Есть еще одна зависимость, очень важная и очень неприятная. Полоса пропускания и избирательность по соседнему каналу зависят не только от добротности. Они зависят еще и от того, насколько велика сама резонансная частота.
Т-213. С увеличением резонансной частоты избирательность по соседнему каналу ухудшается, а полоса пропускания расширяется. В науке и технике, в самой жизни часто сталкиваются два вида оценок— абсолютная и относительная. Не будем далеко ходить за примером — полтинник, который нужно заплатить за билет в кино, кажется относительно большой суммой мальчику, имеющему в кармане 80 копеек, и представляется мелочью взрослому, в кошельке которого 30 рублей. Другой пример, он касается уже непосредственно нашего предмета. У колебательного контура с добротностью Q = 100 полоса пропускания составляет 1 % от резонансной частоты, и эта относительная оценка сохраняется на всех частотах. И вот у такого контура, настроенного на частоту 150 кГц (начало длинноволнового диапазона), этот один процент составит 1,5 кГц, а на частоте 12,5 МГц (коротковолновый участок «25 м») он уже будет 125 кГц. И еще: контуру, настроенному на 100 кГц, намного проще подавить соседнюю станцию, чем контуру, настроенному на 10 МГц. И в том, и в другом случае соседняя станция отстоит от принимаемой на 10 кГц по абсолютной величине. Но в первом случае это относительно большая расстройка, примерно на 10 %, а во втором случае расстройка относительно невелика, всего десятая доля процента. Контур и не почувствует, что частота изменилась на такую относительно небольшую величину. Одним словом, деятельность контура определяется относительным изменением частоты, изменением «на столько-то процентов в сравнении с резонансной частотой». А нас интересует ослабление сигнала при абсолютной расстройке на 10 кГц (Р-123;4).
Тщательный анализ приводит к малоприятным выводам. Один контур даже с хорошей добротностью (Q = 50-100) на длинных волнах ослабляет сигнал соседней станции по сравнению с принимаемой в восемь — десять раз, на средних — в два — четыре раза, а на коротких волнах — всего на несколько тысячных долей процента. То есть на коротких волнах у контура вообще нет никакой избирательности, а на длинных и особенно на средних волнах избирательность явно мала. Поэтому прием коротковолновых станций отложим, как говорится, до лучших времен (Т-219), а от средневолнового и длинноволнового приемника с одним контуром не будем требовать особой избирательности.
Есть, правда, во всей этой невеселой истории одно утешительное обстоятельство. Рабочие частоты передатчикам назначают с очень точным и тонким расчетом. Учитывается и мощность передатчика, и место его расположения, и участок диапазона, где он работает, особенности распространения радиоволн. Стараются, чтобы свои, местные радиостанции, которые особенно хорошо слышны в данном районе, не работали на очень близких частотах. А чем дальше по частоте отстоят друг от друга станции, тем проще контуру отделить их сигналы. И в итоге даже очень простой приемник с одним колебательным контуром удовлетворительно работает на средних и особенно на длинных волнах, неплохо принимает местные станции. Но конечно, выделить сигналы далеких станций, если на близкой частоте работает мощная местная станция, такой приемник не может.
Т-214. Чтобы не ухудшать добротность контура, приходится ослаблять его связь с источником энергии и ее потребителем. Колебательный контур — основной элемент входной цепи приемника, в которую входят еще элементы связи контура с антенной и с последующими цепями, например с детектором. Передача энергии в контур и из него может осуществляться по-разному: через конденсатор (емкостная связь, Р-124;1), с помощью отдельной катушки связи (индуктивная или трансформаторная связь, Р-124;2), через отводы от контурной катушки (автотрансформаторная связь, Р-124;3). В одной схеме могут быть разные виды связи с антенной и детектором (Р-124;4). Различной может быть и степень связи. В частности, связь с антенной или с детектором усиливается, если увеличить емкость конденсатора связи Ссв, сближать катушки Lсв и Lк или увеличивать число витков в секции L"к.
Р-124
На первый взгляд может показаться, что чем сильней связь антенны с контуром или контура с детектором, тем лучше — больше энергии передается из одной цепи в другую. Но, подбирая связь между элементами входной цепи, нельзя забывать о добротности контура Q: она очень сильно влияет и на его избирательность, и на уровень сигнала, который снимается с контура.
Дело в том, что в контур входит не только его собственное сопротивление Rк, но еще и вносимое сопротивление Rвн, которое напоминает, что какая-то часть энергии у контура отбирается (Р-124;5). И чем больше отбираемая энергия, тем больше вносимое сопротивление и тем, следовательно, меньше добротность контура. Вот почему, например, нельзя устанавливать слишком сильную связь контура с детектором (Р-124;8), пытаясь отобрать у контура и передать дальше как можно больше энергии. Связь подбирают с таким расчетом, чтобы достаточно много выиграть и не очень много проиграть. Чаще всего устанавливают оптимальную связь (Р-124;7), при которой Rк = Rвн и контур передает дальше максимум той мощности, которую он может передать (Т-185). Но бывает, что связь выгодно сделать меньше оптимальной, проиграв в уровне сигнала, но зато выиграв в добротности, в избирательности (Р-124;5).
