Текст книги "Радио?.. Это очень просто!"

Автор книги: Евгений Айсберг

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 19 страниц)

Л. – Твои предположения не далеки от истины, но ты ошибся, представив себе, что электромагнит с острием наподобие линии магнитного поля должен вне магнита вернуться к другому полюсу, и лента окажется как бы погруженной в рассеянное магнитное поле.

Н. – Об этом я не подумал… Что же делать?

Л. – Для получения сконцентрированного магнитного поля – а это необходимое условие воспроизведения высоких частот – следует применить электромагнит с сердечником в виде подковы, где зазор между полюсами представляет собой очень узкую щель (ее ширина несколько микрон). В этом случае лента будет точно намагничиваться по всей ширине дорожки, прилегающей к щели (рис. 134).

Рис. 134. Запись звука на ленту.

ТРИ ГОЛОВКИ ИЛИ ОДНА?

Н. – Это исключительно ясно. Я предполагаю, что при воспроизведении используется такая же головка, что и при записи. При прохождении ленты перед ее щелью переменное намагничивание, созданное на железном порошке при записи, наводит в катушке головки токи низкой частоты, которые после усиления дают возможность услышать записанные ранее звуки.

Л. – Это правильно. В большинстве бытовых магнитофонов одна головка служит и для записи, и для воспроизведения. В первом случае она подключается к выходу усилителя, на вход которого включен микрофон. При переключении магнитофона на воспроизведение головка оказывается подключенной к входу усилителя, который подает усиленный сигнал на громкоговоритель.

Н. – Я догадываюсь, что значительное преимущество магнитофона заключается в постоянстве скорости протяжки ленты.

Л. – Правильно. Лента движется со стандартной скоростью 4,75; 9,5; 19 или 38 см/сек). Чем больше скорость, тем выше качество записи, особенно звуков высокой частоты.

Н. – Да, но с повышением скорости снижается длительность записи на ленте.

Л. – Разумеется. Но в настоящее время выпускают магнитофоны, которые могут записывать звуки на двух или даже четырех параллельных дорожках одной ленты, что увеличивает в 2 или в 4 раза длительность звучания, которая может достигать нескольких часов.

Н. – Я слышал, что ленту можно использовать повторно, стерев с нее запись, как карандаш с бумаги. Так ли это?

Л. – Совершенно верно. А стирается магнитная запись просто магнитным полем ультразвуковой частоты (т. е. выше частот, воспринимаемых человеческим ухом), например, 25 000 гц. Это поле создается стирающей головкой, которая устанавливается перед записывающей.

Н. – Значит, лента, проходя мимо стирающей головки, очищается от предыдущей записи?

Л. – Да, но это делается только при новой записи. При воспроизведении же стирающая головка отключается.

Н. – А можно ли обходиться одной головкой для выполнения записи, воспроизведения и стирания?

Л. – Практически этого не делают. Однако должен тебе сказать, что переменное ультразвуковое поле должно объединяться с полем, служащим для записи, а для этого в записывающую головку, кроме тока низкой частоты, подают еще и ультразвуковой ток.

Н. – Боже мой, зачем же?

Л. – Не волнуйся, он не уничтожит запись, так как очень мал по сравнению со стирающим током. Малая доза высокочастотного тока нужна чтобы «встряхнуть» железные зерна ленты, которые воспринимают намагничивающее низкочастотное поле, создаваемое сигналом.

Н. – Очень хорошо, что головки могут выполнять несколько функций. Но я чувствую, что моя голова сегодня вечером не способна больше выполнить и одной.

Л. – Учитывая это известное всем явление насыщения, лучше закончим нашу беседу о звукозаписи.

Беседа двадцать третья

Вот мы и заканчиваем наше чудесное путешествие по живописной стране радио, которое Вам помогли осуществить беседы наших друзей. Если Вы внимательно за ними следили, то радио не является больше для Вас секретом, по крайней море в основных чертах. Но перед расставанием Любознайкин и Незнайкин начертят и проанализируют, используя полученные знания, схему радиоприемника, который они собираются изготовить.

