Радио

Колебательный контур, как и обычный маятник, имеет собственную частоту колебаний. Чем больше индуктивность катушки и емкость конденсатора, тем ниже собственная частота колебательного контура. Регулировкой емкости или индуктивности контур передатчика либо приемника настраивают на нужную частоту электрических колебаний.

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА

Электронная лампа — важнейшая деталь современных радиопередатчиков и приемников. Ее работа основана на очень сложных физических явлениях. Сейчас мы познакомимся с этими явлениями, но прежде вспомним об одной профессии, некогда тяжелой и изнурительной. Речь идет о кузнеце. Когда-то от кузнеца требовалась большая сила. В наши дни кузнецом может работать любой человек. Чтобы повернуть рычаг механического молота, требуется незначительное усилие. Легкое движение руки — молот приподнялся. Другое движение — рухнул вниз, сплющивая раскаленный металл. Слабое мускульное усилие человека машина превращает в удар многотонного молота. Она в тысячи раз увеличивает человеческую силу.

Нечто подобное выполняет и радиолампа. С ее помощью слабые электрические колебания усиливаются во много раз. Такую лампу и называют усилительной.

Каким же образом действует радиолампа?

В конце прошлого века ученые, занимавшиеся усовершенствованием осветительной лампочки, во время одного из опытов обнаружили интересное явление. Они помещали внутрь лампового баллона металлическую пластинку и включали между этой пластинкой и нитью лампы электрическую батарею так, чтобы пластинка соединялась с положительным полюсом. Как только лампочка загоралась, в этой цепи появлялся ток, отклонявший стрелку чувствительного электроизмерительного прибора — гальванометра. Если же лампочка погашалась или пластинка присоединялась к отрицательному полюсу батареи, тока не было. Схема этого опыта показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема простейшей электронной лампы.

Самое удивительное заключалось в том, что в первом случае ток протекал по разомкнутой цепи. Он как бы перепрыгивал пространство между пластинкой и раскаленной нитью.

Долгое время это явление оставалось загадкой, но затем ему было дано объяснение.

При нагреве ламповой нити электроны, «блуждающие» между ее атомами, движутся все быстрее и быстрее. При высоких температурах они даже начинают «выпрыгивать» наружу. Когда нить раскалена, вокруг нее образуется облачко электронов.

Поскольку разноименные электрические заряды притягиваются друг к другу, электроны устремляются к металлической пластинке, лишь когда она заряжена положительно. Поэтому между нитью и пластинкой начинает течь электрический ток.

Когда же пластинка заряжена отрицательно, она, наоборот, отталкивает от себя электроны, и в этом случае никакого тока не возникает. Ток отсутствует и тогда, когда лампа не горит, потому что холодная нить не испускает электронов.

Металлическую пластинку (положительный электрод) назвали анодом лампы, а ламповую нить (отрицательный электрод) — катодом.

Простейшая радиолампа, в которой имеется всего лишь два электрода — катод и анод, — получила название диода[1]. Ее схематическое изображение дано на рис. 8.

Рис. 8. Схематическое изображение двухэлектродной лампы.

Двухэлектродная лампа еще не способна усиливать электрические колебания, однако с ее помощью можно преобразовывать переменный ток в постоянный, т. е. текущий в одном направлении, или, как говорят, выпрямлять переменный ток.

Действительно, если диод подключить к осветительной сети, то ток через него будет течь только в одну сторону короткими толчками — импульсами — в те моменты, когда на анод поступает положительный заряд. Когда же анод заряжается отрицательно, лампа вообще не пропускает тока; она, как говорят, «заперта» (рис. 9).

Рис. 9. Выпрямление переменного тока диодом.

Таким образом, диод работает подобно вентилю велосипедной или автомобильной камеры, пропускающему воздух лишь в одну сторону. Поэтому выпрямительную лампу иногда называют вентилем.

Для того чтобы радиолампа могла усиливать электрические колебания, между ее анодом и катодом нужно поместить еще один электрод, сделанный в виде металлической решетки или проволочной спирали, — так называемую сетку.

Устройство простейшей трехэлектродной лампы (триода) показано на рис. 10, а, а изображение триода на радиосхемах — на рис. 10, б.

Рис. 10. Устройство и схематическое изображение триода.

Сетку иногда называют управляющим электродом: она управляет потоком электронов, несущихся сквозь нее к аноду.

Если управляющая сетка заряжена положительно, она ускоряет движение электронов, помогает им оторваться от катода и достичь анода лампы. Если же на сетке имеется отрицательный заряд, то этот заряд отталкивает электроны, мешает им «пробиться» к аноду.

Сетка расположена очень близко от катода, во много раз ближе, чем анод. Поэтому она влияет на движение электронов гораздо сильнее анода. Если отрицательный заряд на сетке достаточно велик, то лампа «запирается» и перестает пропускать ток даже в том случае, когда анод заряжен положительно.

Ничтожные изменения заряда на сетке приводят к резким изменениям силы анодного тока (так называют поток электронов, проходящий через анод лампы).

Если величина заряда на сетке колеблется, то сила анодного тока меняется с той же частотой. При этом сравнительно слабые колебания сеточного заряда вызывают значительно более мощные колебания анодного тока. Следовательно, в лампе происходит процесс усиления электрических колебаний.

На рис. 11 схематически изображен ламповый радиоусилитель.

Рис. 11. Схема лампового радиоусилителя.

На «вход» усилителя, между катодом и сеткой лампы, поступают слабые электрические колебания (например, от антенны радиоприемника). К «выходу», между анодом и гальванической батареей, подключена так называемая нагрузка — колебательный контур.

Когда колебания на входе усилителя отсутствуют, электрический заряд, создаваемый на сетке лампы специальным источником электричества (этот источник для простоты на рисунке не показан), не изменяется по величине. Поэтому остается постоянной и сила анодного тока.

Когда же на сетку лампы поступают электрические колебания, величина заряда начинает периодически изменяться. Это вызывает пульсацию анодного тока, проходящего через нагрузку. Толчки тока «раскачивают» колебательный контур, и в нем возникают электрические колебания, размах которых особенно велик в случае резонанса, т. е. тогда, когда контур настроен на частоту колебаний.

С помощью радиолампы электрические колебания можно усилить в десятки раз. Но часто такое усиление оказывается недостаточным. Так, например, чтобы разобрать слабые сигналы далекой радиостанции, их энергию приходится иногда усиливать в миллионы раз. При таком усилении едва уловимый шорох воспринимался бы нашим ухом как оглушительный грохот.

Как же осуществляется это колоссальное усиление?

Когда нужно подняться на верхний этаж дома, пользуются лестницей. Поднимаясь по лестнице, мы последовательно преодолеваем ступень за ступенью. Каждая следующая ступень поднимает нас все выше.

1

Названия ламп — диод, триод и др. — происходят от древнегреческих числительных 2, 3 и т. д. по числу электродов.