варіант I

Початковий рівень. Тести.

1- Як поширюється електромагнітна хвиля у вакуумі? Вкажіть усі правильні відповіді.

А. Миттєво

Б. Зі швидкістю

Ст. Зі швидкістю

2- Чи залежить швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі від частоти коливань та напрями поширення хвиль?

А. Так, залежить.

Б. Ні, не залежить.

3- Який вигляд має рівняння плоскої синусоїдальної електромагнітної хвилі?

А .

Б.

Ст.

4- Якими властивостями володіють електромагнітні хвилі довгого, середнього та Гамма-діапазону? Де на практиці застосовується інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання?

5- Що називається абсолютним показником заломлення середовища?

Середній рівень:

Завдання 1: Визначити період та частоту радіопередавача, якщо він працює на хвилі завдовжки 30м.

Завдання 2: Яка довжина хвилі телевізійного сигналу, якщо частота, що несе, дорівнює

50 МГЦ?

Достатній рівень:

Завдання 3: У коливальному контурізалежність сили струму іноді описується рівнянням. (Всі величини дано в СІ). Визначити частоту електромагнітних коливаньта індуктивність котушки, якщо максимальна енергія магнітного поляДж.

Завдання 4: У імпульсному фотоспалаху лампа живиться від конденсатора ємністю 800мкФ, зарядженого до напруги 300 В. Знайдіть енергію спалаху.

Високий рівень:

Розв'язання вправ на тему «Електромагнітні коливання та хвилі».

варіант II

Початковий рівень: тести

1- Який із наведених нижче виразів визначає поняттяелектромагнітна хвиля ? Вкажіть усі правильні відповіді.

А. Процес поширення коливань електричної напруженості та магнітної індукції.

Б. Найкоротша відстань між двома точками, що коливаються в однакових фазах.

Ст. Процес поширення коливань заряджених частинок.

2- За якого руху електричний заряд випромінюватиме електромагнітні хвилі?

А. При рівноприскореному.

Б. При рівномірному.

3- Який вигляд має рівняння електромагнітної хвилі у разі коли хвиля поширюється у вакуумі?

А.

Б.

Ст.

4- У чому полягає гіпотеза Максвелла та яке досвідчене підтвердження вона має?

5- Що називається густиною потоку електромагнітного випромінювання?

Середній рівень:

Завдання 1: Визначте частоту та довжину хвилі радіопередавача, якщо період його електричних коливань секунд.

Завдання 2: Чому дорівнює довжина хвилі, що випромінюється передавачем, якщо період коливань дорівнює секунд?

Достатній рівень:

Завдання 3: Зміна сили струму в залежності від часу задано рівнянням. (Всі величини дано в СІ). Визначте частоту та період коливань, а також амплітуду сили струму.

Завдання 4: Визначте товщину діелектрика між пластинами плоского конденсатора, електроємність якого 1400 пФ, активна площа пластин 14 якщо діелектрик – слюда (ε=6).

5. Смуга частот передачі ТБ сигналу

Спектр частот сигналу зображення чорно-білого телебачення, що має ширину 6,25 МГц, необхідно передати за допомогою радіохвиль від передавача до приймача. Тут виникають наступні питання: який вид модуляції використовується, якою є ширина спектра частот телевізійного сигналу після модуляції, яку смугу частот потрібно відводити під один телевізійний канал?

Телевізійний сигнал передається за допомогою амплітудної модуляції, так як сигнал АМ має найменшу ширину спектра в порівнянні з іншими видами модуляції. Ширина спектра сигналу зображення, як ми зазначали, дорівнює приблизно 6,25 МГц. При амплітудній модуляції утворюються дві бічні смуги щодо несучої, ширина спектра високочастотних коливань дорівнюватиме 12,5 МГц, і смуга пропускання телевізійного радіоканалу повинна дорівнювати 12,5 Мгц.

Однак передача обох бокових смуг спектру необов'язкова. Виявляється, що для правильного відтворення зображення, що передається, достатньо передавати тільки одну бічну смугу частот, несучу частоту і невеликий залишок від пригніченої бічної смуги. Пояснюється це тим, що, по суті, вся інформація про відеосигнал міститься в смузі частот 6,25 МГц. У цьому сенсі обидві бічні лінії частот: верхня і нижня цілком рівноправні, і можна передавати тільки одну з них.

Вітчизняний стандарт на систему телевізійного мовленняпередбачає передачу однієї бічної смуги без спотворень та часткове придушення другої бічної, від якої залишаються низькочастотні складові спектру. Стандартизовану частотну характеристику телевізійного каналу наведено на малюнку нижче.

Тут же показано область, зайнята спектром сигналу звукового супроводу. Ця область знаходиться поза спектром сигналу зображення, що дозволяє усунути взаємний вплив сигналів яскравості та звуку один на одного. Особливо відзначимо, що різниця між несучими частотами звуку та зображення є проміжною частотою каналу звукового супроводу 6,5 МГц і підтримується на телевізійному передавачі з високим ступенем точності та стабільності.

Отже, завдяки застосуванню черезрядкової розгортки та придушенню нижньої бічної лінії спектр телевізійного радіосигналу вдається звузити до 6,375 + 1,25 = 7,525 МГц. При рядковій розгортці і без придушення бічної лінії радіосигнал займав би смугу близько 25 МГц.

Вітчизняним стандартомна один телевізійний канал, що забезпечує передачу телевізійного сигналу та звукового супроводу сигналу, відводиться 8 МГц.

6. Частоти ТВ-передач

При виборі несучої частоти телевізійного сигналу слід враховувати дві обставини. По-перше, несуча частота повинна бути такою, щоб усі складові спектру телевізійного сигналу передавалися без спотворень, тобто коефіцієнт передачі телевізійного тракту для всіх складових спектра має бути однаковим. По-друге, щоб при прийомі можна було легко виділити огинаючу сигналу.

Для виконання першої вимоги необхідно, щоб ширина смуги частот сигналу, що передається, була набагато менше несучої частоти. Тоді нерівномірність частотної характеристики приймача в межах ширини спектра сигналу, що передається, можна зробити малою. Наприклад, якщо частота, що несе, дорівнює 60 МГц, то при пригніченій нижній бічній смузі спектр телевізійного сигналу буде простягатися від 58,75 до 66,375 МГЦ. Як бачимо, ширина спектра 66,375 -58,75 = 7,625 МГц становить близько 10% від несучої частоти, що прийнятно.

Розглянемо тепер вимоги до частоти коливання при передачі по радіоканалу прямокутного імпульсу.

Припустимо, треба передати найкоротший імпульс телевізійного сигналу, який повинен мати тривалість 0,08 мкс. Нехай частота, що несе, така, що під час імпульсу укладаються всього два періоди коливання несучої частоти. Це відповідає несучій частоті 2/0,08 = 25 МГц. Для відтворення огинаючої (в даному випадку- імпульсу) у приймальному каналі телевізора застосовується детектор, який, грубо кажучи, спочатку формує послідовність позитивних (або негативних напівхвиль несучої частоти, а потім згладжує ці напівхвилі за допомогою RC фільтра).

Для несучої частоти 25 МГц вийде імпульс спотвореної форми. Якщо ж несуча частота значно вища, то на виході детектора імпульс буде відтворено зі значно меншими спотвореннями. Практично вважають, що частота, що несе, при амплітудній модуляції повинна бути в 8 - 10 разів більше ширини спектру модулюючого коливання. Якщо ширина спектра близько 6 – 7 МГц, то несуча частота має бути не менше 50 МГц. Відповідно до цих міркувань несуча частота першого, низькочастотного каналу обрана рівною 49,75 Мгц. Довжина хвилі такого коливання λ = с/f = 3*10 8 /(49,75*10 6) = 6,03 м

Таким чином, для телевізійної передачі потрібні радіоканали в діапазонах метрових або дециметрових хвиль.

Висновок

Телекомунікації є однією з областей сучасної науки і техніки, що найбільш швидко розвиваються. Життя сучасного суспільства вже неможливо уявити без тих досягнень, які були зроблені в цій галузі за трохи більше ста років розвитку. Відмінна особливістьнашого часу - безперервно зростаюча потреба передачі потоків інформації великі відстані. Це зумовлено багатьма причинами, і насамперед тим, що зв'язок став одним із найпотужніших важелів управління економікою країни. Одночасно, зазнаючи значних змін, стаючи багатостороннім і всеосяжним, електрозв'язок кожної країни стає все більш інтегрованим у світовий телекомунікаційний простір.

Список літератури

1. Радіотехнічні методи передачі: Навчальний посібникдля вузів/В.А. Борисов, В.В. Калмиков, Я.М. Ковальчук та ін; За ред. В.В. Калмикова. М.: Радіо та зв'язок. 1990. 304с.

2. Системи радіозв'язку: Підручник для вузів/Н.І. Калашніков, Е.І. Крупицький, І.Л. Дороднов, В.І. Носів; За ред. Н.І. Калашнікова. М.: Радіо та зв'язок. 1988. 352с.

3. Тепляков І.М., Рощин Б.В., Фомін А.І., Вейцель В.А. Радіосистеми передачі: Навчальний посібник для вузів / М.: Радіо і зв'язок. 1982. 264с.

4. Кирилів С.М., Стукалов Д.М. Цифрові системиоброблення мовних сигналів. Навчальний посібник. Рязань. РГРТА, 1995. 80с.

Розміщено на http://www.

Ось і добіг кінця наш ознайомчий початковий курс з 10 уроків. Я сподіваюся, що ви дійшли до 10 уроку, чесно виконуючи всі ті нескладні завдання та досліди, які були запропоновані у практичних роботах. Цей останній урок буде повністю присвячений, коливальним процесам, вивченню природи акустичних та електромагнітних хвиль і відповідно до основ прийому та передачі електромагнітних хвиль (радіоприйом - передача). Урок дуже ємний, тому раджу поставитися до засвоєння інформації дуже відповідально, ще й тому що тут розкриваються основні ази та аспекти, необхідні для подальшого розвиткута розуміння процесів, що відбуваються у приймачах. Я думаю, що після цього уроку ви зможете сміливо зібрати найпростіший приймач прямого посилення і йому подібні.

Слово «радіо» походить від латинського radiare - випромінювати чи випускати промені . Радіомовна станція, наприклад, подібно до Сонця випромінює радіохвилі на всі боки по радіусах. Лише деякі радіостанції спеціального призначеннявипромінюють радіохвилі в якомусь одному напрямку. Якби ви прийшли на територію радіомовної станції, то насамперед побачили б вертикальну ажурну металеву щоглу або дроти, підняті високо над землею. Це – антена. Поряд чи неподалік - будівля, де знаходиться передавач, що виробляє електричні коливання високої частоти, які антена перетворює на енергію радіохвиль. До передавача від радіостудії, а вона може бути далеко від передавача, йде підземний кабель - добре ізольовані дроти в міцній оболонці. У студії встановлено мікрофон. Не тільки голос диктора, розмова людей і звуки музики, а й шепіт, шерех мікрофон миттєво перетворює на електричні коливання звукової частоти, які по кабелю надходять до передавача. Скільки ще перетворень піддається змінний струм звукової частоти, перш ніж приймач перетворить його знову на звуки. Приймач буде першим вашим практичним кроком до пізнання радіотехніки. А щоб цей крок був впевненим, треба розібратися в сутності тих фізичних явищ, які лежать в основі техніки радіопередачі та радіоприймання, поговорити про природу звуку, змінний струм та його властивості.