ЗА РАБОТУ!

Незнайкин. – Клянусь пентодом! Что я вижу! Ты, вероятно, опустошил целый магазин радиодеталей, дорогой Любознайкин.

Любознайкин. – Почти что так, Незнайкин. Теперь мы вступаем в активную фазу нашего технического сотрудничества, которое, надеюсь, будет столь плодотворным, что…

Н. – Пожалей. Не сокрушай меня таким напыщенным стилем. Скажи, зачем необходимо такое количество экранированных катушек, ламп, резисторов и конденсаторов?

Л. – Да для того, чтобы начать, наконец, сборку радиоприемника, столь давно обещанного тетушке. Я полагаю, что теперь ты знаешь все необходимое о работе приемника, чтобы без боязни приступить к его постройке.

Н. – Я очень польщен этим знаком доверия и даже заговорил в стиле, который ты сегодня избрал. Я хотел бы также знать, какую схему ты хочешь предложить.

Л. – Я ничего не хочу тебе навязывать, дружище. Выскажи мне свои пожелания, и я постараюсь составить такую схему, чтобы она им удовлетворила.

Н. – Превосходно. Это должен быть, совершенно очевидно, супергетеродин. И так как он должен иметь очень высокую чувствительность, первым должен быть усилитель высокой частоты.

Л. – Твои пожелания выполнены, Незнайкин (рис. 135).

Рис. 135. Окончательная схема, по которой после многочисленных изменений Незнайкин будет собирать приёмник.

Сигнал на сетку лампы Л₁ усилителя высокой частоты мы подаем через трансформатор L₁L₂ с вторичной обмоткой, настраиваемой конденсатором С₁. Смещение на управляющей сетке лампы создается с помощью резистора R₁ в цепи ее катода, а напряжение на экранирующей сетке – с помощью гасящего резистора R₂. Этими же индексами обозначены соответствующие резисторы во всех остальных лампах.

Н. – Ты забыл проставить обозначения на развязывающих конденсаторах.

Л. – Я это специально сделал, чтобы не загромождать чертеж. Ты будешь знать, что конденсаторы без обозначений служат для развязки.

Н. – Согласен. Я полагаю, что назначение конденсатора C₇ такое же, как и конденсатора С₇ на рис. 78.

Л. – У тебя прекрасная память, поздравляю! Действительно, этот конденсатор служит для замыкания цепи колебательного контура L₂C₁ по высокой частоте. Статор конденсатора переменной емкости обязательно заземляется, так как он закреплен в металлическом корпусе. Но конец катушки L₁ присоединен к цепи автоматической регулировки усиления, напряжение в которой незначительно. Благодаря конденсатору С₇ цепь колебательного контура замыкается. Резистор R₇и конденсатор С₇ создают необходимую постоянную времени цепи автоматической регулировки усиления.

Н. – А теперь меня интересует смесительный каскад на триод-гексоде Л₂.

Л. – Нет ничего проще. Через трансформатор L₃L₄ с вторичной обмоткой, настроенной с помощью конденсатора С₂, мы подаем усиливаемое напряжение высокой частоты на первую сетку гексода. Обрати попутно внимание на то, что в цепях анодов всех ламп включены развязывающие резисторы R₃. Гетеродин состоит из триодной секции комбинированной лампы, колебательного контура L₅C₃ и катушки обратной связи L₆. Его напряжение подано, как полагается, на третью сетку гексода.

Н. – Дальше я могу самостоятельно разобраться в схеме.

Напряжение промежуточной частоты подается на сетку пентода Л₃ усилителя промежуточной частоты с помощью первого трансформатора Тр₁ с настроенными первичной и вторичной обмотками. Второй трансформатор промежуточной частоты Тр₂ подает усиленное напряжение промежуточной частоты на детекторный диод, являющийся частью комбинированной лампы Л₄, содержащей также триод предварительного усилителя низкой частоты…

Л. – Незнайкин, ты разговариваешь, как говорящий учебник по радиотехнике… и не говоришь глупостей!

