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

Благодаря медленному изменению импульсного тока, изменению, которое является следствием модуляции, мембрана телефона будет медленно перемещаться и создавать звуковые волны. Так, например, если в процессе модуляции ток в антенне передатчика увеличивается, то будет увеличиваться и ток в антенне приемника, а это значит, что будут возрастать импульсы тока через телефон, и при этом каждый последующий импульс будет все дальше смещать мембрану. Если же ток в антенне передатчика уменьшается, то будут уменьшаться и импульсы тока через телефон, и его мембрана будет медленно возвращаться в среднее положение. Мембрана следует за всеми изменениями амплитуды тока и воспроизводит «копию» звука, с помощью которого на передатчике осуществляется модуляция.

Какова же в этом процессе роль детектора? Если бы не было детектора, то через телефон протекал бы не импульсный (пульсирующий) ток, а переменный ток высокой частоты. Этот ток с очень большой частотой толкал бы мембрану то в одну, то в другую сторону, и в результате она стояла бы на месте, так как не успевала бы следовать за изменением тока. Благодаря детектору через телефон проходит ток только одного направления, и мембрана смещается только в одну сторону, следуя за медленным изменением амплитуды этого тока. Нужно признаться. что слово «медленно» в данном случае выбрано не совсем удачно. Действительно, ведь сила импульсов меняется в соответствии с модуляцией, а модулирующий сигнал может совершать свой полный цикл (период) за несколько тысячных долей секунды, то есть иметь частоту в несколько тысяч герц. Такую частоту колебаний мембраны уже нельзя назвать медленной. Оправданием для нас может служить лишь то, что эта частота все же невелика по сравнению с частотой тока в антенне, которая составляет сотни и тысячи килогерц.

Подведем некоторый итог. На передающей стороне звуковые колебания были преобразованы с помощью микрофона в электрический ток низкой частоты (НЧ). Этим низкочастотным током мы модулировали полученный от специального генератора ток высокой частоты (ВЧ). Модулированный ток ВЧ был направлен в передающую антенну и создал модулированные радиоволны. Они навели в приемной антенне точно такой же модулированный ток, какой был в антенне передатчика. С помощью детектора мы преобразовали переменный ток в пульсирующий. Под действием этого пульсирующего тока мембрана телефона пришла в движение и создала такие же низкочастотные звуковые колебания, какие воздействовали на микрофон в передатчике. Таковы основные процессы, происходящие при радиотелефонной передаче.

Построенный нами простейший приемник обладает серьезными недостатками. Прежде всего он мало чувствителен и позволяет принимать только местные и притом достаточно мощные станции. Может быть, у некоторых из вас, особенно у тех, кто живет далеко от мощных радиостанций, простейший приемник из-за его малой чувствительности вообще ничего, кроме грозовых разрядов, принимать не будет. Другой недостаток простейшего приемника состоит в том, что если слышны передачи нескольких станций, то нет никакой возможности отделить одну передачу от другой.

Таким образом, перед нами стоят две задачи. Во-первых, нужно повысить чувствительность приемника и сделать возможным прием станций, радиоволны которых приходят к антенне сильно ослабленными. Во-вторых, нужно сделать так, чтобы из всех слышимых радиостанций приемник мог выбирать только одну, нужную нам.

Задачи эти можно решать по-разному, но мы начнем с самых простых решений.

Глава 3

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

Как уже отмечалось, у простейшего детекторного приемника, описанного в предыдущей главе, имеются серьезные недостатки. Во-первых, у него очень плохая чувствительность. Это значит, что простейший приемник принимает только сильные сигналы. Во-вторых, простейший приемник практически не обладает никакой избирательностью, то есть не позволяет выделить сигнал нужной нам станции среди других сигналов, действующих в приемной антенне. Это значит, что если к приемной антенне придет несколько достаточно сильных сигналов от разных радиостанций, то передачи всех этих станций будут слышны одновременно.

