Среди выпускаемых Трестом Слабого Тока различных типов любительских радиоприемных устройств одним из наиболее современных и удобных является устройство, включающее приемник типа «Радиолина» и набор усилительных элементов типа Е.
Схема всего устройства представлена в фиг. 1.
Фиг. 1.
Схема любительского радиоприемного комплекта "Радиолина". Комплект этот наиболее подходит для установок в клубах, общественных организациях и, вообще, для коллективного пользования.
Для пояснения действия этого приемного устройства сделаем несколько вступительных замечаний относительно сущности радиотелефонной (или радиотелеграфной) передачи.
При обычной проволочкой телефонной связи пункты передачи речи и приема ее соединены проводами. По этим последним проходят электрические токи, образующиеся при колебаниях мембраны под действием человеческой речи. Эти токи, соответствующие звукам и тонам речи, имеют обычно частоту (т. е. изменяются по направлению, колеблются) от 40 до 4.000 раз в секунду. Радиотехника, даже при радиотелефонной связи, работает основными токами гораздо большей частоты, изменяющимися сотни тысяч раз и более в секунду. Только этим путем удается покрыть большие расстояния, не прибегая к чрезмерно дорогим устройствам.
Другое отличие радиотехнических устройств от проволочных обусловлено использованием иных свойств тока. При прохождении электрического тока явление не ограничивается проводами, по которым ток протекает согласно обычного представления. В пространстве вокруг проводов образуется еще так называемое электромагнитное поле, которое проявляется в разнообразных действиях. Электромагнитное поле оказывает влияние на другие электрические провода, отклоняет магнитную стрелку и т. д. Но поле это обычно концентрируется в непосредственной близости от проводов, и главную роль в проволочной связи играет явление тока в самих проводах, распространяющееся вдоль них в тот пункт, куда провода протянуты.
Фиг. 2.
Как от брошенного в воду камня по ней во все стороны начинают расходиться круги, так и от антенны во все стороны расходятся электромагнитние волны, когда по ней пробегает переменный электрический ток.
В радиотехнике оба провода в пункте передачи разводятся друг от друга на возможно большее расстояние. Один из проводов (в виде одного или целой системы проводов), называемый антенной, подвешивается высоко над землей на особых мачтах. Другой провод (также обычно в виде целой сети проводов) располагается в земле или непосредственно над ней. Таким образом электромагнитное поле образуется в большом пространстве между антенной и землей. При своем образовании и изменении, сопровождающем изменения колебательного тока в антенне, электромагнитное поле не остается лишь в пределах пространства, непосредственно заключающего антенну и заземление, а распространяется из него все более и более расширяющимися кругами, скользя в своей нижней части вдоль поверхности земли (см. фиг. 2).
Само собой разумеется, что, по мере распространения и удаления от антенны, электромагнитное поле все более и более ослабевает, подобно тому, как ослабевает освещенность по мере удаления от источника света. Кроме того, распространяющееся электромагнитное поле подвергается постепенному, но непрерывному поглощению в земле, воздухе и встречаемых предметах. Это поглощение сильнее днем и летом, чем ночью и зимой, сильнее над сушей, чем над водной поверхностью, и тем больше, чем чаще ток, возбуждающий поле, изменяет свое направление, т. е. чем короче отдельные волны. Отсюда понятно, что чем выше антенна передающей радиостанции, чем большей мощностью она работает, чем длиннее ее волна, тем больше расстояние, на котором еще можно хорошо принимать ее работу; это расстояние также больше ночью и зимой.
Фиг. 3.
Незатухающая волна для букв азбуки Морзе А и Б.
