"Радиолюбитель", №5, апрель, 1925 год, стр. 107-109
Радиолюбитель слушает в свой телефон разговор и музыку. Он хорошо знает, что к нему доходят электро-магнитные волны и что в его приемном контуре получаются очень быстрые электрические колебания.
А в телефон он слышит звуки... Из предыдущих бесед наш читатель знает, что звук тоже представляет из себя колебания, но колебания совсем другие по своей природе, чем электрические, и с совсем другой частотой, гораздо меньшей, чем последние. От звучащего тела колебания по воздуху распространяются во все стороны, идут звуковые волны, но это вовсе не электромагнитные волны (радиоволны). Как же, однако, радио передает и приносит к радиолюбителю звуки?
В антенне радиостанции, когда она работает, совершаются быстрые электрические колебания, вызывающие электромагнитные волны определенной для каждой станции длины. Эти колебания распространяются во все стороны с одной и той же скоростью — 300.000 километров в секунду.
Все радиостанции, работающие незатухающими колебаниями, независимо от длины посылаемых ими волн (различной частоты колебаний), оказываются в состоянии передавать разговор и музыку, если в их передаточную сеть определенным образом включается микрофон.
Если бы в сеть нашей отправительной антенны не был включен микрофон, то под действием генератора (источника) колебаний высокой частоты из антенны излучались бы волны, несущие колебания, графика которых была бы простой синусоидой с очень малым периодом, зависящим от частоты колебаний генератора (см. рис. 3-b)
Когда же мы включаем в сеть микрофон (рис. 1), на который действуют звуки, то сразу можно увидеть, что графики колебаний, идущих от станций, изменяются (см. рис. 3-c)1). Чтобы выяснить причину этих изменений надо будет познакомиться с микрофоном.
Перед рупором (рис. 2) Р производится звук. Звуковая волна доходит до угольной пластинки M, называемой мембраной, которая под действием пришедших колебаний сама начинает колебаться. При этом она то приближается, то отходит от угольной же колодочки K, чем меняет нажатие на угольный порошок, находящийся в пространстве между нею и колодочкой, в которой выдавлены углубления—ячейки. К мембране присоединен провод 1, к угольной колодочке — провод 2. Этими проводами микрофон и включается в антенну. Угольный порошок обладает свойством менять свое сопротивление в зависимости от давления на него. В результате этого изменяющегося сопротивления сила (амплитуда) электрических колебаний в антенне будет меняться в такт с колебаниями мембраны, последняя же колеблется в такт с действующими на нее звуковыми колебаниями. Таким образом, мы получаем изменение амплитуды электрических колебаний, исходящих из антенны под действием того или иного звука. Звук, даваемый гласной "А", изменяет синусоидальную графику колебаний радиостанции (рис. 3-b) в графику, изображенную на рис. 3-c; другой звук, напр., от гласной "Е", даст новую графику, характерную уже для него (рис. 4), и т. д. для всех звуков.
Если мы обведем гребни график наших колебаний на рис. 3 и 4 линией, то заметим, что получаются кривые, уже нам знакомые из предыдущих бесед, а именно кривые, являющиеся графиками для соответствующих звуков ("А", "Е" и т. д.).
Таким образом, получается, что на графику электрических колебаний накладывается графика звуковых колебаний.
Самый процесс наложения звуковых колебаний на электрические называется модуляцией.
Волны, распространяющиеся от радиотелефонной станции, таким образом будут соответственно изменены под влиянием звуковых колебаний. Такие волны носят название модулированных.
Способ включения микрофона непосредственно в антенну имеет только историческое значение. Это была самая простейшая схема, но в ней было очень много существенных недостатков. Чтобы отправительная станция имела больший радиус действия, необходимо получать в антенне электрические колебания большой мощности, а для этого нужно в антенне иметь и большой ток, который, например, в антенне станции "им. Коминтерна" достигает до 50 ампер. Угольный порошок, являющийся существенной частью микрофона, от большого тока очень сильно нагревается; отдельные зерна его спекаются. Все это вносит искажения в модуляцию, и на приемной станции слышатся посторонние шумы и свисты, могущие даже заглушить передачу основных звуков. Пробовали устранить разогревание микрофона применением охлаждения и устройством микрофонов специальных конструкций, но с изобретением катодной лампы и усилителя теперь пошли по другому пути. А именно, в настоящее время пользуются небольшими, маломощными микрофонами, которые уже не включаются непосредственно в антенну, ни в колебательный контур, связанный с ней. Такие микрофоны питаются постоянным током небольшой силы, порядка тысячных долей ампера (0,001—0,005 ампер). Колебания тока, вызываемы микрофоном, усиливаются катодными усилителями. И уж эти усиленные токи вызывают изменения в амплитуде электрических колебаний, посылаемых антенной, т.-е. модулируют волны радиостанции (см. рис. 5).
