иметь сопротивление 1000 ом и более) и батарейки карманного фонаря. Если диод включен так, что он проводит ток, то в момент замыкания цепи в телефонах будут слышны сильные щелчки. Если же изменить полярность включения диода (или, что то же самое, изменить полярность включения батарейки), то диод будет обладать большим сопротивлением, то есть почти не будет пропускать ток, и щелчков в телефоне слышно не будет.

Именно односторонняя проводимость является тем свойством полупроводникового диода, которое позволяет произвести преобразование модулированного тока высокой частоты с последующим выделением необходимого нам низкочастотного (звукового) сигнала.

О том, как это делается, вы узнаете, познакомившись с работой простейшего приемника. Постройка такого приемника не займет у вас много времени.

Соберем простейший детекторный приемник и посмотрим, как он работает. Схема приемника предельно проста (лист 61, рис. 36). Между антенной и заземлением включают детектор, а параллельно ему подключают телефоны, или, как их называют иначе, наушники. Можно подключить один наушник, а можно и два, соединенных последовательно. Существуют и другие схемы включения детектора (лист 63), но принцип его работы всегда одинаков.

Рис. 36. Диод периодически шунтирует телефон, и в его цепи появляются импульсы (толчки) тока одного направления. Если сигнал модулирован, то амплитуда импульсов меняется, мембрана «медленно» перемещается и создает звуковые волны.

Для детекторного приемника желательно сделать наружную антенну высотой 8—10 м (листы 59, 60). Заземление сделать обязательно. Приемник можно собрать на небольшой фанерной панели (лист 62), а гнезда для подключения телефонов, антенны и заземления сделать из белой жести.

Все соединения в электрических цепях следует осуществлять только путем пайки (лист 57), причем в процессе пайки ни в коем случае не следует применять кислоту. Соединяемые контакты, лепестки, провода и т. п. сначала тщательно зачищают, затем залуживают — покрывают тонким слоем олова и уже после этого припаивают. На всех стадиях пайки нужно пользоваться канифолью, которая очищает место спая от вредных окислов.

Пайку лучше всего вести небольшим электрическим паяльником «жало», который необходимо тщательно залудить. Более подробно о монтаже, пайке, подготовке деталей, столярных и слесарных работах, с которыми приходится сталкиваться радиолюбителю, можно прочесть в «Справочнике начинающего радиолюбителя», изданном в 1961 году.

Теперь поговорим о том, как работает наш приемник (лист 61). Мы уже знаем, что детектор пропускает ток только в одном направлении. Поэтому переменный ток, наведенный в антенне (IА), будет проходить через детектор (IД) только в течение одной половины периода. Ток обратного направления детектор не пропустит, и поэтому в течение второго полупериода ток пройдет через цепь телефона (IТ).

Диод можно рассматривать как своеобразный шунт, подключенный параллельно телефону. Особенность такого шунта состоит в том, что он действует «через такт»: в те полупериоды, когда диод пропускает ток, он сильно шунтирует телефон, и ток IТ практически отсутствует. Однако в следующий полупериод диод уже обладает очень большим сопротивлением, и весь ток, наведенный в антенне, идет через телефон. Таким образом, в цепи детектора, так же как в цепи телефона, протекает пульсирующий (импульсный) ток — импульсы (толчки) тока в этих цепях чередуются. Импульсы тока в цепи телефона, также, впрочем, как и в цепи детектора, всегда имеют одно направление, причем величина импульсов меняется в соответствии с модуляцией. Когда модуляции нет (молчание перед микрофоном), все импульсы тока одинаковы.