Про коливання і хвилі

Навколо нас постійно народжуються і згасають коливальні явища. Вагається гілка, з якої злетів птах. Вагаються маятники годинника, гойдалки. Під впливом вітру коливаються дерева, дроти, підвішені на стовпах, коливається вода у озерах і морях. Ось ви кинули на гладку поверхню озера камінь і від нього побігли хвилі. Що сталося? Частинки води у місці удару каменю вдавилися, витіснивши сусідні частки, і поверхні води утворився кільцеподібний горб. Потім у місці падіння каменю вода піднялася вгору, але вже вище колишнього рівня - за першим горбом з'явився другий, а між ними - западина. Далі частинки води продовжують переміщатися поперемінно вгору і вниз - коливаються, захоплюючи все більше і більше сусідніх частинок води. Утворюються хвилі, що розходяться від місця виникнення концентричними колами. Наголошую: частки води тільки вагаються, але не рухаються разом із хвилями . У цьому неважко переконатися, кинувши на поверхню води, що коливається, тріску. Якщо немає вітру або течії води, тріска лише опускатиметься і підніматиметься над рівнем води, не переміщаючись разом з хвилями. Водяні хвилі може бути великими, тобто. сильними чи маленькими – слабкими. Сильними ми називаємо такі хвилі, які мають великий розмах коливань, як то кажуть, великі амплітуди коливань. Слабкі хвилі мають малі горби – невелику амплітуду. Чим більше амплітуди хвиль, що виникли, тим більшу енергію вони несуть у собі. Енергія хвиль, що виникли від кинутого каменю, відносно невелика, проте вона може змусити коливатися очерет і траву, що ростуть в озері. Але ми знаємо, які великі руйнування берега можуть виробляти морські хвилі, що мають великі амплітуди і, отже, велику енергію. Ці руйнування здійснюються саме енергією, яку хвилі безупинно віддають берегу. Хвилі можуть бути частими чи рідкісними. Чим менша відстань між гребенями хвиль, що біжать, тим коротше кожна взята окремо хвиля. Чим більша відстань між хвилями, тим довша хвиля. Довжиною хвилі на воді ми називаємо відстань між двома сусідніми гребенями, що біжать, або западинами. У міру віддалення хвиль від місця виникнення їхньої амплітуди поступово зменшуються, згасають, але довжина хвиль залишається незмінною. Хвилі на воді можна також створювати, наприклад, занурюючи у воду ціпок і ритмічно, в такт з коливаннями води, опускаючи та піднімаючи її. І в цьому випадку хвилі будуть загасаючими. Але існуватимуть вони лише доти, доки ми не припинимо обурювати поверхню води. А як виникають коливання звичайних гойдалок? Це ви добре знаєте: їх треба підштовхнути, ось вони і гойдатимуться з боку в бік. Чим сильніший поштовх, тим більше амплітуди коливань. Ці коливання загасатимуть, якщо не підтримуватимуть їх додатковими поштовхами. Такі та багато інших подібних механічних коливань ми бачимо. У природі більше невидимих ​​коливань, які ми чуємо, відчуваємо у вигляді звуку. Не завжди, наприклад, можна побачити коливання струни музичного інструменту, але ми чуємо, як вона звучить. При поривах вітру у трубі виникає звук. Його створюють коливальні рухи повітря у трубі, які ми не бачимо. Звучать камертон, склянка, ложка, тарілка, учнівське перо, аркуш паперу – вони теж вагаються. Так, ми живемо у світі звуків, тому що багато оточуючих нас тіла, вагаючись, звучать. Як виникають звукові хвилі у повітрі? Повітря складається з невидимих ​​очей частинок. При вітрі вони можуть переноситися великі відстані. Але вони, крім того, можуть і вагатися. Наприклад, якщо в повітрі зробити різкий рух палицею, ми відчуємо легкий порив вітру і одночасно почуємо слабкий звук. Звук цей – результат коливань частинок повітря, збуджених коливаннями палиці. Проведемо такий досвід. Відтягнемо струну, наприклад, гітари, а потім відпустимо її. Струна почне тремтіти - коливатися біля свого первісного стану спокою. Достатньо сильні коливання струни помітні на око. Слабкі коливання струни можна лише відчути як легке лоскотання, якщо торкнутися пальцем. Поки струна вагається, ми чуємо звук. Щойно струна заспокоїться, звук затихне. Народження звуку тут - результат згущення та розрідження частинок повітря. Вагаючись з боку в бік, струна тіснить, як би пресує перед собою частинки повітря, утворюючи в деякому його обсязі області підвищеного тиску, а ззаду, навпаки, області зниженого тиску. Це і є звукові хвилі. Поширюючись у повітрі зі швидкістю близько 340 м/с, вони несуть у собі певний запас енергії. У той момент, коли до відходу доходить область підвищеного тиску звукової хвилі, вона натискає на барабанну перетинку, дещо прогинаючи її всередину. Коли до вуха доходить розріджена область звукової хвилі, барабанна перетинка вигинається дещо назовні. Барабанна перетинка весь час коливається в такт з областями підвищеного і зниженого тиску повітря, що чергуються. Ці коливання передаються слуховим нервом у мозок, і ми сприймаємо їх як звук. Чим більше амплітуди звукових хвиль, тим більше енергії несуть вони в собі, тим голосніше сприймається нами звук. Звукові хвилі, як і водяні чи електричні коливання, зображують хвилястою лінією – синусоїдою. Її горби відповідають областям підвищеного тиску, а западини – областям зниженого тиску повітря. Область підвищеного тиску та наступна за нею область зниженого тиску утворюють звукову хвилю. Ми живемо і у світі електромагнітних коливань, що випромінюються електричними приладамиі всіма проводами, в яких тече змінний струм, величезною кількістю антен радіостанцій, атмосферними електричними розрядами, надрами Землі та нескінченним Космосом. Тільки за допомогою приладів, створених людиною, вони можуть бути виявлені та зафіксовані.

Період, частота, амплітуда коливань

Найважливішим параметром, що характеризує механічні, звукові, електричні, електромагнітні та інші види коливань є період - час, протягом якого відбувається одне повне коливання . Якщо, наприклад, маятник годинника - ходика робить за 1 з два повних коливання, період кожного коливання дорівнює 0,5 с. Період коливань великих гойдалок близько 2 с, а період коливань струни може становити від десятих до десятитисячних часток секунди. Іншим параметром, що характеризує коливання, є частота (від слова "часто") - Число, що показує, скільки повних коливань в секунду здійснюють маятник годинника, тіло, що звучить, струм у провіднику і т. п. Частоту коливань оцінюють одиницею, що зветься Герц (скорочено пишуть Гц): 1 Гц - це одне коливання в секунду. Якщо, наприклад, струна, що звучить, робить 440 повних коливань в 1 с (при цьому вона створює тон «ля» третьої октави), кажуть, що частота її коливань 440 Гц. Частота змінного струмуелектроосвітлювальної мережі 50 Гц. При цьому струмі електрони у проводах мережі протягом секунди течуть поперемінно 50 разів в одному напрямку і стільки ж разів у зворотному, тобто здійснюють за 1 з 50 повних коливань. Більші одиниці частоти - кілогерц (пишуть кГц), рівний 1000 Гц і мегагерц (пишуть МГц), рівний 1000 кГц або 1000000 Гц. По частоті коливань тіла можна судити про тон або висоту звуку. Чим більша частота, тим вищий тон звуку, і навпаки, що менше частота, то нижче тон звуку. Наше вухо здатне реагувати на порівняно невелику смугу (дільницю) частот звукових коливань – приблизно від 20 Гц до 20 кГц. Тим не менш ця смуга частот вміщує всю велику гаму звуків, створюваних голосом людини, симфонічним оркестром: від дуже низьких тонів, схожих на звук дзижчання жука, до ледь вловимого високого писку комара. Коливання частотою до 20 Гц, які називаються інфразвуковими, і понад 20 кГц, звані ультразвуковими, ми не чуємо.А якби барабанна перетинка нашого вуха виявилася здатною реагувати і на ультразвукові коливання, ми могли б тоді почути писк кажанів, голос дельфіна. Дельфіни видають та чують ультразвукові коливання з частотами до 180 кГц. Але не плутайте висоту, тобто тон звуку з його силою. Висота звуку залежить немає від амплітуди, як від частоти коливань. Товста і довга струна музичного інструменту, наприклад, створює низький тон звуку, тобто коливається повільніше ніж тонка і коротка

струна, що створює високий тон звуку. Розібратися у цьому питанні вам допоможе (рис. 1). В електро- та радіотехніці використовують змінні струми частотою від кількох герц до тисяч гігагерц. Антени широкомовних радіостанцій, наприклад, живляться струмами частотою від 150 кГц до 100 МГц. Ці швидкозмінні коливання, звані коливаннями радіочастоти, є тим засобом, з допомогою якого здійснюється передача звуків великі відстані без проводів. Весь величезний діапазон змінних струмів прийнято поділяти на кілька ділянок – піддіапазонів. Струми частотою від 20 Гц до 20 кГц, що відповідають коливанням, що сприймаються нами як звуки різної тональності, називають струмами (або коливаннями), звукової частоти, а струми частотою вище - 20 кГц - струмами ультразвукової частоти. Струми частотою від 100 кГц до 30 МГц називають струмами високої частоти, а струми частотою вище 30 МГц - струмами ультрависокої та надвисокої частоти. Запам'ятайте ці межі та назви піддіапазонів частот змінних струмів.

Що таке радіохвилі?

Припустимо, ви знімаєте трубку телефону, набираєте або називаєте потрібний номер. Незабаром ви чуєте голос товариша, а він ваш. Які електричні явища відбуваються під час телефонної розмови? Звукові коливання повітря, створені вами, перетворюються мікрофоном в електричні коливання звукової частоти, які передаються перед проводами до апаратури вашого співрозмовника. Там, на іншому кінці лінії, вони за допомогою випромінювача телефону перетворюються на коливання повітря, що сприймаються вашим приятелем як звуки. У телефонії засобом зв'язку ланцюга є дроти, радіомовлення - радіохвилі. «Серцем» передавача будь-якої радіостанції є генератор - пристрій, що виробляє коливання високої, але постійної для даної радіостанції частоти.Ці коливання радіочастоти, посилені до необхідної потужності, надходять в антену і збуджують в навколишньому просторі електромагнітні коливання такої самої частоти - радіохвилі. Швидкість видалення радіохвиль від антени радіостанції дорівнює швидкості світла: 300000 км/с, що майже в мільйон разів швидше за поширення звуку в повітрі.Це означає, що якщо на Московській радіомовній станції в деякий момент часу включили передавач, то її радіохвилі менше ніж за 1/30с дійдуть до Владивостока, а звук за цей час встигне поширитися лише на 10-11м. Радіохвилі поширюються не тільки в повітрі, але й там, де його немає, наприклад, у космічному просторі. Цим вони відрізняються від звукових хвиль, для яких абсолютно необхідне повітря або якесь інше щільне середовище, наприклад вода. Коли радіомовна станція починає свої передачі, диктор іноді повідомляє, що дана радіостанція працює на хвилі такої довжини. Хвилю, що біжить поверхнею води, бачимо і за відомої спритності можемо виміряти її довжину. Довжину радіохвиль можна виміряти тільки за допомогою спеціальних приладів або розрахувати математичним шляхом, якщо, звичайно, відома частота струму, що збуджує ці хвилі. Довжина радіохвилі – це відстань, на яку поширюється енергія електромагнітного поля за період коливання струму в антені радіостанції. Розуміти це треба так. За час одного періоду струму в антені передавача у просторі навколо неї виникає одна радіохвиля. Чим вище частота струму, тим більше радіохвиль випромінюється антеною протягом кожної секунди. Допустимо, частота струму в антені радіостанції становить 1 МГц. Отже, період цього струму та збудженого ним електромагнітного поля дорівнює одній мільйонній частці секунди. За 1 з радіохвиля проходить відстань 300000 км, або 300000000 м. За одну мільйонну частку секунди вона пройде відстань у мільйон разів менше, тобто 300000000: 1000000. Отже довжина хвилі даної радіостанції дорівнює 30. Отже, довжина хвилі радіостанції залежить від частоти струму в її антені: чим більша частота струму, тим коротша хвиля, і навпаки, чим менша частота струму, тим довша хвиля. Щоб дізнатися довжину хвилі радіостанції, треба швидкість поширення радіохвиль, виражену в метрах, поділити на частоту струму в її антені. І навпаки, щоб дізнатися частоту струму в антені радіостанції, треба швидкість поширення радіохвиль розділити на довжину хвилі цієї радіостанції. Для перекладу частоти струму передавача в мегагерцах у довжину хвилі в метрах і назад зручно користуватися такими формулами: ?(м) = ЗОО/f (МГц); f (МГц) = ЗОО/?, (М), де? (грецька літера «лямбда») – довжина хвилі; f – частота коливань, 300 – швидкість поширення радіохвиль, виражена в тисячах кілометрів на секунду. Хочу вас попередити: не плутайте поняття про довжину хвилі, на якій працює радіостанція, з дальністю її дії, тобто з відстанню, на якій передачі цієї станції можуть бути прийняті. Дальність дії радіостанції, щоправда, залежить від довжини хвилі, але з ототожнюється із нею. Так, передача станції, що працює на хвилі завдовжки кілька десятків метрів, може бути почута на відстані кілька тисяч кілометрів, але не завжди чутна на ближчих відстанях. У той же час передача радіостанції, що працює на хвилі завдовжки сотні і тисячі метрів, часто не чутна на таких великих відстанях, на яких чути передачі короткохвильових станцій. Отже, кожна радіомовна станція працює на певній, відведеній для неї частоті, яка називається несучою. Довжини хвиль різних радіостанцій неоднакові, але суворо постійні кожної з них. Це дає можливість приймати передачі кожної радіостанції окремо, а чи не все одночасно.