Такая схема радиотелефонии с маломощным микрофоном представляет уже большой шаг вперед. Но все же у микрофона остаются еще многие недостатки, присущие ему по своей природе. Прежде всего микрофон с угольным порошком никогда не может иметь правильного режима своего сопротивления, так как отдельные зерна никогда в нем не возвращаются в свое прежнее положение. Как на пример подобного явления, можно указать известный факт, что часто удается улучшить разговор по обычному проволочному телефону, постукивая по коробке микрофона, что растрясает сбившееся и уплотнившиеся угольные зерна и тем самым повышает его чувствительность. Кроме того, и контакты (соединения) между отдельными зернышками в микрофоне весьма непостоянны и от этого порождаются шумы.
Весьма важным недостатком угольного микрофона является и сама мембрана. У мембраны, как оказывается, имеется всегда свой собственный период колебания, и если этот период лежит внутри границ слышимых звуков, то это может сильно исказить радиотелефонную передачу, а именно: такая мембрана будет чрезвычайно усиливать благодаря резонансу те звуки, которые соответствуют ее собственному периоду и периодам ее обертонов. В передачу внесутся резкие ноты, присущие собственным колебаниям мембраны.
Современная техника борется за устранение всех недостатков микрофона, вводя целый ряд усовершенствований. Так, в одном из лучших угольных микрофонов "Western Electric Co", которым оборудована радиотелефонная станция МГСПС, в качестве угольного порошка употребляются специально сделанные, одинакового размера, шарики, а поверхность боковых угольных пластин-контактов, между которыми насыпаны эти шарики, тщательно полируются. Для устранения собственного периода колебания мембраны, которая делается из тонкого листочка дюраллюминая, позолоченного с обеих сторон, устроена система колец, дающих возможность натягивать мембрану, подобно перепонке барабана, до чрезвычайно высокого периода колебаний, лежащего за пределами слышимых звуков. Однако, наука и техника не удовлетворяются усовершенствованиями угольных микрофонов, но ищут и новые пути. В последнее время появился целый ряд микрофонов, у которых нет ни угольного порошка, ни обычной мембраны и даже есть один тип микрофона, где нет совсем мембраны. Сюда относятся прежде всего "конденсаторные" микрофоны, состоящие в принцине из воздушного конденсатора, одна из стенок которого сделана чрезвычайно тонкой и на которую действуют звуковые колебания. В результате колеблется одна из обкладок конденсатора, а следовательно изменяется и его емкость. Конденсатор вводится в усилительную цепь, которая в свою очередь действует на колебания в антенне.
Далее имеется ряд "электро-динамических" микрофонов. Например, помещается весьма тонкая (около 0,007 мм.) дюраллюминиевая ленточка между полюсами сильного электромагнита. Эта ленточка включена в первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого включается в цепь усилителя. Под влиянием звуковых колебаний эта ленточка колеблется в магнитном поле и от этого в ней индуцируются (наводятся) электрическке токи, передающиеся через трансформатор на усилитель.
Такой ленточный микрофон является одним из самых совершенных.
Микрофон, в котором совсем нет мембраны, устраивается следующим образом.
Между двумя электродами — металлическим цилиндром и накаленной нитью — внутри него под действием наложенной разности потенциалов (500 вольт) устанавливается электрический ток. Звуковые колебания действуют на проводящий газовый слой между электродами и вызывают изменения тока в той цепи, куда включен этот микрофон.
Модулированные волны отправительной радиостанции встречают на своем пути антенну приемной станции, настроенной на волну отправительной станции, и вызывают в этой антенне колебания (резонансные), которые соответствуют колебаниям тока в отправительной антенне. В случае ненастроенной антенны (или настроенной даже на другую волну) эти колебания также будут вызываться, но их амплитуда будет столь мала, что она практически бывает незаметна при приеме, если только приемная станция не находится в непосредственной близи с отправительной станцией.