Н. – Не обижай меня, Любознайкин. После того как я изучил порознь все элементы общей схемы, мне не трудно разобраться в целом. Диод-триод Л₄ включен по классической схеме. Продетектированное напряжение мы снимаем движком с потенциометра R₈ и подаем через конденсатор связи С₄ на управляющую сетку триода, напряжение смещения которой подается через резистор R₄.

Л. – А автоматическая регулировка усиления?

Н. – Тоже самая обычная схема. Продетектированное напряжение подается через цепь R₇C₇ на управляющие сетки ламп усилителей высокой и промежуточной частоты, благодаря чему регулируется коэффициент усиления.

Л. – Сегодня ты совершенно неисчерпаем. Заканчивай же разбор схемы.

Н. – Цепь связи, состоящая из резистора R₅и конденсатора С₅, между предварительным усилителем низкой частоты и выходным пентодом Л₅ вполне тривиальна. Также ничего необычного не представляет собой двухполупериодный выпрямитель с кенотроном косвенного канала Л₆. Ничего нельзя возразить и против фильтра, состоящего из двух электролитических конденсаторов и дросселя Др.

Л. – Могу добавить лишь, что в качестве конденсаторов развязки в цепях катодов усилительных ламп низкой частоты также применены электролитические конденсаторы, так как там нужны большие емкости… Теперь тебе все ясно в этой схеме?

Н. – Я должен отметить, что между анодом выходной лампы и корпусом включен еще необычный конденсатор С₆ последовательно с переменным резистором R₉. Для чего они служат?

Л. – Чтобы не пропускать в громкоговоритель повышенные частоты звуковой передачи.

Видишь ли, пентоды, употребляемые в усилителях низкой частоты, имеют плохую привычку больше усиливать повышенные частоты, подчеркивая таким образом резкие звуки. Чтобы смягчить тембр музыкальной передачи, уменьшают напряжение более высоких частот с помощью цепи C₆R₉. Чем выше частота, тем легче она проходит через конденсатор. Чтобы регулировать величину ответвляющегося тока, применяется включенный последовательно с конденсатором переменный резистор R₉. Чем больше сопротивление включенного резистора, тем меньше высоких частот будет ответвляться в эту цепь, и, наоборот, уменьшая его сопротивление, мы будем ослаблять интенсивность резких звуков. Такой регулятор называется регулятором тембра.

Н. – Словом, помимо ручки настройки, объединяющей группу конденсаторов переменной емкости, приемник будет иметь еще ручку регулировки громкости R₈ и ручку регулировки тембра R₉.

Л. – Ты забыл назвать еще ручку переключателя диапазона волн… А теперь, дружище, тебе ничего больше не остается, как, вооружившись плоскогубцами, отверткой и паяльником, приступить к работе.

ПОСЛЕДНИЕ СОВЕТЫ

Н. – Ты действительно думаешь, что я смогу теперь обходиться без твоих советов?

Л. – Конечно, в течение двадцати трех вечеров, которые мы так приятно провели за беседой, я не касался тонкостей теории. Но сейчас ты знаешь уже достаточно, чтобы легко разобраться и любой схеме. Самые сложные схемы могут быть разбиты на определенное число простых элементов, которые тебе прекрасно известны. Время и опыт научат тебя с первого взгляда узнавать их.

Читая схемы, возьми за правило следить с карандашом в руке за путями тока в различных цепях и главным образом в цепях катод – анод ламп. Не забывай, что электроны всегда выходят из катода и обязательно должны туда возвратиться.

Упражняйся как можно чаще в чтении схем. Только с полным знанием дела, представляя себе роль каждого элемента, ты сможешь хорошо выполнить практическую работу по конструированию… Не забывай также, что радиотехника – молодая наука, находящаяся в расцвете своего развития, и что только регулярное чтение хороших книг и журналов поможет тебе быть постоянно в курсе ее достижений.

