Радиоволны. Принципы приема и передачи радиосигналов

Рис. 3 Настройка приемника самодельным конденсатором переменной емкости.

Колодку с гнездами устанавите на дощечке так: просверлите в ней два отверстия диаметром 6 - 8 мм с расстоянием 20 мм между центрами и вставьте в них «хвосты» штепсельных гнезд. Колодку укрепите на дощечке шурупами или винтами с гайками. Начало катушки и антенну подключите к зажиму, с которым соединен диод, а ко второму зажиму, соединенному с гнездом телефонов, подключите конец катушки и заземление. Конденсатор переменной емкости может быть как с воздушным, так и с твердым диэлектриком. Но функцию конденсатора переменной емкости могут выполнять две металлические пластины размерами примерно 150 х 150 мм, вырезанные, например, из жести больших консервных банок. К пластинам припаяйте проводники длиной по 250 - 300 мм. При помощи этих проводников одну пластину соедините с зажимом антенны, а другую - с зажимом заземления. Положите пластины на стол одну возле другой, но так, чтобы они не соприкасались, и настройте приемник на радиостанцию только переключением секций катушки заземленным проводником. Теперь поднесите заземленную пластину к пластине, соединенной с антенной. Если громкость будет увеличиваться, сближайте пластины и, наконец, положите одну пластину на другую, проложив между ними лист сухой бумаги (чтобы не было электрического контакта). Найдите такое взаимное расположение пластин, при котором будет точная настройка. Если же при сближении пластин громкость приема будет уменьшаться, переключите заземленный проводник на ближний к началу катушки отвод и вновь сближайте пластины, добиваясь наибольшей громкости. В этом опыте настройка приемника на несущую частоту радиостанции осуществлялась двумя способами: грубо - изменением индуктивности катушки путем переключения ее секций, точно - изменением емкости пластинчатого конденсатора. Запомните: индуктивность катушки и емкость конденсатора при настройке приемника на радиостанцию взаимосвязаны. Одну и ту же радиостанцию можно слушать при включении в антенный контур приемника большего числа витков, т. е. большей индуктивности катушки, но при меньшей емкости конденсатора, либо, наоборот, при меньшей индуктивности катушки, но большей емкости конденсатора. Теперь снова настройте приемник на какую - либо радиостанцию, запомните громкость приема передачи, а затем, не изменяя настройки, включите между антенной и антенным зажимом конденсатор емкостью 47 - 62 пФ (рис. 4).

Рис. 4 Конденсатор включенный в цепь антенны, улучшает селективность приемника.

Что получилось? Громкость  приема несколько уменьшилась. Произошло  это потому, что конденсатор, включенный в цепь антенны, изменил параметры  всего контура. Подстройте контур конденсатором  переменной емкости до прежней громкости  звучания телефонов. Если до включения  в контур дополнительного конденсатора во время приема одной станции прослушивалась еще какая - то другая, близкая по частоте радиостанция, теперь она будет слышна много слабее, а возможно, и совсем не будет мешать. Приемник стал четче выделять сигналы той станции, на которую настроен, или, как говорят, улучшилась его селективность, т. е. избирательность. Вместо конденсатора постоянной емкости включите между антенной и приемником конденсатор переменной емкости. С его помощью вы сможете не только изменять селективность приемника, но, возможно и настраивать его на разные станции. Следующий опыт - настройка приемника ферритовым стержнем (рис. 5).

Рис. 5 Приемник с настройкой ферритовым стержнем.

Пластинчатый конденсатор  удалите, а вместо него между зажимами антенны и заземления, т. е. параллельно  катушке, включите слюдяной или керамический конденсатор емкостью 120 - 150 пФ. Прижмите телефоны поплотнее к ушам, сосредоточьтесь и очень медленно вводите ферритовый стержень внутрь каркаса катушки. Постепенно углубляя стержень в катушку, вы должны услышать передачи всех тех радиовещательных станций, прием которых возможен в вашей местности на детекторный приемник. Чем длиннее волна радиостанции, тем глубже должен быть введен стержень в катушку. Опытным путем найдите такое положение стержня в катушке, при котором наиболее громко слышны сигналы станции, и сделайте на стержне соответствующую пометку карандашом. Пользуясь ею как делениями шкалы, вы сможете быстро настроить приемник на волну этой станции. Продолжая опыт с использованием ферритового стержня, подключите параллельно катушке другой конденсатор емкостью 390 - 470 пФ. Как это повлияло на настройку приемника? Громкость осталась прежней, но для настройки на ту же станцию стержень приходится меньше вводить в катушку. Совсем удалите конденсатор, оставив включенной только катушку. Что получилось? Чтобы настраивать приемник на ту же станцию, стержень надо глубже вводить в катушку. Какие выводы можно сделать, проведя эксперименты с таким вариантом детекторного приемника? Основных два. Во - первых, ферритовый стержень значительно сильнее, чем металлический предмет, влияет на индуктивность катушки, а значит и на настройку контура. Во - вторых, с помощью ферритового стержня можно плавно и точно настраивать контур приемника на желательную радиостанцию. Еще один эксперимент. Антенну и заземление отключите от приемника, между ними включите диод, а параллельно - телефоны без блокировочного конденсатора. Вот и весь приемник. Работает? Тихо, вероятно? К тому же, возможно, одновременно слышны передачи двух - трех радиовещательных станций. От такого приемника ожидать лучшего не следует. вы, наверное, заметили, что когда дотрагиваешься рукой до деталей или соединительных проводников, громкость работы немного изменяется. Это объясняется расстройкой антенного контура, вносимой в него электрической емкостью вашего тела.

