"Радиолюбитель", №3, март, 1925 год, стр. 68-70

О теории приемника с кристаллическим детектором

П. Н. Куксенко

Общее сопротивление приемника

Прежде, чем перейти к описанию тех регулировок в приемнике, которые могут привести к изменению его общего сопротивления, рассмотрим сначала, какими приборами в приемнике определяется это сопротивление.

Сначала разберем прием по "простой схеме", изображенной на рис 9. Такой метод приема находит особенно широкое распространениее среди радиолюбителей, ввиду его чрезвычайной простоты.

Рис. 9. Приемник по простой схеме.

Из приведенной схемы видно, что общее сопротивление приемника (между зажимами А и 3) для принимаемых токов высокой частоты слагается из двух включенных параллельно сопротивлений: 1) сопротивления катушки самоиндукции L и 2) сопротивления детектора. Телефон зашунтирован блокировочным конденсатором C, поэтому сопротивление телефона для токов высокой частоты в расчет не принимается, ибо они через него не проходят. Этому конденсатору для оптимального приема должна быть задана такой величины емкости, чтобы выпрямляемые токи высокой частоты проходили только через конденсатор, встречая здесь наименьшее сопротивление, а токи низкой частоты, получающиеся в результате выпрямления принимаемых модулированных токов высотой частоты ¹) — только через телефон. На рис. 10 кривая изображает заисимость получаемой слышимости от емкости блокировочного конденсатора С.

Рис. 10. Зависимость слышимости от емкости блокировочного конденсатора.

Отмеченное выше положение кривая полностью подтверждает. Иногда, если емкость шнуров или емкость телефонных обмоток достаточно велика, конденсатора C может и не потребоваться.

Сопротивление катушки самоиндукции приемника

Сопротивление катушки самоиндукции для принимаемых токов высокой частоты обычно слагается из 2 сопротивлений: 1) сопротивления индуктивного, обуславливаемого самоиндукцией катушки, и 2) сопротивления омического, обуславливаемого проводом, из которого сделана катушка, распределением тока в нем и внутренней емкостью катушки.

Рис. 11. Зависимость общего сопротивления приемника от сопротивления детектора.

Катушка самоиндукции, кроме омического сопротивления, имеет и индуктивное, поэтому в общее действующее сопротивление приемника между зажимами А и В (рис. 9) будет представлять собою сумму, составленную из сопротивлений омического и индуктивного. Так как при настройке антенной цепи в резонанс на приходящую волну общее индуктивное сопротивление цепи, как это уже было отмечено выше, равно нулю, то для рассматриваемого случая играет роль только омическое слагаемое из общего сопротивления приемника ²). Но величина этой составляющей общего омического сопротивления приемника теснейшим образом зависит от самоиндукции катушки L и принимаемой частоты. При постоянстве сопротивления детекторной цепи изменение настройки приемника меняет общее сопротивление приемника. Обычно омическое сопротивление катушки приемника (если она намотана из медного провода достаточного сечения — не меньше 0,5 мм. толщиною — и внутренняя емкость ее невелика по сравнению с индуктивным сопротивлением катушки и сопротивлением детектора) мало. Поэтому в большинстве случаев практики (это относится к приему на волнах свыше 300—400 метров) им можно пренебречь. Таким образом, для упрощения задачи, мы можем здесь ограничиться только рассмотрением влияния индуктивного сопротивления катушки на общее сопротивление приемника. В таблице 1-й приведена для примера количественная зависимость эффекта, получаемого при приеме, от электрических данных цепей приемника.

О детекторной связи при различных сопротивлениях детектора

На рис. 11 изображена зависимость омического сопротивления приемника между зажимами А и З от различных сопротивлений применяемых детекторов для примеров 3, 4 и 5 таблицы. Из рисунка видно, что сопротивление приемника будет максимальным при некотором определенном сопротивлении детектора (в приведенном примере при сопротивлении детектора примерно 1250 омов).

Из сказанного видно, что при этом сопротивлении детектора потребуется наименьшая связь между приемным и детекторным контуром; при увеличении или уменьшении сопротивления детектора связь для оптимального приема придется увеличивать. При приеме на осветительную сеть, имеющую большое сопротивление для принимаемых высоких частот, наилучший прием получается при сопротивлении детектора, задающем наибольшее сопротивление приемнику, так как при наибольшем сопротивлении приемника удается ближе подойти к равенству сопротивлений приемника и антенны.