Отмечаем, что каждая передающая радиостанция работает, обычно, током иной частоты, чем другие, или, как говорят, имеет свою волну. Так, например, Московская радиостанция имени Коминтерна при телефонной передаче пользуется волной в 3.200 метров, т. е. работает током, изменяющимся около 94.000 раз в секунду. Парижская радиостанция Эйфелевой башни имеет волну в 2.600 метров, что соответствует приблизительно 115.000 периодам в секунду, другая Парижская радиотелефонная станция передает на волне в 1.780 м., т. е. при частоте около 170.000 периодов в секунду. Это частоты основного тока перечисленных раций. Основная частота тока подвергается при радиопередаче искажениям, как говорят, модулируется. Наиболее просто это происходит при радиотелеграфной передаче. В этом случае колебательный ток передающей радиостанции включается отдельными толчками, более короткими (точки) или более длинными (тире), соответственно точкам и тире азбуки Морзе. При этом электромагнитное поле излучается в пространство антенной отдельными порциями волн, что иллюстрируется фиг. 3.
Фиг. 4.
Незатухающия волна, модулированная колебаниями звуковой частоты.
При радиопередаче речи или музыки непрерывно возбуждаемый в антенне колебательный ток высокой частоты подвергается модуляции в ритме человеческого голоса или музыкальных тонов: например, основной колебательный ток, имеющий 94.000 перемен в секунду при тоне А1 (ля основной октавы), еще дополнительно искажается 435 раз в секунду, что представлено в несколько упрощенной форме в фиг. 4.
Наконец, возможно соединение обоих методов модуляции, т. е. можно модулировать основную частоту (напр., 115.000 пер. в сек.) звуковой частотой (наприм., 1.000 пер. в сек.) и передавать при этом ключом Морзе, т.е. точками и тире, так как продолжительность даже точки, обычно, весьма значительно превышает период звукового колебания, доходя до одной десятой секунды и более.
Этот способ радиопередачи иллюстрирует фиг. 5.
Фиг. 5.
Незатухающая волна, модулированная колебаниями звуковой частоты, для буквы В азбуки Морзе.
Таким образом, сущность радиопередачи заключается в излучении антенной системы модулированных электромагнитных волн, распространяющихся во всех направлениях от пункта передачи. Это излучение (радиация) и дает название самой радиотехнике.
Электромагнитные волны, используемые в радиотехнике, сравнительно сильно поглощаются лишь металлами, через другие же предметы — воздух, стены, дерево и проч. — они проникают с малым поглощением и потому могут быть уловлены и обнаружены всюду, если только имеется соответствующий приемник. Передающие радиостанции излучают (как бы выбрасывают) в пространство нередко весьма значительные количества энергии, достигающие для мощных радиостанций десятков и сотен киловатт. Московская телефонная радиостанция имеет мощность в антенне от 5 до 10 киловатт. Но приемные пункты получают из этой энергии ничтожнейшие количества, так как в каждый приемник попадает энергия весьма небольшой части распространяющихся волн. Поэтому электромагнитное поле может одновременно воздействовать на множество приемников, расположенных в различных расстояниях и в различных направлениях от передающей рации. Практически число приемников, принимающих работу одной радиостанции, неограниченно при сколько-нибудь значительной мощности передатчика. Это является основанием развития "радио для всех", т. е. радиотелефонной передачи, которую могут принимать все желающие любители.
Для осуществления приема радиопередачи требуются части устройства, обеспечивающие следующие явления: 1) улавливание электромагнитных волн, 2) выбор той или другой волны, т. е. настройку на желаемую радиостанцию, 3) превращение энергии уловленных колебаний высокой частоты в слышимые звуковые колебания, 4) наконец, усиление приема в случае, если доходящая энергия мала и недостаточна. Сообразно с этим приемные устройства заключают: 1) приемную антенну, 2) приемник для настройки, 3) детектор, 4) усилители и, наконец, 5) телефон для слухового приема.
