АНТЕННА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Слово "антенна" пришло к нам из греческого языка. Греки называли антенной щупальца или усики насекомых.

Приемная антенна - это тоже щупальца, которыми приемник захватывает из пространства энергию радиоволн. Чем больше энергии он получит от своей антенны, тем громче будет работать. Это особенно необходимо для детекторного приемника, который работает исключительно за счет энергии, получаемой им из антенны.

Конструкций антенн много. Большая часть из них - это длинные провода, поднятые высоко над землей. Антенны этих видов носят название наружных, так как они находятся снаружи зданий. Те же антенны, которые располагаются внутри зданий, называют комнатными или внутренними. Наружные антенны по приемным свойствам лучше внутренних.

Тебе, пока что начинающему радиолюбителю, рекомендую соорудить наружную антенну. Однако сначала сделай заземление. Дело в том, что под действием атмосферных разрядов в проводе наружной антенны могут накапливаться столь значительные электрические заряды, что они будут ощущаться при прикосновении к проводу. Соединив же с землей провод будущей наружной антенны, ты этим отведешь заряды в землю.

Заземление. Возможно ближе к окну, через которое ты предполагаешь вводить провода заземления и антенны, вырой яму такой глубины, где земля всегда сохраняет влагу. В яму уложи какой-нибудь металлический предмет, например старое, но не заржавевшее ведро (рис. 18, а) или лист оцинкованного железа (рис. 18, б) размерами примерно 50 х 100 см, предварительно припаяв к ним кусок длинной проволоки. Металлический предмет осторожно засыпь землей, чтобы не перерубить лопатой провод заземления, н хорошо утрамбуй землю.

Провод заземления прикрепи к стене дома скобками, сделанными из гвоздей или стальной проволоки.

Если ты живешь в городе, то заземлением могут служить трубы водопровода, центрального парового или водяного отопления, так как они имеют хорошее соединение с землей. Трубу, по возможности ближе к месту установки приемника, зачисти до блеска напильником.
Этот участок трубы туго обмотай концом зачищенного медного провода, который пойдет к приемнику. Надежный контакт провода с трубой можно сделать и с помощью металлического хомута (рис. 18, в).

Рис. 18. Устройство заземления. Наружная антенна. Лучше всего соорудить Г-обраэную антенну, напоминающую внешним видом буку "Г" (рис. 19). Такая антенна состоит из провода длиной 20-40 м, подвешенного с помощью опор-мачт на высоте 10-15 м над землей, и снижения-провода, свисающего вниз, конец которого подключают к радиоприемнику. Ту часть снижения, которую вводят в дом, называют вводом антенны.


Рис. 19. Наружная Г-образная антенна и заземление. Чем длиннее горизонтальная часть антенны и чем выше над землей она поднята, тем лучше радиоприем. Для антенны лучше всего применить антенный канатик- многожильный провод, свитый из тонких медных проволочек, или медную проволоку толщиной 1,5-3 мм. В крайнем случае можно использовать оцинкованную стальную или железную проволоку такой же толщины. Более тонкая проволока не годится: антенна из нее получится непрочной. Непригодна для антенны алюминиевая проволока, так как на воздухе она весьма быстро становится хрупкой и обрывается. Горизонтальную часть, снижение и ввод антенны делай из целого куска провода. Если нет куска провода необходимой длины, то соединяемые участки проводов зачисть до блеска, прочно скрути и обязательно пропаяй места скруток. Определяя места подвески горизонтальной части антенны, учитывай возможность использования крыши своего дома. Близко к железной крыше дома и над деревьями антенну подвешивать не рекомендуется. Если неподалеку проходят провода электрического освещения, то горизонтальную часть антенны располагай по возможности перпендикулярно им и подальше от них. Имей в виду: категорически запрещается подвешивать провод антенны под линией электрического освещения, телефонными, телеграфными и другими проводами, а также крепить шесты к водосточным, вентиляционным и дымоходным трубам, телефонным столбам, столбам электрического освещения. Для мачт, устанавливаемых на крышах домов, нужны шесты длиной 3-4м, диаметром у основания 8-10, а у вершины 4-5 см.


В сельской местности в качестве одной из опор можно использовать высокое- дерево. К шестам, отступая от вершин на 15-20 см, прикрепи по три куска стальной проволоки длиной несколько больше длины шестов, они будут оттяжками. На вершине одного из шестов укрепи блок. Пропусти через него прочную веревку, а лучше тонкий металлический трос для подъема горизонтальной части антенны, а в дальнейшем для регулировки ее натяжения. Под мачты желательно сделать дощатые опоры - площадки с гнездами для их оснований (рис. 20).
Рис. 20. Крепление мачты антенны на крыше. Устанавливать мачты удобнее вдвоем. Один держит мачту в вертикальном положении, другой закрепляет ее оттяжки на костылях или гвоздях, вбитых в крышу. Если кровля железная, оттяжки можно крепить в закроях железа. Провод горизонтального луча антенны подвешивай к мачтам на двух цепочках из антенных изоляторов (рис. 21, в) или фарфоровых "роликах" (рис. 21, б), используемых для комнатной электропроводки. В каждой цепочке должно быть не менее чем по два изолятора. Одну цепочку крепи к вершине мачты без блока, вторую - к веревке (тросу), перекинутой через блок на второй мачте. Разматывая провод, не выпускай моток из рук, следи за тем, чтобы на нем не образовывались петли, перегибы. Ту часть провода, которая будет снижением, временно, пока не закончишь подъем и крепление горизонтальной части антенны, соедини с заземлением. Если для снижения приходится исполь-зовать отдельный кусок провода, место его скрутки с горизонтальным лучом обязательно пропаяй. Сильно натягивать провод горизонтального луча не следует, так как во время зимних морозов его длина заметно уменьшается, провод натягивается и может оборваться или поломать опоры. Чтобы снижение не болталось и не соприкасалось с кровлей или другими частями дома, укрепи на стене или на краю крыши шест или брусок- с роликом и привяжи к нему провод снижения.
Рис. 21. Цепочки изоляторов. В том случае, если в качестве одной опоры антенны будешь использовать дерево, привяжи к его стволу шест с блоком на конце, как показано на рис. 19.


Свободный конец троса, пропущенный через блок, к стволу не крепи - во время ветра качающееся дерево может оборвать провод антенны. К нему надо привязать какой-нибудь груз, например камень. Подбирая массу этого груза, легко добиться необходимого натяжения горизонтального луча антенны. Если по каким-либо причинам тебе не удастся соорудить Г-образную антенну на двух опорах, сделай ее в виде наклонного луча. В этом случае потребуется одна опора высотой 10-15 м. Второй конец провода крепи на изоляторе возле окна, через которое антенну вводишь в дом. Если дом высокий, а ты живешь на первом или втором этаже, неплохой наружной антенной может быть провод, вертикально или с наклоном свисающий к твоему окну. Наружная антенна может быть и одномачтовой, например типа "метелка" (рис. 22). Она состоит из 40-80 прутков голой проволоки толщиной 1,0-1,5 мм и длиной по 40-50 см. Все они зачищены с одного конца и туго стянуты концом провода, предназначенного для снижения. Нижнюю часть "метелки" желательно залить расплавленным свинцом, чтобы обеспечить надежный контакт между отдельными ее прутками. Пучок прутков вставлен в отверстие большого фарфорового изолятора, предназначенного для уличной электропроводки (можно толстостенный фарфоровый или стеклянный стакан подходящего диаметра), а затем залить варом или смолой. Свободные концы прутков расправляют наподобие метлы. Изолятор крепят к мачте железным хомутиком или проволокой.
Рис. 22. Антенна "метелка". Вводы антенны в заземления. Если ты живешь в сельской местности, то для оборудования ввода наружной антенны кроме изоляционных материалов потребуется еще грозовой переключатель- небольшой рубильник с зубчатыми пластинками, образующими искровой промежуток (рис. 23).
Рис. 23. Грозопереключатель. Провода снижения и заземления вводи внутрь комнаты через отверстия, просверленные в стене, оконной колоде или неоткрывающейся раме окна. Сверли их с небольшим наклоном в сторону улицы, чтобы через них не могла затекать в комнату дождевая вода.


Возможно ближе к этим отверстиям укрепи грозовой переключатель (рис. 24).
Рис. 24. Оборудование вводов антенны и заземления и установка грозового переключателя. Провод заземления вводи без изоляционных материалов, только со стороны комнаты вставь в отверстие втулку, чтобы не испортить внешнего вида стены. Ввод антенны укрепи на роликах и, сделав на конце петельку, закрепи ее под верхний зажим грозопереключателя. Ввод заземления прибей к стене проволочными скобами. На конце его провода тоже сделай петельку и прочно зажми ее под винт ножа грозопереключателя. Далее заготовь два куска изолированного провода такой дины, чтобы дотянуть их до твоего рабочего места. Подойдет провод, применяемый для электросети. Концы проводов зачисть от изоляции. Один из них закрепи под нижний свободный зажим грозопереключателя, другой - под его верхний зажим (с которым соединен ввод антенны). Противоположными концами эти провода будешь подключать к приемнику. Зачем нужен Грозопереключатель? Чтобы отводить в землю электрические заряды, возникающие в наружной антенне под действием различных атмосферных явлений. Когда приемником не пользуются, антенна должна быть заземлена - нож грозопереключателя устанавливают в верхнее положение. Перед тем как начать слушать радиопередачи, нож грозопереключателя перекидывают вниз, переключая заземление на приемник. Если в телефонах или громкоговорителе приемника появляется треск, являющийся признаком приближения грозы (в это время заряды из антенны уходят в землю через искровой промежуток), прием надо прекратить, а антенну заземлить. При этом приемник перестает работать, а создающиеся в антенне сильные заряды через нож переключателя стекают в землю, не причиняя вреда ни приемнику, ни слушателю. Этих предосторожностей вполне достаточно, чтобы не иметь неприятностей от наружной антенны во время грозы. Комнатные антенны. Для более чувствительного приемника, чем детекторный, а иногда и для детекторного, если радиовещательная станция находится недалеко, можно использовать комнатную антенну.


Для ее устройства нужно в углах комнаты под потолком привернуть фарфоровые ролики и натянуть между ними изолированный или голый провод. Его можно протянуть вдоль одной, двух, трех или всех четырех стен комнаты. Один из концов провода идет вниз, к приемнику. Такая антенна будет тем лучше, чем длиннее ее провод и чем выше над землей находится комната.
Рис. 25. Спиральная комнатная антенна. Можно также соорудить спиральную комнатную антенну (рис. 25), представляющую собой изолированный или голый провод длиной 10-15 м, свитый в спираль на круглой болванке. Спираль подвешивают на шнуре или капроновой леске между стенами комнаты. Снижение к радиоприемнику можно сделать от любого конца или витка спирали. Грозопереключатели для комнатных антенн не нужны. Следует отметить, что в современных домах из железобетонных панелей комнатные антенны малоэффективны. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

ДЕТЕКТОР И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ

В твоем первом приемнике роль детектора выполнял точечный диод. Подробно о его устройстве и работе я расскажу тебе в пятой беседе. Сейчас же лишь скажу, что он является двухэлектродным полупроводниковым прибором, обладающим односторонней проводимостью тока: хорошо .пропускает через себя ток одного направления и плохо - ток обратного направления. Для простоты же объяснения работы диода как детектора будем считать, что ток обратного направления он вообще не проводит и является для него как бы изолятором. Это свойство диода иллюстрируют графики, изображенные на рис.1: диод Д пропускает через себя положительные полуволны и совсем не пропускает отрицательные полуволны переменного тока. Отрицательные полуволны диод как бы срезает. В результате такого действия диода переменный ток преобразуется в ток пульсирующий- ток одного направления, но изменяющийся по величине с частотой пропускаемого через него тока. Этот преобразовательный процесс, называемый выпрямлением переменного тока, и лежит в основе детектирования радиосигналов.

Рис.1. Диод преобразует переменный ток в ток пульсирующий.

Посмотри на графики, показанные па рис.2. Они иллюстрируют процессы, происходящие в знакомой тебе детекторной цепи простейшего прием-пика. Под действием радиоволн в контуре приемника возбуждаются модулированные колебания высокой частоты (рис.2,а). К контуру подключена цепь, состоящая из диода и телефонов. Для этой цепи колебательный контур является источником переменного тока высокой частоты. Поскольку диод пропускает ток только одного направления, высокочастотные колебания, поступающие в его цепь, будут им выпрямлены (рис.2,б), или, говоря иначе, продетектированы. Если провести штриховую линию, огибающую вершины выпрямленного тока, то получится "рисунок" тока звуковой частоты, которым модулирован ток в антенне радиостанции во время передачи.