Изменение общего сопротивления приемника

Из приведенных выше положений очевидно, что для изменения общего сопротивления приемника необходимо изменить одно из включенных параллельно сопротивлений приемника; т. е. или самоиндукцию катушки (сопротивление ее всегда нужно стремиться поддерживать наименьшим) или сопротивление детекторной цепи. И то и другое невозможно: самоиндукцию катушки нельзя изменить для этих целей потому, что она определяет собою настройку приемника, а сопротивление детектора потому, что оно в данных условиях приема постоянно. Но есть иной способ изменения общего сопротивления приемника — это изменять число витков катушки приемника L, шунтированных детекторной цепью. Из электротехники нам известно, что если два омических сопротивления включены параллельно, то общее сопротивление, образуемое ими, меньше наименьшего из них. Если меняется величина сопротивления R₁, шунтированного сопротивлением R₂, то общее сопротивление изменяется. На рис. 12 изображена кривая изменения общего сопротивления, когда R₁ и R₂ взяты равными, по 200 омов каждое. Та же, примерно, картина имеет место и в радиоприемнике.

Рис. 12. Зависимость общего сопротивления цепи от величины зашунтированного сопротивления.

Здесь только вся картина усложнена тем, что одно из двух включенных параллельно сопротивлений — индуктивное, другое — омическое. Для принимаемых волн нешунтированная часть катушки L будет иметь весьма малое сопротивление, и им можно пренебречь по сравнению с сопротивлением детектора, а общее сопротивление (омическое) будет определяться, главным образом, шунтированной частью.

Таким образом, при уменьшении той части катушки L, которая шунтируется детекторной цепью, общее сопротивление приемника уменьшается и этим путем возможно так подобрать общее сопротивление приемника между зажимами А и З, что оно станет как раз равно сопротивлению антенны. В этом случае мы получим максимальную слышимость от принимаемой нами станции.

Рис. 13. Зависимость выпрямленного тока от величины детекторной связи.

Легко понять, что чем меньше сопротивление антенны, тем меньшее число витков катушки L должно быть зашунтировано детектором. Вместе с тем, слышимость возрастет и подбор правильного числа витков, шунтированных детектором, будет более затруднителен. Все это видно из кривых рис. 13, которые изображают зависимость выпрямляемого детектором тока от числа шунтированных им витков при приеме станций на волне 500 метров на антенну сопротивлением 15 и 20 ом.

Индуктивная связь детекторной цепи

Подбор равенства сопротивлений антенны и приемника может также совершаться с помощью индуктивной связи цепей детектора и антенны (рис. 14).

Рис. 14. Индуктивная связь детекторной цепи.

При этом индуктивная связь по своему действию совершенно аналогична рассмотренной выше автотрансформаторной связи. Чем больше связь между катушками L₁ и L₂, тем больше детекторная цепь своим сопротивлением воздействует на антенную цепь (дает большую реакцию на антенну, как это принято называть в радиотехнике) и тем больше общее сопротивление приемника между зажимами А и З.

Работа приемника при больших сопротивлениях антенны

Если наилучшая слышимость получается тогда, когда детекторная цепь шунтирует всю катушку приемника, то это является признаком того, что сопротивлениеи антенны чрезмерно велико. С таким случаем большинству радиолюбителей, очевидно, приходилось сталкиваться при приеме радиотелефонной станции "Сокольники" на осветительную сеть. По измерениям автора, сопротивление осветительной сети на волне около 1000 метров — порядка от 500 до 1000 ом. При таком сопротивлении антенного устройства совершенно бесполезно пытаться повысить чувствительность приемника путем подбора надлежащей связи с детекторной цепью. Напротив, при таких условиях прием получится наилучший тогда, когда детектор будет включен прямо в антенну. В случае приема на осветительную сеть, включение детектора прямо в антенне не может быть допущено потому, что при таком включении появится в телефоне низкий тон от городского тока. Для избежания этой неприятности приходится прибегать все-таки к настроенному контуру, играющему также и роль ответвления с малым сопротивлением для переменных осветительных токов. В некоторых случаях при приеме на осветительную сеть для получения лучшей слышимости оказывается полезным включать два или три детектора последовательно. Такое включение дает повышение сопротивления детекторной цепи, а следовательно, и сопротивления приемника (Другой метод повышения чувствительности приема с осветительной сети будет описан автором в специальной статье).

