П. Н. Куксенко
Среди радиолюбителей приемник с кристаллическим детектором находит обычно наибольшее распространение.
Широкая популярность "кристаллического приемника" вызвана:
1) крайней простотой его устройства и обслуживания; для большинства радиолюбителей не представляет особых трудностей построить и свой собственный приемник;
2) сравнительной дешевизной его постройки. (Это особенно важно для наших в большинстве случаев малосостоятельных любителей);
3) тем, что прием радиотелефонных передач почти совершенно свободен от искажений, обуславливаемых приемником.
Но, несмотря на крайнюю простоту устройства и схемы, действие кристаллического приемника для большинства радиолюбителей, может быть и умеющих его построить, представляется все-же довольно неясным. Это обстоятельство усугубляется еще тем, что большинство статей, посвященных этому наиболее волнующему радиолюбителей вопросу, отделывается чисто формальным об'яснением действия приемника.
Правда, полная теория кристаллического приемника, несмотря на внешнюю простоту схемы, чрезвычайно сложна и может быть вскрыта только лишь с помощью довольно серьезного математического анализа, с применением методов высшей математики. Сложность математической теории об'ясняется тем, что отдельные моменты работы цепей приемника, несущих двойные функции, подчиняются довольно сложным физическим законам.
Рис. 1.
Упрощенная схема приемной станции
Тем не менее автор настоящей статьи находит возможным в популярном виде несколько глубже, по сравнению с тем, что может дать обычное элементарное об'яснение, обосновать отдельные моменты работы приемника, дающие себя чувствовать в практике.
Общая схема радиоприема, как это известно рядовому радиолюбителю, обычно имеет вид, подобный изображенному на рис. 1. Здесь к зажимам А и З некоторого приемника соответственно присоединены антенный и земляной провода (или провод противовеса). Обычно вся система тех проводов (а может быть и приборов), которые находятся вне приемника, т.-е. находятся за его зажимами А и З, носит название "антенной системы" или просто антенны.
Роль приемной антенны. Антенная система в радиоприеме выполняет следующие функции:
Приходящие электромагнитные волны радиосигналов (или излучение радиотелефонного передатчика) возбуждают в проводе антенны своими электрическим и магнитным полями электродвижущую силу (в дальнейшем для краткости будем обозначать ее через эдс).
Антенная цепь. — Антенные провода по отношению к земле, как известно, представляют собой конденсатор с некоторой емкостью, величина которой зависит, главным образом, от числа и длины проводов и высоты их подвеса. Кроме того, антенна, как и вообще всякая электрическая цепь, имеет неизбежное омическое сопротивление, т.-е. сопротивление, на котором принятая энергия бесполезно расходуется на образование тепла, или на неизбежное обратное излучение в пространство, происходящее в каждой приемной антенне. Антенная система работает обычно при приеме на катушку самоиндукции с включенным параллельно или последовательно с ней конденсатором для настройки и составляет с этой катушкой так называемый антенный контур (или цепь) или приемный контур.
Рис. 2. Теоретическая схема антенной цепи.
Таким образом, упрощенная для наглядности схема антенной или приемной цепи имеет вид, изображенный на рис.2. Здесь конденсатор С представляет собою емкость антенны, R — ее сопротивление, Е — электродвижущая сила, возбуждаемая приходящими радиоволнами, L — самоиндукция приемника, на которую работает антенная система.
Эдс, возбужденная сигналом, вызывает в антенной цепи некоторый ток, сила которого обычно невелика (порядка нескольких десятков микроампер). Для хорошего приёма сила тока в приемной антенне должна быть не меньше 40 микроампер.
Сила тока в антенной цепи будет максимальной тогда, когда она настроена в резонанс на частоту приходящего сигнала, или как говорят, настроена на принимаемую волну.
Рис. 3. Изменение силы тока (1) и сопротивления (2) приемной антенны в зависимости от настройки. При настройке в резонанс на приходящую волну (λ1) сопротивление (R) становится наименьшим, а ток (I) наибольшим.
При резонансе антенной цепи на принимаемую волну сила тока в ней определляется только омическим сопротивлением и в своих изменениях в точности совпадает с изменениями электродвижущей силы сигнала. На рис. 3 кривая 1 показывает изменение тока в приемной цепи при изменении настройки. При резонансе на принимаемую волну λ1 ток в антенной цепи достигает наибольшего значения I1. В этот момент полное сопротивление антенной цепи для приходящего сигнала наименьшее и определяется оно только омическим сопротивлением антенны R1. Кривая 2 того же рис. 3 показывяет ход изменения сопротивления антенной цепи для принимаемого сигнала. Если антенная цепь не настроена в резонанс на приходящий сигнал, полное сопротивление антенны для сигнала определяется не только омическим сопротивлением, но и сопротивлениями так назыв. индуктивным и емкостным, обуславливаемыми несовпадением изменений тока и эдс сигнала в антенной цепи при отсутствии резонанса.
