Беседа десятая
В простейшем приемнике необходимы три элемента: приемная антенна, детектор и телефонные наушники. В этой беседе два наших друга обсуждают назначение и механизм детектирования. Само собой разумеется, что сначала они рассмотрят простейший метод — диодное детектирование. Не забудут они и о кристаллическом детекторе, который до сих пор имеет горячих сторонников. Затем Любознайкин расскажет об анодном детектировании.
Незнайкин. — Я очень сержусь, что ты меня бросил для сдачи своих экзаменов в самый захватывающий момент. Мы остановились на том, что посадив пассажира (низкую частоту) в поезд (высокую частоту), мы дали сигнал отправления… и наш поезд высокой частоты все еще движется.
Любознайкин. — В самом деле, наступило время его остановить. Ты знаешь, конечно, что волны остановятся на станции назначения, которую называют приемной антенной. В антенне эти волны возбуждают модулированный ток высокой частоты, который является точным, хотя и более слабым повторением тока, текущего в передающей антенне.
Н. — Я вспоминаю даже, что для получения определенной избирательности мы включаем в приемную антенну (или связываем с нею индуктивно) колебательный контур, на зажимах которого образуется переменное напряжение. Я хотел подать это напряжение на телефонные наушники, но ты сказал, что я ничего не услышу. И, действительно, я ничего не мог обнаружить.
Л. — Сегодня ты легко поймешь причины неудачи. Не забывай, что на наушники ты хотел подать модулированное напряжение высокой частоты. Мембрана наушников слишком «тяжела», чтобы колебаться на высокой модулированной частоте. Этому препятствует инерция мембраны.
Н. — Но если бы сумели изготовить тонкую и легкую мембрану, которая могла бы вибрировать при высокой частоте….
Л. — …то и тогда бы ты ничего не услышал, так как твое ухо не воспринимает звука столь высокой частоты. Мало того, ток такой частоты не пройдет через обмотки наушников, индуктивность которых представляет для него трудно преодолимое препятствие.
Н. — Но ведь в действительности ток высокой частоты нас совсем не интересует. Мы хотим сделать слышимой модулирующую низкую частоту. Что касается высокой частоты, то ее роль поезда сыграна. Нам ничего не остается, как заставить выйти пассажира низкой частоты.
Л. — Ты совершенно прав. Операция, целью которой является извлечение низкой частоты из модулированного тока высокой частоты, называется детектированием.
Н. — Если я хорошо понял, процесс детектирования противоположен процессу модуляции.
Л. — Это так. В модулированном токе низкая частота присутствует в виде изменения амплитуд тока высокой частоты. Выпрямив этот ток, мы вызовем появление низкой частоты.
Н. — Я не знаю, как это сделать.
Л. — Однако это просто. Чтобы выпрямить ток, достаточно поместить на его пути проводник с односторонней проводимостью, т.е. проводник, который позволяет току легко протекать в одном направлении и не пропускает его, когда он течет в противоположном направлении.
Н. — Я совсем не представляю себе, как можно изготовить такой проводник-выпрямитель.
Л. — Но ты уже знаком с одним из них; это диод — лампа, в которой электроны могут идти от катода к аноду, но не наоборот.
Н. — Это верно… Об этом я не подумал.
Л. — Итак, вместо того, чтобы соединить с зажимами колебательного контура непосредственно наушники, мы включим последовательно с ними диод (рис. 39).
Рис. 39. Диод Д выпрямляет высокочастотные модулированные колебания, благодаря чему они слышны в наушниках Т.
В этом случае модулированное напряжение высокой частоты (рис. 40,а) создаст в цепи диода Д и телефонных наушников Т ток только одного направления (рис. 40,б). Без диода мы имели бы импульсы высокой частоты, идущие поочередно в противоположных направлениях. Благодаря выпрямительному действию диода все эти импульсы будут действовать уже в одном направлении.
Рис. 40. Графическое изображение процесса детектирования.
а — модулированные колебания высокой частоты; б — выпрямленные высокочастотные импульсы, в — ток низкой частоты.
Н. — Эврика! Я понял!.. Так как импульсы идут в одном направлении, они окажут на мембрану наушников совместные действия, которые будут в бóльшей или меньшей степени притягивать ее. Я говорю больше или меньше, так как амплитуды этих импульсов неодинаковы: они изменяются в соответствии с низкой частотой, которая заставит вибрировать в такт мембрану наушников.
Л. — В основном ты правильно догадался о сущности явления. Однако в наших рассуждениях мы не приняли во внимание тот факт, что импульсы высокой частоты, даже односторонние (рис. 40,б), не могут пройти через обмотки наушников из-за их большого индуктивного сопротивления.
Н. — И что же?… Опять мы ничего не услышим?
Л. — Услышим, но при условии сглаживания этих импульсов перед подачей их на наушники. Для этого параллельно наушникам мы присоединяем конденсатор С небольшой емкости (см. рис. 39), который будет заряжаться в бóльшей или меньшей степени импульсами модулированного тока и разряжаться через обмотку наушников. Заряд будет больше или меньше в зависимости от амплитуды импульсов. Отсюда следует также и то, что разрядный ток (рис. 40,в), который пройдет через наушники, и будет настоящим током низкой частоты
Н. — Словом, конденсатор С играет роль резервуара, который накапливает стремительно следующие один за другим заряды импульсов, а затем непрерывно отдает их телефонным наушникам.
Л. — Твое сравнение великолепно. Видимо, ты это хорошо понял Продолжая аналогию дальше, ты можешь сравнить конденсатор С с резервуаром, предназначенным для сбора дождевых капель, из крана которого потечет непрерывная струя, более или менее сильная в зависимости от силы дождя.
Н. — Теперь я попытаюсь сам вкратце изложить все, что ты рассказал о детектировании. Модулированное напряжение высокой частоты выпрямляется диодом. В этом случае образуется серия высокочастотных импульсов одного направления, имеющих различную амплитуду. Эти импульсы непрерывно заряжают конденсатор С, который отдает ток низкой частоты в телефонные наушники… и мы слышим музыку… Ах, если бы у меня был диод, я бы не тянул с постройкой приемника!
Л. — Подожди! Диод необходим тогда, когда речь идет о выпрямлении довольно значительных напряжений. Для слабых же напряжений лучше применить контактный детектор Д (рис. 41).
Рис. 41. Детектор Д, позволяющий детектировать слабые сигналы.