|   Войти

Основы радиопередачи и приема

Рассмотрим, что произойдёт, если заряженный конденсатор соединить с резистором по схеме, изображённой на рисунке 1. Пока мы не замкнули ключ, ток в цепи отсутствует, поэтому конденсатор сохраняет свой заряд. Если замкнуть ключ, электроны с отрицательно заряженной обкладки конденсатора потекут через резистор на положительно заряженную пластину. Когда потенциалы на обеих обкладках станут равны, ток прекратится.

А теперь обратим внимание на похожую схему, только вместо резистора возьмём катушку индуктивности (Рис. 4). При замыкании ключа ток потечёт через катушку, что вызовет появление магнитного поля. Конденсатор будет разряжаться, ток будет падать (участок 1 на графике), следовательно будет уменьшаться и магнитное поле вокруг катушки, а значит возникнет ток, который будет препятствовать уменьшению исходного тока. Поэтому даже, когда конденсатор разрядится, ток в цепи не остановится, а будет продолжать течь в том же направлении (участок 2). Таким образом, конденсатор будет заряжаться, но уже с другой полярностью. Когда он зарядится до того же напряжения, что и было в начале (но с другой полярностью), ток остановиться и конденсатор начнёт вновь разряжаться на катушку, ток потечет в обратном направлении (участок 3). Снова ток и магнитное поле будут уменьшаться, возникнет ток, препятствующий уменьшению исходного тока. После того, как конденсатор разрядится, он вновь будет заряжен с другой полярностью (участок 4) и т.д.

Рис.  4

Рис.  5

Такое устройство называется колебательным контуром. В идеальном колебательном контуре, если возникли колебания, то они будут продолжаться бесконечно долго (Рис. 5). В реальном контуре существуют потери, поэтому колебания постепенно угасают (Рис. 6).

Рис.  6

Частота колебаний в контуре вычисляется по формуле:

где f – частота колебаний в контуре, выраженная в Герцах, L – индуктивность катушки, выраженная в Генри, C – ёмкость конденсатора, выраженная в Фарадах.

 

Пример: пусть катушка имеет индуктивность 5 мкГн (или 0,000005 Гн), а ёмкость конденсатора равна 10 пФ (или 0,00000000001 Ф). Подставляя эти значения в формулу, находим частоту контура:

Подключим колебательный контур к генератору переменного тока, частоту которого можно менять в широких пределах (Рис. 7). Зададим на генераторе некоторую низкую частоту и будем плавно её увеличивать, измеряя при этом амплитуду тока в колебательном контуре. Если частота генератора равна собственной частоте колебательного контура, то амплитуда колебаний резко возрастает (Рис. 8)

Рис.  7

Рис.  8

Принципы радиовещания

Для того, чтобы передать звук на расстояние посредством радиосвязи, для начала необходимо его превратить в электрический ток. Это достигается при помощи микрофона. (Рис. 9). Под действием звуковых волн мембрана микрофона колеблется, а вместе с ней колеблется катушка, помещённая в магнитное поле, поэтому в катушке возникает переменный электрический ток низкой частоты, повторяющий форму исходного звукового сигнала (Рис. 10).

Рис.  9

Рис.  10

При помощи генератора на радиостанции получают ток высокой частоты. На него накладывают ток низкой (звуковой) частоты. Этот процесс называется модуляцией (Рис. 11).

Рис.  11

Далее модулированный ток высокой частоты усиливается и подаётся в антенну. Вокруг антенны возникает электромагнитное поле, которое в виде электромагнитных волн распространяется во все стороны со скоростью света (300 000 000 м/с).

Пусть, например, ток в антенне имеет частоту 1 МГц (1 000 000 Гц), тогда период этого тока будет равен 0,000001 сек. За это время электромагнитная волна уйдёт от антенны на расстояние 0,000001*300 000 000 = 300 метров. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны вычисляется по формуле:

Где l - длина волны, м; с – скорость света, м/с; Т – период колебания, сек; f – частота тока в антенне, Гц.  

Распространяясь в пространстве, электромагнитные волны встречают на своём пути  проводники (провода, приёмные антенны, трубы и т.д.) и наводят в них ток той же частоты и формы, что и ток в передатчике, только более слабый. На этом основан принцип приёма радиосигналов. Любой провод можно использовать в качестве приёмной антенны. Так как в мире существует огромное число передатчиков, то в антенне будут наводиться токи от всех этих передатчиков. Но, как правило, передатчики излучают сигнал на разных частотах, поэтому при помощи колебательного контура можно выделить сигнал нужной частоты. Если сделать конденсатор, ёмкость которого можно менять, то у нас появится возможность регулировать частоту настройки контура и, таким образом, настраивать приёмник на ту или иную радиостанцию (Рис. 12).

Рис.  12

Рассмотрим устройство головного телефона или наушника (Рис. 13). Он состоит из подковообразного магнита с намотанными на них катушками, и мембраны, которая притягивается магнитом и слегка прогибается в его сторону. Если через катушки подать ток такого направления, чтобы вызванное им магнитное поле оказалось того же направления, что и поле магнита, то сила магнита усилится, поэтому мембрана сильнее прогнётся в сторону магнита. Если сменить направление тока на противоположное, то поле магнита ослабнет, поэтому мембрана отдалится от магнита.

Если пропускать через катушки переменный ток звуковой частоты, то мембрана будет колебаться с той же частой. Таким образом, она будет издавать звук, который может быть услышан человеческим ухом.

Рис.  13

Рассмотрим схему детекторного приёмника (Рис. 14). Приёмная антенна соединена с колебательным контуром, который из множества сигналов, наведённых в антенне, выделяет сигнал определённой частоты. Этот сигнал имеет как высокочастотную составляющую, так и составляющую звуковой частоты. Последнюю необходимо выделить. Переменный промодулированный ток, выделенный контуром (Рис. 15), пропускается через диод, который пропускает ток только в одном направлении. В результате получается ток, представляющий собой однонаправленные импульсы, содержащие составляющую низкой частоты (Рис. 16). Эти импульсы сглаживаются конденсатором, и полученный таким образом ток звуковой частоты (Рис. 17), подаётся на наушник, который позволяет слышать радиопередачу. 

Рис.  14

Рис.  15

Рис.  16

Рис.  17