Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Рудольф Сворень

Проще всего осуществить радиопередачу с помощью азбуки Морзе. Для этого достаточно в антенну передатчика включить телеграфный ключ — своего рода выключатель (рис. 31).

Рис. 31. Чтобы заставить радиоволны переносить сообщения можно, замыкая цепь антенны, излучать радиоволны в соответствии с азбукой Морзе.

Нажали вы на ключ — и токи высокой частоты пошли в антенну, а значит, вовсе стороны от антенны расходятся радиоволны. Отпустите ключ — цепь антенны окажется разорванной, и излучение радиоволн прекратится. При коротком нажатии на ключ вы посылаете короткий радиосигнал, получивший название «точки», более длительный сигнал (обычно в три раза продолжительнее точки) называется «тире». В азбуке, которую в 1837 году составил Самюэль Морзе, каждой букве алфавита и каждой цифре соответствует определенное сочетание «точек» и «тире». Это позволяет сравнительно просто передавать телеграммы как по проводным линиям связи, так и по линиям радиосвязи (лист 55).

Первая телеграмма была передана по радио А. С. Поповым в 1896 году, и почти двадцать лет радио использовалось лишь для телеграфной связи. Ну, а затем были найдены способы радиотелефонной передачи, то есть передачи по радио речи и музыки.

Для того чтобы наиболее просто осуществить радиотелефонную передачу, можно включить обычный угольный микрофон непосредственно в передающую антенну, в которой уже циркулирует переменный ток высокой частоты. Под действием звуковых волн сопротивление микрофона будет меняться, и поэтому высокочастотный ток в антенне, а следовательно, и интенсивность излучения радиоволн, также будет изменяться, подобно тому как менялся при разговоре ток в телефонной линии (рис. 24, 32).

Рис. 32. Для радиотелефонной (речь, музыка) передачи можно включить в цепь антенны обычный угольный микрофон. Под действием звуковых волн будет меняться сопротивление микрофона, а вместе с тем и амплитуда высокочастотного тока и интенсивность излучения радиоволн.

Управление высокочастотным сигналом в соответствии со звуковыми колебаниями называется модуляцией (лист 55). Основной отличительной чертой модулированного тока является изменение его амплитуды в такт с изменением звукового давления на микрофон. Так, например, при увеличении звукового давления угольный порошок сжимается всесильнее, сопротивление микрофона уменьшается и амплитуда высокочастотного тока возрастает. При уменьшении звукового давления сопротивление микрофона растет, а амплитуда тока в антенне уменьшается. Важно отметить, что благодаря высокой частоте переменного тока в антенне в процессе модуляции амплитуда его меняется сравнительно медленно. Это объясняется тем, что даже самая высшая частота модулирующего звука в десятки и сотни раз меньше частоты тока, который подвергается модуляции. Поэтому за время одного периода звуковых колебаний успевают произойти десятки, сотни и тысячи полных периодов модулируемого тока (тока ВЧ). Так, например, если на микрофон воздействует звук с частотой 10 кгц, а передатчик работает на частоте 200 кгц, то за время одного периода звуковых колебаний произойдет двадцать циклов изменения высокочастотного тока, а значит, ток в антенне двадцать раз достигает амплитудных значений (положительных и отрицательных).

В радиопередатчиках включение микрофона в антенну в настоящее время не применяется. Для модуляции используется электрический ток низкой частоты (ИЧ), который появляется в обычной микрофонной цепи во время разговора. Этот низкочастотный ток в дальнейшем управляет работой высокочастотного генератора, в результате чего и появляется модулированный сигнал. Модулированный ток в передающей антенне создает модулированные радиоволны, которые, в свою очередь, наведут модулированный ток в антенне приемника.

Независимо от того как осуществляется модуляция, ее результатом является то, что слова, произнесенные перед микрофоном, оказываются как бы «зашифрованными» в радиоволнах, подобно тому как «зашифровываются» слова в изменениях электрического тока, протекающего по телефонным проводам.

Теперь необходимо в приемнике «расшифровать» сообщение, которое принесли с собой радиоволны, то есть получить соответствующие звуковые колебания, — такие же, какие воздействовали на микрофон на передающей стороне нашей линии радиосвязи.

Мы уже знаем, что под действием электромагнитных волн в антенне приемника появился переменный ток. Он имеет ту же частоту, что и ток в антенне передатчика, и точно так же промодулирован. Попробуем по аналогии с телефонной линией сразу же преобразовать электрический сигнал в звуковые колебания и для этого переменный ток из приемной антенны подведем прямо к телефону (рис. 33).

Рис. 33. Включив телефон непосредственно в цепь приемной антенны, мы ничего не услышим, так как радиоволны наводят в приемной антенне токи высокой частоты, а слышимый звук могут создавать лишь токи низкой частоты. Чтобы в приемнике можно было воспроизвести звук, необходимо осуществить преобразование высокочастотного сигнала — детектирование.

Может быть, при этом мембрана начнет колебаться и мы услышим слова, которые в этот момент произносятся перед микрофоном на передающей стороне? Ничего подобного! Ведь в антенне приемника, так же как и в антенне передатчика, протекает ток высокой частоты — 150 кгц и более, а мембрана нашего телефона из-за ее инерции не успевает колебаться с такой большой частотой. Если бы даже удалось сконструировать телефон, который воспроизводил бы высокие частоты, то ведь наше ухо их все равно не услышало бы! Ну, а если даже мы услышим этот высокочастотный звук, то какой в этом толк? Ведь нам нужен не ультразвук, а низкочастотные звуковые колебания, с помощью которых осуществлялась модуляция.

Где же выход? А выход есть только один: нужно так преобразовать высокочастотный ток, действующий в приемной антенне, чтобы можно было выявить сигнал, с помощью которого модулировался высокочастотный ток на передатчике. Иными словами, нужно обнаружить в высокочастотном токе те изменения его амплитуды, которые появились в результате разговора (а может быть, и пения!) перед микрофоном.

Необходимое преобразование высокочастотного тока осуществляется с помощью специального устройства — детектора, который является обязательным элементом любого радиоприемника.

Слово «детектор» в переводе на русский язык означает «обнаружитель» и происходит от того же корня, что и слово «детектив» — «сыщик». В качестве детектора в настоящее время используются электронные лампы или полупроводниковые диоды.

Основное свойство любого детектора состоит в том, что он очень хорошо пропускает ток только в одну сторону и почти совсем не пропускает в другую, подобно тому как вентиль велосипедной камеры легко пропускает воздух внутрь камеры и не выпускает его обратно. С работой лампового детектора мы познакомимся позднее, а сейчас посмотрим, как работает полупроводниковый диод.

Все полупроводниковые диоды делятся на две основные группы: точечные и плоскостные. В качестве детектора могут использоваться только точечные диоды (лист 56) — плоскостные для этой цели непригодны. Плоскостные полупроводниковые диоды применяются в выпрямителях для ламповых приемников, и с ними мы познакомимся в четвертой главе.

К сожалению, система наименований полупроводниковых приборов несколько раз менялась, и сейчас трудно указать способ, позволяющий по наименованию диода определить его тип. Поэтому мы перечислим основные типы точечных диодов, которые могут быть использованы в качестве детекторов: ДГ-Ц1, ДГ-Ц2, ДГ-ЦЗ и т. д., вплоть до ДГ-Ц14, диоды более поздних выпусков Д1, Д2, Д9 независимо от того, какая буква стоит после цифры (например, Д1А или Д2Б), а также Д-101, Д-102, Д-103 и др. Сточки зрения использования в качестве детектора, все эти диоды мало отличаются один от другого. Вполне возможно и применение специальных точечных диодов — Д-401—Д-499 и Д-601—Д-699.

Основой любого пат у проводникового диода, как точечного, так и плоскостного, являются два примыкающих друг к другу участка полупроводникового материала (германия или кремния). Один из этих участков называется зоной n, другой — зоной р. Область между этими зонами подучила название «рn-переход» (рис. 34).

Рис. 34. Детектирование можно осуществить с помощью точечного полупроводникового диода. В этом приборе имеются две зоны полупроводникового материала — одна со свободными электронами (зона n). другая — со свободными положительными зарядами (зона р).