Радіомовлення. Радіомовні діапазони хвиль

Дуже широка ділянка радіохвиль, відведена для радіомовних станцій, умовно підрозділена на кілька діапазонів: довгохвильова (скорочено ДВ), середньохвильова (скорочено СВ), кохвильова (скорочено KB), ультракороткохвильова (УКХ). У країнах СНД довгохвильовий діапазон охоплює радіохвилі завдовжки від 735,3 до 2000 м, що відповідає частотам 408-150 кГц; середньохвильовий – радіохвилі довжиною від 186,9 до 571,4 м (радіочастоти 1605 – 525 кГц); короткохвильовий – радіохвилі довжиною від 24,8 до 75,5 (радіочастоти 12,1 – 3,95 МГц); ультракороткохвильовий – радіохвилі довжиною від 4,11 до 4,56 м (радіочастоти 73 – 65,8 МГц). Радіохвилі УКХ діапазону називають також метровими хвилями; взагалі ж ультракороткими хвилями називають всі хвилі коротше 10 м. У цьому діапазоні ведуться телевізійні передачі, працюють зв'язкові радіостанції, обладнані на автомашинах пожежної охорони, таксі, медичного обслуговування населення вдома і т. д. всього їх працює на хвилях довжиною близько 25, 31, 41 і 50 м. Відповідно тому короткохвильовий радіомовний діапазон поділяється на 25, 31, 41 і 50-метровий піддіапазони. Згідно з міжнародною угодою, хвиля довжиною 600 м (500 кГц) відведена для передачі сигналів лиха кораблями в морі - SOS. На цій хвилі працюють усі морські аварійні радіопередавачі, на цю хвилю налаштовані приймачі рятувальних станцій та маяків.

Радіопередача

Якщо складне технічне оснащеннярадіомовної станції зобразити спрощено як умовних знаків і прямокутників, то вийде її структурна схема у вигляді, як показано на рис. 2. Тут п'ять основних приладів та пристроїв: студійний мікрофон, підсилювач звукової частоти (3Ч), генератор коливань радіочастоти (РЧ), підсилювач потужності коливань радіочастоти та антена, Що випромінює електромагнітну енергію радіохвиль. Поки студійний мікрофон не включений, в антені станції тече струм високої (несучої), але строго постійної частоти та амплітуди (див. ліві частини графіків на рис. 3). Антена при цьому випромінює радіохвилі постійної довжини та потужності. Але в студії включили мікрофон, і люди, які перебувають за десятки, сотні і тисячі кілометрів від радіостанції, почули знайомий голос диктора.

Що ж у цей час відбувається у передавачі радіостанції? Коливання звукової частоти, створені мікрофоном і посилені студійним підсилювачем 3Ч, подають на так званий модулятор, що входить до підсилювача потужності передавача, і там, впливаючи на струм високої частоти генератора, змінюють його амплітуду коливань. Від цього змінюється електромагнітна енергія, що випромінюється антеною передавача (див. праві частини графіків на рис. 3). Чим більша частота струму, що надходить з радіостудії в передавач, тим більшою частотою змінюються амплітуди струму в антені. Так звук, перетворений мікрофоном на електричні коливання звукової частоти, отримує «путівку» в ефір. Процес зміни амплітуд високочастотних коливань під впливом струму звукової частоти називають амплітудною модуляцією (AM). Змінювані по амплітуді струми високої частоти в антені і випромінювані нею радіохвилі звуться модульованих коливань радіочастоти. Крім амплітудної модуляції, існує ще так звана частотна модуляція (ЧМ). При такому вигляді модуляції змінюється частота, а амплітуда коливань радіочастоти в антені радіостанції залишається незмінною. Частотну модуляцію застосовують, наприклад, передачі звукового супроводу в телебаченні, в радіомовленні на УКХ. У радіомовленні на ДВ, СВ та KB використовують лише амплітудну модуляцію. Радіохвилі не можуть бути виявлені жодним органом наших почуттів. Але якщо на їхньому шляху зустрічається провідник, вони віддають йому частину своєї енергії. На цьому явищі і ґрунтується прийом радіопередач. Уловлювання енергії радіохвиль приймачем здійснює антена радіоприймача. Віддаючи антені частину електромагнітної енергії, радіохвилі індукують у ній модульовані коливання радіочастоти. У приймачі мають місце процеси, обернені до тих, що відбуваються в студії та на передавачі радіостанції. Якщо там звук послідовно перетворять спочатку в електричні коливання звукової частоти, а потім в модульовані коливання радіочастоти, то при радіоприйманні вирішується зворотне завдання: модульовані коливання радіочастоти, збуджені в антені, приймач перетворює електричні коливання звукової частоти, а потім в звук. У найпростішому приймачі, що працює тільки завдяки енергії, уловленої антеною, модульовані коливання радіочастоти перетворюються на коливання звукової частоти детектором, а ці коливання на звук - головними телефонами. Але ж антену приймача пронизують радіохвилі безлічі радіостанцій, порушуючи в ній модульовані коливання різних радіочастот. І якщо всі ці радіосигнали перетворити на звуки, то ми почули б сотні голосів людей, які розмовляють різними мовами. Навряд чи такий радіоприйом нас влаштував. Зрозуміло, цікаво послухати передачі різних станцій, але тільки, звісно, ​​в повному обсязі одночасно, а кожну окремо. А для цього з коливань всіх частот, що збуджуються в антені, треба виділити коливання з частотою радіостанції, передачі якої хочемо слухати. Це завдання виконує коливальний контур, є обов'язковою частиною як найпростішого так і найскладнішого радіомовного приймача. Саме за допомогою коливального контуру ви налаштовуватимете свій перший приймач на сигнали радіостанцій різної довжини хвилі.

Поширення радіохвиль

Зараз розглянемо деякі особливості поширення радіохвиль. Справа в тому, що радіохвилі різних діапазонів мають неоднакові властивості, що впливають на дальність їх поширення. Хвилі однієї довжини долають великі відстані, хвилі іншої довжини «губляться» поза горизонту. Буває так, що радіосигнал чудово чути десь по той бік Землі або в Космосі, але його неможливо виявити за кілька десятків кілометрів від радіостанції. Чим це пояснити? Що впливає на «дальнобійність» радіохвиль різної довжини? Земля і навколишня атмосфера. Земля – провідник струму , хоч і не такий хороший, як, скажімо мідні дроти. Земна атмосфера складається із трьох шарів. Перший шар, верхня межа якого закінчується за 10 - 12 км від Землі, називається тропосферою. Над нею кілометрів до 50 від Землі, другий шар - стратосфера. А вище, приблизно до 400 км над Землею, тягнеться третій шар іоносфери (рис. 4). Іоносфера грає вирішальну роль поширенні радіохвиль, особливо коротких.

Повітря в іоносфері сильно розріджене. Під впливом сонячних випромінювань там із атомів газів виділяється багато вільних електронів, у результаті з'являються позитивні іони. Відбувається, як то кажуть, іонізація верхнього шару атмосфери. Іонізований шар здатний поглинати радіохвилі та викривляти їхній шлях. Протягом доби залежно від інтенсивності сонячного випромінювання кількість вільних електронів в іонізованому шарі, його товщина та висота змінюються, а від цього змінюються електричні властивості цього шару. Антени радіостанцій випромінюють радіохвилі вздовж поверхні Землі та вгору під різними кутами до неї. Хвилі, що йдуть уздовж поверхні, називають земними чи поверхневими , під різними кутами - просторовими . При передачі сигналів ДВ станцій використовується головним чином енергія поверхневих хвиль, які добре огинають поверхню Землі. Але Земля, будучи провідником, поглинає енергію радіохвиль. Тому при віддаленні від ДВ станцій гучність прийому її передач поступово зменшується, і, нарешті, прийом остаточно припиняється. Середні хвилі гірше огинають Землю і, крім того, сильніші за довгі поглинаються нею. Цим - те й пояснюється менша «дальнобійність» СВ радіомовних станцій, порівняно з ДВ станціями. Так, наприклад, сигнали радіостанції, що працює на хвилі довжиною 300 - 400 м, можуть бути прийняті на відстані, в два - три рази менше, ніж сигнали станції такої ж потужності, але працюючої на хвилі довжиною 1500 - 2000 м. Щоб підвищити дальність дії СВ станцій доводиться збільшувати їх потужність. У вечірній та нічний час доби передачі ДВ та СВ радіостанцій можна чути на більших відстанях, ніж удень. Справа в тому, що частина енергії радіохвиль цих станцій, що випромінюється вгору, вдень безслідно втрачається в атмосфері. Після заходу Сонця нижній шар іоносфери викривляє їх шлях отже вони повертаються до Землі таких відстанях, де прийом цих станцій поверхневими хвилями вже неможливий. Радіохвилі короткохвильового діапазону сильно поглинаються Землею і погано обгинають її поверхню. Тому вже на відстані за кілька десятків кілометрів від таких радіостанцій їх поверхневі хвилі згасають. Проте просторові хвилі можуть бути виявлені приймачами на відстані в кілька тисяч кілометрів від них і навіть у протилежній точці Землі. Викривлення шляху просторових коротких хвиль відбувається у іоносфері. Увійшовши в іоносферу, вони можуть пройти в ній дуже довгу дорогу і повернутися на Землю далеко від радіостанції. Вони можуть зробити Навколосвітня подорож- їх можна прийняти навіть у тому місці, де розташована передавальна станція. Цим і пояснюється секрет доброго поширення коротких хвиль на великі відстані навіть за малих потужностей передавача. Але при поширенні коротких хвиль можуть утворюватися зони, де передачі радіостанції KB взагалі не чути. Їх називають зонами мовчання (див. рис. 4). Протяжність зони мовчання залежить від довжини хвилі та стану іоносфери, що у свою чергу залежить від інтенсивності сонячного випромінювання. Ультракороткі хвилі за своїми властивостями найбільш близькі до світлових променів. Вони переважно поширюються прямолінійно і сильно поглинаються землею, рослинним світом, різними спорудами, предметами. Тому впевнений прийом сигналів УКХ станцій поверхневою хвилею можливий головним чином лише тоді, коли між антенами передавача та приймача можна подумки провести пряму лінію, яка не зустрічає по всій довжині будь-яких перешкод у вигляді гір, пагорбів, лісів. Іоносфера для УКХ подібна до скла для світла - «прозора». Ультракороткі хвилі майже безперешкодно проходять через неї. Тому цей діапазон радіохвиль використовують для зв'язку зі штучними супутниками Землі та космічними кораблями.

Як працює радіоприймач?

У будь-якому найпростішому радіомовному приймачі, незалежно від його складності, обов'язково є три елементи, що забезпечують йому працездатність. Ці елементи - коливальний контур, детектор та телефони або, якщо приймач з підсилювачем 3Ч, динамічна головка прямого випромінювання. Коливальний контур: - пристрій найпростішого коливального контуру та його схема зображені на рис. 5. Він, як бачите, складається з котушки L і конденсатора С, що утворюють замкнутий електричний ланцюг у якому за певних умов у контурі можуть виникати та існувати електричні коливання. Тому його і називають коливальним контуром.