Должен тебе сказать, что мы изучили только ламповые схемы приемников, а ведь теперь наряду с лампами в приемниках широко применяются и другие приборы – транзисторы. Но о них мы поговорим потом, когда будем располагать свободными вечерами.

На протяжении всех наших бесед ты задавал мне столько вопросов, что, мне кажется, в заключение я могу также в свою очередь задать тебе один вопрос: по-прежнему ли ты думаешь, что радио – это «дьявольски сложно»?

Н. – Радио?.. Это очень просто!..

Комментарии к первой беседе

Потенциал, проводники и диэлектрики

В этой беседе Любознайкин сумел изложить Незнайкину множество необходимых понятий из области электротехники, которые мы постараемся здесь систематизировать.

Атомы всех веществ состоят из определенного количества электронов и протонов. Первые представляют собой элементарные отрицательные электрические заряды, а вторые, составляющие ядро атома, являются элементарными положительными зарядами. Соотношение между количествами этих зарядов определяет электрическое состояние, или потенциал атома. Атом нейтрален, если он содержит столько же электронов, сколько и протонов. Он отрицателен, если количество электронов превышает количество протонов, и положителен при обратном соотношении.

Следует отметить, что в данном атоме количество протонов всегда остается постоянным; только некоторые электроны могут, преодолевая силу притяжения, существующую между электронами и протонами, переходить от одного атома к другому Кроме того, такие «свободные» электроны существуют лишь в определенных веществах, именуемых проводниками. Вещества, атомы которых не содержат свободных электронов, принадлежат к категории диэлектриков.

Помимо электронов и протонов, ядро атома может содержать нейтроны, которые, увеличивая массу атома, не изменяют его электрическое состояние.

Электрический ток

Когда между атомами проводника существует разница в электрическом состоянии, или разность потенциалов, равновесие восстанавливается благодаря переходу избыточных электронов с отрицательного края – полюса на положительный Переход электронов от отрицательного полюса к положительному представляет собой электрический ток. Направление движения электронов противоположно условному направлению тока (от положительного полюса к отрицательному), принятому еще в те времена, когда не знали природы электрического тока.

Следует отметить, что движение электронов вдоль проводника происходит не так просто, как можно было бы предположить по объяснению Любознайкина.

По проводнику пробегает от одного конца до другого не один и тот же электрон. Чаще всего этот электрон лишь переходит с одного атома на соседний, откуда другой электрон перескакивает на следующий атом и т. д. Собственная скорость электрона относительно мала, но общее движение происходит с постоянной скоростью, близкой к 300 000 км/сек, которая и является скоростью распространения электрического тока.

Электроны можно уподобить веренице автомобилей, остановившихся перед закрытым железнодорожным переездом. Когда шлагбаум поднимается, вся вереница машин быстро приходит в движение. Последняя машина трогается с места очень скоро после первой, это и есть скорость тока. Однако индивидуальная скорость каждой машины (скорость электронов) в этот момент относительно невелика.

Если ничто не будет поддерживать на концах проводника разность потенциалов, или напряжение, то после установления электрического равновесия ток в проводнике прекратится.

Чтобы ток протекал безостановочно, нужно непрерывно добавлять электроны к атомам отрицательного полюса и отнимать электроны от положительного полюса. В этом и заключается роль любого источника тока, который производит электрическую энергию. Таким источником может быть электрическая батарея (где химическая энергия преобразуется в энергию электрическую), термоэлектрическая батарея (превращающая тепло в электричество) или генератор, установленный на электростанции, который преобразует механическую энергию двигателя в электрический ток.

Следует отметить, что внутри источника питания электроны движутся от положительного полюса к отрицательному (рис. 136). Это происходит поточу, что электроны должны быть отняты у атомов положительного полюса, с тем чтобы создать избыток их в атомах отрицательного полюса. Таким образом, в электрической цепи электроны движутся в том же направлении от одного конца к другому.

Рис. 136. Движение электронов через источник питания и по внешней цепи.