Рис.2. Графики, иллюстрирующие детектирование модулированных колебаний высокой частоты.

Ток, получившийся в результате детектирования, состоит из высокочастотных импульсов, амплитуды которых изменяются со звуковой частотой. Его можно рассматривать как суммарный ток и разложить на две составляющие: высокочастотную и низкочастотную. Их называют соответственно высокочастотной и низкочастотной составляющими пульсирующего тока Низкочастотная составляющая идет через телефоны и преобразуется ими в звук.

[ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

ГОЛОВНОЙ ТЕЛЕФОН

Телефон - третье, последнее звено детекторного приемника, которое, образно выражаясь, "выдает готовую продукцию" - звук. Это один из старейших электротехнических приборов, почти без изменения сохранивший свои основные черты до наших дней.

Для детекторных приемников используют головные телефоны типа ТОН-1, ТОН-2. Это два последовательно соединенных телефона, удерживающиеся на оголовье. Отвернем крышку одного из телефонов (рис.1). Под нею находится круглая жестяная пластинка -мембрана. Сняв осторожно мембрану, мы увидим две катушки, насаженные на выступающие из дна корпуса пластинки.

Рис.1. Устройство электромагнитного телефона.

Это полюсные наконечники постоянного магнита, впрессованные в дно корпуса. Катушки соединены последовательно, а крайние выводы их припаяны к стерженькам, к которым с наружной стороны при помощи зажимных винтов подключен шнур с однополюсными штепсельными вилками.

Как работает телефон? Мембрана, создающая звук, находится возле полюсных наконечников магнита и опирается на бортики корпуса (рис.2). Под действием поля магнита она немного прогибается в середине, но не прикасается к полюсным наконечникам магнита (рис.2 - сплошная линия). Когда через катушки телефона течет ток, он создает вокруг катушек магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита. Сила этого единого магнитного поля, а значит, и сила притяжения мембраны к полюсным наконечникам зависит от направления тока в катушках. При одном направлении тока, когда направления магнитных силовых линий катушек и магнита совпадают и их поля складываются, мембрана сильнее притягивается к полюсам магнита (на рис. 50 - нижняя штриховая линия). При другом направлении тока силовые линии катушек и магнита направлены встречно и общее поле становится слабее, чем поле магнита. В этом случае мембрана слабее притягивается полюсными наконечниками и, выпрямляясь, несколько удаляется от них (рис. 50 - верхняя штриховая линия). Если через катушки телефона пропускать переменный ток звуковой частоты, суммарное магнитное поле станет то усиливаться, то ослабляться, а мембрана будет то приближаться к полюсным наконечникам магнита, то отходить от них, т.
е. колебаться с частотой тока. Колеблясь, мембрана создаст в окружающем пространстве звуковые волны.

Рис.2. Колебания мембраны электромагнитного телефона. С первого взгляда может показаться, что постоянный магнит в телефоне не нужен: катушки можно надеть на железную ненамагниченную подковку. Но это не так. И вот почему. Железная подковка, намагничиваемая только током в катушках, будет притягивать мембрану независимо от того, идет ли ток через катушки в одном направлении или другом. Значит, за один период переменного тока мембрана притянется во время первого полупериода, отойдет от него и еще раз притянется во время второго полупериода, т. е. за один период переменного тока (рис.3,а) она сделает два колебания (рис.3,6).
Рис.3. Телефон с постоянным магнитом дает неискаженное
воспроизведение звука. При отсутствии постоянного магнита
мембрана колебалась бы с удвоенной частотой. Если, например, частота тока 500 Гц, то мембрана телефона за 1 с сделает 500x2=1000 колебаний и той звука исказится-будет вдвое выше. Вряд ли нас устроит такой телефон. С постоянным же магнитом дело обстоит иначе: при одном полупериоде происходит усиление магнитного поля - уже притянутая мембрана прогнется еще больше; при другом полупериоде поле ослабевает и мембрана, выпрямляясь, отходит дальше от полюсов магнита. Теперь разберем такой вопрос: зачем параллельно телефону подключают блокировочный конденсатор? Какова его роль? Электрическая емкость блокировочного конденсатора такова, что через него свободно проходят токи высокой частоты, а токам звуковой частоты он оказывает значительное сопротивление. Телефон, наоборот, пропускает токи звуковой частоты и оказывает большое сопротивление токам высокой частоты. На этом участке детекторной цепи высокочастотный пульсирующий ток разделяется (на рис.4 - в точке а) на составляющие, которые далее идут: высокочастотная - через блокировочный конденсатор, а низкочастотная - через телефон. Затем составляющие соединяются (на рис.4 - в точке б) и далее опять идут вместе.


Рис.4. В точке а детекторной цепи составляющие высокочастотного
пульсирующего тока разделяются, а в точке б соединяются. Назначение блокировочного конденсатора можно объяснить так. Телефон из-за инертности мембраны не может отзываться на каждый высокочастотный импульс тока в детекторной цепи. Значит, чтобы телефон работал, надо как-то "сгладить" высокочастотные импульсы, "заполнить" провалы тока между ними. Эта задача и решается с помощью блокировочного конденсатора следующим образом. Отдельные высокочастотные импульсы заряжают конденсатор. В моменты между импульсами конденсатор разряжается через телефон, заполняя таким образом "провалы" между импульсами. В результате через телефон идет ток одного направления, но изменяющийся по величине со звуковой частотой, который и преобразуется телефоном в звук. Коротко же о роли блокировочного конденсатора можно сказать так: он фильтрует низкочастотную составляющую выпрямленного диодом тока, т. е. "очищает" ток звуковой частоты от высокочастотной составляющей. Почему же детекторный приемник работал во время самого первого опыта, когда блокировочного конденсатора не было? Его компенсировала емкость, сосредоточенная между проводами шнура и витками катушек телефона. Но эта емкость значительно меньше емкости специально подключаемого конденсатора. В этом случае ток через детектор получается меньшим, чем при наличии блокировочного конденсатора, и передача слышна слабее. Это особенно заметно при приеме отдаленных станций. Качество работы телефона оценивают главным образом с точки зрения его чувствительности - способности реагировать на слабые колебания электрического тока. Чем слабее колебания, на которые отзывается телефон, тем выше его чувствительность. Чувствительность телефона зависит от числа витков в его катушках и качества магнита. Два телефона с совершенно одинаковыми магнитами, но с катушками, содержащими неодинаковое число витков, различны, по чувствительности. Лучшей чувствительностью будет обладать тот из них, в котором использованы катушки с большим числом витков.


Чувствительность телефона зависит также от положения мембраны относительно полюсных наконечников магнита. Наилучшая чувствительность его будет в том случае, когда мембрана находится очень близко к полюсным наконечникам, но, вибрируя, не прикасается к ним. Телефоны принято подразделять на высокоомные - с большим числом витков в катушках, и низкоомные - с относительно небольшим числом витков. Для детекторного приемника пригодны только высокоомные телефоны. Катушки каждого телефона типа ТОН-1, например, намотаны эмалированным проводом толщиной 0,06 мм и имеют по 4000 витков. Их сопротивление постоянному току около 2200 Ом. Это число, характеризующее телефоны, выштамповано на их корпусах. Поскольку два телефона соединены последовательно, их общее сопротивление равно 4400 Ом. Сопротивление постоянному току низкоомных телефонов может быть 50-60 Ом. Как проверить исправность и чувствительность головных телефонов? Прижми их к ушам. Смочи слюной штепсельные вилки на конце шнура, а затем коснись ими друг друга - в телефонах должен быть слышен слабый щелчок. Чем сильнее этот щелчок, тем чувствительнее телефоны. Щелчки получаются потому, что смоченный контакт между металлическими вилками представляет собой очень слабый источник тока. Более грубую проверку телефонов делают при помощи батареи для карманного электрического фонарика. При подключении телефонов к батарее и отключении от нее слышны резкие щелчки. Если щелчков нет, значит, где-то в катушках или шнуре имеется обрыв или плохой контакт. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

ГРОМКИЙ РАДИОПРИЕМ

Мощность электрических колебаний, возбуждающихся в контуре радиоприемника, очень мала. Ее достаточно бывает только для работы такого чувствительного прибора, каким является электромагнитный телефон. Лишь в исключительных случаях, когда радиостанция находится неподалеку от места приема, на выходе детекторного приемника может работать громкоговоритель. В обычных же условиях громкоговорящий прием может быть осуществлен только при условии усиления сигналов радиостанций. Для усиления используют транзисторы и электронные лампы.

Различают усилители высокой частоты (УВЧ) и усилители звуковой частоты (УЗЧ). Как говорит само наименование, первые из кик применяют для усиления колебаний высокой частоты, т. е. до того, как они будут продетектированы, а вторые - для усиления колебаний звуковой частоты, т, с. после детектора. Если между колебательным контуром и детектором включить усилитель высокой частоты, а после детектора - усилитель звуковой частоты, тогда выходным элементом приемника может быть громкоговоритель.

Структурная схема такого приемника показана на рис.1. Функции колебательного контура, детектора и громкоговорителя в этом приемнике такие же, как и функции аналогичных им элементов детекторного приемника. Только здесь после детектора действуют более мощные колебания звуковой частоты, которые к тому же усиливаются дополнительно усилителем звуковой частоты. Получился радиоаппарат, обеспечивающий громкоговорящий прием, в том числе отдаленных вещательных станций. Чувствительность такого приемника во много раз выше чувствительности детекторного приемника.

Рис.1. Структурная схема приемника, обеспечивающего громкий радиоприем.

В приемнике по такой структурной схеме происходит только одно преобразование частоты - детектирование. До детектора стоит УВЧ, а за детектором - УЗЧ. Приемники, в которых происходит только преобразование частоты, называют приемниками прямого усиления. Их характеризуют формулой, в которой детектор обозначают латинской буквой V, число каскадов усиления высокой частоты указывают цифрой, стоящей перед этой буквой, число каскадов усиления звуковой частоты - цифрой после этой буквы. Так, например, в приемнике 1-V-1 кроме детектора есть один каскад усиления высокой частоты и один каскад усиления звуковой частоты.

В простых транзисторных или ламповых приемниках может не быть УВЧ иди УЗЧ. А в более сложных... Впрочем, не будем забегать вперед. Разговор об этом еще будет.

[ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

Устройство и схема простейшего колебательного контура показаны на рис.1. Он, как видишь, состоит из катушки Ь и конденсатора С, образующих замкнутую электрическую цепь. При некоторых условиях в контуре могут возникнуть и существовать электрические колебания. Поэтому его и называют колебательным контуром.

Приходилось ли тебе наблюдать такое явление: в момент выключения питания электроосветительной лампы между размыкающимися контактами выключателя появляется искра. Если случайно соединить полосы батареи электрического карманного фонарика (чего нужно избегать), в момент их разъединения между ними также проскакивает маленькая искра. А на электростанциях, на заводах, где рубильниками разрывают электрические цепи, по которым текут очень большие токи, искры могут быть столь значительными, что приходится принимать меры, чтобы они не причинили вреда человеку, включающему ток. Почему возникают эти искры?

Рис.1. Простейший электрический колебательный контур.

Из первой беседы ты уже знаешь, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое можно изобразить в виде замкнутых магнитных силовых линий, пронизывающих окружающее его пространство (рис.2). Обнаружить это поле, если оно постоянное, можно с помощью магнитной стрелки компаса. Если отключить проводник от источника тока, то его исчезающее магнитное поле, рассеиваясь в пространстве, будет индуцировать токи в других проводниках. Ток индуцируется в в .том проводнике, который создал это магнитное поле. А так как он находится в самой гуще своих же магнитных силовых линий, в нем будет индуцироваться более сильный: ток, чем в любом другом проводнике. Направление этого тока будет таким же, каким оно было в момент разрыва проводника. Иначе говоря, исчезающее магнитное поле будет поддерживать создавший его ток до тех пор, дока оно само не исчезнет, т. е. полностью не израсходуется содержащаяся в нем энергия. Следовательно, ток в проводнике течет и после того, как выключен источник тока, но, разумеется, недолго - ничтожно малую долю секунды.