Чи доводилося вам спостерігати таке явище: у момент вимкнення живлення електроосвітлювальної лампи між контактами вимикача, що розмикаються, з'являється іскра. Якщо випадково з'єднати висновки полюсів батареї електричного кишенькового ліхтарика (чого треба уникати), у момент їхнього роз'єднання між ними також проскакує маленька іскра. А на заводах, у цехах фабрик, де рубильниками розривають електричні ланцюги, якими течуть струми великої сили, Іскри можуть бути настільки значними, що доводиться вживати заходів, щоб вони не завдали шкоди людині, що включає струм. Чому виникають ці іскри? Ви вже знаєте, що навколо провідника зі струмом існує магнітне поле, яке можна зобразити у вигляді замкнутих магнітних силових ліній, що пронизують навколишній простір. Виявити це поле, якщо воно постійне, можна за допомогою магнітної стрілки компаса. Якщо відключити провідник від джерела струму, його магнітне поле, що зникає, розсіюючись у просторі, буде індукувати струми в найближчих від нього інших провідниках. Струм індукується і в тому провіднику, який створив ЕРС, магнітне поле. А оскільки він знаходиться в самій гущі своїх магнітних силових ліній, в ньому індукуватиметься сильніший струм, ніж у будь-якому іншому провіднику. Напрямок цього струму буде таким самим, яким воно було в момент розриву провідника. Інакше висловлюючись, зникаюче магнітне полі буде підтримувати струм, що його створює до тих пір, поки воно саме не зникне, тобто. повністю не витрачена енергія, що міститься в ньому. Отже, струм у провіднику тече і після того, як вимкнено джерело струму, але, зрозуміло, недовго - мізерну частку секунди. Після розмикання ланцюга електричний струм може деякий час текти через повітряний проміжок між роз'єднаними кінцями провідника, між контактами вимикача або рубильника. Ось цей струм через повітря утворює електричну іскру. Це явище називають самоіндукцією , а електричну силу(не плутайте з явищем індукції, знайомим вам за попередніми уроками), яка під дією її зникаючого магнітного поля підтримує в ньому струм, - електрорушійною силоюсамоіндукції або, скорочено, ЕРС самоіндукції . Чим більше ЕРС самоіндукції, тим значнішими можуть бути іскра в місці розриву електричного ланцюга. Явище самоіндукції спостерігається не тільки при вимкненні, але і при включенні струму. У просторі, що оточує провідник, магнітне поле виникає відразу при включенні струму, спочатку воно слабке, але потім швидко посилюється. Магнітне поле струму, що посилюється, також збуджує струм самоіндукції, але цей струм спрямований назустріч основному струму. Струм самоіндукції заважає миттєвому збільшенню основного струму та зростанню магнітного поля. Однак через короткий проміжок часу основний струм у провіднику долає зустрічний струм самоіндукції та досягає найбільшого значення, магнітне поле стає постійним та дія самоіндукції припиняється. Явище самоіндукції можна порівнювати із явищем інерції. Санки, наприклад, важко зрушити з місця. Але коли вони наберуть швидкість, запасуться кінетичною енергією – енергією руху, їх неможливо зупинити миттєво. При гальмуванні санки продовжують ковзати до того часу, поки запасена ними енергія руху витрачено подолання тертя сніг. Чи всі провідники мають однакову самоіндукцію? Ні Чим довше провідник, тим значніша самоіндукція . У провіднику, згорнутому в котушку, явище самоіндукції позначається сильніше, ніж у прямолінійному провіднику, оскільки магнітне полі кожного витка котушки наводить струм у цьому витку, а й у сусідніх витках цієї котушки. Чим більша довжина дроту в котушці, тим довше існуватиме в ньому струм самоіндукції після вимкнення основного струму. І навпаки, потрібно більше часу після включення основного струму, щоб струм у ланцюзі збільшився до певного значення та встановилося постійне за силою магнітне поле. Запам'ятайте: властивість провідника впливати на струм у ланцюзі та зміні його значення називають індуктивністю, а котушки, в яких найбільше виявляється ця властивість - котушками самоіндукції або індуктивності. Чим більше число витків і розміри котушки, тим більше її індуктивність, тим значніше впливає вона на струм електричного ланцюга. Отже, котушка індуктивності перешкоджає як наростання, так і зменшення струму в електричному ланцюзі. Ще вона знаходиться в ланцюзі постійного струму, і вплив її позначається тільки при включенні та вимкненні струму. У ланцюзі змінного струму, де безперервно змінюються струм і його магнітне поле ЕРС самоіндукції котушки діє весь час, поки тече струм. Це електричне явище і використовується у першому елементі коливального контуру приймача - котушці індуктивності. Другим елементом коливального контуру приймача є накопичувач електричних зарядів – конденсатор. Найпростіший конденсатор є два провідники електричного струму, наприклад: - дві металеві пластини, звані обкладками конденсатора, розділені діелектриком, наприклад: - повітрям або папером. Чим більша площа обкладок конденсатора і чим ближче вони розташовані один до одного, тим більша електрична ємність цього приладу. Якщо до обкладок конденсатора підключити джерело постійного струму (рис. 6, а), то в ланцюгу, що утворився, виникне короткочасний струмі конденсатор зарядиться до напруги, що дорівнює напрузі джерела струму. Ви можете запитати: чому в ланцюзі де є діелектрик, виникає струм? Коли ми приєднуємо до конденсатора джерело струму, електрони в провідниках ланцюга, що утворився, починають рухатися в бік позитивного полюса джерела струму, утворюючи короткочасний потік електронів у всьому ланцюгу. В результаті обкладка конденсатора, яка з'єднана з позитивним полюсом джерела струму, збіднюється вільними електронами і позитивно заряджається, а інша обкладка збагачується вільними електронами і, отже, заряджається негативно. Як тільки конденсатор зарядиться, короткочасний струм у ланцюзі, званий струмом зарядки конденсатора, припиниться.

Мал. 6 Процес заряджання - розрядження конденсатора.

Якщо джерело струму відключити від конденсатора, конденсатор виявиться зарядженим (рис. 6, б). Перехід надлишкових електронів з однієї обкладки на іншу перешкоджає діелектрик. Між обкладками конденсатора струму не буде, а накопичена ним електрична енергія буде зосереджена в полі діелектрика. Але варто обкладки зарядженого конденсатора з'єднати якимось провідником (рис. 6, в), «зайві» електрони негативно зарядженої обкладки перейдуть по цьому провіднику на іншу обкладку, де їх бракує, і конденсатор розрядиться. У цьому випадку в ланцюгу, що утворився, також виникає короткочасний струм, званий струмом розрядки конденсатора. Якщо ємність конденсатора велика, і він заряджений до значної напруги, момент його розрядки супроводжується появою значної іскри та тріску. Властивість конденсатора накопичувати електричні заряди і розряджатися через підключені до нього провідники використовують у коливальному контурі радіоприймача. А тепер, згадайте про звичайну гойдалку. На них можна розгойдуватися так, що дух захоплює. Що для цього треба зробити? Спочатку підштовхнути, щоб вивести гойдалку зі становища спокою, а потім прикладати деяку силу, але обов'язково тільки в такт зі своїми коливаннями. Без особливих труднощів можна досягти сильних розмахів гойдалок - отримати великі амплітуди коливань. Навіть маленький хлопчик може розгойдати на гойдалках дорослу людину, якщо прикладатиме свою силу вміючи. Розкачавши гойдалку сильніше, щоб досягти великих амплітуд коливань, перестанемо підштовхувати їх. Що буде далі? За рахунок запасеної енергії вони деякий час вільно хитаються, амплітуда їх коливань поступово зменшується, як кажуть, коливання згасають , і, нарешті, гойдалки зупиняться. При вільних коливаннях гойдалок, як і вільно підвішеного маятника, - запасена потенційна енергія перетворюється на кінетичну енергію руху, що у крайньої верхній точцізнову переходить у потенційну, а через частку секунди – знову у кінетичну. І так доти, доки не витрачено весь запас енергії на подолання тертя мотузок у місцях підвісу гойдалок та опору повітря. При скільки завгодно великому запасіенергії вільні коливання завжди є загасаючими: з кожним коливанням їхня амплітуда зменшується і коливання поступово зовсім згасають - гойдалка зупиняється. Але період, т. е. час, протягом якого відбувається одне коливання, отже, і частота коливань залишаються незмінними. Однак, якщо гойдалка весь час підштовхувати в такт з їх коливаннями і тим самим поповнювати втрати енергії, що витрачається на подолання різних сил, що гальмують, коливання стануть незагасаючими. Це вже не вільні, а вимушені коливання . Вони триватимуть доти, доки не перестане діяти зовнішня сила, що підштовхує. Я згадав тут про гойдалки тому, що фізичні явища, що відбуваються в такій механічній коливальній системі, дуже схожі на явища в електричному коливальному контурі. Щоб у контурі виникли електричні коливання, йому треба повідомити енергію, яка б підштовхнула в ньому електрони. Це можна зробити, зарядивши, наприклад, його конденсатор. Розірвемо вимикачем S коливальний контур і підключимо до обкладок його конденсатора джерело постійного струму, як показано (мал. 7 зліва). Конденсатор зарядиться до напруги GB. Потім відключимо батарею від конденсатора контур замкнемо вимикачем S.

Явища, які тепер відбуватимуться у контурі, зображені графічно (рис. 7 справа). У момент замикання контуру вимикачем верхня обкладка конденсатора має позитивний заряд, а нижня - негативний (рис. 7, а). В цей час (точка 0 на графіку) струму в контурі немає, а вся енергія, накопичена конденсатором, зосереджена в електричному полі діелектрика. При замиканні конденсатора на котушку конденсатор почне розряджатися. У котушці з'являється струм, а навколо її витків – магнітне поле. До моменту повної розрядки конденсатора (рис. 7, б), зазначеному на графіку цифрою 1, коли напруга на його обкладках зменшиться до нуля, струм у котушці та енергія магнітного поля досягнуть найбільших значень. Здавалося б, що в цей момент струм у контурі мав припинитися. Цього, однак, не станеться, оскільки від дії ЕРС самоіндукції, що прагне підтримати струм, рух електронів у контурі буде продовжуватися. Але тільки доти, доки не витрачена вся енергія магнітного поля. У котушці в цей час тектиме спадний за значенням, але початкового напрямку індукований струм. На момент часу, поміченому на графіці цифрою 2, коли енергія магнітного поля витратиться, конденсатор знову виявиться зарядженим, тільки тепер його нижній обкладці буде позитивний заряд, але в верхній - негативний (рис. 7, в). Тепер електрони почнуть зворотний рух – у напрямку від верхньої обкладки через котушку до нижньої обкладки конденсатора. До моменту 3 (рис. 7, г) конденсатор розрядиться, а магнітне поле котушок досягне найбільшого значення, І знову ЕРС самоіндукції «пожене» по дроту котушки електрони, тим самим перезаряджаючи конденсатор. У момент часу 4 (рис. 7, д) стан електронів у контурі буде таким самим, як у початковий момент - 0. Закінчилося одне повне коливання. Природно, що заряджений конденсатор знову розряджатиметься на котушку, перезаряджатиметься і відбудуться друге, за ним третє, четверте коливання. Інакше кажучи, у контурі виникне змінний електричний струм, електричні коливання. Але цей коливальний процес у контурі не нескінченний. Він триває до того часу, поки вся енергія, отримана конденсатором від батареї, не витрачається подолання опору проводу котушки контуру. Коливання контуру вільні і, отже, загасають. Яка частота таких коливань електронів у контурі? Щоб докладніше розібратися в цьому питанні, раджу провести такий досвід із найпростішим маятником. Підвісьте на нитці довжиною 100 см. кулька, зліплена з пластиліну, або інший вантаж масою в 20 - 40 г (на рис. 8 довжина маятника позначена латинською літерою L).