Вольт, ампер, ом

Разность потенциалов, или напряжение, существующее между двумя точками проводника, измеряется и выражается в вольтах.

Количество электронов, проходящее через поперечное сечение проводника в секунду, может быть более или менее значительным. Оно определяет силу (интенсивность) тока, которая измеряется в амперах.

В зависимости от длины, сечения и материала проводник оказывает прохождению тока большее или меньшее сопротивление. Сопротивление измеряется в омах.

Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление. Но чем больше сечение проводника, тем меньше его сопротивление.

Закон Ома

Повышая напряжение, приложенное к концам данного проводника, мы тем самым пропорционально увеличиваем количество приведенных в движение электронов, т. е. силу тока Таким образом, мы можем констатировать, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Прикладывая одинаковое напряжение к проводникам с разным сопротивлением, можно заметить, что проводники, имеющие большее сопротивление, пропускают более слабый ток. Отсюда следует, что сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Обе отмеченные выше закономерности сформулированы в законе Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Поэтому, когда известна величина напряжения (в вольтах), приложенного к концам проводника, сопротивление которого известно (и выражено в омах), то, разделив первую величину на вторую, мы находим силу тока (в амперах), протекающего через этот проводник Так, прикладывая напряжение 10 в к проводнику сопротивлением 5 ом, мы получаем ток в 2 а. Точно так же, как напряжение 1 в, приложенное к проводнику с сопротивлением 1 ом, даст ток 1 а.

Закон Ома является основным законом электротехники и радиотехники. Поэтому необходимо хорошо запомнить приводимые ниже основные виды этого закона.

Три вида закона Ома

В формуле закона Ома

I = U/R

напряжение U представляет собой делимое, сопротивление R – делитель и ток I – частное. Вспомним, что делимое равно произведению делителя на частное/ Поэтому мы можем выразить этот же закон в новом виде:

U = I·R.

Это означает, что напряжение равно произведению тока на сопротивление. Следовательно, зная величину тока, протекающего через проводник с известным сопротивлением, мы можем, перемножив эти две величины, определить напряжение, создающее данный ток.

И, наконец, исходя из этого второго вида закона Ома U = I·R и вспомнив, что произведение U при делении его на один из сомножителей I дает другой сомножитель R, мы можем написать:

R = U/I

Эта формула и является третьим видом закона Ома. Мы видим, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток.

Если мы знаем величину напряжения на концах проводника и величину тока, которую оно определяет, мы можем получить значение сопротивления проводника, разделив первую величину на вторую.

На этом законе основаны омметры – приборы, служащие для измерения сопротивления проводников. Они содержат батарею с известным напряжением и амперметр (прибор для измерения силы тока). Когда напряжение батареи прикладывается к измеряемому проводнику, амперметр показывает величину установившегося тока После этого для определения величины измеряемого сопротивления достаточно разделить известное напряжение батареи на величину тока, отсчитанную по амперметру.

Комментарии ко второй беседе

Переменный ток

Если в первой беседе Любознайкин сумел изложить основные свойства постоянного тока, т. е. тока, создаваемого напряжением, имеющим постоянные величину и направление, то во второй беседе он смело приступил к рассказу о переменном токе.

Этот ток создается переменным напряжением. В случае переменного напряжения потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудой, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через нуль, после чего цикл всех изменений возобновляется Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током в одну секунду, носит название частоты.

Само собой разумеется, что чем короче период, тем больше их в одну секунду и тем выше частота.

Переменный ток используется в электрической сети. Он вырабатывается машинами, называемыми «генераторами переменного тока». Обычная частота тока в Европе 50 пер/сек, или 50 гц, а в Америке – 60 гц.