Принципиальная электрическая схема детекторного приемника

Чтобы правильно соединить  детали приемника, вы пользовались рисунками. На них катушку, телефоны, диод - детектор и другие детали, приборы и соединения вы видели такими, какими они выглядят в натуре. Это очень удобно для  начала, пока приходится иметь дело с совсем простыми радиотехническими  конструкциями, состоящими из малого числа  деталей. Но если попытаться изобразить таким способом устройство современного приемника, то получилась бы такая «паутина»  деталей и проводов, в которой  невозможно было бы разобраться. Чтобы  этого избежать, любой электроприбор или радиоустройтво изображают схематически, т. е. при помощи упрощенного чертежа - схемы. Различают три основных вида схем: структурные, принципиальные электрческие и схемы электрических соедининий. Структурная схема представляет собой упрощенный чертеж, на котором группы деталей и приборов, выполняющие определенные функции радиотехнического устройства, изображают условно прямоугольниками или иными символами. Структурная схема дает лишь общее представление о работе этот устройства, о его структуре и связях между его функциональными группами. Примером структурной схемы можем служить (рис. 2), по которому я рассказывал вам о принципе работы радиовещательной станции. Можно ли таким способом изобразить устройство детекторного приемника? Конечно, можно. Нарисуйте в один ряд четыре прямоугольника и соедините их между собой линиями со стрелками, идущими слева направо. В крайний левый прямоугольник впишите слово «Антенна», в следующий за ним прямоугольник - «Колебательный контур», в третий прямоугольник - «Детектор», в четвертый - «Телефоны». Получится структурная схема детекторного приемника. «Прочитать» ее можно так: модулированные колебания радиочастоты, возбужденные в антенне, поступают в колебательный контур приемника, а затем к детектору, детектор выделяет из принятого сигнала колебания звуковой частоты, которые телефоны преобразуют в звук. Раньше такие чертежи называли скелетными схемами или блок - схемами. Сейчас эта терминология считается устаревшей. Принципиальную электрическую схему чаще называют принципиальной или просто схемой. На ней все детали радиотехнического устройства и порядок их соединения изображают условными знаками, символизирующими эти детали, линиями. «Читая» принципиальную схему, как географическую карту или чертеж какого - то механизма, нетрудно разобраться в цепях и принципе работы устройства. Но она не дает представления о размерах устройства и размещении его деталей на монтажных платах. Схема соединений, в отличие от принципиальной, информирует, как расположены в конструкции и соединены между собой детали устройства. Собирая приемник, усилитель или любой другой радиоаппарат, радиолюбитель располагает детали и проводники примерно так, как на рекомендованной схеме соединений. Но монтаж и все соединения деталей проверяют по принципиальной схеме устройства. Уметь грамотно чертить и читать радиосхемы - совершенно обязательное условие для каждого, кто хочет стать радиолюбителем. На (рис. 6) вы видите уже знакомые вам детали и устройства и некоторые другие, с которыми придется иметь дело в дальнейшем. А рядом в кружках - их символические графические изображения на принципиальных схемах.

Рис. 6 Принципиальные схемы вариантов опытного приемника с настройкой переключением отводов катушки (а), конденсатором переменной емкости (б), ферритовым стержнем (в).

