Процесс «мягкого» возбуждения колебаний в автогенераторе.
Мы так подробно остановились на схеме генератора Мейснера потому, что он начал новую эпоху в радиотехнике. Радисты получили наконец, средство для генерирования незатухающих колебаний. Осталось связать с колебательным контуром антенну, а в цепь анодной батареи включить телеграфный ключ — и передатчик готов!
Нужна большая мощность? Делайте большую лампу! Так и поступили. Инженеры моментально включились в соревнование по изготовлению все более мощных ламп (50, 100, 200 Вт) и вскоре перешагнули и киловаттный рубеж. Оставалась неусовершенствованной техника радиоприема. Тут реванш взяли англичане. В том же 1913 году Роунд, экспериментируя с генератором Мейснера, открыл возможность автодинного приема.
Что такое автодинный прием? Это прием с использованием собственного генератора незатухающих колебаний, причем все процессы приема происходят в одном активном элементе триоде.
Посмотрите на схему простейшего автодинного приемника. Она мало отличается от схемы генератора. Добавлены лишь цепь связи с антенной да телефонные трубки в анодной цепи лампы, зашунтированные блокировочным конденсатором (назначение его нам уже известно — замыкать токи высокой частоты).
Приемник, который в зависимости от коэффициента обратной связи может быть и автодинным, и регенеративным.
Контур теперь включен не в анодную, а в сеточную цепь. Это удобнее, поскольку крупногабаритный переменный конденсатор с ручкой настройки уже не находится под высоким потенциалом анодной батареи, а катушка обратной связи включена в анодную цепь лампы. Связь ее с контурной катушкой сделана регулируемой, что обозначено на схеме изогнутой с стрелкой.
Какие же процессы происходят в автодинном приемнике? Прежде всего надо отметить, что с помощью ручек настройки частота собственных колебаний устанавливается очень близкой к частоте принимаемого сигнала. Разность частот может составлять 400…1000 Гц. Следовательно, принимаемый сигнал попадает в полосу пропускания колебательного контура. Приведем простой пример: пусть приемник настроен на частоту 300 кГц, а добротность контура составляет 100. Тогда полоса его пропускания (ширина резонансной кривой) составляет 300 кГц/100 = 3 кГц или ± 1,5 кГц от частоты настройки. Итак, в контуре существуют сразу два колебания: собственное, с большой амплитудой, и принимаемое — с малой.
Сумма двух синусоидальных колебаний с несколько отличающимися частотами и существенно различными амплитудами представляет собой один сигнал с изменяющейся амплитудой — сигнал биений. В этом легко убедиться, графически сложив исходные два колебания.
Если в начале графика колебания были в фазе и суммарное колебание имеет амплитуду, равную сумме амплитуд а1 + а2, то спустя полпериода разностной частоты исходные колебания станут противофазными и суммарное колебание будет иметь амплитуду а1 — а2.
Биения двух синусоидальных колебаний.
Таким образом, амплитуда суммарного колебания изменяется с частотой расстройки между собственными и принимаемыми колебаниями, т. е. с частотой биений. Ну а если амплитуда колебаний изменяется, то благодаря действию гридлика изменяется и смещение на сетке лампы. Эти изменения усиливаются лампой, и в телефонах будет слышен звуковой тон биений. Уверен, что подобные биения вы не раз слышали, вращая ручку настройки приемника. Они проявляются в виде свиста, тон которого изменяется от высокого до низкого, а при дальнейшем вращении ручки настройки, напротив, — от низкого до высокого. Правда, в современных радиовещательных приемниках свист — вредный эффект, обусловленный несовершенством самого приемника.
Итак, автодин позволил принимать незатухающие колебания «на биениях» с помощью телефонных трубок. Чувствительность приема, а следовательно, и дальность связи резко возросли. Но мы пока ничего не сказали о радиовещании, а ведь в этой главе предполагалось рассказать именно о нем!