Существуют определенные ограничения для выбора степени связи с антенной. В частности, нужно, чтобы собственная емкость антенны Са, которая может достигать нескольких сот пикофарад, в минимальной степени входила в контур (Р-124;10,11). В случае емкостной связи с антенной емкость Ссв выбирают очень небольшой — 20–50 пФ. При этом к контуру подключена цепочка из последовательно соединенных Ссв и Са, а в такой последовательной цепочке общая емкость меньше наименьшей (Р-52;6).
Т-215. Во входном контуре в качестве катушки индуктивности может использоваться магнитная антенна. Долгое время антенной приемников был одиночный провод, по возможности высоко поднятый. Ток в такой антенне в основном наводит электрическая составляющая электромагнитной волны. Чтобы заставить эффективно работать ее магнитную составляющую, стали применять рамочные антенны — катушки больших размеров. Если вставить в катушку ферромагнитный сердечник с высокой магнитной проницаемостью, то эффективность антенны-катушки резко повышается и можно заметно уменьшить ее размеры. Вот такая катушка, намотанная на ферромагнитном сердечнике, и называется магнитной антенной (Р-124;12).
В большинстве случаев магнитная антенна одновременно выполняет роль индуктивности входного контура — прямо к ней подключается конденсатор настройки, и если нужно менять индуктивность, то переключают обмотки магнитной антенны (К-8).
На резонансной частоте в цепи магнитной антенны резко возрастает ток, потому что сопротивление последовательной LCR-цепи на резонансной частоте оказывается минимальным (Т-84). И на резонансной частоте магнитная антенна передает наибольшую энергию в катушку связи Lсв, а через нее и дальше, к детектору. Число витков в катушке связи очень небольшое, и получается, что из магнитной антенны сигнал передается детектору через понижающий трансформатор. При этом в контур вносится очень небольшое сопротивление, и его высокая природная добротность почти не ухудшается. Хотя, конечно, из-за слабой связи в уровне сигнала мы проигрываем. Но проиграть в уровне сигнала не так-то страшно: имея транзисторы и лампы, сигнал всегда можно усилить. Кроме того, магнитная антенна дает свой особый выигрыш — она имеет определенную направленность, с некоторых направлений хорошо принимает сигнал, а с других во много раз хуже.
Т-216. В приемниках прямого усиления до детектора имеются усилители высокой частоты, а после детектора — усилители низкой частоты. Детекторный приемник создает звук только за счет той энергии, которую отдали антенне радиоволны, и поэтому работает более или менее громко только в непосредственной близости от мощных радиостанций. Повысить громкость приема можно, сделав более высокую антенну и заземление, которое при приеме длинноволновых и средневолновых станций всегда дает заметный эффект. Но, конечно, по-настоящему поднять громкость звучания детекторного приемника способен только усилитель низкой частоты.
В принципе это может быть любой усилитель с достаточно высокой чувствительностью и желательно высоким входным сопротивлением. Входное сопротивление усилителя, который, по сути, подключен параллельно к детектору, войдет в общее сопротивление всей детекторной цепи: это сопротивление вносится во входной контур. Детекторная цепь отбирает у контура часть энергии, то есть вносит в него последовательное сопротивление Rвн, и чем больше это вносимое сопротивление, тем хуже для контура, тем ниже его добротность (Р-124).
Не следует думать, что, повышая чувствительность усилителя НЧ, можно принимать сколь угодно слабые сигналы. Практически детекторный приемник с усилителем НЧ хорошо принимает только те станции, которые создают на входе детектора напряжение в несколько десятых долей вольта. Более слабые сигналы детектор детектирует плохо, они попадают на участок загиба вольт-амперной характеристики диода, на «ступеньку», и создают очень небольшой пульсирующий, ток, низкочастотная составляющая которого сильно искажена (Р-125;1).
Р-125
Чтобы принимать более слабые станции, нужно усиливать сигнал до детектора, используя усилители высокой частоты.
По самой своей сути усилители ВЧ мало отличаются от усилителей НЧ.
Те же цепи питания, смещения на базу, те же схемы температурной стабилизации. Первые бросающиеся в глаза отличия — это меньшие емкости конденсаторов межкаскадной связи и фильтров (Р-125;2): на высоких частотах даже конденсаторы сравнительно небольшой емкости имеют достаточно малое сопротивление (С-7). В усилителях ВЧ в качестве нагрузки довольно часто можно встретить высокочастотный дроссель (Р-125;3) или колебательный контур, слабо связанный с коллекторной цепью и особенно с базовой цепью следующего каскада (Р-125;4). Необходимость ослабления связи все та же