Рис.2. Магнитные силовые линии вокруг проводника с током. Но ведь в разомкнутой цепи движение электронов невозможно, - возразишь ты. Да, это так. Но после размыкания цепи электрическим ток может некоторое время течь через воздушный промежуток между разъединенными концами проводника, между контактами выключателя или рубильника. Вот этот ток через воздух образует электрическую искру. Это явление называют самоиндукцией, а электрическую силу (не путай с индукцией, о которой мы говорили в первой беседе), которая под действием исчезающего магнитного поля поддерживает в нем ток,-электродвижущей силой самоиндукции или, сокращенно, э.д.с. самоиндукции. Чем больше э.д.с. самоиндукции, тем значительнее может быть искра в месте разрыва электрической цепи. Явление самоиндукции наблюдается не -только при выключении, но и при включении тока. В пространстве, окружающем проводник, магнитное поле возникает сразу при включении тока. Вначале оно слабее, но затем очень быстро усиливается. Усиливающееся магнитное поле тока тоже возбуждает ток самоиндукции, но этот ток направлен навстречу основному току. Ток самоиндукции мешает мгновенному увеличению основного тока и росту магнитного поля. Однако через короткий промежуток времени основной ток и проводника преодолевает встречный ток самоиндукции и достигает наибольшего значения, магнитное поле становится неизменным и действие самоиндукции прекращается. Явление самоиндукции можно сравнивать с явлением инерции. Санки, например, трудно сдвинуть с места. Но когда они наберут скорость, запасутся кинетической энергией.- энергией движения, их невозможно остановить мгновенно. После торможения они продолжают скользить до тех пор, пока запасенная ими энергия движения не израсходуется на преодоление трения о снег. Все ли проводники обладают одинаковой самоиндукцией? Нет! Чем длиннее проводник, тем значительнее самоиндукция. В проводнике, свернутом в катушку, явление самоиндукция сказывается сильнее, чем в прямолинейном проводнике, так как магнитное поле каждого витка катушки наводит ток не только в этом витке, но и в соседних витках этой катушки.


Чем больше длина провода в катушке, тем дольше будет существовать в нем ток самоиндукции после выключения основного тока. И, наоборот, потребуется больше времена мок включения основного тока, чтобы ток в цепи возрос до определенного значения и установилось постоянное по силе магнитное поле. Запомни: свойство проводников влиять на ток в цепи при изменении его величины называют индуктивностью, а катушки, в которых наиболее сильно проявляется это свойство, - катушками самоиндукции или индуктивности. Чем больше число витков и размеры катушки, тем больше ее индуктивность, тем значительнее влияние ее на ток в электрической; цепи. Итак, катушка препятствует как нарастанию, так и убыванию тока в электрической цепи. Если она находится в цепи постоянного тока, влияние ее сказывается только при включении и выключении тока. В цепи же переменного тока, где беспрерывно изменяются ток и его магнитное поле, э.д.с. самоиндукции катушки действует все время, пока течет ток. Это электрическое явление и используется в первом элементе колебательного контура приемника - катушке.
Рис.3. Заряд и разряд конденсатора. Вторым элементом колебательного контура приемника является "накопитель" электрических зарядов - конденсатор. Простейший конденсатор представляет собой два проводника электрического тока, это могут быть две металлические пластинки, именуемые обкладками конденсатора, разделенные непроводником электрического тока-диэлектриком, например воздухом или бумагой. Таким конденсатором ты уже пользовался во время опытов с простейшим приемником. Чем больше площадь обкладок конденсатора и чем ближе они расположены друг к другу, тем больше электрическая емкость этого прибора. Если к обкладкам конденсатора присоединить источник постоянного тока (рис.3, а), то в образовавшейся цепи возникнет кратковременный ток и конденсатор зарядится до напряжения, равного напряжению источника тока. Ты можешь спросить: почему в цепи, где есть диэлектрик, возникает ток? Когда мы присоединяем к конденсатору источник постоянного тока, свободные электроны в проводниках образовавшейся цепи начинают двигаться в сторону положительного полюса источника тока, образуя кратковременный поток электронов, во всей цепи.


В результате обкладка конденсатора, которая соединена с положительным полюсом источника тока, обедняется свободными электронами и заряжается положительно, а другая обогащается свободными электронами, и, следовательно, заряжается отрицательно. Как только конденсатор зарядится, кратковременный ток в цепи, именуемый током заряда конденсатора, прекратится. Если источник тока отключить от конденсатора, то конденсатор окажется заряженным (рис.3, б). Переходу избыточных электронов с одной обкладки на другую препятствует диэлектрик. Между обкладками конденсатора тока не будет, а накопленная им. электрическая энергия будет сосредоточена в электрическом доле диэлектрик а. Но стоит обкладки заряженного конденсатора соединить проводником (рис.3, в), "излишние" электроны отрицательно заряженной обкладки перейдут по этому Проводнику на другую обкладку, где их недостает, и конденсатор разрядится. В этом случае в образовавшейся цепи также возникает кратковременный ток, называемый током разряда конденсатора. Если емкость конденсатора большая, и он заряжен до значительного напряжения, момент разряда сопровождается появлением значительной искры и треска. Свойство конденсатора накапливать электрические заряды и разряжаться через подключенные к нему проводники как раз и используется в колебательном контуре радиоприемника. А теперь, юный Друг, вспомни обыкновенные качели. На них можно раскачиваться так, что "дух захватывает". Что для этого надо сделать? Сначала подтолкнуть, чтобы вывести качели из положения покоя, а затем прикладывать некоторую силу, но обязательно только в такт с их колебаниями. Без особого труда можно добиться сильных размахов качелей - получить большие амплитуды колебаний. Даже маленький мальчик может раскачать на качелях взрослого человека, если будет прикладывать свою силу умеючи. Раскачав качели посильнее, чтобы добиться больших амплитуд колебаний, перестанем подталкивать их. Что произойдет дальше? За счет запасенной энергии они некоторое время свободно качаются, амплитуда их колебаний постепенно убывает, как говорят, колебания затухают, и, наконец, качели останавливаются. При свободных колебаниях качелей, так же как свободно подвешенного маятника, запасенная - потенциальная - энергия переходит в кинетическую - энергию движения, которая в крайней верхней точке вновь переходит в потенциальную, а через долю секунды - опять в кинетическую.


И так до тех пор, пока не израсходуется весь запас энергии на преодоление трения веревок в местах подвеса качелей и сопротивления воздуха. При сколь угодно большом запасе энергии свободные колебания всегда являются затухающими: с каждым колебанием их амплитуда уменьшается и колебания постепенно совсем затухают -наступает покой. Но период (отрезок времени, в течение которого происходит одно колебание), а значит, и частота колебаний остаются постоянными. Однако, если качели все время подталкивать в такт с их колебаниями В тем самым пополнять потери энергии, расходуемой на преодоление различных тормозящих .сил, колебания станут незатухающими. Это уже не свободные, а вынужденные колебания. Они будут длиться до тех пор, пока не перестанет действовать внешняя подталкивающая сила. Я вспомнил здесь о качелях потому, что физические явления, происходящие в такой механической колебательной системе, очень схожи с явлениями в электрическом колебательном контуре. Чтобы в контуре возникли электрические колебания, ему надо сообщить энергию, которая "подтолкнула" бы электроны. Это можно сделать, зарядив, например, его конденсатор. Разорвем выключателем В колебательный контур и подключим к обкладкам его конденсатора источник постоянного тока, как показано на рис.4 вверху. Конденсатор зарядится до напряжения батареи Б. Затем отключим батарею от конденсатора, а контур замкнем выключателем В. Явления, которые теперь будут происходить в контуре, изображены графически на рис.4 внизу.
Рис.4. Электрические колебания в контуре. При замыкании контура выключателем верхняя обкладка конденсатора имеет положительный заряд, а нижняя - отрицательный (рис.4,а). В этот момент, отмеченный на графике точкой О, тока в контуре нет, а вся энергия, накопленная конденсатором, сосредоточена в электрическом поле между его обкладками. Но конденсатор замкнут на катушку, через которую он начнет разряжаться. В катушке появляется ток, а вокруг ее витков - магнитное поле. К моменту полного разряда конденсатора (рис.4,б), отмеченному на графике цифрой 1, когда напряжение на его обкладках упадет до нуля, ток в катушке и энергия магнитного поля достигнут наибольших значений.


Казалось бы, что в этот момент ток в контуре должен был прекратиться. Этого, однако, не произойдет, так как от действия э.д.с. самоиндукции, стремящейся поддержать ток, движение электронов в контуре будет продолжаться. Но только до тех пор, пока не израсходуется вся энергия магнитного поля. В катушке в это время будет течь убывающий по величине, но первоначального направления индуцированный ток. К моменту времени, отмеченному на графике цифрой 2, когда энергия магнитного поля израсходуется, конденсатор вновь окажется заряженным, только теперь на его нижней обкладке - положительный заряд, а на верхней - отрицательный (рис.4,в). Теперь электроны начнут обратное движение в направлении от верхней обкладки через катушку к нижней обкладке конденсатора. К моменту 3 (рис.4,г) конденсатор разрядится, а магнитное воле катушки достигнет наибольшего значения. И опять э.д.с. самоиндукции "погонит" по проводу катушки электроны, перезаряжая тем самым конденсатор. В момент времени 4 (рис.4,д) будет такое же состояние электронов в контуре, как в первоначальный момент 0. Закончилось одно полное колебание. Естественно, что заряженный конденсатор вновь будет разряжаться ва катушку, перезаряжаться и произойдут второе, за ним третье, четвертое в т. д. колебания. Другими словами, в контуре возникнет переменный электрический ток, электрические колебания. Но этот колебательный процесс в контуре не бесконечен. Он продолжается до тех пор, пока вся энергия, полученная конденсатором от батареи, не израсходуется ва преодоление сопротивления провода катушки контура. Такие колебания в контуре являются свободными В, следовательно, затухающими. Какова частота этих колебаний электронов в контуре? Чтобы полнее разобраться в этом вопросе, советую провести такой опыт с простейшим маятником. Подвесь на нитке, длиной 100 см шарик, слепленный из пластилина, или ином груз массой (весом) в 20-40 г (на рис.5 длина маятника обозначена латинской буквой l). Выведи маятник из положения равновесия и, пользуясь часами с секундной стрелкой, сосчитай, сколько полных колебаний он делает за 1 мин.


Примерно 30. Следовательно, частота колебаний этого маятника равна 0,5 Гц, а период - 2 с. За период потенциальная энергия маятника дважды переходит в кинетическую, а кинетическая в потенциальную. Укороти нить наполовину. Частота маятника увеличится примерно в полтора раза и во столько же раз уменьшится период колебаний.
Рис.5. Графики колебаний простейшего маятника. Этот опыт позволяет сделать вывод: с уменьшением длины маятника частота его собственных колебаний увеличивается, а период пропорционально уменьшается. Изменяя длину подвески маятника, добейся, чтобы его частота колебаний была 1 Гц. Это должно быть при длине нити около 25 см. В этом случае период колебаний маятника будет равен 1 с. Каким бы ты ни пытался создать первоначальный размах маятника, частота его колебаний будет неизменной. Но стоит только укоротить или удлинить нитку, как частота колебаний сразу изменится. При одной и той же длине нитки всегда будет одна и та же частота колебаний. Это собственная частота колебаний маятника. Получить заданную частоту колебаний можно путем подбора длины нити. Колебания нитяного маятника являются затухающими. Они могут стать незатухающими только в том случае, если маятник в такт с его колебаниями слегка подталкивать, компенсируя таким образом ту энергию, которую он затрачивает на преодоление сопротивления, оказываемого ему воздухом, энергию трения, земного притяжения. Электрический колебательный контур тоже обладает собственной частотой. Собственная частота колебаний зависит, во-первых, от индуктивности катушки. Чем больше число витков и диаметр катушки, тем больше ее индуктивность, тем больше будет продолжительность периода каждого колебания. Собственная частота колебаний в контуре будет соответственно меньше. И, наоборот, с уменьшением индуктивности катушки сократится период колебаний - возрастет собственная частота колебаний в контуре. Частота колебаний в контуре зависит, во-вторых, от емкости конденсатора. Чем больше емкость, тем больший заряд может накопить конденсатор, тем больше потребуется времени для его перезарядки, а это уменьшит частоту колебаний в контуре.