Конденсатор для настройки антенного контура

Если параллельно катушке L включен переменный конденсатор для настройки антенного контура, то общее сопротивление приемника для принимаемой частоты получится в результате сложения трех параллельных сопротивлений. Конденсатор, включенный параллельно катушке L, понизит общее сопротивление приемника, поэтому для получения оптимального эффекта придется увеличить связь детекторного контура.

Сопротивление телефона в кристаллическом приемнике

Весьма важным при конструировании кристаллического приемника является вопрос о выборе соответствующего сопротивления телефона. В этом вопросе необходимо придерживаться в общем того же принципа, который нами положен в настоящей статье в основу конструирования приемника: сопротивление телефона для выпрямленных токов в детекторной цепи должно быть равно сопротивлению применяемого детектора. Сопротивление распространенных детекторов в практике обычно бывает порядка 1000 ом. Его можно определить точно из так называемой характеристики выпрямляющего действия детектора.

Рис. 15. Характеристика детектора цинкит-халькопирит.

На рис. 15 приведена такая характеристика, снятая для детектора цинкит—халькопирит; здесь по оси абсцисс отложено прикладываемое к детектору напряжение (лучше переменного тока), а по оси ординат — выпрямленный ток в миллиамперах. Сопротивление детектора для каждой точки характеристики определяется углом наклона касательной к оси абсцисса, так же, как и в случае графического изображения закона Ома, где угол наклона прямой, дающей зависимость силы тока в цепи от напряжения, определяет собой сопротивление цепи. Чем угол этот больше, тем сопротивление меньше. Таким образом, характеристика выпрямляющего действия детектора показывает, что сопротивление детектора различно в зависимости от напряжения, прикладываемого к нему от сигнала. При малых напряжениях сопротивление велико, при увеличении напряжения оно уменьшается. В соответствии с сказанным, сопротивление телефона, дающее наилучшие результаты при приеме, может быть различно в зависимости от силы принимаемых сигналов. Для слабых сигналов (при приеме с осветительной сети) выгодно иметь сопротивление высоким (2000—4000 ом), для сильных сигналов —сопротивление порядка 1000 ом. Само-собой понятно, что эффект при приеме, независимо от соображений, высказанных относительно сопротивления телефона, в сильной степени зависит от чувствительности телефона, определяемой, главным образом, его магнитной системой.

Примечание. В первой части настоящей статьи (РЛ, №1, 1925 г.) вкралась досадная неточность: на рис. 6 должна быть прямая линия, а не кривая, так как в приемнике с кристаллическим детектором зависимость между принимаемой энергией от сигнала и телефонным током — линейная, т.е. эта зависимость выражается прямой линией. Таким образом, для сравнительно большого диапазона слышимостей (особенно малых) мы можем приближенно полагать пропорциональность между принимаемой энергией и силой звука в телефоне.

1) В этом случае оптимальный эффект при приеме уменьшится приблиз. на 40% из-за возрастания сопротивления антенны по уравнению и случяем 3. Таким образом, несмотря на то, что в 4-м случае приемник работает в гораздо лучших условиях, чем в 3-м, сила приема получится, по сравнению со случаем 3, все же значительно ниже, примерно на 20—30%.

Если для 3, 4 и 5 случая берется катушка самоиндукции цилиндрическая, однослойная, с диаметром поперечного сечения 10,5 сант., толщиною провода 0,66 ПШД (с двойной оплеткой) и числом витков 70, то для 3 случая детекторная цепь для оптимального приема должна быть приключена параллельно 22 виткам, в 4-м — 26 и в 5 — 28,5.

Для 1 случая берем однослойную цилиндрическую с диаметром 10 см., намотанную из провода ПШД с диаметром 1,42, число витков 31; для случая 2 — та же катушка с 37 витками, наилучший прием в 1 и 2 случае получится при детекторе, включенном параллельно 21 витку.