1. Приемная антенна. Для улавливания электромагнитных волн может служить та же антенна, что и для передачи. Справедливо следующее общее положение: чем лучше система излучает, тем лучше она и принимает. Однако, обычно, для приема пользуются более простыми и дешевыми антеннами, чем для передачи. Один или два—три проводника подвешиваются над крышей, прицепляются к соседнему высокому зданию или предмету и могут служить приемной антенной; иногда возможно вместо антенны присоединять провода домовой осветительной сети. Вместо заземления можно пользоваться водопроводом, трубами парового отопления и т. п. Кроме того, в качестве антенны можно применять спираль из медного проводника, намотанную на деревянную рамку больших или меньших размеров.
Фиг. 6.
Теоретическая схема радиоприемника с кристаллическим детектором.
2. Приемник имеет своим главным назначением настройку на желаемую волну. Эта настройка основана на принципе электрического резонанса. Доходящие до приемника радиоволны заключают в себе энергию одновременно в форме электрической и магнитной и представляют собой электромагнитные волны. В приемнике эта энергия возбуждает колебательный электрический ток, который заставляет ее переходить то в электрическую, то в магнитную форму. Каждой настройке приемника соответствует своя частота этого колебания энергии; если она соответствует частоте приходящих электромагнитных волн (колебаний), то получается явление резонанса. Действие толчков, сообщаемых отдельными волнами, складывается, и приемник улавливает значительное количество энергии. При несоответствии доходящих волн и собственных колебаний приемника, отдельные толчки действуют то в одну сторону, то навстречу, и приемник в результате получает гораздо меньше энергии.
Магнитная энергия сосредоточивается в приемнике в так называемых катушках самоиндукции, т. е. в спирали из медного провода, электрическая же энергия концентрируется в конденсаторах, т. е. в системах пластин, расположенных одни против других. Таким образом схема радиоприемника имеет вид, представленный в фиг. 6.
Изменяя величину самоиндукции или электроемкость конденсатора, можно настроить приемник на колебание требуемой частоты, т. е. на желаемую волну. Обычно в приемниках можно изменять как величину катушки самоиндукции, так и емкость конденсатора. Чем большую емкость и чем большую самоиндукцию мы берем в приемнике, тем больше волна, на которую он настроен.
Фиг. 7.
Схема устройства кристаллического детектора.
3. Детектор. Колебательный ток, возбуждаемый электромагнитными волнами, в приемнике имеет соответственно весьма высокую частоту, — например, при приеме радиостанции имени Коминтерна 94.000 периодов в секунду. Ток такой частоты не действует на телефон и не может быть услышан человеческим ухом; он должен быть предварительно сглажен — детектирован, что может быть достигнуто весьма простым прибором — детектором. Обыкновенный кристаллический детектор состоит из особого кристалла и тонкой металлической проволочки, легко нажимающей острием на поверхность кристалла (см. фиг. 7).
Колебательный ток, проходя через детектор, слегка нагревает кристалл у острия, что в свою очередь вызывает появление нового электрического тока, уже отдаваемого детектором. Но этот ток отличается от первого тем, что в нем сглажены все быстрые колебания, так как нагревание и остывание точек кристалла может происходить лишь сравнительно медленно. Таким образом, те быстрые колебания в приемнике, которые возбуждаются короткими радиоволнами (см. рис. 3, 4 и 5), сглаживаются детектором, и отдаваемый им ток обнаруживает лишь медленные колебания, соответствующие звуковым тонам. Эти звуковые токи, воздействуя на телефон, позволяют слышать модуляции, какие произведены были на передающей радиостанции. Таким путем происходит прием радиопередачи на телефон.