С уменьшением емкости конденсатора частота колебаний и контуре возрастает. Таким образом, собственную частоту затухающих колебаний в контуре можно регулировать изменением индуктивности катушки или емкости конденсатора. Но в электрическом контуре, как и в механической колебательной системе, можно получить и незатухающие, т.е. вынужденные колебания, если при каждом колебании пополнять контур дополнительными порциями электрической энергии от какого-либо источника переменного тока. Каким же образом в контуре приемника возбуждаются и поддерживаются незатухающие электрические колебания? Током высокой частоты, возбужденным в антенне. Этот ток сообщает контуру первоначальный заряд, он же и поддерживает ритмичные колебания электронов в контуре. Однако наиболее сильные незатухающие колебания в контуре приемника возникают- только в момент резонанса собственной частоты контура с частотой тока в антенне. Как это понимать? Люди старшего поколения рассказывают, будто в Петербурге от шедших в ногу солдат обвалился Египетский мост. А могло это случиться, видимо, при таких обстоятельствах. Все солдаты ритмично шагали по мосту. Мост от этого стал раскачиваться - колебаться. По случайному стечению обстоятельств собственная частота колебаний моста совпала с частотой шага солдат, как говорят, мост попал в резонанс. Ритм строя сообщал мосту все новые и новые порции энергии. В результате мост настолько раскачался, что обрушился: слаженность воинского строя нанесла вред мосту. Если бы резонанса собственной частоты колебаний моста с частотой шага солдат не было, с мостом ничего бы не случилось. Поэтому, между прочим, при прохождении солдат по слабым мостам принято подавать команду "сбить ногу". А вот опыт. Подойди к какому-нибудь струнному музыкальному инструменту и громко крикни "а": какая-то из струн отзовется-зазвучит. Та из них, которая окажется в резонансе с частотой этого звука, будет колебаться сильнее остальных струн - она-то и отзовется на звук. Еще один опыт - с маятниками.


Натяни горизонтально нетолстую веревку. Привяжи к ней тот же маятник из нити и пластилина (рис.6). Перекинь через веревку еще один такой же маятник, но с более длинной ниткой. Длину подвески этого маятника можно изменять, подтягивая рукой свободный конец нитки. Приведи этот маятник в колебательное движение. При этом первый маятник тоже станет колебаться, но с меньшей амплитудой. Не останавливая колебаний второго маятника, постепенно уменьшай длину его подвески - амплитуда колебаний первого маятника будет увеличиваться. В этом опыте, иллюстрирующем резонанс механических колебаний, первый маятник является приемником колебаний, возбуждаемых вторым маятником. Причиной, вынуждающей первый маятник колебаться, являются периодические колебания растяжки с частотой, равной частоте колебаний второго маятника. Вынужденные колебания первого маятника будут иметь максимальную амплитуду лишь тогда, когда его собственная частота совпадает с частотой колебаний второго маятника.
Рис.6. Опыт, иллюстрирующий явление резонанса. Такие или подобные им явления, только, разумеется, электрического "происхождения", наблюдаются и в колебательном контуре приемника. От действия волн многих радиостанций в приемной антенне возбуждаются токи самых различных частот. Нам же из всех этих частот надо выбрать только частоту той радиостанции, передачи которой мы хотим слушать. Для этого следует так подобрать число витков катушки и емкость конденсатора колебательного контура, чтобы его собственная частота совпадала с частотой тока, создаваемого в антенне волнами интересующей нас станции. В этом случае в контуре возбудятся наиболее сильные колебания с несущей частотой той радиостанции, на волну которой он настроен. Это и есть настройка контура приемника в резонанс с частотой передающей станции. При этом сигналы других станций совсем не слышны или прослушиваются очень слабо, так как возбуждаемые ими колебания в контуре будут очень слабыми. Таким образом, настраивая контур своего первого приемника в резонанс с частотой радиостанции, ты с его помощью как бы отбирал, выделял колебания частоты только этой станции.


Чем лучше контур будет выделять нужные колебания из антенны, тем выше селективность приемника, тем слабее будут помехи со стороны других радиостанций. До сих пор я рассказывал тебе о замкнутом колебательном контуре, т.е. контуре, собственная частота которого определяется только индуктивностью катушки и емкостью конденсатора, образующих его. Однако во входной контур любого приемника входят еще антенна и заземление. Это уже не замкнутый, а открытый колебательный контур. Дело в том, что провод антенны и Земля являются "обкладками" конденсатора (рис.7), обладающего некоторой электрической емкостью. В зависимости от длины провода и высоты антенны над землей эта емкость может быть до нескольких сотен пикофарад. Такой конденсатор на схеме рис. был показан штриховыми линиями. Но ведь антенну и землю можно еще рассматривать и как неполный виток большой катушки. Стало быть, антенна и заземление, взятые вместе, обладают еще и индуктивностью. А емкость совместно с индуктивностью образуют колебательный контур.
Рис.7. Антенна и заземление - открытый колебательный контур. Такой контур, являющийся открытым колебательным контуром, тоже обладает собственной частотой колебаний. Включая между антенной и землей катушки индуктивности и конденсаторы, мы можем изменять его собственную частоту, настраивать его в резонанс с частотами разных радиостанций. Как это делается на практике, ты уже знаешь. Я не ошибусь, если скажу, что колебательный контур является "сердцем" радиоприемника. И не только радиоприемника. В этом ты еще убедишься. Поэтому ему я и уделил много внимания. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

КОНСТРУКЦИЯ ПРИЕМНИКА

Возможные конструкция описанных вариантов детекторного приемника показаны на рис. 35. В любом из них диод Д, выполняющий роль детектора, типа Д9 или Д2, Емкость блокировочного конденсатора может быть в пределах от 2200 до 6800 пФ, антенного - от 47 до 100 пФ.

Рис. 35. Возможные конструкции вариантов детекторного приемника.

Приемник первого варианта (рис. 35, а) монтируй на фанерной панели размерами примерно 60 х 100 мм. Снизу по краям прибей бруски высотой по 10-15 мм, которые будут служить стойками. Сверху на панели будут находиться катушка, переключатель, гнезда для включения телефонов, зажимы антенны и заземления, под панелью - диод Д (детектор), блокировочный конденсатор С и все соединения деталей.

Катушку приклей к панели. Отводы, начало и конец катушки пропусти через отверстия под панель, а их зачищенные концы соедини с контактами переключателя и зажимом антенны.

Закончив монтаж, проверь .прочность всех соединений и их правильность по принципиальной схеме (рис. 34, а), включи телефоны, присоедини антенну и заземление и приступай к испытанию приемника. Может случиться, что наиболее длинноволновая радиостанция будет слышна слабо даже тогда, когда в контур включены все витки катушки. В этом случае между зажимами антенны и Заземления придется включить дополнительный конденсатор емкостью 100- 270 пФ. Вмонтируй его в приемник.

Ты можешь внести изменения в конструкцию приемника. Если, например, захочешь сделать его в ящичке, катушку укрепи под панелью, со стороны монтажа. При этом панель будет служить крышкой ящичка. А если одновременно прослушиваются передачи двух радиостанций, то для улучшения селективности приемника в цепь антенны включи конденсатор.

Для приемника второго варианта (рис. 35, 6) можно использовать такую же катушку как в приемнике первого варианта. Ее средневолновой частью будут первые две (считая от начала) секции. Другие отводы катушки не используются. Желательно, чтобы наибольшая емкость конденсатора настройки С2 была 450-470 пФ. Группу подвижных пластин конденсатора соедини с заземленным проводником, а неподвижную - с антенным проводником.
Конец оси подвижных пластин выступит с лицевой стороны панели. Насади на него ручку со стрелкой, а против стрелки наклей на панель бумажный полукруг с делениями - шкалу настройки. Размеры панели, на которой будешь монтировать приемник, определи сам, исходя из габаритов имеющихся деталей. Эта панель будет одновременно служить крышкой ящичка приемника. В конструкции, изображенной на рис. 35, в, ты должен узнать третий вариант опытного приемника-с настройкой ферритовым стержнем. Во время опытов катушка лежала на столе и ты подключал ее выводами к зажимам антенны и заземления на детекторной приставке, здесь же катушка концами каркаса-вклеена в отверстия такой же приставки. Настройка осуществляется только ферритовым стержнем, на котором сделаны метки, соответствующие станциям, прием которых возможен на детекторный приемник. Вмонтируй в приемник катушку того диапазона, радиостанции которого хорошо слышны в вашей местности. В том случае, если в вашей местности хорошо слышны передачи всего лишь одной радиостанции, скажем, только местной, а передачи других слабо, ты можешь сделать более простой детекторный приемник - с фиксированной настройкой, например по схеме, показанной на рис. 36. Приемник, построенный по такой схеме, не имеет ручек настройки. Его один раз настраивают на выбранную станцию, и он всегда готов для приема этой станции.

Рис. 36. Принципиальная схема детекторного приемника
с фиксированной настройкой на одну радиостанцию. Настроить приемник на местную станцию можно ферритовым подстроечным сердечником катушки L и подбором емкости конденсатора С1 от 100 до 300 пФ. На схеме подстроечный сердечник символизирует короткая жирная черточка, пересекающаяся "молоточком". Если конденсатор надо подбирать, то рядом с его буквенным обозначением ставят звездочку, как на рис. 36. Для такого приемника можно использовать уже имеющуюся у тебя катушку с ферритовым стержнем. В данном случае стержень будет именоваться подстроечным сердечником. Но, разумеется, можно намотать новую, более короткую катушку, а в качестве сердечника использовать кусок ферритового стержня по длине каркаса катушки.Сердечник укрепи на панели приемника неподвижно, а настраивать контур будешь перемещением катушки вдоль сердечника. Настроив таким способом контур, закрепи каркас катушки на сердечнике каплей клея. Можно, однако, поступить иначе: использовать катушку с отводами и подбором числа ее витков и емкости конденсатора настроить контур. Но все же приемник с фиксированной настройкой первого варианта будет работать лучше. Объясняется это тем, что электрические свойства катушки с ферромагнитным сердечником выше, чем у катушки без сердечника. Что же касается конструкции приемника, то, полагаю, этот вопрос ты решишь сам. Пользуясь таким приемником, помни, что в его контур входят емкость и индуктивность антенны. Поэтому при подключении к нему другой антенны контур придется снова подстраивать. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

МОДУЛЯЦИЯ

Пока студийный микрофон не включен, в антенне радиовещательной станции течет ток строго постоянной частоты и амплитуды (см. левые частя графиков на рис. 39). Антенна при этом излучает радиоволны неизменной длины и мощности. Но вот в студия включили микрофон, и люди, находящиеся за десятки, сотни и тысячи километров от радиостанции, услышали знакомый голос диктора.

Что же в это время происходит в передатчике? Колебания звуковой частоты, созданные микрофоном и усиленные студийным усилителем, попадают в так называемый модулятор передатчика и там, воздействуя на ток высотой частоты, изменяют амплитуду его колебаний. От этого изменяется и электромагнитная энергия, излучаемая антенной передатчика: чем значительнее амплитуды тока. звуков частоты, тем в больших пределах изменяются амплитуда тока высокой частоты и излучаемая антенной мощность электромагнитных волн (см. правые части графиков на рис.1). Чем больше частота тока звуковой частоты, поступающего из радиостудии, тем с большей частотой изменяются амплитуды тока в антенне.

Так звук, преобразованный микрофоном В электрические колебания звуковой частоты, получает "путевку" в эфир.

Рис.1. При действии звука на микрофон ток высокой частоты в антенне передатчика изменяется по амплитуде.

Процесс изменения амплитуд высокочастотных колебаний под действием тока звуковой частоты называют амплитудной модуляцией (АМ). Изменяемые же по амплитуде токи высокой частоты в антенне и излучаемые ею радиоволны носят название модулированных колебаний.

Кроме амплитудной модуляции существует еще так называемая частотная модуляция (ЧМ). При таком виде модуляции изменяется частота, а амплитуда колебаний высокой частоты в антенне радиостанции остается неизменной. Частотную модуляцию Применяют, например, для передачи звукового сопровождения в телевидении, в радиовещании на УКВ. В радиовещании на длинных, средних и коротких волнах используют только амплитудную модуляцию.

[ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

Начинающему радиолюбителю

Занятие первое. Первое знакомство с радиоприемником. Антенна и заземление Первый радиоприемник Как "читать" схему твоего приемника Конструкция приемника Возможные неисправности

Занятие второе. Радиоприем. О колебаниях и волнах Период и частота колебаний Радиоволны. Диапазоны радиоволн Модуляция Радиоприем Колебательный контур Детектор и детектирование Головной телефон Громкий радиоприем Распространение радиоволн

По материалам книги Борисова В.Г. "Юный радиолюбитель".

О КОЛЕБАНИЯХ И ВОЛНАХ

Вокруг нас все время рождаются в затухают колебательные явления. Колеблется ветка" с которой слетела птица. Колеблются маятники часов, качели. Под действием ветра колеблются деревья, провода, подвешенные на столбах, колеблется вода в озерах и морях.

Вот ты бросил па гладкую поверхность озера камень, н от него побежали волны (рис. 1). Что произошло? Частицы воды в месте удара камня вдавились, вытеснив вверх соседние частицы, - на. поверхности воды образовался кольцеобразный горб. Затем в месте падения камня частицы воды поднялись горбом вверх, но уже выше ее прежнего уровня - за первым горбом появился второй, а между ними - впадина. Далее частицы воды продолжают перемещаться попеременно вверх и вниз -колеблются, увлекая за собой все больше и больше соседних частиц воды. Образуются волны, расходящиеся от места своего возникновения концентрическими кругами.

Рис. 1. При ударе камня о поверхность воды на ней возникают волны.

Подчеркиваю: частицы воды только колеблются, но не движутся вместе с волнами. В этом нетрудно убедиться, бросив на колеблющуюся поверхность воды щепку. Если нет ветра или течения воды, щепка будет лишь опускаться и подниматься над уровнем воды, не перемещаясь вместе с волнами.

Водяные волны могут быть большими, т. е. сильными, или маленькими -слабыми. Сильными мы называем такие волны, которые имеют большой размах колебаний, как говорят, большие амплитуды колебаний. Слабые волны имеют малые горбы - небольшую амплитуду. Чем больше амплитуды возникших волн, тем большую энергию они несут в себе. Энергия волн, возникших от брошенного камня, относительно невелика, однако она может заставить колебаться камыш и траву, растущие в озере. Но мы знаем, какие большие разрушения берега могут производить Морские волны, обладающие большими амплитудами и, следовательно, большой энергией.

Эти разрушения осуществляются именно той энергией, которую волны непрерывно отдают берегу.

Волны могут быть частыми и редкими. Чем меньше расстояние между гребнями бегущих волн, тем короче каждая взятая в отдельности волна.
Чем больше расстояние между волнами, тем длиннее каждая волна. Длиной волны на воде мы называем расстояние между двумя соседними бегущими гребнями или впадинами. По мере удаления волн от места возникновения их амплитуды постепенно уменьшаются, затухают, но длина волн остается неизменной. Волны на воде можно также создавать, например, палкой, погрузив ее в воду и ритмично, в такт с колебаниями воды, то опуская, то поднимая. И в этом случае волны будут затухающими. Но существовать они будут до тех пор, пока мы не прекратим возмущать поверхность воды. А как возникают колебания качелей? Это ты хорошо знаешь: надо лишь подтолкнуть их, вот они и будут колебаться из стороны в сторону. Чем сильнее толчок, тем больше амплитуды колебаний. Такие колебания тоже будут затухающими, если не поддерживать их дополнительными толчками. Такие и многие другие механические колебания мы видим. В природе же больше невидимых колебаний, которые мы слышим, ощущаем в виде звука. Не всегда, например, можно заметить колебания струны музыкального инструмента, но мы слышим, как она звучит. При порывах ветра в трубе возникает звук. Его создают колебательные движения воздуха в трубе, которые мы не видим. Звучат камертон, стакан, ложка, тарелка, ученическое перо, лист бумаги - они тоже колеблются. Да, юный друг, мы живем в мире звуков, потому что многие окружающие нас тела, колеблясь, звучат. Сами же звуки - это результат распространения в воздухе колебательных движений его частиц. Их мы не видим. А как возникают звуковые волны в воздухе? Воздух состоит из невидимых глазом частиц. При ветре они могут переноситься на большие расстояния. Но они могут и колебаться. Например, если в воздухе сделать резкое движение палкой, то мы почувствуем легкий порыв ветра и одновременно услышим слабый звук. Звук этот - результат колебаний частиц воздуха, возбужденных колебаниями палки. Проведи такой опыт. Оттяни струну, например, гитары, а потом отпусти ее. Струна начнет дрожать - колебаться около своего первоначального положения покоя.


Достаточно сильные колебания струны заметны на глаз. Слабые колебания струны можно только "почувствовать" как легкое щекотание, если прикоснуться к ней пальцем. Пока струна колеблется, мы слышим звук. Как только струна успокоится, звук затихнет. Рождение звука колеблющейся струной обязано "сгущению" и "разрежению" частиц воздуха. Колеблясь из стороны в сторону, струна теснит, как бы прессует перед собой частицы воздуха, образуя в некотором его объеме области повышенного давления, а сзади, наоборот, области пониженного давления. Это и есть звуковые волны. Распространяясь в воздухе со скоростью около 340 м/с, они несут в себе некоторый запас энергии. В тот момент, когда до уха доходит область повышенного давления звуковой волны, она надавливает на барабанную перепонку, несколько прогибая ее внутрь. Когда же до уха доходит разреженная область звуковой волны, барабанная перепонка выгибается несколько наружу. Барабанная перепонка все время колеблется в такт с чередующимися областями повышенного и пониженного давления воздуха. Эти колебания передаются по слуховому нерву в мозг, и мы воспринимаем их как звук. Чем больше амплитуды волн, тем больше энергии несут они в себе, тем громче воспринимаемый нами звук. Звуковые волны, так же как и водяные, изображают условно волнистой линией -синусоидой. "Горбы" такой кривой соответствуют областям повышенного давления, а "впадины" - областям пониженного давления воздуха. Область повышенного давления и следующая за нею область пониженного давления образуют звуковую волну. Но мы, кроме того, живем в мире электромагнитных колебаний, излучаемых проводами и электрическими приборами, в которых течет переменный ток, огромным числом антенн радиостанций, атмосферными электрическими разрядами, недрами Земли и бесконечным Космосом. Только с помощью приборов, созданных человеком, электромагнитные колебания могут быть обнаружены и зафиксированы. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

ПЕРИОД И ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ

Важнейшей характеристикой механических, электрических, электромагнитных и всех других видов колебаний является период-время, в течение которого совершается одно полное колебание. Если, например, маятник часов-ходиков делает за 1 с два полных колебания, период каждого колебания равен 0,5 с. Период колебаний больших качелей - около 2 с, а период колебаний струны может быть от десятых до десятитысячных долей секунды.

Другой величиной, характеризующей колебания, является частота (от слова "частое-число, показывающее, сколько полных колебаний в секунду совершают маятник часов, звучащие тела, ток в проводнике и т. п. Частоту колебаний оценивают единицей, носящей название герц (сокращенно пишут: Гц): 1 Гц-это одно колебание в 1 с. Если, например, звучащая струна совершает 440 полных колебаний в 1 с (при этом она создает тон "ля" первой октавы), говорят, что частота ее колебаний 440 Гц. Частота переменного тока электроосветительной сети 50 Гц. При таком токе электроны в .проводниках в течение 1 с текут попеременно 50 раз в одном направлении н столько же раз в обратном, т. е. совершают за 1 с 50 полных колебаний.

Более крупные единицы частоты-килогерц (пишут: кГц), равный 1000 Гц, и мегагерц (пишут: МГц), равный 1000 кГц, или 1000000 Гц.

По частоте колебаний звучащего тела можно судить о тоне, или высоте звука. Чем больше частота, тем выше тон звука, и, наоборот, чем меньше частота, тем ниже тон звука. Наше ухо способно реагировать на сравнительно небольшую полосу (участок) частот звуковых колебаний - примерно от 20 Гц до 20 кГц. Эта полоса вмещает всю обширнейшую гамму звуков, создаваемых голосом человека и симфоническим оркестром: от очень низких тонов, похожих на звук жужжания жука, до еле уловимого высокого писка комара. Колебания частотой до 20 Гц, называемые инфразвуковыми, и свыше 20 кГц, называемые ультразвуковыми, мы не слышим. А если б наше ухо оказалось способным реагировать и на ультразвуковые колебания, мы, возможно, могли бы слышать колебания пестиков цветов, крылышек бабочек.

Не путай высоту, т.
е. тон звука, с силой его. Высота звука зависит не от амплитуды, а от частоты колебаний. Толстая и длинная струна, например, создает низкий тон звука, т. е. колеблется медленнее, чем тонкая и короткая струна, создающая высокий тон звука. Разобраться в этом вопросе тебе поможет рис.1.

Рис.1. Чем больше частота колебаний струны, тем короче звуковые волны и выше тон звука. В электротехнике и радиотехнике используют переменные токи с частотой от нескольких герц до тысяч мегагерц. Антенны радиовещательных станций, например, питаются токами частотой примерно от 150 кГц до 50-60 МГц. Эти быстропеременных токи в являются тем средством, с помощью которого осуществляется передача звука на большие расстояния без проводов. Весь огромный диапазон переменных токов принято подразделять на несколько участков-поддиапазонов. Токи сравнительно небольших частот, в пределах от 20 Гц до 20 кГц, называют токами, звуковой (или низкой) частоты, так как они соответствуют частотам звуковых колебаний, а переменные токи частотой 20 кГц и больше - токами ультразвуковой частоты. В то же время токи частотой от 100 кГц до 30 МГц принято называть токами высокой частоты, а токи частотой выше 30 МГц -токами ультравысокой и сверхвысокой частоты. Запомни хорошенько границы и названия поддиапазонов частот переменных токов. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

ПЕРВЫЙ РАДИОПРИЕМНИК

Детекторный приемник можно собрать в ящичке или смонтировать его на дощечке, называемой панелью. Такой приемник, если захочешь, ты сможешь сделать позже. Сейчас же я предлагаю заняться сборкой опытного детекторного радиоприемника. Понадобится все то же, и работать он будет так же, но его летали будут лежать на столе в развернутом виде. Главное достоинство такого опытного радиоприемника заключается в том, что в нем легко делать любые изменения и дополнения, исправлять ошибки простым пересоединением проводников. Опыты с ним помогут тебе понять принцип работы нескольких вариантов детекторных приемников, получить первые практические навыки конструирования.

Для такого приемника, а в дальнейшем и для других приемников нужны: катушка (рис. 26,а), электромагнитные головные телефоны, например типа ТОН-1 (рис. 26, б), детектор (рис. 26, в), роль которого может выполнять точечный диод, например типа Д9 или Д2 с любым буквенным, индексом, несколько конденсаторов постоянной емкости (рис. 26, г), зажимы или колодочки со штепсельными гнездами и некоторые другие детали.

Рис. 26. Самодельная катушка индуктивности (а), головные телефоны (б),
точечный диод (в) и конденсатор (г), необходимые для опытного приемника.

Для катушки потребуется обмоточный провод марки ПЭЛ (Провод с Эмалевой Лакостойкой изоляцией) или ПЭВ (Провод с Эмалевой Высокопрочной изоляцией) толщиной 0,2-0,3 мм. Обмоточные провода этих марок и их толщину (без изоляции) обозначают так: ПЭЛ 0,2, ПЭВ 0,3. Годятся, разумеется, провода и других марок, например, ПБД - с изоляцией из двух (буква Д) слоев хлопчатобумажной пряжи (буква Б), или ПЭЛШО - с эмалевой лакостойкой изоляцией и одним (буква О) слоем натурального шелка (буква Ш). Важно лишь, чтобы изоляция была непопорченной, иначе между витками катушки может быть замыкание.

