Ток высокой частоты (немодулированный) создается лампой, входящей в состав генератора. Гетеродин приемника является примером такого устройства, и Любознайкин был прав, задержавшись на анализе его работы. Не возвращаясь к деталям различных стадий процесса возбуждения незатухающих колебаний, напомним лишь, что основной частью генератора является колебательный контур между сеткой и катодом лампы, индуктивно связанный с катушкой в ее анодной цепи. Последовательно чередующиеся заряды и разряды конденсатора колебательного контура создают ток высокой частоты, который прекратился бы через некоторое количество периодов (как это показано на рис. 21, а), если бы в соответствующие моменты катушка в анодной цепи не передавала через индуктивную связь в катушку колебательного контура энергию, необходимую для пополнения потерь. Благодаря этому непрерывно возобновляемому пополнению энергии возбужденные колебания поддерживаются с постоянной амплитудой и частотой, равной резонансной частоте колебательного контура.
В конечном итоге колебания генератора поддерживаются за счет энергии анодного тока. В передатчике (рис. 140) относительно слабые колебания задающего генератора усиливаются перед подачей их в передающую антенну, мощным высокочастотным усилителем. Один из каскадов этого усилителя используется для манипуляции с помощью ключа, разрывающего цепь, в случае телеграфии или для модуляции микрофонным током в случае телефонии. Микрофонный ток в большинстве случаев слишком слаб, чтобы им можно было непосредственно модулировать высокую частоту. Поэтому перед подачей на модулятор его усиливают.
Схема радиотелефонного передатчика, приведенная на рис. 37, очень упрощена; она служила лишь для пояснения принципа работы.
Рис. 140.Блок-схема радиотелефонного передатчика.
1 — микрофон; 2 — микрофонный усилитель; 3 — модулятор; 4 — задающий генератор; 5 — усилитель высокой частоты; 6 — передающая антенна.
Комментарии к десятой беседе
Если началом радиотелефонной цепи служит микрофон, то последним ее звеном являются телефонные трубки. Именно они (или их близкий и более мощный родственник громкоговоритель) выполняют функции, обратные функциям микрофона: превращение токов низкой частоты в звуковые колебания.
Телефонные трубки состоят из электромагнита с сердечником из намагниченной стали, установленного позади тонкой упругой стальной мембраны (рис. 141). Все это размещено в металлическом или пластмассовом корпусе. Переменные токи низкой частоты, протекая по обмоткам электромагнита, попеременно увеличивают или уменьшают намагниченность сердечника, который сильнее или слабее притягивает мембрану. Последняя больше или меньше изгибается в ритме изменений тока.
Созданные таким образом вибрации передаются окружающему воздуху и распространяются в виде звуковых волн. Если ни одно из многочисленных преобразований, которые претерпевает ток между микрофоном передатчика и телефонными трубками приемника, не исказили его, то воспроизводимый трубками звук будет точно соответствовать звуку, попавшему на микрофон.
Рис. 141.Устройство телефонных трубок.
1 — электромагнит; 2 — мембрана; 3 — акустический раструб; 4 — корпус; 5 — питающий провод.
Через телефонные трубки должен проходить ток низкой частоты. Совершенно бесполезно пытаться питать наушники модулированным током высокой частоты. Мембрана, имеющая слишком большую инерцию, не стала бы вибрировать на такой высокой частоте Однако если бы это и оказалось возможным, воспроизведенный «звук» имел бы столь высокую частоту, которую человеческое ухо не воспринимает. Кроме того, ток высокой частоты не пройдет через обмотки телефонных трубок из-за их слишком большого индуктивного сопротивления.
Три причины, из которых достаточно каждой отдельно взятой, приводят к необходимости осуществить операцию, обратную модуляции выделить из модулированного тока высокой частоты его низкочастотную составляющую. Эта операция носит название детектирования (иногда говорят демодуляция).
Для выделения низкочастотной составляющей модулированного тока его достаточно выпрямить, т. е. подавить все полупериоды одной из полярностей.
Таким образом, получаются импульсы тока, имеющие только одно направление и следующие один за другим в ритме высокой частоты, амплитуда которых изменяется в соответствии с формой тока низкой частоты (см. рис. 40,б). Достаточно накопить эти импульсы на обкладках конденсатора малой емкости, чтобы, разряжая его на телефонные трубки (или любое другое сопротивление), создать ток низкой частоты (рис. 40, в). Таков общий смысл процесса детектирования. Рассмотрим подробнее способы его осуществления.