4. Катодные усилители. Если расстояние приемного пункта от передающей радиостанции велико или приемная антенна слишком мала, энергия, получаемая приемником и воздействующая потом на телефон, будет столь мала, что ухо не в состоянии будет уловить передаваемые сигналы. В этих случаях приходится прибегать к усилителям. Усиление весьма слабых токов стало особенно легко и удобно в последние годы с появлением катодных (или электронных) усилительных лампочек. Такая лампочка имеет прямую тонкую нить из вольфрама (в последнее время с примесью тория), так называемую сетку из никкелевой спирали, навернутой вокруг этой нити, и никкелевый цилиндр, окружающий сетку (см. рис. 8). Вся эта система заключена в небольшой стеклянный баллон, из которого выкачен воздух. Выкачка воздуха в этих лампочках доводится до крайних пределов возможности, и разрежение в них значительно выше, чем в обыкновенных лампочках накаливания. Нить электронной лампочки доводится до яркого накала помощью небольшой батареи элементов или аккумуляторов. В этом состоянии в пустоте она излучает из себя электроны, т. е. мельчайшие частицы отрицательного электричества. Цилиндру, помощью большой батареи, к положительному полюсу которой он присоединяется, сообщается значительный положительный заряд. Поэтому электроны, излучаемые нитью (катодом), притягиваются к цилиндру (аноду). В лампочке получается непрерывное течение электронов к цилиндру, что не отличается по своим свойствам от электрического тока. Поток электронов на своем пути от нити к цилиндру проходит через сетку. Если сообщить сетке небольшой положительный заряд, то движение электронов будет ускорено, ток в лампе усилится; если слегка зарядить сетку отрицательно, то она будет отталкивать электроны назад к нити, ток в лампе ослабеет. Таким образом небольшими зарядами сетки можно значительно изменить ток, создаваемый лампой. Можно ток, усиленный в одной лампе, заставить действовать на сетку второй; в этой последней получится новое усиление и т. д. Таким путем, помощью ряда катодных ламп, можно достигнуть необычайных усилений, достигающих сотен тысяч и миллионов раз. При этом усиленные колебания чрезвычайно точно соответствуют первоначальным, так как ничтожные размеры электронов и почти полное отсутствие частиц газа в лампочках устраняют возможность столкновений и нарушений в усиливаемых колебаниях.
Фиг. 8.
Катодная лампа: вид в разрезе (слева) и сбоку (справа).
Весьма большие усиления можно получить и от одной лампочки, применив принцип обратного действия. Приемник, в котором электромагнитные волны возбуждают колебания, присоединяется к сетке лампы и к одному концу нити (см. фиг. 9). Изменения заряда сетки вызывают при этом колебания тока, проходящего от нити к цилиндру. Этот ток проходит через особую катушку, которую заставляют обратно действовать на приемник, усиливая в нем возникшие колебания. Эти усиленные колебания еще увеличивают колебательный ток в лампе и в катушке обратного действия, в свою очередь снова увеличивающей колебания в приемнике. Чем больше сблизить между собой катушки обратного действия и самоиндукции приемника, тем сильнее их взаимодействие, тем быстрее и резче происходит нарастание колебательного тока. При достаточной величине обратной связи, возникшие колебания могут сохраниться уже независимо от внешней причины, их вызвавшей, и стать настолько мощными, насколько позволяет источник их энергии, т. е. батарея цилиндра. Для целей приема возникновение таких устойчивых собственных колебаний системы обычно является нежелательным, и обратную связь не доводят до такой величины. Но этот же способ может служить для получения колебаний высокой частоты для целей радиопередачи. Колебания, возникшие благодаря лампе в колебательной цепи, переходят в антенну и порождают электромагнитные волны, излучаемые в пространство. Поэтому электронные лампы (обычно больших размеров) находят себе широкое применение и на передающих радиостанциях.
Фиг. 9.
Схема радиоприемника с обратной связью. Применение обратной связи (регенерация) позволяет значительно усилить силу принимаемых сигналов.