На катушку из-под ниток, используя ее как каркас, намотай внавал 400-450 витков рекомендуемого провода, делая отводы через каждые 75-80 витков и скручивая провод в этих местах петлями; Допустим, что ты намотал 450 витков и делал отводы через каждые 75 витков.
Получилась многослойная катушка с пятью отводами (как на рис. 26, а). Участки между отводами, а также между началом катушки и первым отводом и между последним отводом и концом называют секциями катушки. Бывает, что во время намотки катушки провод оборвется или одного мотка не хватит на всю катушку. В этом случае концы провода, которые нужно срастить, должны быть очищены от изоляции и крепко скручены. Скрутку желательно пропаять и обязательно обмотать изоляционной лентой. Если, однако, она приходится около отвода, то лучше не жалеть нескольких витков провода и сделать это соединение в петле. А теперь, юный друг, зачисть от изоляции концы выводов и отводов катушки, только осторожно, чтобы не порвать провод, и приступай к сборке своего первого радиоприемника. Начало катушки н (рис. 27) соедини с одним из выводов детектора, а конец катушки к-с одной из контактных ножек шнура телефонов. Оставшиеся свободными выводы детектора и телефонов

Рис. 27. Соединение деталей опытного приемника. соедини куском провода. К проводнику, идущему от начала катушки к детектору, прочно прикрути провод антенны, предварительно зачистив конец его от изоляции. Этот проводник приемника будем называть антенным. К проводнику, соединяющему конец катушки с телефоном, прикрути провод заземления. Будем называть его заземленным проводником. Во время опытов его придется переключать с одного вывода катушки на другой (на рис. 27 показано штриховой линией), не изменяя при этом соединения заземления с телефонами. Совершим "прогулку" по цепям получившегося приемника. От начала катушки и по антенному проводнику мы попадаем к детектору, а от него - к головным телефонам. Через телефоны, далее по заземленному проводнику, через все витки катушки приходим к отправной точке н. Получилась замкнутая электрическая цепь, состоящая из катушки, детектора и телефонов. Эту цепь называют детекторной цепью. Если в ней где-либо будет обрыв, плохой контакт между деталями, например непрочная скрутка, цепь окажется разорванной и приемник работать не будет. Кратчайший путь из антенны в землю лежит через катушку.


По этому пути пойдет ток высокой частоты, .возбуждаемый в антенне радиоволнами. Этот ток создаст на концах катушки напряжение высокой частоты, которое вызовет ток такой же частоты и в детекторной цепи. Цепь, состоящую из антенны, катушки и заземления называют антенной цепью или антенным контуром. Обрати внимание: катушка твоего приемника входит как в детекторную, так и в антенную цепь. Познакомившись с цепями приемника, надень на голову телефоны, прижми их плотнее к ушам, прислушайся. Возможно, что сразу ты ничего не услышишь даже при заведомо хороших антенне и заземлении, предварительно проверенных детекторе и телефонах. Это потому, что приемник, видимо, не настроен на радиовещательную станцию, хорошо слышимую в вашем районе, или ты попал в перерыв передачи. Настраивать такой приемник можно изменением числа витков катушки, включаемых в антенный контур. На рис. 27 в антенный контур включены все 450 витков катушки. Но если заземленный проводник отсоединить от конца катушки и присоединить, например, к отводу 5, то в контур будет включено уже не 450, а 375 витков. Если же этот проводник переключить на отвод 4, в контур будет включено 300 витков. При переключении его на отвод 3 в антенный контур будет включено 225 витков и т. д. При этом нижние секции окажутся не включенными в контур и в работе приемника участвовать не будут. Таким образом, переключением заземленного проводника ты можешь включать в контур 75, 150, 225 и т. д. до 450 витков через 75 витков. Запомни: чем больше длина волны радиовещательной станции, на которую можно настроить приемник, тем большее число витков катушки должно быть включено в антенный контур. Твой приемник можно настраивать как на радиовещательные станции средневолнового, так и длинноволнового диапазонов. Но, разумеется, передачи не всякой станции ты можешь принять. Отдаленные станции на детекторный приемник слышны не будут. Теперь займись настройкой приемника путем присоединения заземленного проводника сначала к отводу 5, затем к отводу 4 и так до отвода 1.


Одновременно следи, чтобы отводы катушки и соединительные проводники не соприкасались, а скрутки были прочными. Иначе приемник совсем не будет работать или в телефонах будут слышны треск, шорохи, мешающие приему. Электрические контакты будут надежнее, если места соединений проводников и деталей пропаять. Настроив приемник на одну станцию, запомни число витков, включенных в контур, при котором станция слышна с наибольшей громкостью. Потом попытайся "найти" таким же способом другую станцию. Надеюсь, что ты добился некоторого успеха. Попробуй улучшить работу приемника. Не изменяя настройки приемника, присоедини параллельно телефонам конденсатор (рис. 28), называемый в данном случае блокировочным. Емкость его может быть в пределах от 1000 до 3000 пф (пикофарад). При этом громкость звучания телефонов должна несколько увеличиться. Если радиовещательные станции находятся более чем в 150-200 км от того места, где ты живешь, включи блокировочный конденсатор в самом начале опыта.
Рис. 28. Параллельно головным. телефонам присоединен блокировочный конденсатор. Настройка приемника только скачкообразным изменением числа витков катушки очень проста. Но она не всегда позволяет добиться точной настройки контура на частоту станции. Точную настройку можно осуществить некоторыми другими способами. Например, с помощью гвоздя. Попробуй! Настрой приемник уже знакомым тебе способом на волну радиостанции и введи в отверстие каркаса катушки толстый гвоздь или подходящего диаметра болт. Что получилось? Громкость приема немного возросла или, наоборот, уменьшилась. Вытащи гвоздь из катушки - громкость станет прежней. Теперь медленно вводи гвоздь в катушку и так же медленно извлекай его из катушки - громкость работы приемника будет немного, но плавно изменяться. Опытным путем можно найти такое положение металлического предмета в катушке, при котором громкость звучания будет наилучшей. Этот опыт позволяет сделать вывод, что металлический предмет, помещенный в катушку, влияет на настройку контура. С таким способом настройки приемника, только, разумеется, с применением лучшего, чем гвоздь, ферромагнитного сердечник а, ты познакомишься еще в этой беседе и часто будешь пользоваться им в дальнейшем.


Сейчас же введи в приемник конденсатор переменной емкости и с помощью, его настраивай антенный контур на радиостанцию. Для удобства проведения этого и нескольких последующих опытов с детекторным приемником на фанерной дощечке размерами примерно 25 х 70 мм смонтируй колодку со штепсельными гнездами, два зажима, детектор и блокировочный конденсатор, соединяв их под дощечкой, как показано на рис. 29.
Рис. 29. Приемник с конденсатором переменной емкости. Колодку с гнездами устанавливай на дощечке так: просверли в ней два отверстия диаметром 6-8 мм с расстоянием 20 мм между центрами и вставь в них "хвосты" штепсельных гнезд. Колодочку укрепи на дощечке шурупами или винтами с гайками. Начало катушки и антенну подключи к зажиму, с которым соединен детектор, а ко второму зажиму, соединенному с гнездом телефонов, подключи конец катушки и заземление. Роль конденсатора переменной емкости будут выполнять две металлические пластины размерами примерно 150х150 мм; используй для этой цели, например, жесть больших консервных банок. К пластинам припаяй проводники длиной по 250-300 мм. При помощи этих проводников одну пластину соедини с зажимом антенны, а другую - с зажимом заземления. Положи пластаны на стол одну возле другой, но так. чтобы они не соприкасались, и настрои приемник на радиостанцию только переключением секций катушки заземленным проводником. Теперь поднеси заземленную пластину к пластине, соединенной с антенной. Если громкость будет увеличиваться, сближай пластины и, наконец, положи одну пластину на другую, проложив между ними лист сухой бумаги (чтобы не было электрического контакта). Найди такое взаимное расположение пластин, при котором будет точная настройка. Если же при сближении пластин громкость приема будет уменьшаться, переключи заземленный проводник на ближний к началу катушки отвод и вновь сближай пластины, добиваясь наибольшей громкости. В этом опыте грубая настройка приемника осуществлялась изменением индуктивности катушки путем переключения секций, а точная - изменением емкости пластинчатого конденсатора.


Запомни: индуктивность катушки и емкость конденсатора при настройке приемника на радиостанцию взаимосвязаны. Одну и ту же радиостанцию можно слушать при включении в антенный контур приемника большего числа витков, т. е. большей индуктивности катушки, но при меньшей емкости конденсатора, либо, наоборот, при меньшей индуктивности катушки, но большей емкости конденсатора. Следующий опыт - настройка антенного контура детекторного приемника высокочастотным сердечником. Помимо детектора, телефонов и конденсаторов для опыта потребуются: ферритовый стержень марки 600НН или 400НН диаметром 7-8 мм и длиной 140-160 мм (такие стержни используют для магнитных антенн транзисторных приемников) и две катушки, одна из которых рассчитана на прием радиостанций длинноволнового диапазона, вторая - на прием радиостанций средневолнового диапазона. Внешний вид ферри-тового стержня и конструкция катушек показаны на рис. 30. Внутренний диаметр каркасов катушек должен быть таким, чтобы стержень с небольшим трением входил в них. Длина каркаса длинноволновой катушки должна быть 100-110 мм, а средневолновой 80-90 мм.
Рис. 30. Дополни гельные детали для следующего опыта.
а - ферритовый стержень: б-катушка длинноволновою диапазона;
в-катушка средневолнового диапазона. Каркасы склей из писчей бумаги в 3-4 слоя на стержне, используя его как болванку. Делай это так. Сначала закатай стержень в полоску бумаги на один оборот. Затем внутреннюю сторону оставшейся части бумаги намажь тонким и ровным слоем клея БФ-2, плотно закатай в нее стержень и, не снимая каркас со стержня, хорошо просуши его. Предварительно стержень обверни одним-двумя слоями тонкой бумаги, чтобы к нему не приклеился каркас. Когда каркас подсохнет, сними его со стержня, удали бумажную прослойку и досуши в теплом месте. Готовые каркасы должны быть жесткими. Теперь на каркас, предназначенный для катушки длинноволнового диапазона, намотай 300-320 витков провода ПЭВ или ПЭЛ 0,2-0,3, укладывая провод плотным рядом, виток к витку. Катушка средневолнового диапазона должна содержать 75-80 витков такого же провода, но уложенных на каркас вразрядку (с небольшим расстоянием между витками) с таким расчетом, чтобы общая длина намотки была 60-70 мм. Прежде чем катушку наматывать, вставь в каркас стержень.


Провод сильно не натягивай, иначе каркас сожмется и из него трудно будет вытащить стержень. Чтобы крайние витки катушек не спадали, закрепи их на каркасе кольцами, нарезанными из резиновой или поливинилхлоридной трубки, или нитками. Приступай к опыту. Подключи средневолновую катушку к ранее сделанной приставке так, как показано на рис. 31. Между зажимами антенны и заземления, т. е. параллельно катушке, включи слюдяной или керамический конденсатор емкостью 120-150 пФ. Прижми телефоны поплотнее к ушам, сосредоточься и медленно вводи ферритовый стержень внутрь катушки. Постепенно углубляя стержень в катушку, ты должен услышать передачи тех радиовещательных станций средневолнового диапазона, прием которых возможен в вашей местности на детекторный приемник. Чем длиннее волна радиостанции, тем глубже должен быть введен стержень в катушку. Опытным путем найди такое положение стержня в катушке, при котором слышны сигналы станции, и сделай на стержне пометку карандашом. Пользуясь ею как делениями шкалы, ты сможешь быстро настроить приемник на волну этой станции.
После этого подключи параллельно катушке другой конденсатор емкостью 390-470 пФ. Как это повлияло на настройку приемника? Громкость осталась прежней, но для настройки на ту же станцию стержень приходится меньше вводить в катушку. Совсем удали конденсатор, оставив включенной только катушку. Что получилось? Чтобы настраивать приемник на ту же станцию, стержень надо больше вводить в катушку. Точно такие же эксперименты повтори и с катушкой длинноволнового диапазона. Результаты запоминай, а лучше записывай. Не исключено, что с этой катушкой будет слышна наиболее длинноволновая станция средневолнового диапазона даже тогда, когда стержень вообще не введен в катушку. Но добиться точной настройки на волну этой станции будет сложнее, чем с первой катушкой. Так ты познакомишься еще с одним вариантом детекторного приемника - двухдиапазонного с настройкой ферритовым сердечником - и одновременно узнаешь, прием каких станций на него возможен. Какие выводы можно сделать, проведя эксперименты с этим приемником? Основных два.