У нас есть генератор незатухающих колебаний и два вида приемников — детекторный и ламповый. Чтобы передать речевой или музыкальный сигнал, инженеры пошли самым очевидным путем — стали изменять амплитуду излучаемых колебаний в такт со звуковым напряжением. В передатчике для этого служила еще одна лампа — модуляторная. В простейшем случае она включалась последовательно с генераторной и регулировала ее анодный ток в такт со звуковыми колебаниями. Ну а чем больше ток генераторной лампы, тем больше и амплитуда колебаний. На детекторный приемник AM сигнал принимался просто — в телефонах прослушивался звук. Сложнее обстояло дело с автодинным приемником. Он был почти идеален по тем временам для приема телеграфных сигналов. Любопытно отметить, что уже в 50-х годах известный советский коротковолновик А. В. Прозоровский предложил схему автодинного приемника для радиолюбителей: он обеспечивал чувствительность в единицы микровольт, позволял принимать сигналы многих удаленных станций! А вот принимать AM станции мешал свист — биения между несущей сигнала и собственными колебаниями. Наметились два пути решения проблемы. Один путь — настроить автодин точно на несущую сигнала. Тогда тон биений понижается до нуля, а собственные колебания «захватываются» несущей сигнала до совпадения с ней по фазе. Поскольку здесь осуществляется синхронизация собственных колебаний принимаемыми, приемник назвали синхродином.
Работал синхродин довольно неустойчиво, поскольку малейшие изменения питающих напряжений или температуры окружающей среды приводили к «уходу» частоты колебаний и появлялся свист — биения. Особенно трудно было принимать слабые сигналы. Решение проблемы нашел американец Э. Армстронг. В 1922 году Армстронг предложил регенеративный приемник для AM сигналов. Схема его практически не отличается от схемы автодина Роунда, но регулировка совсем другая. Перемещая катушку обратной связи, регенератор подводят к самому порогу возникновения колебаний, когда собственных колебаний еще нет, но они вот-вот могут возникнуть. В этих условиях большая часть потерь в колебательном контуре компенсирована (регенерирована) цепью обратной связи, и его эффективная добротность может достигать нескольких тысяч. В результате существенно возрастает селективность приемника. А поскольку пик резонансной кривой высокодобротного контура становится выше, возрастает и чувствительность. Биений нет, поскольку в контуре имеются только колебания принимаемого сигнала. Они детектируются в сеточной цепи и, будучи усиленными лампой, воспроизводятся в телефонах. В 20-е и 30-е годы очень большое распространение получил двухламповых приемник, в котором одна лампа служила регенеративным сеточным детектором, а другая — усилителем звуковой частоты. Вот мы и познакомились с техникой, от которой началось радиовещание. А теперь расскажем о том, как оно развивалось в нашей стране.
Хотя первые опыты по радиосвязи и проводились в России, отсталая самодержавная страна не могла обеспечить быстрых темпов развития радиотехники. Наступил 1917 год. Молодая Советская Республика, окруженная кольцом фронтов гражданской войны, полностью изолирована от внешнего мира. Положение с телеграфной проволочной связью отчаянное — линии порваны, столбы повалены, проволоки нет. О систематическом ремонте проводных линий и говорить нечего. А связь была очень нужна, просто необходима. Естественно, возникла мысль о радио. И 21 июля 1918 года В. И. Лениным был подписан декрет о централизации радиотехнического дела в России. К тому времени неожиданно выяснилось, что в Твери (ныне г. Калинин) на военной радиостанции имеется группа высококвалифицированных специалистов в области радио.
Душой группы был М. А. Бонч-Бруевич. До революции в чине поручика он служил помощником начальника Тверской приемной радиостанции международных сношений. Еще в то время, пользуясь примитивными подручными средствами, он самостоятельно изготавливал электронные лампы. Вот как описывает председатель Радиосовета большевик А. М. Николаев первое посещение Тверской радиостанции: