Радио

Рис. 15. Устройство простейшего телефонного наушника.

На магнитный сердечник С надета проволочная катушка К. Поблизости от сердечника расположена мембрана из тонкой жести М. Эта мембрана притягивается к сердечнику с определенной силой.

Если через катушку пропустить постоянный электрический ток, то возбуждаемые им магнитные силы, взаимодействуя с магнитной силой сердечника, увеличивают или уменьшают притяжение мембраны (это зависит от направления тока). Если через катушку течет переменный ток, то сила, воздействующая на мембрану, изменяется периодически, с частотой этого тока. Поэтому мембрана начинает колебаться. Ее колебания передаются окружающему воздуху, и в нем возникают звуковые волны. Так электричество превращается в звук.

На таком принципе основана обычная телефонная связь. А в области радиотелефонии приходится прибегать к более сложным преобразованиям.

Дело в том, что электрические колебания звуковой частоты можно передать на значительное расстояние только по проводам, а в воздухе они быстро затухают. Да и много ли толку было бы, если бы такие колебания хорошо распространялись в пространстве! Отдельные передачи «накладывались» бы друг на друга, и в эфире царил бы сплошной хаос, как в огромной толпе, где каждый говорит в полный голос.

И все же ученые нашли способ передавать электрические колебания звуковых частот без проводов на любые расстояния.

Для этой цели используются электрические колебания радиочастот, в десятки, сотни и тысячи раз более высоких, чем звуковые.

ЗВУК УПРАВЛЯЕТ РАДИОВОЛНАМИ

Телеграфный радиопередатчик создает электрические колебания, размах которых все время постоянен (рис. 16).

Рис. 16. Электрические колебания, создаваемые телеграфным радиопередатчиком.

Иная картина наблюдается при работе телефонного передатчика. Размах генерируемых им колебаний то и дело изменяется, на первый взгляд, без всякой закономерности (рис. 17).

Рис. 17. Электрические колебания при радиотелефонной работе.

Но на самом деле закономерность есть.

Присмотритесь к линии, которая огибает пики «высокочастотных» колебаний, создаваемых радиопередатчиком. Ее извилины нам уже знакомы. Ведь именно такой характер имеет пульсация тока, текущего через микрофон, когда на мембрану «давят» звуковые волны (см рис. 14).

Значит, при радиотелефонной передаче звук управляет размахом колебаний в контуре передатчика, а следовательно, и энергией электромагнитных волн.

Вот как это получается.

В радиотелефонном передатчике на управляющую сетку лампы одновременно с высокочастотными колебаниями, идущими через катушку обратной связи, поступают колебания низкой звуковой частоты от микрофона. Ясно, что при этом величина электрического заряда на сетке изменяется двояко: во-первых, очень быстро с высокой частотой и, во-вторых, сравнительно медленно с низкой частотой.

Высокочастотные колебания, усиливаясь лампой, «раскачивают» колебательный контур, так как он настроен точно на их частоту. Низкочастотные колебания «раскачивать» контур не могут, поскольку он очень далек от их частоты. Зато они периодически изменяют усиление лампы, а значит, и размах высокочастотных колебаний в контуре.

Пока диктор молчит, размах высокочастотных колебаний не изменяется. Но стоит ему произнести слово, и размах колебаний начнет увеличиваться и уменьшаться в соответствии с характером звука.

Такой процесс носит название модуляции, а колебания высокой частоты, размах которых меняется по закону звуковых колебаний, называются модулированными.

Итак, при радиотелефонной передаче звук последовательно превращается сначала в электрические колебания звуковой частоты, как и при обычной проводной телефонии, а затем в модулированные колебания высокой частоты. А во время приема решается обратная задача: модулированные колебания, улавливаемые приемником, преобразуются в колебания низкой частоты, а потом в звук.

Посмотрим, как это происходит.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ РАДИОВОЛН В ЗВУК

Ежедневно во всех концах земли можно слышать голоса дикторов: «Внимание, говорит Москва». Эти слова принесены радиоволнами.

Но далеко не просто преобразовать электромагнитные волны в звук.

Модулированные колебания — переносчики звука. Они напоминают заснятую, но еще не проявленную фотопластинку. На такой пластинке не увидишь никакого изображения. Но это не значит, что его нет. Оно существует в скрытом виде. Чтобы увидеть изображение, нужно обработать пластинку в специальном химическом растворе — проявителе, который выявляет изображение, делает его видимым для человеческого глаза.

Подобно тому, как нельзя видеть непроявленный фотоснимок, невозможно услышать и модулированные колебания. Представьте, что антенна радиоприемника присоединена прямо к телефонному наушнику или громкоговорителю. Будет ли слышна радиопередача? Конечно, нет.

Дело здесь не только в том, что энергия радиоволн, улавливаемая антенной, весьма слаба. Даже усилив модулированные колебания во много раз, мы не услышали бы звука.

Когда переменный ток высокой частоты проходит через катушку телефонного наушника, магнитная сила, воздействующая на мембрану, изменяется с частотой этого тока, то есть чрезвычайно быстро. В силу инерции мембрана попросту не успевает отклониться в какую-либо одну сторону — так часто меняется направление магнитной силы.

Но допустим на минуту, что мы нашли мембрану, которая совсем не имеет инерции, и что такая «идеальная», не существующая в природе мембрана может колебаться под влиянием магнитного поля высокой частоты. Все равно такие колебания нельзя услышать, потому что их частота лежит далеко за пределами звуковых частот.

Чтобы можно было услышать радиопередачу, модулированные колебания высокой частоты необходимо выпрямить — превратить в короткие, следующие друг за другом импульсы постоянного тока. Для этого высокочастотные колебания нужно пропустить через двухэлектродную лампу, которая, как нам известно, обладает способностью выпрямлять переменные токи.

На рис. 18 показано, как выглядят модулированные колебания после выпрямления.

Рис. 18. Так выглядят модулированные колебания после выпрямления.

Теперь это ряд одинаково направленных пиков — импульсов постоянного тока, высота которых меняется в соответствии со звуковыми колебаниями.

Импульсы постоянного тока, проходя через катушку телефонного наушника, возбуждают в окружающем пространстве магнитные силы, действующие в одном направлении. При этом мембрана испытывает быстрые, следующие друг за другом толчки. Из-за своей инерционности она не успевает «откликаться» на каждый толчок в отдельности, но поскольку на этот раз толчки происходят в одну сторону, они сливаются в единую силу, величина которой изменяется в соответствии с линией, огибающей импульсы выпрямленного тока, то есть по закону звуковых колебаний.

Эта сила заставляет мембрану колебаться, и мы слышим звук, в точности такой, какой был произнесен перед микрофоном передатчика и управлял размахом высокочастотных колебаний.

Выявление колебаний звуковой частоты, происходящее в радиоприемнике, называется детектированием (это слово по-русски означает обнаружение).

Прибор, в котором происходит процесс детектирования, носит название детектора. Двухэлектродная лампа — это ламповый детектор. Существуют также безламповые детекторы. Простейший безламповый детектор состоит из кусочка сернистого свинца (галена) и стальной пружинки, острие которой упирается в поверхность галена. Этот детектор, подобно диоду, может выпрямлять переменные токи.