Во-первых, ферритовый стержень значительно сильнее влияет на настройку контура, чем металлический предмет. Во-вторых, с помощью феррятового стержня можно плавно и точно настраивать контур приемника на желательную радиостанцию. Витки средневолновой катушки я рекомендовал наматывать вразрядку. Почему? Только для того, чтобы возможно точнее настраивать контур приемника на волну радиостанции. Ее можно намотать и виток к витку. Она заняла бы на каркасе участок шириной 15-20 мм. Но в этом случае труднее было бы настраивать приемник, так как малейшее смещение стержня сильно изменяло бы индуктивность катушки. Наматывая же катушку вразрядку, ты тем самым как бы растягивал диапазон волн, перекрываемый контуром преемника. Попробуй сдвинуть витки катушки, и ты убедишься, что настраивать приемник с такой катушкой сложнее. Вразрядку можно было бы укладывать и витки катушки длинноволнового диапазона. Но в этом нет необходимости, так как ее обмотка и без того достаточно широкая. Еще несколько экспериментов с этим приемником. Настрой его на любую радиостанцию, а затем, не изменяя настройки, включи между антенной и антенным зажимом конденсатор емкостью 47-62 пф (рис.32). Громкость приемника несколько уменьшилась. Произошло это потому, что конденсатор изменил данные, или как говорят, параметры контура. Подстрой контур ферритовым стержнем, введя его чуть глубже в катушку. Если до включения в контур дополнительного конденсатора во время приема одной станции прослушивалась другая, близкая по частоте радиостанция, теперь она будет прослушиваться слабее, а возможно, и совсем не будет мешать. Приемник стал четче выделять сигналы той станции, на которую настроен. Вместо конденсатора постоянной емкости между антенной и приемником можно включить конденсатор переменной емкости. С помощью его ты сможешь не только изменять селективность, т. е. избирательность, но возможно, и производить настройку приемника.
Рис. 32. Конденсатор, включенный в цепь антенны, улучшает избирательность приемника. А теперь сделай так: антенну и заземление отключи от приемника и включи между ними детектор, а параллельно детектору присоедини телефоны без блокировочного конденсатора. Вот и весь приемник.Работает? Тихо, вероятно? К тому же, может быть, одновременно слышны две-три станции? От такого приемника ожидать лучшего не следует. Ты, вероятно, заметил, что когда дотрагиваешься рукой до деталей или соединительных проводников, громкость приема немного изменяется. Это объясняется расстройкой антенного контура, вносимой в него электрической емкостью твоего тела. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

РАДИОПРИЕМ

Радиоволны не могут быть обнаружены ни одним органом наших чувств. Но если на пути радиоволн встречается проводник, они отдают ему часть всей энергии. На этом явлении я основан прием радиопередач. "Улавливание" энергии радиоволн при работе твоего первого приемника осуществлялось антенной. Отдавая антенне часть электромагнитной энергии, радиоволны индуцировали В ней модулированные колебания высокой частоты. В приемнике происходят процессы, обратные тем, которые происходят в студии и на передатчике радиостанции. Если там звук последовательно преобразуют сначала в электрические колебания звуковой частоты, а затем в модулированные колебания высокой частоты, то при радиоприеме решается обратная задача: высокочастотные модулированные колебания, возбужденные в антенне, приемник преобразует в электрические колебания звуковой частоты, а затем в звук. В твоем первом приемнике модулированные колебания высокой частоты преобразовывались в колебания звуковой частоты детектором, а низкочастотные колебания в звук-головными телефонами.

Но ведь антенну приемника пронизывают радиоволны множества радиостанций, возбуждая в ней модулированные колебания самых различных частот. И если бы все эти радиосигналы превратить в звуки, то мы услышали бы сотни голосов людей, разговаривающих на разных языках. Вряд ли такой радиоприем вас устроил бы. Нам, разумеется, интересно послушать передачи разных станций, но только не все одновременно, а каждую в отдельности. А для этого из колебаний всех частот, возбуждающихся в антенне, надо выделить колебания с частотой только той радиостанции, передачи которой мы хотим слушать. Эту задачу выполняет колебательный контур- обязательная часть любого радиоприемника. Именно благодаря колебательному контуру ты настраивал свой приемник на сигналы радиостанций разной длины волн.

В чем сущность действия этой неотъемлемой частя радиоприемного устройства?

[ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

РАДИОВОЛНЫ

Предположим, ты снимаешь трубку телефонного аппарата, набираешь или называешь нужный номер. Вскоре ты слышишь голос товарища; а он - твой. Какие электрические явления происходят во время вашего телефонного разговора?

Звуковые, колебания воздуха, созданные тобой, преобразуются микрофоном я электрические колебания звуковой частоты, которые по проводам передаются х аппарату твоего собеседника. Там, на другом конце линии, они с помощью телефона преобразуются в колебания воздуха, воспринимаемые твоим приятелем как звуки. В радиовещании, как и в телефонии, микрофон я телефон или головка громкоговорителя являются конечными звеньями цепи радиопередачи в радиоприема. Но средством, связывающим их, служат не провода, а радиоволны.

"Сердцем" передатчика любой радиостанции является генератор колебаний высокой частоты. Он вырабатывает (генерирует) ток высоком, но строго постоянной для данной радиостанции частоты. Этот ток, усиленный до необходимой мощности поступает в антенну и возбуждает в окружающем ее пространстве электромагнитные колебания той же частоты - радиоволны. Скорость удаления радиоволн от антенны радиостанции равна скорости света:

300000 км/с, что почти в миллион раз быстрее распространения звука в воздухе. Это значит, что если на Московской радиовещательной станции в некоторый момент времени включили передатчик, то ее радиоволны меньше чем за 1/30 с дойдут до Владивостока, а звук за это время успеет распространиться всего лишь на 10м.

Радиоволны распространяются не только в воздухе, но я там, где его нет, например в космическом пространстве. Этим они коренным образом отличаются от звуковых волн, для которых совершенно необходим воздух или какая-либо другая плотная среда, например вода. Когда радиовещательная станция начинает свои передачи, диктор иногда сообщает, что данная радиостанция работает на волне такой-то длины. Волну, бегущую по поверхности воды, мы видим и при известной ловкости можем измерить ее длину. Длину же радиоволн можно измерить только с помощью специальных приборов или рассчитать математическим способом, если мы знаем частоту тока, возбуждающего эта волны.

Длина радиоволны-это расстояние, на которое распространяется Энергия электромагнитного поля за период колебания тока в антенне радиостанции.
Понимать это надо так. За время одного периода тока в антенне передатчика в пространстве вокруг нее возникает одна радиоволна. Чем выше частота тока, тем больше следующих друг за другом радиоволн излучается антенной в течение каждой секунды. Допустим, частота тока в антенне радиостанции составляет 1 МГц. Значит период этого тока и рожденного ям электромагнитного поля равен одной миллионной доле секунды. За 1 с радиоволна проходит расстояние 300000 км, или 300000000 м. За одну миллионную долю секунды она пройдет расстояние в миллион раз меньше, т. е. 300000000:1000000. Следовательно, длина волны данной радиостанции равна 300 м. Длина волны радиостанции зависит от частоты тока в ее антенне: чем больше частота тока, тем короче волна и, наоборот, чем меньше частота тока, тем длиннее волна- Чтобы узнать длину волны радиостанции, надо скорость распространения радиоволн, выраженную в метрах, разделить на частоту тока в ее антенне. А чтобы, наоборот, узнать частоту тока в антенне радиостанции, надо скорость распространения радиоволн разделить на длину волны радиостанции. Для перевода частоты колебаний в мегагерцах в длину волны в метрах в обратно удобно пользоваться такими формулами:

где L- длина волны; f-частота колебаний; 300 - скорость, распространения радиоволн, выраженная в тысячах километров в секунду. Хочу тебя предупредить: не путай понятие о диве волны, на которой работает радиостанция, с дальностью се действия, т.е. с расстоянием, на котором ее передачи могут быть приняты. Дальность действия радиостанции, правда, зависит от длины волны, но не отождествляется с нею. Так, передача на волне длиной в несколько десятков метров может быть услышана на расстоянии в несколько тысяч километров, но не всегда слышна на более близких расстояниях, В то же время передача радиостанции, работающей на волне длиной в сотни и тысячи метров, часто не слышна на таких больших расстояниях, на которых слышны передачи коротковолновых станции. Итак, каждая радиовещательная станция работает на определенной, отведенной для нее частоте, называемой несущей.


Длины волн различных радиостанций неодинаковы, но строго постоянны для каждой их них. Это и дает возможность принимать передачи каждой радиостанции в отдельности, а не все одновременно. ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН Весьма широкий участок радиоволн, отведенный для радиовещательных станций, условно подразделен на несколько диапазонов: длинноволновый (сокращенно ДВ), средневолновый (СВ), коротковолновый (КВ), ультракоротковолновый (УКВ). В нашей стране длинноволновый диапазон охватывает волны длиной от 735,3 до 2000 м, что соответствует частотам 408-150 кГц; средневолновый-радиоволны длиной от 186,9 до 571,4м, что соответствует частотам 1605-525 кГц; коротковолновый-радиоволны длиной от 24,8 до 75,5 м, что соответствует частотам 12,1-3,95 МГц; ультракоротковолновый - радиоволны длиной от 4,11 до 4,56 м, что соответствует частотам 73-65,8 МГц, Радиоволны УКВ диапазона называют также метровыми волнами; вообще же ультракороткими волнами называют все волны короче 10 м. В этом диапазоне ведутся телевизионные передачи, работают связные радиостанции, оборудованные на автомашинах пожарной охраны, такси, медицинского обслуживания населения на дому, безопасности уличного движения. Коротковолновые радиовещательные станции неравномерно распределены по КВ диапазону: больше всего их работает на волнах длиной около 25, 31, 41 и 50 м. Соответственно этому коротковолновый радиовещательный диапазон подразделяется на 25, 31, 41 и 50-метровый поддиапазоны. Согласно международному соглашению волна длиной 600 м (500 кГц) отведена для передачи сигналов бедствия кораблями в море - 808. На этой волне работают все морские аварийные радиопередатчики, на эту волну настроены приемники всех спасательных станций и маяков. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

В заключение надо сказать, что радиоволны разных диапазонов обладают неодинаковыми свойствами, влияющими на дальность их распространения. Волны одной длины, преодолевают большие расстояния, волны, другой длины "теряются" за пределами горизонта. Бывает так, что радиосигнал превосходно слышен где-то по ту сторону Земля или в Космосе, но его невозможно обнаружить в нескольких десятках километров от радиостанции.

Если бы мы настроили приемники на рядом расположенные радиостанции, работающие в диапазонах ультракоротких, коротких, средних и длинных волн, то, удаляясь от станций, смогли бы наблюдать такое явление: уже в нескольких десятках километров прекратился бы прием ультракоротковолновой и коротковолновой станций, через 800-1000 км перестали бы слышать передачи средневолновой станции, а через 1500-2000 км - и передачи длинноволновой станции. Но на большем расстоянии мы смогли бы услышать передачу коротковолновой станции.

Рис.1. Путь радиоволн.

Чем объяснить это явление? Что влияет на "дальнобойность" радиоволн разной длины? Земля и окутывающая ее атмосфера.

Земля, как ты уже знаешь, проводник тока, хотя и не такой хороший, как, скажем, медные провода. Земная атмосфера состоит из трех слоев. Первый слой, верхняя граница которого кончается в 10-12 км от поверхности Земли, называют тропосферой. Над ним, километров до 50 от поверхности Земли, второй слой -стратосфера. А выше, примерно до 400 км над Землей, простирается третий слой -ионосфера (рис.1). Ионосфера я играет решающую роль в распространении радиоволн, особенно коротких.

Воздух в ионосфере сильно разрежен. Под действием солнечных излучений там из атомов газов выделяется много свободных электронов, в результате чего появляются положительные ионы. Происходит, как говорят, ионизация верхнего слоя атмосферы. Ионизированный слой способен поглощать радиоволны в искривлять их путь. В течение суток в зависимости от интенсивности солнечного излучения количество свободных электронов в ионизированном слое, его толщина и высота изменяются, а от этого изменяются и электрические свойства этого слоя.