Выпрямление тока производится с помощью проводника с односторонней проводимостью. Такой проводник имеет относительно небольшое сопротивление при прохождении тока в одном направлении и значительно большее (или даже бесконечно большое) в другом направлении. Ламповый диод может служить примером детектора с бесконечно большим сопротивлением в «запрещенном направлении», потому что электроны не могут пройти в направлении от анода к катоду. Детекторы с так называемым непостоянным контактом, из которых в прошлом был наиболее известен галеновый детектор с точечным контактом, пропускают в одном направлении ток значительно большей величины, чем в другом.
Любознайкин был прав, утверждая, что любая асимметрия (физическая, химическая или геометрическая) между двумя соприкасающимися телами, определяет неодинаковую проводимость в обоих, направлениях. А так как идеальной симметрии никогда не бывает, то можно сказать, что все неидеальные контакты в бóльшей или меньшей степени детектируют. Это явление часто бывает весьма нежелательным. Отсюда возникает опасность плохих контактов и необходимость применять пайку контактов при сборке радиоприемника.
Кристаллический детектор с непостоянным контактом имеет преимущества перед ламповым диодом в том, что не требует тока накала, и уступает ему в том, что может детектировать лишь очень слабые токи. В наши дни кристаллический детектор применяется лишь в безламповых радиоприемниках, в которых вообще нет усиления и очень слабый ток антенны после детектирования подаемся непосредственно на телефонные трубки. Такие приемники пригодны для приема только местных передач.
Но разве не является чудом даже такой приемник, в котором ничтожной частицы энергии, полученной антенной из пространства, достаточно для приведения в движение мембраны телефонных трубок..?
Конденсатор, служащий для накапливания однонаправленных импульсов выпрямленного тока, должен иметь достаточно малую емкость, чтобы представлять большое сопротивление для тока низкой частоты, так как иначе этот ток замкнулся бы через конденсатор. Обычно используется конденсатор емкостью до 2 000 пф.
Добавим, что в современных ламповых приемниках часто применяют полупроводниковые детекторы, германиевые или кремниевые, не уступающие ламповым диодам и не требующие накала.
Триод позволяет одновременно осуществлять детектирование и усиление модулированного тока. Для этого подлежащее детектированию напряжение подается между сеткой и катодом лампы, причем отрицательное напряжение смещения должно быть больше, чем при использовании лампы в качестве усилителя, так как необходимо, чтобы рабочая точка была смещена к нижнему изгибу характеристики. В таких условиях отрицательные полупериоды высокочастотного напряжения дадут лишь малое снижение анодного тока, а положительные полупериоды вызовут значительное увеличение анодного тока. Последний примет форму серии однонаправленных импульсов высокой частоты с меняющимися амплитудами.
Конденсатор, включенный в анодную цепь и заряжаемый импульсами, создает в телефонных трубках (или любой другой нагрузке) ток низкой частоты.
В этом и состоит сущность детектирования на нижнем изгибе сеточной характеристики, называемого анодным детектированием. В принципе оно сводится к неравномерному усилению положительных и отрицательных полупериодов модулированных высокочастотных импульсов.
Комментарии к одиннадцатой беседе
В большинстве приемников применяется усиление сигналов как до, так и после детектирования. Высокую частоту необходимо усилить, чтобы напряжение, подаваемое на детектор, имело величину, достаточную для детектирования в нормальных условиях. Следует отметить, что каждый детектор имеет свой «порог чувствительности», определяемый самым низким напряжением, которое он еще может удовлетворительно детектировать. Таким образом, когда по какой-либо причине (большая удаленность или малая мощность передатчика) напряжение, подаваемое на детектор, меньше порогового напряжения, детектирование будет отсутствовать или окажется неудовлетворительным.
Следовательно, усиление высокой частоты позволяет принять даже маломощные или удаленные передатчики; оно служит, таким образом, для повышения чувствительности приемника. Помимо этого, схему цепей связи между каскадами высокой частоты выбирают такой, чтобы повысить избирательность приемника.
Детектированное напряжение, как правило, слишком мало, чтобы его можно было подать непосредственно на громкоговоритель. Так как к последнему нужно подвести более или менее значительную энергию, после детектирования необходимо усиление низкой частоты.
При подаче на вход лампы (между сеткой и катодом) переменного напряжения возникает переменный анодный ток. Если необходимо использовать еще одну усилительную лампу, то следует прежде всего преобразовать переменный ток в