Таким образом оказывается, что электронные лампы обладают замечательными свойствами, позволяющими использовать их во всех областях радиотехники. Для приемных целей ими можно еще пользоваться в и качестве детекторов. Для этого заставляют колебания высокой частоты, полученные приемником, воздействовать на малый конденсатор, присоединенный к сетке. На этом конденсаторе под действием колебаний накопляется постепенно заряд из электронов, улавливаемых сеткой. Достигнув некоторой величины, этот заряд сильно ослабляет ток, образуемый в лампе. Тогда заряд конденсатора сам начинает постепенно стекать, пока не восстанавливается первоначальное состояние. Таким образом ток в лампе получает медленные колебания, соответствующие звуковым колебаниям доходящих сигналов, так же как и при действии кристаллического детектора.
С применением усилительных лампочек, позволяющих принимать весьма слабые радиосигналы, особую остроту получил в радиотехнике вопрос о борьбе с мешающими действиями. Среди этих последних особое значение имеют так называемые атмосферные разряды В воздухе всегда существуют электрические заряды, которых бывает особенно много летом в грозовую погоду. Движения этих зарядов, особенно удары молнии, подобны электрическим колебаниям в антенне и также вызывают в пространстве электромагнитные волны. При их воздействии на приемник получаются в телефоне щелчки, треск, шорохи, иногда совершенно искажающие прием. Средств для полного устранения этих атмосферных действий не существует, и при слабых радиосигналах, особенно летом, они нередко делают прием невозможным или, во всяком случае, значительно сокращают то расстояние, на котором еще возможно хорошо принимать данную радиостанцию. Так, например, радиотелефонную работу Москвы зимою нередко слушают в расстоянии 3000 км и больше, летом же прием ее на расстоянии 1000 км испытывает иногда серьезные затруднения, особенно на юге, где атмосферные разряды сильнее.
Внешний вид приемника "Радиолина".
Кроме этих естественных мешающих действий, нередко случается, что другие радио-станции, работающие волнами, весьма близкими к принимаемой, мешают этому приему, так как всякий приемник позволяет выделить работу желаемой радиостанции лишь до некоторой степени. С этими отрицательными явлениями при радиоприеме любители постоянно сталкиваются, особенно при приеме дальних радиостанций. Борьба с ними требует сложных и дорогих устройств, которые доступны лишь для больших специальных радиостанций.
Рассмотрев таким образом все необходимые части радио-приемного устройства, мы можем перейти к описанию особенностей комплекта, носящего название "Радиолина".
Антенна для этого комплекта, как указано было, может быть сделана из одного—двух проводов, подвешенных над крышей или прикрепленных к ближайшим высоким предметам. Возможно также, при небольшом расстоянии от передающей радиостанции, пользоваться комнатной антенной или даже проводами электрического освещения. Устройство антенны желательно, однако, поручить специалисту радиотехнику. В качестве заземления удобнее всего брать трубы водопровода.
Внешний вид отдельных деталей "Радиолины".
Приемник "Радиолина", как и всякий приемник, заключает в себе прежде всего конденсатор и катушку самоиндукции для настройки на разные волны. Последняя представляет собой спираль из изолированной медной проволоки, намотанную на небольшую неподвижную деревянную рамку, расположенную внутри прибора под правой головкой. Эта катушка разделена на отдельные части, которые имеют выводы к пяти пуговкам переключателя, помеченного "антенна" (точнее было бы: сказать — переключатель самоиндукции). Этот переключатель дает таким образом возможность включать одну, две, три и т. д. части всей катушки самоиндукции и изменять этим волну приемника. Конденсатор приемника сделан в виде двух систем полукруглых пластинок. Одна из них неподвижна, другая может вращаться, вдвигаясь или выдвигаясь в первую, но так, что пластинки не касаются друг друга. Вращая левую головку от 0° до 180°, мы все ближе вдвигаем подвижные пластины между неподвижными, непрерывно увеличивая емкость конденсатора. Такого рода конденсаторы называются переменными или вращающимися. В то время, как самоиндукция изменяется переключателем целыми частями, как говорят, "скачками", емкость вращающегося конденсатора изменяется непрерывно и плавно. Конденсатор дает возможность получить всякую необходимую величину емкости и точно настроиться на желаемую волну. Поэтому на его головке имеется надпись: "настройка". Правая рукоятка с надписью: "усиление" предназначена для регулирования обратного действия усилителя. Обратная связь осуществляется следующим образом. Внутри рамки, на которую намотана катушка самоиндукции приемника, может вращаться вторая, меньшая рамка, на которой помещена катушка обратного действия. Ее вращение производится помощью правой головки. В положении ее, отмеченном 90°, подвижная рамка располагается перпендикулярно к неподвижной обмотке, при 180° одинаково с неподвижной, при 0° ее витки идут навстречу. В последнем случае обратная связь наибольшая. Вращая правую головку, мы регулируем обратную связь, доводя ее до такой величиы, когда она дает наибольшее добавочное усиление, но еще не возбуждает в приемнике собственных колебаний. При наступлении последних в телефоне получается свист, речь сильно искажается, и прием телефона делается невозможным. Обратная связь не должна поэтому доводиться до наступления своих колебаний.