Антенны радиостанций излучают радиоволны как вдоль земной поверхности, так и вверх под различными углами к ней.
Волны, идущие первым путем, называют земными или поверхностными, а вторым путем - пространственными. При приеме сигналов станций длинноволнового Диапазона используется главным образом энергия поверхностных волн, которые хорошо огибают поверхность Земли. Но Земля, являясь проводником, поглощает энергию радиоволн. Поэтому по мере удаления от длинноволновой станции громкость приема ее передач постепенно падает и, наконец, прием совсем прекращается. Средние волны хуже огибают Землю и, кроме того, сильнее, чем длинные, поглощаются ею. Этим-то и объясняется меньшая "дальнобойность" средневолновых радиовещательных станций по сравнению с длинноволновыми. Так, например, сигналы радиостанции, работающей на волне длиной 300-400 м, могут быть приняты на расстоянии в два-три раза меньшем, чем сигнала станции такой же мощности, но работающей на волне длиной 1500-2000 м. Чтобы повысить дальность действия этих станций, приходится увеличивать их мощность. В вечернее и ночное время передачи радиостанций длинноволнового и средневолнового диапазонов можно слышать на больших расстояниях, чем днем. Дело в том, что излучаемая вверх часть энергии радиоволн этих станций днем бесследно теряется в атмосфере. После же захода Солнца нижний слой ионосферы искривляет их путь так, что они возвращаются к Земле на таких расстояниях, на которых прием этих станций поверхностными волнами уже невозможен. Радиоволны коротковолнового диапазона сильно поглощаются Землей и плохо огибают ее поверхность. Поэтому уже в нескольких десятках километров от таких станций их поверхностные волны затухают. Но зато пространственные волны могут быть обнаружены приемниками в нескольких тысячах километрах от них и даже в противоположной точке Земли. Искривление пути пространственных коротких волн происходит в ионосфере. Войдя в ионосферу, они могут пройти в ней очень длинный путь и вернуться на Землю очень далеко от радиостанции. Они могут совершить кругосветное "путешествие" - их можно принять даже в том месте, где расположена передающая станция.


Этим и объясняется секрет хорошего распространения коротких волн на большие расстояния даже при малых мощностях передатчика. Но короткие волны имеют и недостатки. Образуются зоны, где передачи. коротковолновой станции не слышны. Их называют зонами молчания (рис.1). Величина зоны молчания зависит от длины волны и состояния ионосферы, которое в свою очередь зависит от интенсивности солнечного излучения. Ультракороткие волны по своим свойствам наиболее близки к световым лучам. Они в основном распространяются прямолинейно и сильно поглощаются землей, растительным миром, различными сооружениями, предметами. Поэтому уверенный прием сигналов ультракоротковолновых станций поверхностной волной возможен главным образом тогда, когда между антеннами передатчика и приемника можно мысленно провести прямую линию, не встречающую по всей длине каких-либо препятствий в виде гор, возвышенностей, лесов. Ионосфера же для ультракоротких волн подобно стеклу для света - "прозрачна". Ультракороткие волны почти беспрепятственно проходят через нее. Поэтому-то этот диапазон волн используют для связи с искусственными спутниками Земли, космическими кораблями и между ними. Но наземная дальность действия даже мощной ультракоротковолновой станции не превышает, как правило, 100-200 км. Лишь путь наиболее длинных волн этого диапазона (8-9 м) несколько искривляется нижним слоем ионосферы, который как бы пригибает их к земле. Благодаря этому расстояние, на котором возможен прием ультракоротковолнового передатчика, может быть большим. Иногда, однако, передачи ультракоротковолновых станций слышны на расстояниях в сотни и тысячи километров от них. [ Начало раздела ]

СХЕМА ТВОЕГО ПРИЕМНИКА

Чтобы правильно соединить детали приемника, ты пользовался рисунками. На них катушку, телефоны, детектор и другие детали и соединения ты видел такими, какими они выглядят в натуре. Это очень удобно для начала, пока приходится иметь дело с совсем простыми радиоконструкциями, в которые входит мало деталей. Но если попытаться изобразить таким способом устройство современного приемника, то получилась бы такая "паутина" проводов, в которой невозможно было бы разобраться. Чтобы этого избежать, любой электроприбор или радиоаппарат изображают схематически, т. е. при помощи упрощенного чертежа - схемы. Так делают не только в электро- и радиотехнике. Посмотри, например, на географическую карту. Судоходная могучая красавица Волга со всеми ее грандиозными сооружениям изображена на карте извивающейся змейкой. Такие крупные города, как Москва, Ленинград, Куйбышев, Владивосток и др., показаны всего лишь кружками. Леса, равнины, горы, моря, каналы изображены на географической .карте тоже упрощенно - схематически.

Различают два вида схем: принципиальные электрические и монтажные. Принципиальные электрические схемы обычно называют просто принципиальными схемами. На принципиальной схеме условными знаками изображают все детали радиотехнического устройства и порядок их соединения. "Читая" принципиальную схему, как географическую карту или чертеж какого-то механизма, легко разобраться в цепях и работе устройства. Но она не дает представления о размерах и размещении его деталей.

Монтажная схема в отличие от принципиальной показывает, как расположены в конструкции детали и соединительные проводники. Собирая приемник, усилитель или любой другой радиоаппарат или прибор, радиолюбитель располагает детали и проводники примерно так, как на монтажной схеме. Но монтаж и проверку правильности всех соединений производит по принципиальной схеме.

Уметь читать радиосхемы совершенно обязательно для каждого, кто хочет стать радиолюбителем. На рис. 33 ты видишь уже знакомые тебе детали и устройства и некоторые другие, с которыми придется иметь дело в дальнейшем.
А рядом в кружках - их символические графические изображения на принципиальных схемах. Любую катушку без сердечника, которым может быть металлический или ферритовых стержень, независимо от ее конструкции и числа витков на схеме изображают в виде волнистой линии. Отводы катушек показывают черточками. Если катушка имеет неподвижный ферритовых сердечник, увеличивающий ее индуктивность, его обозначают жирной линией вдоль всей. катушки. Если таким сердечником настраивают контур приемника, как это было в опытном приемнике, его на схеме обозначают так же, но вместе с катушкой пересекают стрелкой.

Рис. 33. Условные графические обозначения некоторых
радиотехнических деталей и устройств на принципиальных схемах. Любой конденсатор постоянной емкости изображают двумя короткими параллельными линиями, символизирующими две изолированные одна от другой пластины. Конденсаторы переменной емкости изображают так же, как и конденсаторы постоянной емкости, но пересеченными наискось стрелкой, что символизирует переменность емкости этого прибора. Гнезда для подключения провода антенны, головных телефонов или каких-то других устройств или деталей обозначают значками в виде вилки, а зажимы (разборные контакты) - кружками. Новым для тебя является переключатель. Вместо того чтобы при настройке приемника раскручивать и скручивать проводники, как ты это делал, проводя опыты с первым приемником, выводы и отводы катушки можно соединить с металлическими контактами, размещенными на панели приемника, и в дальнейшем переключение их производить простой перестановкой ползунка переключателя. Проводники, которыми соединяют детали, обозначают прямыми линиями. Если линии сходятся и в месте их пересечения стоит точка, значит проводники соединены. Отсутствие точки в месте пересечения проводников говорит о том, что они не соединены. На принципиальных схемах рядом с символическими обозначениями ставят буквы, присвоенные этим деталям или устройствам. Конденсаторам присвоена латинская буква С, резисторам (их раньше называли сопротивлениями) - латинская буква R, катушкам - латинская буква L, головным телефонам - русские буквы Тф, переключателям и выключателям источников тока - буква В, батареям - буква Б, лампам - Л и т.


д. Если на схеме несколько конденсаторов, катушек, резисторов или других деталей, то их нумеруют: рядом с буквой ставят цифру, например С1, С2, L1, L2, R1, R2. На схемах иногда не показывают антенну, заземление, телефоны, ограничиваясь только обозначениями зажимов или гнезд для их подключения. Тогда возле этих зажимов или гнезд ставят соответствующие буквы: АН, Тф. Вот теперь, зная условные обозначения деталей, все варианты детекторного приемника, с которыми ты экспериментировал, можно изобразить их принципиальными схемами. Принципиальная схема первого варианта опытного приемника показана на рис, 34, а. Ты настраивал приемник переключением заземленного проводника. Поэтому в схему введен переключатель В. Вспомни нашу "прогулку" по цепям приемника и соверши ее еще раз, но уже по принципиальной схеме. От начала катушки L ты попадешь к диоду Д и через него - к телефонам Тф, далее через телефоны по заземленному проводнику, переключатель В и витки катушки L - к исходной точке н. Это - детекторная цепь. Для токов высокой частоты путь из антенны в землю проходит через витки катушки и переключатель В. Это - антенный контур. Настройка контура приемника на радиостанции осуществляется переключателем скачкообразным изменением числа витков, включаемых в контур. Параллельно телефонам подключен блокировочный конденсатор С. Рис. 34. Принципиальные схемы опытных вариантов детекторного приемника.
а-с настройкой переключением отводов катушки;
б - с настройкой конденсатором переменной емкости;
в - с настройкой ферритовым стержнем. На схеме штриховыми линиями показав еще конденсатор Са В приемнике такой детали не было. Но символизирующая его электрическая емкость присутствовала - она образовывалась антенной н заземлением и как бы подключалась к настраиваемому контуру. Принципиальная схема второго варианта опытного, приемника показана на рис. 34, б. Его входной настраиваемый контур состоит из катушки L, имеющей один отвод, введенного тобой конденсатора переменной емкости С2 антенного устройства и антенного конденсатора С1.Включение в контур верхней секции катушки соответствует приему радиостанций средневолнового диапазона, а обеих секций - приему радиостанций длинноволнового диапазона. Таким образом, в приемнике переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем В, а плавная настройка в каждом диапазоне - конденсатором переменной емкости С2. Третьим вариантом был приемник, настраиваемый ферритовым стержнем. Принципиальная схема такого приемника изображена на рис. 34, в. Он, как видишь, однодиапазонный. Для приема радиостанций другого диапазона катушку L надо заменить, что ты и делал при проведения опытов с этим приемником. Для подключения головных телефонов предусмотрены гнезда Тф. [ Начало раздела ] [ Следующая глава ]

ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

Детекторный приемник является наиболее простым радиотехническим устройством. Однако и в нем, как и в сложном приемнике, могут быть неполадки, которые надо уметь находить и устранять. Меньше всего неисправностей бывает, как правило, в приемнике, детали которого укреплены прочно, монтаж выполнен аккуратно, а все соединения надежно пропаяны.

Но если все же приемник перестал работать или работает с перебоями, значит где-то обрыв, ненадежный или совсем плохой контакт, произошло короткое замыкание. Надо прежде всего посмотреть, нет ли внешних повреждений в катушке, хорошо ли присоединены антенна и заземление, в порядке ли переключатель. Проверь исправность антенны и заземления и их вводов, посмотри, не соприкасается ли провод антенны с каким-либо предметом, через который может быть утечка тока из антенны в землю помимо приемника." Если внешних повреждений в приемнике, антенне и заземлении не обнаружено, значит где-то нарушился контакт в самом приемнике. Чаще всего плохие контакты появляются в переключателях из-за отвертывания гаек и винтов во время настройки, плохой зачистки монтажного провода в местах соединений. При этом приемник вообще перестает работать или передачи принимаются со значительным треском. Проверь все эти детали и соединения, подтяни гайки, подрегулируй ползунок переключателя.

Неисправность может быть и в катушке, если она намотана не из целого куска провода и места соединения не пропаяны. Такие случаи бывают наиболее часто, если приемник находится в сыром месте: от сырости соединения окисляются, нарушаются электрические контакты.

Какие еще могут быть неисправности в приемнике?
Посмотри на схему своего приемника и ответь на такие вопросы. Будет ли работать приемник, если блокировочный конденсатор окажется "пробитым" (его обкладки соединены)? Что произойдет, если соединятся проводники шнура головных телефонов? Будет ли работать приемник, если случайно соединятся начало и конец контурной катушки или надломятся ее отводы?

Задай себе еще ряд подобных вопросов и ответь на них. Тогда тебе будет легче отыскивать неисправности в приемнике и устранять их.

В дальнейшем ты узнаешь о пробниках и приборах, с помощью которых облегчается оценка качества деталей, контактов, соединений. Ими тоже можно воспользоваться для отыскания неисправностей в детекторном приемнике.

[ Начало раздела ]

---

---