Страница 23 из 75
Применение сердечников из магнитодиэлектриков позволяет в несколько раз уменьшить сопротивление потерь и, следовательно, повысить добротность Q контура. Другие пути уменьшения потерь — это применение в качестве Ск керамических, слюдяных и воздушных конденсаторов, обладающих малыми потерями; монтаж высокочастотных цепей короткими проводами; использование для каркаса катушки материала с малыми потерями, а также ряд других мер. В любительских условиях не всегда имеется возможность да и не всегда есть смысл принимать все возможные меры для уменьшения потерь, и поэтому часто приходится мириться с несколько пониженной добротностью контуров.
Добротность Q контура зависит не только от потерь в нем, но и от соотношения между индуктивностью Lк и емкостью Ск; чем больше Lк и чем меньше Ск, тем выше добротность. С другой стороны, из формулы для определения f0 (рис. 47, лист 73) видно, что одну и ту же частоту собственных колебаний можно получить при различных соотношениях Lк и Ск. Иными словами, если емкость Ск уменьшить, например, в 10 раз и во столько же раз увеличить индуктивность Lк, то произведение LкCк останется неизменным, а значит, не изменится и частота f0.
Из всего этого можно сделать простой вывод: если хочешь повысить добротность контура, уменьшай его емкость и увеличивай индуктивность (в одно и то же число раз, иначе изменится частота!).
Если посмотреть на схему самых различных приемников и передатчиков, то можно увидеть, что в контурах почти всегда используются конденсаторы, емкость которых не превышает нескольких сотен пикофарад. А ведь если бы соотношение между Lк и Ск не влияло на величину добротности, то мы, пожалуй, еще подумали, каким путем легче построить контур — применяя громоздкую катушку большой индуктивности и конденсатор малой емкости или же используя конденсатор емкостью в несколько микрофарад и простейшую катушку, содержащую всего два-три витка.
В заключение необходимо отметить, что в погоне за высокой добротностью нельзя беспредельно увеличивать индуктивность и уменьшать емкость контура. Здесь существует ряд ограничений, разбирать которые мы не имеем возможности, так как это отвлечет нас от основной задачи.
Итак, мы выяснили, что в контуре, состоящем из конденсатора и катушки, могут возникнуть собственные электромагнитные колебания и что постепенно эти колебания затухают. Чем меньше потери энергии в контуре, то есть чем выше его добротность, тем медленнее затухают в нем собственные колебания.
Но как можно использовать контур в приемнике и какое значение при этом будет иметь добротность?.. К выяснению этих вопросов мы сейчас и приступаем.
Давайте раскачивать маятник в такт с его собственными колебаниями. Качнулся маятник вправо — и мы слегка подтолкнем его вправо; двигается маятник в противоположную сторону — и мы опять поможем ему, подтолкнув влево. Если мы будем подталкивать маятник с той же частотой, с какой он сам колеблется, то колебания не только перестанут затухать, но станут намного сильнее. Произойдет это потому, что подталкивание маятника скомпенсирует потери энергии, из-за которых раньше колебания затухали. Более того, наши подталкивания помогут маятнику преодолеть сопротивление воздуха и трение в подшипнике и увеличить амплитуду отклонений. Чем меньше общие потери энергии, тем больше будет амплитуда отклонений при толчках одной и той же силы.
Подобную картину можно наблюдать и в колебательном контуре, если с помощью специального генератора пропустить через этот контур переменный ток (рис. 52), частота которого равна частоте собственных (свободных) электромагнитных колебаний. В этом случае, который получил название «резонанс», в контуре происходит ряд интересных явлений, широко используемых в радиотехнике.
Рис. 52. Колебательный контур, в отличие от обычного сопротивления, по-разному пропускает токи различных частот. Наибольший ток в контуре и наибольшее напряжение на нем будет при резонансе, то есть тогда, когда частота подводимого переменного тока (например, от специального генератора) окажется равной частоте собственных колебаний контура.
Ток, поступающий от генератора, действуя в такт с переменным током собственных колебаний, как бы «подталкивает» движущиеся заряды, помогая им преодолеть сопротивление потерь. Более того, благодаря «помощи» генератора амплитуда тока в контуре при резонансе сильно увеличивается. Правда, с увеличением тока возрастут и потери энергии: ведь контурный ток проходит по сопротивлению Rк и, чем больше ток, тем больше энергии будет теряться на этом сопротивлении. Поэтому при резонансе автоматически установится такой контурный ток, при котором энергия, поступающая от генератора, сможет компенсировать потери в контуре. Совершенно очевидно, что, чем меньше эти потери, то есть чем выше добротность Q контура, тем сильнее будет контурный ток при одной и той же энергии, поступающей от генератора.
Если увеличить ток, поступающий от генератора в контур, то возрастет и контурный ток. Если же с генератора будет поступать модулированный ток, то электромагнитные колебания в контуре также окажутся промодулированными.
При резонансе электромагнитная энергия, которой «обмениваются» конденсатор и катушка, в Q раз больше энергии, получаемой от генератора; подобно тому как потенциальная и кинетическая энергия, запасаемая при колебаниях маятника, может быть во много раз больше энергии наших подталкиваний, помогающих маятнику преодолеть трение. Разными способами подключая контур к генератору, можно добиться того, что при резонансе ток в контуре будет во много раз, а точнее, в Q раз больше, чем ток, поступающий от генератора. Этот случай получил название «резонанс токов». При другом способе соединения генератора и контура можно получить так называемый «резонанс напряжений», при котором напряжение на конденсаторе и на катушке будет в Q раз больше, чем напряжение генератора (листы 151, 152). Это свойство колебательного контура можно использовать в приемнике для того, чтобы повысить напряжение, которое подводится к детектору, и тем самым повысить громкость передачи.
В простых приемниках роль генератора, «подталкивающего» собственные колебания в контуре (этот контур часто называют «входным»), выполняет подключенная к нему антенна (листы 85, 86), в которой электромагнитные ваты наводят высокочастотный ток. Поскольку в антенне действует модулированный ток, то и напряжение, возникающее на контуре, также окажется модулированным. Это напряжение можно подвести непосредственно к детектору (точнее, к цепи детектор — телефон) и детектировать его так же, как мы это делали в простейшем приемнике.
При этом можно сразу же отметить, что приемник с контуром будет работать заметно громче простейшего приемника (рис. 53, 54).
Рис. 53. Простейший приемник не обладает избирательностью — он одинаково хорошо (точнее, одинаково плохо!) детектирует и воспроизводит все наведенные в его антенне сигналы, если, конечно, они достаточно сильны.
Рис. 54. Приемник с колебательным контуром обладает избирательностью — благодаря резонансу контур выделяет сигналы той станции, частота которой равна частоте собственных колебаний этого контура.