В дальнейшем наше рассмотрение мы ограничим только случаем приема в резонанс на приходящую волну, представляющим наибольший интерес для практики, где прием протекает обычно в резонансных условиях.
При конструировании приемника с кристаллическим детектором должно быть выполнено следующее основное требование: возможно большая часть энергии, принятой антенной системой от сигнала должна быть подведена к детекторной цепи и здесь израсходована. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы максимум энергии, принятой антенной системой, был отдан катушке самоиндукции, находящейся между зажимами А и З приемника, так как именно с ней тем или иным путем обычно бывает связана детекторная цепь.
Рис. 4. Электрическая цепь, аналогичная цепи антенны при резонансе.
Рассматриваемый случай аналогичен электрической цепи с источником тока (аккумулят. батарея), работающим на некоторое сопротивление R (рис. 4). Из курса электричества известно, что источник эл. энергии отдает в цепь, т.-е. на внешнее сопротивление, максимум энергии тогда, когда величина этого внешнего сопротивления будет равна внутреннему сопротивлению источника. Так, отдача энергии на внешнюю цепь последовательно соединенных шести аккумуляторных элементов с внутренним сопротивлением по 0,3 ома каждый изобразится кривой рис. 5. Из той кривой видно, что максимальная отдача энергии этой батареи на внешнюю цепь будет тогда, когда ее сопротивление станет равняться 1,8 ома, т.-е. внутреннему сопротивлению батареи (0,3 х 6). Этот закон равенства сопротивлений для максимума отдачи распространяется на все виды электрических цепей; он справедлив и для рассматриваемого нами случая — радиоприема на кристаллический детектор.
Рис. 5. Зависимость энергии, отдаваемой источником во внешнюю цепь, от внешнего сопротивления цепи.
Здесь для получения наилучшего эффекта при приеме, или как принято говорить, для оптимального приема, необходимо, чтобы внутреннее сопротивление источника принимаемой эдс, т.-е. сопротивление антенны, было также равно внешнему потребляющему сопротивлению, т.-е. сопротивлению приборов приемника, включенных между зажимами А и З.
Рис. 6. Зависимость телефонного тока от энергии в антенне
Если этот закон равенства сопротивлений почему-либо не соблюден, то энергия, потребляемая между зажимами А и З приемника, уменьшается в зависимости от величины сопротивления приемника, а, следовательно, приемный эффект получается ниже того, который был бы, если бы отдельные элементы приемника были подобраны правильно.
Рис. 7. Зависимость отношения:
R1 — сопротивление приемника, R0 — сопротивление антенны
Количественная сторона этого явления ясна из кривой рис. 7, где по оси оА (называемой осью абсцисс) нанесено соотношение:
, а по оси oB (ось ординат) отношение:
, выраженное в процентах. Из приведенной кривой ясно
видно, что при равенстве сопротивлении приемника и антенны прием наиболее выгоден. Если сопротивление приемника
(сопротивление между зажимами А и З), положим, в 7 раз больше сопротивления антенны, то потребляемая
энергия приемником уменьшается примерно на 55%.
Так как ток через телефон в радиоприемнике с кристаллическим детектором имеет зависимость от принятой энергии, изображенную примерно на рис. 6, а притяжение мембраны телефонным током — зависимость, изображенную на рис. 8, то слышимость сигнала, обнаруживаемую в телефоне, можно приближенно считать пропорционально принятой энергии. Тогда уменьшение энергии, потребленной от эдс сигнала на зажимах А и З, по сравнению с оптимальным приемом, вызовет почти такое же понижение слышимости приема (в нашем приведенном выше примере приблиз. на 55%).
Рис. 8. Зависимость притяжения мембраны от величины телефонного тока
Таким образом, для получения оптимального приема при кристаллическом детекторе вся задача принимающего сводится к подбору равенства сопротивлений антенны и приемника. Так как сопротивление антенной системы выгодно иметь вообще наименьшим (в практике оно определяется, главным образом, сопротивлением заземления), то вся операция "уравнения сопротивлений" в практике приема обычно производится изменением сопротивления самого приемника.