Виведіть маятник із положення рівноваги і користуючись годинником із секундною стрілкою, порахуйте, скільки повних коливань він робить за 1 хв. Приблизно 30. Отже, частота коливань цього маятника дорівнює 05 Гц, а період 2 с. За період потенційна енергія маятника двічі переходить у кінетичну, а кінетична у потенційну. Укоротіть нитку наполовину. Частота маятника збільшиться приблизно в півтора рази і в стільки ж разів зменшиться період коливань. Цей досвід дозволяє зробити висновок: зі зменшенням довжини маятника частота власних коливань збільшується, а період пропорційно зменшується. Змінюючи довжину підвіски маятника, досягайте, щоб його частота коливань дорівнювала 1 Гц. Це має бути при довжині нитки близько 25 см. При цьому період коливань маятника дорівнюватиме 1 с. Як би ви не намагалися створити початковий розмах маятника, частота його коливань буде незмінною. Але варто лише вкоротити чи подовжити нитку, як частота коливань одразу зміниться. При одній і тій же довжині нитки завжди буде та сама частота коливань. Це власна частота коливань маятника. Отримати задану частоту коливань можна підбираючи довжину нитки. Коливання ниткового маятника - загасаючі. Вони можуть стати незатухаючими тільки в тому випадку, якщо маятник у такт з його коливаннями злегка підштовхувати, компенсуючи таким чином ту енергію, яку він витрачає на подолання опору повітря, що надається йому, енергію тертя, земного тяжіння. Власна частота й у електричного коливального контуру. Вона залежить, по-перше, від індуктивності котушки.Чим більше число витків і діаметр котушки, тим більша її індуктивність, тим більша буде тривалість періоду кожного коливання. Власна частота коливань у контурі буде відповідно меншою. І, навпаки, із зменшенням індуктивності котушки скоротиться період коливань – зросте власна частота коливань у контурі. По - друге, власна частота коливань у контурі залежить від ємності його конденсатора. Чим більша ємність, тим більший заряд може накопичити конденсатор, тим більше потрібно часу для його перезарядки, тим менше частота коливань у контурі. Зі зменшенням ємності конденсатора частота коливань у контурі зростає. Таким чином, власну частотузагасаючих коливань у контурі можна регулювати зміною індуктивності котушки або ємності конденсатора. Але в електричному контурі, як і в механічній коливальній системі, можна отримати і незатухаючі, тобто. вимушені коливання, якщо при кожному коливанні поповнювати контур додатковими порціями електричної енергії від будь-якого джерела змінного струму. Яким чином у контурі приймача збуджуються і підтримуються незатухаючі електричні коливання? Коливання радіочастоти, що збуджуються в антені приймача. Ці коливання повідомляють контуру початковий заряд, вони підтримують ритмічні коливання електронів в контурі. Але найбільш сильні коливання в контурі приймача виникають тільки в момент резонансу власної частоти контуру з частотою струму в антені. Як це розуміти? Люди старшого покоління розповідають, ніби в Петербурзі від солдатів, що йшли в ногу, обвалився Єгипетський міст. А могло це статися, мабуть, за таких обставин. Усі солдати ритмічно крокували мостом. Міст від цього почав розгойдуватися - вагатися. По випадковому збігу обставин власна частота коливань мосту збіглася з частотою кроку солдатів, і міст, як кажуть, увійшов до резонанс . Ритм ладу повідомляв міст все нові і нові порції енергії. В результаті міст настільки розхитався, що обрушився: злагодженість військового ладу завдала шкоди мосту. Якби резонансу власної частоти коливань моста з частотою кроку солдатів не було, з мостом нічого не сталося б. Тому, між іншим, під час проходження солдатів слабкими мостами прийнято подавати команду «збити ногу». А ось досвід. Підійдіть до якогось струнного музичному інструментуі голосно крикніть «а»: якась зі струн відгукнеться - зазвучить. Та з них, яка опиниться в резонансі з частотою цього звуку, коливатиметься сильніше за інші струни - вона - то й відгукнеться на звук. Ще один досвід із маятником. Натягніть горизонтально тонку мотузку. Прив'яжіть до неї той же маятник із нитки та пластиліну (рис.9).

Перекиньте через мотузку ще один такий же маятник, але з довшою ниткою. Довжину підвіски цього маятника можна змінювати, підтягуючи рукою вільний кінець нитки. Приведіть маятник у коливальний рух. При цьому перший маятник теж вагатиметься, але з меншою амплітудою. Не зупиняючи коливань другого маятника, поступово зменшуйте довжину його підвіски - амплітуда коливань першого маятника збільшуватиметься. У цьому досвіді, що ілюструє резонанс механічних коливань, перший маятник є приймачем коливань, що збуджуються другим маятником. Причиною, що змушує перший маятник коливатися, є періодичні коливання розтяжки з частотою, що дорівнює частоті коливань другого маятника. Вимушені коливання першого маятника матимуть максимальну амплітуду, яке власна частота збігається з частотою коливань другого. Такі чи подібні явища, лише, зрозуміло, електричного походження, спостерігаються й у коливальному контурі приймача. Від дії хвиль багатьох радіостанцій у приймальній антені збуджуються струми різних частот. Нам із усіх коливань радіочастот треба вибрати лише частоту тієї радіостанції, передачі якої ми хочемо слухати. Для цього слід так підібрати число витків котушки і ємність конденсатора коливального контуру, щоб його власна частота збігалася з частотою струму, створюваного в антені радіохвилями станції, що цікавить нас. У цьому випадку в контурі виникнуть найбільш сильні коливання з частотою тієї радіостанції, що несе, на хвилю якої він налаштований. Це і є налаштування контуру приймача в резонанс із частотою передавальної станції . При цьому сигнали інших станцій зовсім не чутні або прослуховуються дуже тихо, оскільки коливання, що збуджуються, в контурі будуть у багато разів слабшими. Таким чином, налаштовуючи контур свого приймача в резонанс з частотою радіостанції, що несе, ви з його допомогою як би відбираєте, виділяючи коливання частоти, тільки цієї станції. Чим краще контур виділятиме потрібні коливання з антени, тим вище селективність приймача, тим слабшими будуть перешкоди з боку інших радіостанцій.Досі я розповідав вам про замкнутий коливальний контур, тобто. контурі, власна частота якого визначається тільки індуктивністю котушки і ємністю конденсатора, що утворюють його. Однак у вхідний контур приймача входять також антена та заземлення. Це вже не замкнутий, а відкритий коливальний контур. Справа в тому, що провід антени і земля є «обкладками» конденсатора, що має деяку електричну ємність. Залежно від довжини дроту та висоти антени над землею ця ємність може становити кілька сотень пікофарад. Але антену і землю можна розглядати і як не повний виток великої котушки. Отже, антена і заземлення, взяті разом, мають ще й індуктивність. А ємність разом із індуктивністю утворюють коливальний контур (рис. 10).

Такий контур, що є відкритим коливальним контуром , теж має власну частоту коливань. Включаючи між антеною та землею котушки індуктивності та конденсатори, ми можемо змінювати його власну частоту, налаштовувати його в резонанс із частотами різних радіостанцій. Як це робиться на практиці, ви знаєте. Я не помилюся, якщо скажу, що коливальний контур є «серцем» радіоприймача. І не лише радіоприймача. Тому йому я й приділив більше уваги. Переходжу до другого елемента приймача – детектора.

Детектор та детектування радіосигналу

Детектор - двоелектродний підлозі - провідниковий прилад (високочастотний діод), що має односторонню електропровідність: добре проводить струм одного напрямку і не проводить або слабо проводить - струм зворотного напрямку. Для простоти пояснення роботи діода як детектора вважатимемо, що струм зворотного напрямку він взагалі не проводить і є для нього ніби ізолятором. Ця властивість діода ілюструє графік, зображений на (рис. 11), діод безперешкодно пропускає через себе позитивні напівхвилі змінного струму і зовсім не пропускає негативні напівхвилі. Негативні напівхвилі діод ніби зрізає. В результаті такої дії діода змінний струм перетворюється в пульсуючий струм одного напрямку, але змінюється за величиною з частотою струму, що пропускається через нього. Цей перетворюючий процес, званий випрямленням змінного струму, є основою детектування прийнятих радіосигналів.

Подивіться на графіки, показані (рис. 12). Вони ілюструють процеси, які у детекторної ланцюга найпростішого приймача. Під дією радіохвиль у контурі приймача збуджуються модульовані коливання радіочастоти (рис. 12 а). До контуру підключено ланцюг, що складається з діода та телефонів.

Для цього ланцюга коливальний контур є джерелом змінного струму радіочастоти. Оскільки діод пропускає струм тільки одного напрямку, то модульовані коливання радіочастоти, що надходять у його ланцюг, будуть випрямлені (рис. 12, б), інакше, продетектовані. Якщо провести штрихову лінію, що огинає верщини випрямленого струму, то вийде «малюнок» струму звукової частоти, яким модульований струм, що надходить в антену радіостанції під час передачі. Струм, що вийшов в результаті детектування, складається з імпульсів радіочастоти, амплітуди яких змінюються зі звуковою частотою. Його можна розглядати як сумарний струм та розкласти на дві складові: високочастотну та низькочастотну . Їх називають відповідно високочастотної та складової звукової частоти пульсуючого струму. У найпростішому приймачі компонент звукової частоти йде через телефони і перетворюється ними на звук.

Головний телефон та його пристрій

Телефон – третя, остання ланка найпростішого приймача, яка, образно кажучи, «видає готову продукцію» – звук. Це один із найстаріших електротехнічних приладів, який майже без зміни зберіг свої основні риси до наших днів. Для детекторних та багатьох найпростіших транзисторних приймачів використовують головні телефони, наприклад, типів ТОН-1, ТГ-1, ТА-4. Це два послідовно з'єднані телефони, що утримуються на оголов'ї. Відвернемо кришку одного з телефонів (рис. 13, а).

Під нею знаходиться кругла бляшана пластинка - мембрана. Обережно знявши мембрану, ми побачимо дві котушки, насаджені на полюсні наконечники постійного магніту, впресованого в корпус. Котушки з'єднані послідовно, а останні висновки припаяні до стрижень, до яких із зовнішнього боку за допомогою притискних гвинтів підключений шнур з однополюсними штепсельними вилками. Як працює телефон? Мембрана, що видає звук, знаходиться біля полюсних наконечників магніту і операється на борти корпусу (рис. 13 а). Під дією поля магніту вона трохи прогинається в середині, але торкається полюсних наконечників магніту (на рис. 13, б) - суцільна лінія. Коли через, котушки телефону протікає струм, він створює навколо котушок магнітне поле, яке взаємодіє з магнітним полем постійного магніту. Сила цього магнітного поля, отже, і сила тяжіння мембрани до полюсних наконечників залежить від напрямку струму в котушках. При одному напрямку, коли напрямки магнітних силових ліній котушок і магніту збігаються та їх поля складаються, мембрана сильніше притягується до полюсів магніту (на рис. 13 б - нижня штрихова лінія). При іншому напрямку струму силові лінії котушки і магніту спрямовані зустрічно і загальне поле слабшає, ніж поле магніту. У цьому випадку мембрана слабше притягується полюсними наконечниками і випрямляючись, дещо віддаляється від них (рис. 13 б - верхня штрихова лінія). Якщо через котушки телефону пропускати змінний струм звукової частоти, сумарне магнітне поле стане то посилюватися, то послаблюватися а мембрана буде то наближатися до полюсних наконечників магніту, то відходити від них, тобто коливатися з частотою струму. Вагаючись, мембрана створить в навколишньому просторі звукові хвилі. З першого погляду може здатися, що постійний магніт у телефоні не потрібен: котушки можна надіти на залізне ненамагнічене підковування. Але це не так. І ось чому. Залізна підковка, що намагнічується змінним струмом, буде притягувати мембраму незалежно від того, чи струм йде через котушки в одному напрямку або іншому. Отже, за період змінного струму мембрана притягнеться під час першого напівперіоду, відійде від нього і ще раз притягнеться під час другого напівперіоду, тобто. на один період змінного струму (рис. 14 а) вона зробить два коливання (рис. 14 б).

Якщо, наприклад, частота струму 500 Гц, то мембрана телефону за 1 с зробить 500 * 2 = 1000 коливань і тон звуку спотвориться - буде вдвічі вищою. Навряд чи влаштує нас такий телефон. З постійним магнітом справа інакше: при одному напівперіоді відбувається посилення магнітного поля - вже притягнута мембрана прогнеться ще більше; при іншому напівперіод полі слабшає і мембрана, випрямляючись, відходить далі від полюсів магніту. Таким чином, за наявності постійного магніту мембрана за один період змінного струму робить лише одне коливання (рис. 14, в) та телефон не спотворює звук. Постійний магніт, крім того, підвищує гучність телефону. Тепер розберемо таке запитання: навіщо паралельно до головних телефонів підключають блокувальний конденсатор? Яка його роль? Електрична ємність блокувального конденсатора така, що через нього вільно проходять струми високої частоти, а струмам звукової частоти він чинить значний опір. Телефони, навпаки, добре пропускають струми звукової частоти і чинять великий опір струмам високої частоти. На цій ділянці детекторного ланцюга високочастотний пульсуючий струм поділяється (на рис. 15 - у точці а) на складові, які йдуть далі: високочастотна - через блокувальний конденсатор Сбл, а складова звукової частоти через телефони. Потім складові з'єднуються (на рис. 15 – у точці б) і далі знову йдуть разом.

