Мы знаем, что отправительные радио-телеграфные и радио-телефонные станции работают, излучая в пространство электромагнитные волны очень высокой частоты. В настоящее время широко применяются частоты от 15 тысяч до 15 миллионов периодов в секунду, что отвечает длинам волн от 20.000 до 20 м.
Приемные станции улавливают своими антеннами быстропеременные колебания электромагнитного поля, создаваемого передаточной станцией, благодаря чему у них возникает электродвижущая сила, вызывающая ток в приемном аппарате.
Так как между электродвижущей силой в антенне приемной станции и тем электромагнитным полем, которое ее вызывает, существует прямая пропорциональность, то и ток в приемном аппарате будет быстро-переменным ("ток высокой частоты"), меняющимся так же, как и на отправительной станции, с частотой от 15.000 до 15.000.000 периодов в секунду.
Может ли такой ток вызвать какой-либо звуковой эффект в телефоне?
Очевидно, не может, и по целому ряду причин.
Прежде всего, для таких частот телефон представляет исключительно огромное сопротивление. Так, при сравнительно небольшой для радиотелеграфа частоте в 100.000 периодов в секунду, обычный тысячеомный телефон (т. е. телефон, имеющий 1.000 омов так называемого "омического сопротивления") будет иметь индукционное сопротивление более 100.000 омов.
Ясно, что при тех ничтожных электродвижущих силах, которые возникают в антенне приемной станции, ток в телефоне будет настолько мал, что он не сможет подействовать на его мембрану.
Но, если бы такой ток и оказался достаточно сильным для этого, мембрана телефона все же не отозвалась бы на его колебания, так как инерция мембраны слишком значительна, чтобы позволить ей колебаться с частотой десятков и сотен тысяч периодов в секунду, а тем более миллионов.
Но предположим, что мы смогли каким-либо образом преодолеть и это затруднение и сконструировали бы телефон, мембрана которого могла бы колебаться даже с такой частотой.
Однако, и это не помогло бы нам. Здесь мы встретили бы новое, на этот раз вполне неустранимое затруднение — в нашем ухе, которое не различает звуковых (воздушных) колебаний выше определенных частот.
Великий германский физик Гельмгольц определил, как высшую границу, различаемую человеческим ухом, частоту колебаний в 38.000 периодов в секунду; — при этом для отдельных людей этот верхний период может значительно понижаться.
Вообще уже к высоким звукам человеческое ухо мало чутко; самый звук для него не особенно приятен; и его воспринимание требует огромного напряжения.
Выше же указанного предела (в 38.000 периодов) — ухо не обнаруживает никаких колебаний.
Обычные же звуки, приятные и легко воспринимаемые человеком, а поэтому применяющиеся в музыке, лежат в интервале от 40 до 4.000 периодов в секунду.
Таким образом, мы видим, что уловленные из окружающего пространства приемной антенной электромагнитные колебания, превращенные ею в колебания электрического напряжения и тока в приемном аппарате, — не могут быть использованы для непосредственного воздействия на телефон, а должны быть трансформированы в колебания пониженной, как говорят, "акустической частоты".
Эта трансформация осуществляется при помощи специальных цепей, главную роль в которых играет детектор.
За время существования радио-телеграфа применялись самые разнообразные детекторы. Вначале пользовались когерером, изобретенным Бранли и впервые примененным для радиотелеграфных целей нашим славным соотечественииком А. С. Поповым, а потом гениальным итальянским инженером Маркони.
Затем применялся электролитический детектор (Шлемильха) и магнитный детектор (Маркони), при чем последний получил значительное распространение и употреблялся дольше других.
Но эти волноуказатели целиком были вытеснены кристаллическими детекторами, представляющими собою контакт между двумя кристаллами или между кристаллом и металлом и обладающими огромными преимуществами перед предыдущими своей простотой, удобством пользования и дешевизной. Кристаллические детекторы и в настоящее время имеют самое широкое применение.
В 1904 году проф. Флемингом был изобретен его знаменитый вентиль, представляющий собой раскаленную нить, помещенную по оси полого цилиндра, расположенного в эвакуированном стеклянном сосуде. Вентиль Флеминга получил распространение на приемных станциях Компании Маркони и явился родоначальником нового наиболее совершенного радиотелеграфного детектора — трехэлектродной электронной лампы (триода1).
Фиг. 1.
Зависимость электрического тока в обычном проводнике от приложенного к нему напряжения.
(Закон Ома).
Таким образом, современные приемные станции фактически пользуются только двумя родами радиотелеграфных волноуказателей — кристаллическими детекторами самых разнообразных видов и электронными лампами.
Если не говорить о специальной форме использования детекторных свойств электронной лампы — при помощи введения в цепь ее сетки небольшой емкости, шунтированной очень большим сопротивлением, — то детекторные свойства всех решительно волноуказателей основываются на том, что они не подчиняются закону Ома.
Как известно, Ом установил, что для обычных проводников между приложенной к ним разностью потенциалов (V) и вызванным этой разностью потенциалов током (I) существует прямая пропорциональность, при чем коэффициент пропорциональности носит название сопротивления проводника (R).
Таким образом, сущность закона Ома сводится к утверждению, что для обычных проводников сопротивление (R) есть величина постоянная (если не меняется температура проводника), зависящая только от свойств, размеров и температуры проводника и совершенно не зависящая от приложенного к нему напряжения.
Фиг. 2.
Зависимость электрического тока в различных когерерах от приложенного к ним напряжения.
В графической форме этот закон изображен на черт. 1, где по оси абсцисс (горизонтальная ось) отложены разности потенциалов, приложенные к проводнику (в вольтах), а по оси ординат (вертикальная ось) сила проходящего через проводник тока (в амперах или миллиамперах). Закон Ома, следовательно, устанавливает прямолинейность этой линии.
Если же мы обратимся к различным детекторам, то для этой зависимости найдем кривые, показанные на чертежах 2,3 и 4.
Эти зависимости носят название характеристик детекторов.
Таким образом, на черт. 2 мы имеем характеристики пяти различных когереров (A, B, C, C', D) разной чувствительности.
Фиг. 3.
Зависимость электрического тока в карборундовом детекторе (для различных давлений в контакте) от приложенного к нему напряжения.
На черт. 3 нанесены характеристики карборундового детектора, изменяющего свою чувствительность в зависимости от величины давления в контакте (1 kg, 2 kg, и 3 kg).
И, наконец, на черт. 4 показаны характеристики обычной электронной лампы (французского типа), снятые для трех значений постоянного напряжения (40 вольт, 80 вольт и 120 вольт), приложенного к аноду.
Фиг. 4.
Зависимость электрического тока в обычной электронной лампе (при различных анодных потенциалах) от приложенного к сетке лампы напряжения.
Итак, характеристики всех радиотелеграфных волноуказателей (детекторов) криволинейны, и, как увидим дальше, участками наибольшей кривизны (так называемыми местами сгиба характеристики) и необходимо пользоваться для получения максимального "детекторного эффекта".
1) В последнее время за границей начинает распространяться четырехэлектродная электронная лампа (тетрод) — для приема и усиления радиосигналов.