Первое, что можно сделать для борьбы с такими недостатками, это ввести в приемник колебательный контур — устройство, которое может повысить высокочастотное напряжение, подводимое к детектору. Но основное достоинство колебательного контура состоит не только в том, что он увеличивает слабые напряжения высокой частоты, а в том, что напряжение какой-то определенной частоты он повышает больше всех других. Тем самым колебательный контур как бы выбирает из множества высокочастотных сигналов один сигнал, принадлежащий определенной радиопередающей станции. Это замечательное свойство контура называется избирательностью. Оно связано с происходящими в нем электромагнитными колебаниями (отсюда название «колебательный контур»).

Прежде чем знакомиться с электромагнитными колебаниями в контуре, вспомним о хорошо известных нам механических колебаниях — колебаниях маятника, гитарной струны, качелей, стальной линейки, зажатой в тисках, и т. п. Хотя в основе электромагнитных и механических колебаний лежат совершенно различные физические явления, но законы, по которым протекают эти колебания, очень похожи. Вот почему знакомство с механическими колебаниями поможет нам при изучении колебаний электромагнитных.

Футболист сильно ударил по мячу, и он «свечой», то есть почти вертикально, пошел вверх (рис. 37).

Рис. 37. Мяч поднимается вверх, и его кинетическая энергия (энергия движущегося тела) переходит в потенциальную (энергия, запасенная телом, поднятым на высоту).

Поднявшись на довольно большую высоту, мяч на секунду «замер», а затем, постепенно набирая скорость, стал падать вниз (рис. 38).

Рис. 38. Когда мяч падает, его потенциальная энергия вновь переходит в кинетическую.

Тот, кто знаком с физикой, знает, что, пока мяч поднимался и опускался, произошло два превращения энергии. При движении мяча вверх его кинетическая энергия (энергия движущегося тела; поднимаясь, мяч замедляет движение, и его кинетическая энергия уменьшается) перешла в энергию потенциальную (энергия, запасенная телом, поднятым на высоту; чем выше поднимается мяч, тем больше его потенциальная энергия), а затем по мере падения мяча его потенциальная энергия перешла в кинетическую.

Интересные взаимные превращения кинетической и потенциальной энергии можно наблюдать и в качающемся маятнике.

Когда грузик маятника находится в одном из крайних положений, его потенциальная энергия максимальна. По мере того как грузик опускается, его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая растет за счет увеличения скорости движения. Одним словом, при движении маятника к средней точке его потенциальная энергия переходит в кинетическую, и при прохождении средней точки потенциальная энергия маятника равна нулю, а кинетическая максимальна. Когда, проскочив по инерции среднюю точку, маятник двигается вверх, его кинетическая энергия постепенно переходит в потенциальную. Благодаря непрерывному переходу потенциальной энергии в кинетическую, а кинетической в потенциальную маятник совершает колебания — периодически отклоняется то в одну, то в другую сторону от своего среднего положения (рис. 39).

Рис. 39. В процессе колебаний маятника непрерывно происходит переход одного вида энергии в другой — потенциальная энергия (энергия поднятого маятника) периодически переходит в кинетическую (энергию движущегося маятника), кинетическая — обратно в потенциальную и т. д. При этом с определенной частотой меняется скорость движения маятника и его отклонение.

Аналогичными процессами сопровождаются и другие виды механических колебаний (лист 64).

Попробуем записать все, что происходит с маятником в процессе его колебаний. Такую запись удобнее всего произвести с помощью особого рисунка — графика (рис. 40). Мы уже встречались с графиками в предыдущей главе.

Рис. 40. График — это очень удобный и наглядный способ записи зависимости одной величины от другой и, в частности, зависимости какой-либо величины от времени.

Основой графика являются две взаимно-перпендикулярные прямые линии, называемые осями. По горизонтальной оси мы будем в определенном масштабе отмечать время, для чего разметим эту линию-ось в единицах времени, подобно циферблату секундомера (рис. 40). По вертикальной оси, также в определенном масштабе, будем отмечать отклонение маятника от его среднего положения, и эту ось разметим в единицах длины.