Электромагнитные волны

«Промышленные частоты» для радиста являются очень «низкими», так как, в радиотехнике для волн, используемых для радиопередачи, применяют токи высокой частоты, с частотой по крайней мере 10 000 гц, иначе говоря с периодом, равным или меньшим 0,0001 сек. Каждый период такого тока, проходящего по вертикальному проводу – передающей антенне, порождает электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве наподобие кольца, непрерывно расширяющегося вокруг антенны Это расширение происходит со сказочной быстротой, удаляющей волну от антенны на 300 000 000 м/сек, т. е. со скоростью, равной скорости света В этом нет ничего удивительного, так как радиоволны и световые волны имеют одну и ту же природу, в обоих случаях мы имеем дело с электромагнитными волнами. Они различаются лишь по частоте, которая значительно выше у световых волн.

Расстояние между двумя волнами, последовательно излученными антенной, называется длиной волны. Чем короче период (или выше частота), тем меньше это расстояние, т. е. волны следуют одна за другой через меньшие интервалы.

В радиотехнике различают несколько категорий или «диапазонов» волн, установленных несколько произвольно:

Длинные волны – с длиной волны 600 м и больше.

Средние волны – с длиной волны от 200 до 600 м.

Короткие волны – с длиной волны от 10 до 200 м.

Ультракороткие волны – от 1 до 10 м

Дециметровые волны – от 10 см до 1 м.

Сантиметровые волны – от 1 до 10 см.

Последние почти вплотную подходят к наиболее длинноволновой части инфракрасного излучения.

Следует также сказать, что в радиотехнике вместо слова «период» иногда используют слово «цикл», а выражение «период в секунду» или «цикл в секунду» обычно заменяется термином герц (по фамилии физика, экспериментально доказавшего существование электромагнитных волн). В связи с тем, что в радиотехнике часто имеют дело с очень высокими частотами, пользуются укрупненными единицами: килогерц (кгц) = 1 000 гц, мегагерц (Мгц) = 1 000 000 гц и гигагерц (Гц) = 1 000 000 000 гц.

Магнитное поле

Создание электромагнитных волн электрическим током является одним из многочисленных проявлений тесного родства (если не больше), объединяющего электрические и магнитные явления. Всякое перемещение электронов в проводнике порождает в непосредственной близости от него особое состояние пространства, называемое магнитным полем. Намагниченная стрелка компаса обнаруживает наличие магнитного поля вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, причем стрелка устанавливается перпендикулярно проводнику. Если изменить направление тока, то стрелка опишет полукруг, что свидетельствует о наличии у магнитного поля полярности, определяемой направлением тока.

Магнитное поле проводника можно усилить, намотав проводник в виде катушки. В этом случае магнитные поля всех витков складываются и катушка, через которую проходит ток, действует как настоящий линейный магнит.

Действие такого магнита можно усилить, введя внутрь катушки стальной стержень. Мягкая сталь имеет для магнитных сил значительно большую магнитную проницаемость, чем воздух. Магнитное поле сосредоточивается в магнитном сердечнике, и мы получаем электромагнит. Если сердечник сделан из мягкой стали, то при выключении тока он теряет свою намагниченность (или сохраняет ее лишь в небольшой степени). Если же сердечник сделан из твердой стали, он остается намагниченным и после включения тока Именно таким способом в настоящее время изготавливают искусственные постоянные магниты.

Индукция

Изменения электрического тока влекут за собой соответствующие изменения создаваемого им магнитного поля и, наоборот, изменяющиеся магнитные поля наводят в проводниках переменные токи. Поднося магнит к катушке или удаляя его от нее, мы наводим в катушке ток, который существует только во время движения магнита, т. е. во время изменения магнитного поля Следует хорошо усвоить, что именно изменение, а не простое присутствие магнитного поля сопровождается появлением тока в проводнике.

Вместо магнита к катушке можно подносить электромагнит – катушку, по которой идет постоянный ток. Результат будет таким же. Можно поместить катушку рядом с другой и пропускать через нее переменный ток. Переменный ток, проходящий по одной из катушек, вызовет во второй катушке переменный ток. Это явление носит название индукции. При этом нет необходимости в материальном контакте, так как между двумя катушками имеется магнитная связь. Обе катушки представляют гобой в целом электрический трансформатор. Из дальнейшего станет ясным основание для такого наименования.