Любую катушку индуктивности  без сердечника, независимо от ее конструкции  и числа витков, на принципиальной схеме изображают в виде волнистой  линии. Отводы катушек показывают черточками. Если катушка имеет неподвижный  ферромагнитный сердечник (ферритовый стержень), увеличивающий ее индуктивность, его обозначают прямой линией вдоль изображения катушки. Если таким сердечником настраивают контур приемника, как это было в опытном приемнике, его на схеме обозначают то же прямой, но вместе с катушкой пересекают стрелкой. Подстроечный ферромагнитный сердечник катушки обозначают короткой жирной чертой, пересекающейся Т - образным символом. Любой конденсатор постоянной емкости изображают двумя короткими параллельными линиями, символизирующими две изолированные одна от другой пластины. Если конденсатор электролитический, его положительную обкладку обозначают дополнительным знаком « + ». Конденсаторы переменной емкости изображают так же, как и конденсаторы постоянной емкости, но пересеченными наискось стрелкой, символизирующей переменность емкости этого прибора. Гнезда для подключения провода антенны, головных телефонов или каких - то других устройств или деталей обозначают значками в виде вилки, а зажимы кружками. Новым для вас является переключатель. Вместо того, чтобы при настройке приемника раскручивать и скручивать проводники, как вы это делали во время опытов с детекторным приемником, выводы и отводы катушки можно переключать простейшим ползунковым, движковым или иной конструкции переключателем. Проводники, которыми соединяют детали, обозначают прямыми линиями. Если линии сходятся и в месте их пересечения стоит точка, значит проводники соединены. Отсутствие точки в месте пересечения проводников говорит о том, что они не соединены. На принципиальных схемах рядом с символическими обозначениями радиодеталей, приборов, коммутирующих и других устройств пишут соответствующие им латинские буквы. Так, например, всем конденсаторам, независимо от их конструктивных особенностей и применения, присвоена буква С, резисторам - буква R, катушкам - буква L, полупроводниковым диодам, транзисторам и многим другим полупроводниковым приборам - буква VD, V, антеннам буква W, гнездам и другим соединительным устройствам - буква X, головным телефонам, головкам громкоговорителей, микрофонам и другим преобразователям электрических или звуковых колебаний - буква В, гальваническим элементам и аккумуляторам - буква G, батареям гальванических элементов или аккумуляторов - буквы GB, лампам накаливания - буква Н и т.д. Кроме того, на схемах детали нумеруют, т. е. рядом с буквой, присвоенной детали, пишут цифру, например Cl, L1, L2, R1, VI и т.д. Для упрощения принципиальных схем на них иногда не показывают антенну, головные телефоны, ограничиваясь только обозначениями гнезд или зажимов для их подключения, но тогда возле них пишут соответствующие буквы с цифрами: Wl, В1. Подробнее об условном буквенно - цифровом позиционном обозначении радиотехнических элементов и устройств на схемах радиоаппаратуры можно найти в справочной литературе или интернете. Вот теперь, зная условные позиционные обозначения деталей, можно изобразить принципиальными схемами детекторные приемники, с которыми вы экспериментировали. Принципиальная схема первого варианта опытного приемника показана на (рис. 6, а). Его вы настраивали изменением числа секций катушки, входящих в контур, путем переключения заземлённого проводника. Поэтому в схему введен переключатель S1. Вспомните нашу «прогулку» по цепям приемника и совершите ее еще раз, но уже по принципиальной схеме. От начала катушки L1, обозначенного на схеме точкой, вы попадете к диоду VI и через него - телефонам В1, далее через телефоны по заземленному проводнику. Переключатель S1 и витки катушки Ll - к исходной точке. Это - детекторная цепь. Для токов высокой частоты путь из антенны в землю идет через секции катушки и переключатель. Это - антенный контур. Приемник настраивается на радиостанцию скачкообразным изменением числа витков, включаемых в контур. Параллельно телефонам подключен блокировочный конденсатор С1. На схеме штриховыми линиями показан конденсатор Са. В приемнике такой детали не было. Но символизирующая его электрическая емкость присутствовала - она образовывалась антенной и заземлением и как бы подключалась к настраиваемому контуру. Принципиальная схема одного из последующих вариантов опытного приемника показана на (рис. 6, б). Его входной настраиваемый контур состоит из катушки L1, имеющей один отвод, введенного вами конденсатора переменной емкости С2, антенного устройства и антенного конденсатора С1. Включение в контур только верхней (по схеме) секции катушки соответствует приему радиостанций СВ диапазона, включение обеих секций - приему радиостанций ДВ диапазона. Таким образом, в приемнике переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем S1, а плавная настройка в каждом диапазоне - конденсатором переменной емкости С2. Последним вариантом был приемник, настраиваемый ферритовым стержнем. Его принципиальную схему вы видите на (рис. 6, в). Колебательный контур образуют катушка L1 и конденсатор постоянной емкости С2. Катушка не имеет отводов, значит, приемник однодиапазонный. Для приема радиостанций другого диапазона в контур надо включить катушку, рассчитанную на прием станций этого диапазона. Для подключения головных телефонов предусмотрены гнезда В1.