Призначення блокувального конденсатора можна пояснити так. Телефон через інертність мембрани не може відгукуватися на кожен високочастотний імпульс струму в детекторному ланцюзі. Отже, щоб телефон працював, треба якось «згладити» високочастотні імпульси, «заповнити» провали струму між ними. Це завдання вирішується за допомогою блокувального конденсатора наступним чином. Окремі високочастотні імпульси заряджають конденсатор. У момент між імпульсами конденсатор розряджається через телефон, заповнюючи таким чином «провали» між імпульсами. В результаті через телефон йде струм одного напрямку, але змінюється за величиною зі звуковою частотою, який і перетворюється на звук. Ще коротше про роль блокувального конденсатора можна сказати так: він фільтрує сигнал звукової частоти, виділений діодом, тобто очищає його від складової радіочастоти. Якість роботи телефону оцінюють головним чином з погляду його чутливості – здатності реагувати на слабкі коливання електричного струму. Чим слабші коливання, на які відгукується телефон, тим вища його чутливість. Чутливість телефону залежить від кількості витків у його котушках та якості магніту. Два телефони з однаковими магнітами, але з котушками, що містять неоднакове число витків, різні за чутливістю. Найкращою чутливістю буде мати той із них, у якому використані котушки з великою кількістю витків. Чутливість телефону залежить також від положення мембрани щодо полюсних наконечників магніту. Найкраща чутливість його буде в тому випадку, коли мембрана знаходиться дуже близько до полюсних наконечників, але, вібруючи, не торкається них. Телефони прийнято поділяти на високоомні – з великою кількістю витків у котушках, та низькоомні – з відносно невеликою кількістю витків. Для детекторного приймача придатні лише високоомні телефони. Котушки кожного телефону типу ТОН-1, наприклад, намотані емальованим дротом товщиною 0,06 мм і мають по 4000 витків. Їхній опір постійному струму близько 2200 Ом. Це число, що характеризує телефони, виштамповано на корпусах. Оскільки два телефони з'єднані послідовно, їх загальний опірпостійному струму становить 4400 Ом. Опір постійному струму низькоомних телефонів, наприклад типу ТА-56, може бути 50-60 Ом. Низькоомні телефони можна використовувати для деяких транзисторних приймачів. Як перевірити справність та чутливість головних телефонів? Притисніть їх до вух. Змочіть слиною штепсельні вилки на кінці шнура, а потім торкніться ними один одного - у телефонах має бути чутне слабке клацання. Чим сильніше це клацання, тим чутливіше телефони. Клацання виходять тому, що змочений контакт між металевими вилками є дуже слабким джерелом струму. Грубо перевірити телефони можна за допомогою батареї для кишенькового ліхтарика. При підключенні телефонів до батареї та відключенні від неї мають бути чутні різкі клацання. Якщо клацань немає, значить, десь у котушках або шнурі є обрив або поганий контакт.

Практична робота

У цій практичній роботі ми сконструюємо найпростіший радіоприймач (детекторний приймач), без якого, на мій погляд, немислимо подальше освоєння будь-якої радіоприймачів. Запитайте у будь-якого фахівця в галузі радіоелектроніки (КВ - УКХ радіозв'язку), що таке детекторний радіоприймач і я думаю, він негайно дасть вам зрозумілу відповідь. Одним словом це класика, основа – основ, з чого починали наші батьки та діди. І ми від них намагатимемося не відставати.

Головна перевага такого варіанта найпростішого радіоприймача полягає в тому, що в ньому легко робити будь-які зміни та доповнення, виправляти помилки шляхом перемикання з'єднувальних провідників, оскільки всі його деталі лежатимуть перед вами у розгорнутому вигляді. Досліди з ним допоможуть вам зрозуміти основні принципи роботи будь-якого радіомовного приймача та отримати деякі практичні навички радіотехнічного конструювання. Для такого приймача знадобляться: котушка індуктивності, стрижень з фериту марки 400НН або 600НН діаметром 7 - 8 мм і довжиною 120 - 140 мм (такі стрижні використовують для магнітних антен транзисторних приймачів), напівпровідниковий точковий діод ємності та головні телефони (рис. 1).

Котушку індуктивності зробіть самі (за попередніми уроками ви знаєте як це робиться). Інші деталі готові. Діод може бути будь-яким із серій Д9, Д2. Конденсатори також будь-яких типів – слюдяні, керамічні чи паперові ємністю від кількох десятків до кількох тисяч пікофарад (скорочено: пФ). Головні телефони високоомні, тобто з обмотками опором 1500 – 2200 Ом, наприклад типу ТОН – 1 або ТА – 4. Дещо пізніше, коли приступите до експериментів, потрібні будуть деякі інші деталі та матеріали. Для котушки знадобиться обмотувальний провід марки ПЕВ - 1 (Провід з Емалевою Високоміцною ізоляцією в один шар), ПЕВ - 2 (те ж, але з ізоляцією в два шари) або ПЕЛ (Провід з Емалевою Лакостійкою ізоляцією) діаметром 0,15 - 0, 2мм. Обмотувальні дроти цих марок та їх діаметр позначають так: ПЕВ – 1 0,15, ПЕВ – 2 0,18, ПЕЛ 0,2. Підходять обмотувальні дроти та інших марок, наприклад ПБД - з ізоляцією з двох (літера Д) шарів бавовняної пряжі (літера Б), або ПЕЛШО - з емалевою лакостійкою ізоляцією та одним (літера О) шаром натурального шовку (літера Ш). Важливо лише, щоб ізоляція проводу була непопорченою, інакше між витками котушки може виникнути замикання, чого не можна допускати. Внутрішній діаметр каркаса котушки, склеєний з паперу паперу в 3 - 4 шари, повинен бути таким, щоб у нього з невеликим тертям входив феритовий стрижень. Перш ніж намотувати котушку, вставте в каркас стрижень. Провід сильно не натягуйте, інакше каркас стиснеться і з нього буде важко витягнути стрижень. Усього на каркас треба намотати в один ряд 300 витків дроту, роблячи через кожні 50 витків відводи у вигляді петель. Вийде одношарова шести - секційна котушка індуктивності з двома крайніми висновками та п'ятьма відводами. Щоб крайні виткидроти готової котушки не спадали, закріпіть їх на каркасі кільцями, нарізаними з гумової або полівінілхлоридної трубки, або обмотайте нитками. Додатково витки котушки можна скріпити тонким шаром клею "Момент". Кінці каркаса обережно підріжте гострим ножем. Буває, що під час намотування котушки провід обірветься або одного відрізка дроту не вистачить на всю котушку. У такому разі кінці дроту, які потрібно з'єднати, повинні бути очищені від ізоляції, міцно скручені, пропаяні та обов'язково обмотані тонкою ізоляційною стрічкою. Якщо з'єднання припадає біля відведення, то краще не шкодувати кількох витків дроту і зробити його в петлі. Ось тепер, приступайте до збирання свого першого радіоприймача (рис. 2).

Кінці висновків та відводів, котушки зачистити від ізоляції, лише обережно, щоб не порвати провід. Один із крайніх висновків назвемо початком котушки та позначимо буквою (н). З'єднайте його з діодом. Другий крайній висновок котушки, її кінець (к), з'єднай з одним із контактних штирьків шнура головних телефонів. Виведення діода і штирок телефонів, що залишилися вільними, теж з'єднайте між собою. До провідника, що йде від початку котушки до діода, міцно прикрутіть провід антени, попередньо зачистивши його від ізоляції. Цей провідник приймача називатимемо антеним. До провідника, що з'єднує кінець котушки з телефонами, прикрутіть заземлення. Це буде заземлений провідник. Під час дослідів його доведеться перемикати з одного виведення котушки на інший (на рис. 2 показано штриховою лінією зі стрілкою), не змінюючи з'єднання заземлення з телефонами. Зробимо «прогулянку» по ланцюгах приймача, що вийшов. Від початку котушки (н) по антовому провіднику ми потрапляємо до діода, а від нього – до головних телефонів. Через телефони, далі заземленим провідником і через всі витки котушки приходимо до відправної точки (н). Вийшла замкнута електричний ланцюг, що складається з котушки, діода та телефонів. Її називають детекторної . Якщо в цьому ланцюзі де-небудь виявиться обрив, поганий контакт між деталями або сполучними провідниками, наприклад неміцна скрутка, приймач, природно, не працюватиме. Найкоротший шлях із антени в землю – через котушку. Цим шляхом піде струм високої частоти, що збуджується в антені радіохвилями. Цей струм створить на кінцях котушки високочастотну напругу, яка викличе струм такої самої частоти у всьому детекторному ланцюзі. Ланцюг, що складається з антени, котушки та заземлення називають антеною або антенним контуром. Зверніть увагу: контурна котушка приймача входить як в антенну, так і в детекторний ланцюг. Після такої прогулянки ланцюгами приймача можна перейти до його випробування. Надягніть на голову телефони, притисніть їх щільніше до вух, прислухайтеся. Можливо, що відразу ви нічого не почуєте навіть при свідомо хороших антені та заземленні, попередньо перевірених діоді та телефонах. Це тому, що приймач, мабуть, не налаштований на частоту радіомовної станції, що несе, сигнали якої добре чутні у вашому районі, або ви потрапили в перерву передачі. Налаштовувати такий приймач можна зміною числа витків котушки, що включаються до антенного контуру. На (рис. 2) в антенний контур включено всі 300 витків котушки. Якщо заземлений провідник від'єднати від кінця котушки і приєднати, наприклад, до відведення 5, то контур буде включено вже не 300, а 250 витків. Якщо цей провідник переключити на відвід 4, у контур буде включено 200 витків. При перемиканні його на відведення 3 в антенний контур буде включено 150 витків і т.д. При цьому нижні секції виявляться не включеними в контур і в роботі приймача не братимуть участі. Таким чином, перемиканням заземленого провідника можна включати в контур різне число витків через 50 витків. Запам'ятайте: що більше довжина хвилі радіомовної станції, яку можна налаштувати приймач, то більше вписувалося витків котушки має бути включено в антенний контур. Ваш досвідчений приймач можна налаштовувати на радіомовні станції як середньохвильового, так і довгохвильового діапазонів. Але, зрозуміло, передачі не всякої станції ви можете прийняти. На слабкі сигнали віддалених станцій детекторний приймач не зможе реагувати - мала чутливість. Тепер займіться налаштуванням приймача шляхом приєднання заземленого провідника спочатку до відведення 5, потім до відведення 4 і так до відведення 1. Одночасно слідкуйте, щоб відводи котушки та з'єднувальні провідники не стикалися, а контакти в скрутках не порушувалися. Інакше приймач зовсім не працюватиме або в телефонах будуть чути тріски, шарудіння, що заважають прийому. Електричні контакти будуть надійнішими, якщо місця з'єднань провідників і деталей пропаять. Налаштувавши приймач на одну станцію, запам'ятайте кількість витків, включених у контур, коли станція чутна з найбільшою гучністю. Потім спробуйте «знайти» у такий же спосіб іншу станцію. Сподіваюся, що ви досягли певного успіху. Спробуйте покращити роботу приймача. Не змінюючи налаштування приймача, приєднайте паралельно телефонам (між контактними штирями) конденсатор. Місткість цього конденсатора, званого в даному випадку блокувальним, може бути від 1000 до 3000 пФ. При цьому гучність звучання телефонів має дещо збільшитись. А якщо радіомовні станції знаходяться більш ніж за 150 - 200 км від того місця, де ви живете, блокувальний конденсатор включайте на початку досвіду. Спосіб налаштування приймача тільки стрибкоподібною зміною числа витків котушки дуже простий. Але він не завжди дозволяє налаштувати приймач точно на частоту станції, що несе. Точне налаштування можна досягти додатковим способом, наприклад, за допомогою цвяха. Спробуйте налаштувати приймач вже знайомим вам способом на хвилю радіостанції і введіть всередину каркаса котушки товстий цвях або відповідний діаметр залізного стрижня. Що вийшло? Гучність прийому трохи зросте або навпаки зменшиться. Витягніть цвях із котушки - гучність стане колишньою. Тепер повільно вводите цвях у котушку і так само повільно витягніть його з котушки - гучність роботи приймача буде небагато, але плавно змінюватися. Досвідченим шляхом можна знайти таке положення металевого предмета в котушці, при якому гучність звучання буде найкращою. Цей досвід дозволяє зробити висновок, що металевий стрижень, поміщений у котушку, впливає на налаштування контуру. З таким способом налаштування приймача, тільки, зрозуміло, із застосуванням кращого, ніж цвях, феромагнітного сердечника, ви познайомитеся надалі. А поки що пропоную наступний досвід - налаштувати приймач на сигнали радіомовної станції за допомогою конденсатора змінної ємності. Для зручності проведення цього та кількох подальших дослідів з детекторним приймачем, на фанерній дощечці розмірами приблизно 30 х 70 мм змонтуйте колодку зі штепсельними гніздами, два затискачі, блокувальний конденсатор, з'єднавши їх під дощечкою, як показано на рис. 3.