Усилитель состоит из отдельных элементов. Описываемый усилитель состоит из 4-х элементов. Имеются, однако, ящики на 1, 2 и 3 элемента. Точно также и в 4-кратном усилителе можно пользоваться не всеми элементами. Можно далее комбинировать ящики с малым числом элементов и соединять их между собой, доводя полное число элементов до 4-х. Можно, наконец, брать и больше, чем четыре элемента.
Усилитель к "Радиолине".
Имеются три типа усилительных элементов, обозначенные номерами 1, 3 и 4. Необходимым для всякого устройства является элемент №3 — детекторный. №№ 1 и 4 являются усилительными элементами и ставятся в тех случаях, когда без них прием недостаточно силен. При этом элемент № 1 усиливает колебания высокой (не слышимой) частоты, элемент № 4 усиливает токи звуковой низкой частоты. Первые должны предшествовать детекторному элементу, последние должны включаться после № 3. Обратная связь к приемнику берется от элемента № 3, как необходимого для всякого комплекта.
Каждый элемент представляет собой эбонитовую дощечку, имеющую на верхней стороне четыре гнезда, в которые ставятся ножки усилительной лампочки. Две ножки соединены с концами нити. одна присоединена к сетке и четвертая к цилиндру лампочки. Ножки лампы и гнезда для них расположены неправильным четырехугольником: анодный конец (цилиндра) отставлен больше других. Этим устраняется возможность неправильного включения лампы. Для соединения с соседними элементами каждый из них имеет, как слева, так и справа, по четыре винтика и с одной стороны четыре пластинки, которыми соединяются правые винты одного элемента с левым рядом следующего.
Остальные части каждого элемента расположены под верхней доской внутри ящика. Элементы № 1 и № 4 могут быть устроены сходным образом, каждый содержит две обмотки (трансформатор), намотанные одна на другую. В элементах № 1 первая обмотка соединяется с цилиндром своей лампочки, а вторая — с сеткой следующей лампочки, в элементах № 4 наоборот. При этом в последних элементах, усиливающих телефонные токи, для усиления действия в середине обеих обмоток помещен стержень, набранный из тонких железных пластинок, изолированных одна от другой. Схемы всех элементов приведены в фиг. 10.
Фиг. 10.
Схема усилительных элементов.
Элемент № 1 может быть также устроен иным образом, несколько сходно с элементом № 3.
Телефон включается в последний из элементов усилителя в два гнезда наконечников, закрепленных под правыми винтами элемента. Включение и выключение батарей для накала нити и для цилиндров производится малым переключателем, поставленным на правой боковой стенке усилителя. Самые батареи присоединяются к усилителю помощью четырехжильного шнура, отдельные концы которого имеют пометки +4, —4 в. (для батареи накала нити), +80, —80 в. для батареи анода.
Обращение с комплектом и регулировка его весьма просты и доступны всякому любителю.