Как же теперь принять эти колебания и превратить их в звуковые?
Для этого их прежде всего детектируют, т.-е. выпрямляют, пропуская через детектор, и тогда из модулированных колебаний, происходящих в антенне, получатся в цепи телефона колебания, график которых можно представить так, как изображено на рис. 3-e
Сравнивая кривые c и d рис. 3, мы видим, что от кривой с осталась только верхняя часть. Произошло это потому, что детектор пропускает ток только в одном направлении и, таким образом, в контуре детектора и блокировочного конденсатора CB получается ряд пульсаций (толчков) электрического тока одного направления. Амплитуда этих толчков меняется в такт с изменениями амплитуды колебаний в антенне отправительной станции.
Эти толчки электрического тока заряжают блокировочный конденсатор, который их сглаживает и дает в цепь телефона ток, графика которого изображена на рис. 3-e 2).
Устройство телефона следующее (см. рис. 6).
В небольшой цилиндрической коробке помещается постоянный магнит H, к полюсам которого приделаны две надставки из мягкого железа C. На этих надставках намотано по катушке из тонкой изолированной проволоки. Перед надставками магнита на небольшом расстоянии (около ¼ мм.) помещается железная пластинка-мембрана M. Эта мембрана находится под натяжением, благодаря действию постоянного магнита. Когда же по катушкам течет изменяющийся по своей силе ток, магнитное поле то усиливается, то ослабляется. Мембрана от этого то сильнее, то слабее притягивается к магниту.
Телефон, включенный в детекторную цепь приемной станции будет получать ток, все время изменяющийся по своей силе (см. рис. 3-e); его мембрана вследствие этого будет колебаться, следуя графике рис. 3-e. Сравнив кривую рис. 3-c с верхней кривой (рис 3-a), мы легко убедимся в том, что эта кривая есть не что иное, как графика звука гласной "А". Наша телефонная мембрана и воспроизводит этот звук.
Так и происходит передача различных звуков по радио.
Но у телефона, как и у микрофона, есть также свой недостаток, который может искажать прием. Это — собственный период колебания мембраны. О неприятностях этого явления мы уже говорили выше. Для устранения этого недостатка приходится устраивать телефоны с мембраной, период колебаний которой лежит за пределами воспринимаемых звуков.
Недостатком другого порядка телефона является его чрезвычайно малая отдача, малый коэффициент полезного действия (всего только 1%).
Но, к счастью, наше ухо является необычайно чувствительным прибором, и благодаря этому, в известной степени компенсируется и последний недостаток телефона.
Мы можем нашим ухом воспринять колебания, амплитуда которых равна всего ¹/1.000.000 миллиметра, а это приблизительно соответствует силе тока в телефоне порядка ¹/1.000.000 ампера.
В цепи телефона приемной станции текут обычно очень слабые токи. Из-за этого приходится брать телефоны с большим числом витков у катушек, чтобы сделать более сильными изменения магнитного поля. Так как с этой же целью необходимо наматывать витки как можно ближе к железным наконечникам магнита, то приходится брать проволоку весьма тонкую (от 0,03 до 0,05 мм. диаметром). Вследствие всего этого такие телефоны обладают весьма большим сопротивлением и отсюда их название "многоомных телефонов" (название дано не по существу, так как достоинство их вовсе не в омическом сопротивлении).
Прием на ушной телефон не может удовлетворить всем потребностям, и в настоящее время все большее и большее распространение получает прием на громкоговоритель, где слабые токи антенны усиливаются катодными усилителями и воспроизводятся уже затем самим громкоговорителем, являющимся большею частью большим телефоном, снабженным рупором.
1) В тексте статьи, вероятно ошибочно, напечатано: "... графики колебаний, идущих от станций, изменяются (см. рис. 3-b)." (прим. составителя).
(назад)
2)
Часто блокировочного конденсатора можно совсем не ставить, так как емкость подводящего шнура и телефона является сама по себе уже достаточным конденсатором. Кроме того, и самоиндукция телефона также способствует этому сглаживанию тока.
(назад)