Колодку з гніздами встановіть на дошці так: просвердліть в ній два отвори діаметром 6 - 8 мм з відстанню 20 мм між центрами і вставте в них "хвости" штепсельних гнізд. Колодку закріпіть на дошці шурупами або гвинтами з гайками. Початок котушки та антену підключіть до затискача, з яким з'єднаний діод, а до другого затискача, з'єднаного з гніздом телефонів, підключіть кінець котушки та заземлення. Конденсатор змінної ємності може бути як повітряним, так і з твердим діелектриком. Але функцію конденсатора змінної ємності можуть виконувати дві металеві пластини розмірами приблизно 150 х 150 мм, вирізані, наприклад, з жерсті великих консервних банок. До пластин припаяйте провідники завдовжки по 250 - 300 мм. За допомогою цих провідників одну пластину з'єднайте із затискачем антени, а іншу - із затискачем заземлення. Покладіть пластини на стіл одну біля іншої, але так, щоб вони не торкалися, і налаштуйте приймач на радіостанцію лише перемиканням секцій котушки заземленим провідником. Тепер піднесіть заземлену пластину до пластини, з'єднаної з антеною. Якщо гучність збільшуватиметься, зближайте пластини і, нарешті, покладіть одну пластину на іншу, проклавши між ними аркуш сухого паперу (щоб не було електричного контакту). Знайдіть таке взаємне розташування пластин, при якому буде точне налаштування. Якщо ж при зближенні пластин гучність прийому зменшуватиметься, перемкніть заземлений провідник на ближній до початку котушки відвід і знову зближуйте пластини, домагаючись найбільшої гучності. У цьому досвіді налаштування приймача на частоту радіостанції, що несе, здійснювалася двома способами: грубо - зміною індуктивності котушки шляхом перемикання її секцій, точно - зміною ємності пластинчастого конденсатора.Запам'ятайте: індуктивність котушки та ємність конденсатора при налаштуванні приймача на радіостанцію взаємопов'язані. Одну й ту саму радіостанцію можна слухати під час включення в антенний контур приймача більшої кількості витків, тобто. більшої індуктивностікотушки, але при меншій ємності конденсатора, або, навпаки, при меншій індуктивності котушки, але більшої ємностіконденсатора. Тепер знову налаштуйте приймач на будь-яку радіостанцію, запам'ятайте гучність прийому передачі, а потім, не змінюючи налаштування, увімкніть між антеною та антенним затиском конденсатор ємністю 47 - 62 пФ (рис. 4).

Що вийшло? Гучність прийому дещо зменшилася. Сталося це тому, що конденсатор, включений до ланцюга антени, змінив параметри всього контуру. Підлаштуйте контур конденсатором змінної ємності до попередньої гучності телефону. Якщо до включення в контур додаткового конденсатора під час прийому однієї станції прослуховувалася ще якась інша, близька за частотою радіостанція, тепер вона буде чути набагато слабше, а можливо, і зовсім не заважатиме. Приймач став чіткіше виділяти сигнали тієї станції, яку налаштований, чи, як кажуть, поліпшилася його селективність, т. е. вибірковість. Замість конденсатора постійної ємності увімкніть між антеною та приймачем конденсатор змінної ємності. З його допомогою ви зможете не тільки змінювати селективність приймача, але можливо і налаштовувати його на різні станції. Наступний досвід – налаштування приймача феритовим стрижнем (рис. 5).

Мал. 5 Приймач із налаштуванням феритовим стрижнем.

Пластинчастий конденсатор видаліть, а замість нього між затискачами антени та заземлення, тобто паралельно котушці, увімкніть слюдяний або керамічний конденсатор ємністю 120 - 150 пФ. Притисніть телефони до вух, зосередьтеся і дуже повільно вводьте феритовий стрижень всередину каркаса котушки. Поступово заглиблюючи стрижень у котушку, ви повинні почути передачі всіх тих радіомовних станцій, прийом яких можливий у вашій місцевості на детектор приймач. Чим довша хвиля радіостанції, тим глибше має бути введений стрижень у котушку. Досвідченим шляхом знайдіть таке положення стрижня в котушці, при якому найбільше чутно сигнали станції, і зробіть на стрижні відповідну позначку олівцем. Користуючись нею як розподілом шкали, ви зможете швидко налаштувати приймач на хвилю цієї станції. Продовжуючи досвід з використанням феритового стрижня, підключіть паралельно до котушки інший конденсатор ємністю 390 - 470 пФ. Як це вплинуло на налаштування приймача? Гучність залишилася незмінною, але для налаштування на ту ж станцію стрижень доводиться менше вводити в котушку. Зовсім видаліть конденсатор, залишивши включеною лише котушку. Що вийшло? Щоб налаштовувати приймач ту саму станцію, стрижень треба глибше вводити в котушку. Які висновки можна зробити, провівши експерименти із таким варіантом детекторного приймача? Основних два. По - перше, феритовий стрижень значно сильніший, ніж металевий предмет, впливає на індуктивність котушки, а значить і налаштування контуру. По - друге, за допомогою феритового стрижня можна плавно і точно налаштовувати контур приймача на бажану радіостанцію.Ще один експеримент. Антену та заземлення відключіть від приймача, між ними увімкніть діод, а паралельно – телефони без блокувального конденсатора. Ось і весь приймач. Чи працює? Тихо, мабуть? До того ж, можливо, одночасно чути передачі двох – трьох радіомовних станцій. Від такого приймача чекати краще не слід. ви, напевно, помітили, що коли торкаєшся рукою деталей або з'єднувальних провідників, гучність роботи трохи змінюється. Це пояснюється розладом антенного контуру, що вноситься до нього електричною ємністю вашого тіла.

Принципова електрична схема детекторного приймача

Щоб правильно з'єднати деталі приймача, ви використовували малюнки. На них котушку, телефони, діод – детектор та інші деталі, прилади та з'єднання ви бачили такими, якими вони виглядають у натурі. Це дуже зручно для початку, поки доводиться мати справу з дуже простими радіотехнічними конструкціями, що складаються з малої кількості деталей. Але якщо спробувати зобразити таким способом пристрій сучасного приймача, то вийшла б така павутина деталей і проводів, в якій неможливо було б розібратися. Щоб цього уникнути, будь-який електроприлад або радіопристрій зображують схематично, тобто за допомогою спрощеного креслення - схеми . Розрізняють три основні види схем: структурні, важливі електричні та схеми електричних з'єднань. Структурна схема є спрощеним кресленням, на якому групи деталей і приладів, що виконують певні функції радіотехнічного пристрою, зображують умовно прямокутниками або іншими символами. Структурна схема дає лише загальне уявленняпро роботу цього пристрою, про його структуру та зв'язки між його функціональними групами. Прикладом структурної схеми можемо служити (рис. 2), яким я розповідав вам про принцип роботи радіомовної станції. Чи можна у такий спосіб зобразити пристрій для детекторного приймача? Звичайно можна. Намалюйте один ряд чотири прямокутника і з'єднайте їх між собою лініями зі стрілками, що йдуть зліва направо. У крайній лівий прямокутник впишіть слово «Антенна», у наступний за ним прямокутник – «Коливальний контур», у третій прямокутник – «Детектор», у четвертий – «Телефони». Вийде структурна схема детекторного приймача. «Прочитати» її можна так: модульовані коливання радіочастоти, збуджені в антені, надходять у коливальний контур приймача, а потім до детектора, детектор виділяє з прийнятого сигналу коливання звукової частоти, які телефони перетворюють на звук. Раніше такі креслення називали скелетними схемами або блок - схемами . Нині ця термінологія вважається застарілою. Принципову електричну схемучастіше називають принциповою чи просто схемою. На ній усі деталі радіотехнічного пристрою та порядок їх з'єднання зображають умовними знаками, що символізують ці деталі, лініями. «Читаю» принципову схему, Як географічну карту або креслення якогось механізму, неважко розібратися в ланцюгах і принципі роботи пристрою. Але вона не дає уявлення про розміри пристрою та розміщення його деталей на монтажних платах. Схема з'єднань, на відміну від принципової, інформує, як розташовані конструкції і з'єднані між собою деталі пристрою. Збираючи приймач, підсилювач або будь-який інший радіоапарат, радіоаматор має у своєму розпорядженні деталі та провідники приблизно так, як на рекомендованій схемі з'єднань. Але монтаж та всі з'єднання деталей перевіряють за принциповою схемою пристрою. Вміти грамотно креслити та читати радіосхеми - абсолютно обов'язкова умовадля кожного, хто хоче стати радіоаматором. На (рис. 6) ви бачите вже знайомі вам деталі та пристрої та деякі інші, з якими доведеться мати справу надалі. А поруч у гуртках – їх символічні графічні зображення на важливих схемах.

