"Радиолюбитель", №21-22, декабрь, 1925 год, стр. 439-441
Если вы никогда не видали приемника, просмотрите фотографии, которые неоднократно приводились в нашем журнале. А если вы его видали, или сами делали, тем лучше, тем легче будет разобраться в его действии. Тогда вам без сомнения известно, из каких частей состоит приемная станция: провод, высоко подвешенный над крышей (антенна), его конец присоединен к приемнику, к приемнику же присоединен детектор, телефонная трубка и провод от заземления.
Ну, а на передающей станции? Там тоже имеется антенна, только повыше, на крепких мачтах, и провод от нее спускается в здание станции, где он присоединяется к передатчику. Как же осуществляется радиосвязь?
На рис. 1 слева показана передающая станция, справа приемная. К передающей антенне присоединен передатчик, к приемной — приемник. Между ними расстояние в десятки и сотни километров. Передатчик во время работы непрерывно возбуждает в своей антенне быстрые здектрические колебания. Что это значит? Это значит, что имеющиеся в антенном проводе электроны — мельчайшие частицы электричества — с очень большой быстротой непрерывно колеблются, двигаясь то вверх, то вниз по проводу антенны (мы для простоты полагаем, что обе антенны состоят из одного вертикального провода).
Эти колебания возбуждают в окружающем пространстве волны, которые с громадной скоростью распространяются в разные стороны. Дойдя до приемной антенны, эти волны начинают колебать электроны, имеющиеся в приемной антенне; они под влиянием этих волн приходят в колебание, двигаясь то вверх, то вниз по проводу приемной антенны.
Когда электроны двигаются по проводу, то говорят, что по проводу течет электрический ток. Если электроны при своем движении непрерывно меняют свое направление, попеременно двигаясь то в одну, то в другую сторону, то говорят, что по проводу течет переменный ток. Если эти перемены очень часто следуют одна за другой (сотни тысяч и даже миллионы раз в секунду), то мы имеем дело с током высокой частоты, или иначе, с электрическими колебаниями высокой частоты. Если же за каждую секунду ток успевает изменить свое направление только несколько десятков или сотен раз, то говорят, что в проводе происходят колебания низкой частоты.
Итак, мы теперь можем сказать: пока передатчик возбуждает в своей антенне электрические колебания высокой частоты, — излученные этой антенной волны вызывают в приемной антенне электрические колебания такой же частоты.
В левой части рис. 2 показано, как мы будем изображать на наших рисунках отсутствие тока, движение тока в одну сторону (скажем, вверх по антенному проводу) и в противоположную сторону (скажем, вниз по антенному проводу). Если мы так условимся изображать движение тока в различных направлениях, то электрические колебания, происходящие в антенне, изобразятся кривой, показанной на рисунке 1 внизу. Мы видим здесь, что кривая проходит то над чертой, то опускается под нее, что согласно нашему условию и показывает, что ток в антенне попеременно движется то в одну сторону, то в другую.
Непременная часть вашего приемника — телефон. Отвинтив его крышку, вы можете увидеть в нем железную круглую пластинку (мембрану), которую притягивает к себе магнит; вокруг стерженьков этого магнита намотана медная изолированная проволока. В схематическом 1) виде это изображено в верхней правой части рисунка 2. Мы видим здесь, что пластинка несколько изогнута, ее середина выгнулась по направлению к магнитам — это происходит от того, что магнит тянет ее к себе, но совсем притянуть не может, ибо пластина по краям закреплена.
Теперь обратим внимание на то положение, которое занимает мембрана, когда по проволочной обмотке магнита пропущен ток. (Рис. 2 средний и нижний рисунок). Из этих рисунков видно, что когда ток по обмотке проходит в одном направлении, мембрана сильнее притягивается к магниту (средний правый рисунок), а когда ток идет в противоположном направлении, мембрана отходит от магнитов (средний и нижний рис. 2; пунктиром показано положение, которое занимала мембрана в отсутствие тока, т.-е. то положение, которое она занимала на верхнем правом рисунке). Происходит это оттого, что ток одного направления усиливает притяжение магнита и в это время мембрана приближается к нему, а ток противоположного направления ослабляет притяжение, и мембрана отходит.
Теперь положим, что через обмотку нашего телефона проходит переменный ток, который за каждую секунду тысячу раз меняет свое направление (ток низкой частоты). Что произойдет при этом с мембраной телефона? Ответить нетрудно: меняя свое направление, этот ток за каждую секунду будет успевать тысячу раз попеременно то усиливать, то ослаблять притяжение магнита. Следовательно, за каждую секунду мембрана тысячу раз, поочередно, то будет приближаться к магнитам, то удаляться от них: получается так, как будто бы мембрана получает толчки то в одну, то в другую сторону. Итак, под влиянием тока низкой частоты наша мембрана колеблется, дрожит, и это дрожание мы услышим, ибо при дрожании она будет издавать звук подобно тому, как звучит дрожащая струна, пружина и т. п.
Интересно подумать над таким вопросом: что произойдет с мембраной телефона, если мы его обмотку включим в приемную антенну так, чтобы возникшие под влиянием приходящих волн электрические колебания (переменный ток высокой частоты) прошли и через обмотку магнита. На первый взгляд кажется, что мембрана должна при этом колебаться с той частотой, с какой ток меняет свое направление. Но так ли это? Ведь колебания в антенне — это колебания высокой частоты, колебания с частотой в сотни тысяч раз в секунду. Не кажется ли вам сомнительным, чтобы наша мембрана могла с такой громадной частотой колебаться. Она и не будет колебаться. Она слишком тяжела на под‘ем для такой частоты. Толчки, которые она испытывает со стороны магнитов, слишком часто чередуются: не успеет она отклониться под влиянием одного толчка, как ток уже переменит свое направление, и следующий толчок, направленный в противоположную сторону, помешает ей повиноваться предыдущему толчку. Она так и замрет на месте, как будто бы никакого тока и не было; это и показано в верхней части рисунка 3: слева показано, что в антенне проходит ток высокой частоты, а справа мы видим, что при этом телефонная мембрана неподвижна и находится в таком положении, в каком она была в верхней правой части рисунка 2, когда в обмотках телефона тока не было.
Вот для того, чтобы заставить телефонную пластинку отзываться на приходящие колебания, и служит детектор.
Детекторы бывают различных типов; наиболее употребительный детектор (так называемый кристаллический) состоит из кристалла, на который опирается конец метталлической проволоки. Такой детектор обладает в высшей степени интересным свойством: он выпрямляет переменный ток, т.-е. он пропускает ток только в одном направлении: когда ток идет, скажем, от острия к кристаллу. Когда же ток изменит свое направление, детектор его не пропустит. Поэтому, если через такой детектор пропустить переменный ток, то он будет проходить только в те промежутки времени, когда ток идет от острия к кристаллу. А в следующие моменты, когда ток должен изменить свое направление, тока не будет. Детектор его не пропустит. Вот мы и воспользуемся этим свойством детектора, включим его последовательно с телефоном так, чтобы ток мог пройти через телефон, пройдя через детектор. Посмотрим, как себя будет вести телефонная мембрана. На рис. 3 (внизу) показано, какой вид получит ток благодаря детектору (выпрямленный детектором ток). Тут уже нет электрических колебаний, в том смысле, как мы о них говорили выше. Ток не идет то в одном, то в другом направлении. Мы видим, что непрерывная кривая, которая проходила то над чертой, то под чертой, превратилась в прерывистую кривую, которая все время проходит над чертой. Вместо колебаний получаются часто чередующиеся толчки тока, все направленные в одну и ту же сторону. Соответственно и мембрана будет получать непрерывный ряд толчков, направленных тоже в одну сторону. Общими усилиями этих толчков пластина пригнется к магнитам и в этом положении останется неподвижной, пока существуют эти толчки тока: это и показано на нижнем правом рис. 3. Итак, пока работает передатчик, телефонная пластинка будет все время находиться в некотором смещенном положении и только, когда работа передатчика прекратится, пластинка вернется к прежнему состоянию.
Все это будет происходить именно таким образом только до тех пор и при том условии, что колебания в передающей антенне все одинаковы по силе. При радиотелефонной передаче мы можем модулировать (изменять) силу колебаний при помощи микрофона. Сейчас мы это об'ясним подробнее. Простейший микрофон можно себе представить в виде коробочки, внутри которой находится угольный порошок. Порошок прикрыт пластинкой — мембраной. В зависимости от того, сильнее ли или слабее, микрофонная мембрана надавливает на порошок, меняется "электрическое сопротивление" микрофона. Если мы такой микрофон включим в антенну, то в зависимости от того, сильнее или слабее надавливает пластина на порошок, — колебания в антенне будут становиться сильнее или слабее.