Будь-яку котушку індуктивності без сердечника, незалежно від її конструкції та числа витків, на принциповій схемі зображують у вигляді хвилястої лінії. Відведення котушок показують рисочками. Якщо котушка має нерухомий феромагнітний осердя (феритовий стрижень), що збільшує її індуктивність, його позначають прямою лінією вздовж зображення котушки. Якщо таким сердечником налаштовують контур приймача, як це було в досвідченому приймачі, його на схемі позначають те саме прямий, але разом з котушкою перетинають стрілкою. Підстроювальний феромагнітний сердечник котушки позначають короткою жирною рисою, що перетинається Т-подібним символом. Будь-який конденсатор постійної ємності зображують двома короткими паралельними лініями, що символізують дві ізольовані одна від одної пластини. Якщо електролітичний конденсатор, його позитивну обкладку позначають додатковим знаком «+». Конденсатори змінної ємності зображують так само, як і конденсатори постійної ємності, але пересіченими навскіс стрілкою, що символізує змінність ємності цього приладу. Гнізда для підключення проводу антени, головних телефонів або інших пристроїв або деталей позначають значками у вигляді вилки, а затискачі кружками. Новим для вас є перемикач. Замість того, щоб при налаштуванні приймача розкручувати та скручувати провідники, як ви це робили під час дослідів з детекторним приймачем, висновки та відводи котушки можна перемикати найпростішим повзунковим, движковим або іншою конструкцією перемикачем. Провідники, якими поєднують деталі, позначають прямими лініями. Якщо лінії сходяться й у місці їх перетину стоїть точка, отже провідники з'єднані. Відсутність точки у місці перетину провідників свідчить, що вони з'єднані. На важливих схемах поруч із символічними позначеннями радіодеталей, приладів, комутирующих та інших пристроїв пишуть відповідні їм латинські букви. Так, наприклад, усім конденсаторам, незалежно від їх конструктивних особливостей і застосування, присвоєна буква С, резисторам - буква R, котушкам - буква L, напівпровідниковим діодам, транзисторам та багатьом іншим напівпровідниковим приладам - ​​буква VD, V, антенам буква W, гніздам та іншим сполучним пристроям - буква X, головним телефонам, головкам гучномовців , мікрофонам та іншим перетворювачам електричних чи звукових коливань - літера В, гальванічним елементам та акумуляторам - літера G, батареям гальванічних елементів або акумуляторів - літери GB, лампам розжарювання - літера Н тощо. З іншого боку, на схемах деталі нумерують, т. е. поруч із буквою, присвоєної деталі, пишуть цифру, наприклад Cl, L1, L2, R1, VI тощо. Для спрощення принципових схем на них іноді не показують антену, головні телефони, обмежуючись лише позначеннями гнізд або затискачів для їхнього підключення, але біля них пишуть відповідні літери з цифрами: Wl, В1. Докладніше про умовне буквенно-цифрове позиційне позначення радіотехнічних елементів та пристроїв на схемах радіоапаратури можна знайти в довідковій літературі або інтернеті. Ось тепер, знаючи умовні позиційні позначення деталей, можна зобразити принциповими схемами детекторні приймачі, з якими експериментували. Принципова схема першого варіанта дослідного приймача показана (рис. 6, а). Його ви налаштовували зміною числа секцій котушки, що входять до контуру, шляхом перемикання заземленого провідника. Тому в схему введено перемикач S1. Згадайте нашу «прогулянку» ланцюгами приймача і здійсніть її ще раз, але вже за принциповою схемою. Від початку котушки L1, позначеного на схемі крапкою, ви потрапите до діода VI і через нього - телефонів В1, далі через телефони заземленим провідником. Перемикач S1 та витки котушки Ll – до вихідної точки. Це – детекторний ланцюг. Для струмів високої частоти шлях з антени в землю йде через секції котушки та перемикач. Це – антенний контур. Приймач налаштовується на радіостанцію стрибкоподібною зміною числа витків, що включаються до контуру. Паралельно телефонам підключено блокувальний конденсатор С1. На схемі штриховими лініями показано конденсатор Са. У приймачі такої деталі не було. Але символізуюча його електрична ємність була присутня - вона утворювалася антеною і заземленням і як би підключалася до контуру, що налаштовується. Принципова схема одного з наступних варіантів дослідного приймача показана (рис. 6, б). Його вхідний контур складається з котушки L1, що має один відвід, введеного вами конденсатора змінної ємності С2, антенного пристрою і антенного конденсатора С1. Включення в контур тільки верхньої (за схемою) секції котушки відповідає прийому радіостанцій діапазону СВ, включення обох секцій - прийому радіостанцій ДВ діапазону. Таким чином, у приймачі перехід з одного діапазону на інший здійснюється перемикачем S1, а плавне налаштування у кожному діапазоні - конденсатором змінної ємності С2. Останнім варіантом був приймач, що налаштовується феритовим стрижнем. Його принципову схему ви бачите на (рис. 6, в). Коливальний контур утворюють котушка L1 та конденсатор постійної ємності С2. Котушка не має відводів, отже, приймач однодіапазонний. Для прийому радіостанцій іншого діапазону контур треба включити котушку, розраховану прийом станцій цього діапазону. Для підключення головних телефонів передбачено гнізда В1.

Малогабаритна 5-елементна антена типу «Хвильовий канал»(Мал. 10.23) призначена для встановлення в зоні впевненого прийому (див. Мал. 10.1). Антена може приймати телевізійні сигнали групи каналів, зазначених у табл. 10.17. Довжина несуші стріли для всіх груп каналів становить 660 мм. Відстань D між центрами трубок активного вібратора петльового дорівнює 52...56 мм, відстань S між його торцями - 26...30 мм. Діаметр трубок виготовлення вібраторів дорівнює 6...10 мм. Елементи антени кріпляться до несуші стріли у вигляді металевої трубки діаметром 20...28 мм або до дерев'яного бруска перетином 20 х 20 мм.

Таблиця 10.17

Активний петлевий вібратор підключають до фідера за допомогою петлі, що погоджує-симетрує (див. рис. 10.13). Довжину її обчислюють як середньоарифметичну для цієї групи каналів.

Коефіцієнт посилення малогабаритної 5-елементної антени – 6,5 дБ. КЗД широкосмугової антени як у горизонтальній, так і вертикальній площинах більше 20 дБ.

11-елементна широкосмугова антена типу «Хвильовий канал»з укороченою несушею стрілою показано на рис. 10.24, у табл. 10.18 наведено її геометричні розміридля груп каналів

Відстань між певними елементами антени однакова, тому стріла, що несе, для всіх груп каналів дорівнює 2680 мм. Високий вхідний опір антени забезпечується близьким розташуванням першого директора до вібратора петлі. Тому антену підключають до фідера за допомогою напівхвильової петлі, що погоджує-симетрує (див. рис. 10.13), довжина якої дорівнює середній величинідля цього поєднання каналів (див. Табл. 10.1).

Коефіцієнт посилення антени кожної групи каналів дорівнює 10,5 дБ. Кут розчину головної пелюстки діаграми спрямованості в горизонтальній площині повинен бути не менше 20 °, а у вертикальній - не менше 12 °. На рис. 10.25 показана конструкція широкосмугової антени типу «Хвильовий канал» для роботи у смузі частот каналів 6...12. Коефіцієнт посилення такої антени 9 дБ. Кути розчину діаграми спрямованості такі самі, як і в антени, представленої на рис. 10.24.

Широкосмуговий віяловий вібратор.Для розширення робочої смуги частот лінійний напівхвильовий вібратор виготовляють із труби великого діаметру. Недоліком «товстих» вібраторів є значна маса, складність кріплення та встановлення. Цього можна уникнути, якщо замість такої труби використовувати кілька тонких трубок, що розташовані в одній площині паралельно один одному. Такі вібратори виготовляють із двох конусів, звернених вершинами один до одного. Вони називаються біконічними.

Найпростіший різновид біконічного вібратора - віяловий вібратор (рис. 10.26), кожна половина якого складається з декількох трубок, розташованих в одній площині і які розходяться під деяким кутом один до одного. Віяловий вібратор працює у смузі частот 48,5...100 і 174...230 МГц, т. е. переважають у всіх 12 каналах метрового діапазону УКХ. Аліна вібратора становить приблизно l/2 на середній частоті каналів 1...5 та 3*l/2 на середній частоті каналів 6...12.

З рис. 10.26б видно, що кут між площинами, в.яких розташовані трубки вібратора, становить 120° (нахил у бік телевізійного передавача), і це не випадково. Діаграма спрямованості лінійного вібратора горизонтальній площині при довжині вібратора, що дорівнює l/2, має форму цифри вісім. У каналах 6...12 при довжині вібратора 3*l/2 діаграма спрямованості спотворюється: основна пелюстка роздвоюється і у напрямку телевізійний передавач з'являється провал. Для виправлення діаграми спрямованості, тобто усунення провалу, роблять нахил площин, в яких розташовані трубки

вібратора. При цьому не тільки усувається провал у передній пелюстці «вісімки», але й знижується рівень її задньої пелюстки, в результаті вібратор у каналах 6...12 стає більш спрямованим, ніж у каналах 1...5.

Коефіцієнт посилення широкосмугового віялового вібратора по полю (напрузі) дорівнює 1 (0 дБ) у каналах 1...5 та 1,15 (1,3 дБ) у каналах 6...12. Довжина симетруючого короткозамкнутого містка дорівнює l/4 на середній частоті каналів 1...5 і 3*l/4 каналах 6...12. [-split-]

Антена хвилі, що біжить(АБВ) - це спрямована антена, вздовж геометричної осі якої поширюється хвиля сигналу, що приймається. Зазвичай АБВ (рис. 10.27) складається із збірної лінії (1) та вібраторів (2). Наведені електромагнітним полем ЕРС у вібраторах складаються в збірній лінії у фазі та надходять у фідер. На відміну від антен типу «Хвильовий канал» у АБВ

всі вібратори активні, широкосмугові і не потребують настроювання.

Збірну лінію АБВ утворюють дві трубки діаметром 22...30 мм, що розходяться під невеликим кутом. Вона є двопровідною лінією змінного хвильового опору. До кожної трубки збірної лінії під кутом 60° на однаковій відстані один від одного приєднано шість трубок (вібраторів) такого ж діаметра, зігнутих під кутом 120°. Такі вібратори забезпечують значне зменшення задньої пелюстки діаграми спрямованості антени, завдяки чому здебільшого робочого діапазону КЗД антени виявляється не менше 14 дБ. Трубки збірної лінії скріплені між собою розташованими зверху та знизу пластинами з ізоляційного матеріалу. Середня пластина використовується для зміцнення антени на щоглі у центрі ваги.

Фідер підключається до антени за допомогою короткозамкнутого містка, який утворений двома металевими трубками (5) з металевою перемичкою в нижній частині. Фідер з

хвильовим опором 750м входить усередину трубки містка, що знаходиться праворуч. До кінця під'єднаний трансформатор з кабелю з хвильовим опором 50 Ом (довжина трансформатора 700... 750 мм). Інший кінець відрізка кабелю виходить через верхній кінецьправої трубки. Тут обплетення кабелю припаюється до правої трубки містка, а центральний провідник – до лівої. Аліна містка (1100мм) та трансформатора (700...750 мм) обрана так, що в діапазоні каналів 1...5 вона відповідає приблизно 1/4 середньої довжини хвилі, а для каналів 6...12 - 3/4 середньої довжина хвилі. Це забезпечує прийнятне узгодження антени з фідером. на

практиці іноді обходяться без узгоджувального устрою (при ближньому прийомі). У цих випадках використовують симетруючий шлейф із відрізків коаксіального кабелю (див. рис. 10.12). Точки А та В містка можуть бути захищені кришкою (4). Коефіцієнт посилення антени хвилі, що біжить в каналах 1 і 2 становить 3,5 дБ, в 3 ... 5 - 4,6, в каналах 6 ... 12 - 8 дБ.

Таблиця 10.19

Зигзагоподібна антена діапазону метрових хвиль.Конструкція антени порівняно проста і відхилення у той чи інший бік від номінальних розмірів, неминучі під час її виготовлення, мало впливають параметри. Як телевізійна зигзагоподібна антена (рис. 10.28;

табл. 10.19) може бути виконана для роботи в каналах 1...5 (50...100 МГц) або 6...12 (174...230 МГц).

Влаштування зигзагоподібної антени.До дерев'яного бруска (1) перетином приблизно 60 х 60 мм під кутом 90° прикріплено дві горизонтальні рейки (2) перетином 40 х 40 мм. До кінців бруска кріпляться дві металеві пластини.

(3), до кінців рейок - такі ж металеві пластини

(4), але через діелектричні прокладки (5). Плата живлення (7) складається із двох металевих пластин, зібраних на ізоляційній прокладці. Товщину матеріалу пластин та їх розміри вибирають довільно, але відстань між пластинами має дорівнювати 10...15 мм для каналів 1...5 та 7...10 мм - для каналів 6...12. На підготовлену конструкцію натягують полотно антени з трьох паралельних дротів (6) діаметром 2...3 мм або антенного канатика. У місцях перегину дроту припаюють до пластин (3), (4), (7).

Фідер (8) з коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом прокладають по одному з внутрішніх дротів полотна антени до живлення. Обплетення кабелю припаюють до пластини (7). Центральний провідник кабелю припаюють до протилежної пластини (3). Додаткові узгоджувально-симетруючі пристрої при підключенні фідера до зигзагоподібної антени не потрібні. Нижню пластину (3) за потреби можна заземлити, оскільки вона є точкою нульового потенціалу.

Зигзагоподібна антена має дві однакові пелюстки діаграми спрямованості в горизонтальній площині, максимуми яких орієнтовані перпендикулярно площині полотна антени. Таким чином, ці антени приймають сигнали спереду і ззаду, подібно до лінійного або петлевого напівхвильового вібраторів, що створює небезпеку.

прийому перешкод із зворотного напряму. Значно покращити роботи/зигзагоподібну антену можна за рахунок її ускладнення, використовуючи рефлектор (рис. 10.29). Рефлектор утворений горизонтальними провідниками, закріпленими на дерев'яній або металевій рамі. Полотно антени відсунуто від площини рефлектора деяку відстань Е (табл. 10.19).

Діаграма спрямованості цієї антени має одну головну пелюсток, а задня практично відсутня. Наявність рефлектора підвищує коефіцієнт посилення 1,5...2 разу. У каналах 1...5 коефіцієнт посилення зигзагоподібної антени плавно зростає від 7,8 дБ у першому каналі до 14 дБ у п'ятому, а в каналах 6...12 - від 7,8 до 10 дБ.