На рис. 4 (I) показана передающая антенна, в которую включен микрофон. Передатчик работает, и в пространстве распространяются волны, одинаковые по своей мощности. Но положим, что в некоторый момент мы щелкнули по мембране микрофона. От этого щелчка на мгновение мембрана крепче надавила на угольный порошок и — отошла: на мгновение сопротивление телефона пало и затем опять вернулось в прежнее состояние. Но за это же мгновение, колебания в антенне стали сильнее, чем предыдущие и последующие; соответственно с этим и волны, рожденные в момент щелчка, будут мощнее, чем те волны, которые были излучены в то время, когда микрофонная пластинка находилась в покое. На рис. 4(I) мы видим среди ряда совершенно одинаковых волн (излученных в то время, когда пластинка микрофона была в покое) ряд волн с более высокими гребнями — это и есть волны, рожденные в момент щелчка. Волны вызовут в приемной антенне электрические колебания. Более мощные волны вызовут более сильные колебания, более слабые — более слабые колебания (рис. 4, II). Детектор эти колебания выпрямит (рис. 4, III), и мембрана микрофона, которая при спокойном положении пластинки микрофона получала ряд совершенно одинаковых толчков, вдруг получает несколько более сильных толчков, под их влиянием сильнее пригибается к магниту и затем отходит обратно (рис. 4, IV). Другими словами, телефонная пластинка издаст щелчок, она повторит то движение, которое проделала пластинка микрофона.
Итак, мы только что видели, что пластинка телефона может повторять движение пластины микрофона. Этим и пользуются для передачи звуков. Пусть перед микрофоном звучит струна какого-нибудь музыкального инструмента. Колебания струны передадутся к окружающему воздуху; под влиянием этих колебаний заколеблется и мембрана микрофона, она будет то сильнее, то слабее надавливать на порошок, и эти колебания будут происходить с такой же частотой, с какой колебалась струна (рис. 5, I) (частота колебаний струны — несколько десятков или сот раз в секунду). Следовательно, с такой же частотой будет меняться сопротивление микрофона, и колебания в антенне будут то усиливаться то ослабляться с такой же частотой. Какой вид примут колебания в антенне, показано на рис. 5, II. Мы видим, что колебания струны (колебания низкой частоты) как бы наложились на колебания высокой частоты. Более сильные колебания в передающей антенне вызовут более сильные колебания в приемной антенне, и, следовательно, в приемной антенне колебания будут то усиливаться, то ослабляться с той частотой, с которой колебалась струна. Детектор эти колебания выпрямит, и ток по телефону будет иметь вид отдельных толчков, направленных в одну сторону, то более сильных, то более слабых (рис. 5, IV). Под влиянием этих то усиливающихся, то ослабляющихся толчков пластинка телефона будет то приближаться, то удаляться от магнитов, другими словами, она заколеблется с той же частотой, с какой колебалась пластинка микрофона, или струна. Следовательно, она издаст тот же звук, который издавала струна на передающей станции. Эти колебания мембраны показывает кривая (рис. 5, IV), которая по виду подобна кривой I.
Пластинка телефона, таким образом, может повторять звук, который издала струна на передающей станции, точно таким же образом она повторит любой звук, произнесенный перед микрофоном, будет ли то человеческий разговор, музыка, или шум. Все эти звуки будут вполне определенным образом изменять благодаря микрофону силу колебаний в передающей антенне и под влиянием этих изменений пластинка телефона все эти звуки повторит.
Практически телефон и детектор не включают непосредственно в антенну. На рис. 6 показана схема приемника. Мы видим, что в антенну включена проволочная катушка; при помощи переключателя K1 в антенну вводится то или иное число витков этой катушки и таким образом производится настройка: при одном положении переключателя слышна одна станция, при другом — другая, при третьем — третья и т. д. Телефон же и детектор приключаются к этой катушке, и при помощи движка K2 это приключение производится к тому или иному числу витков. Этим движком, как говорят, меняют детекторную связь. При некотором положении этого движка получается наивыгоднейшая связь, — прием получается наиболее сильный. Почему это так, какие бывают схемы детекторных приемников, зачем нужен блокировочный конденсатор Сб — об этом в журнале писалось, подробнее это еще будет освещено.
1) Упрощенном.
(стр. 439.)