Текст книги "Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина"

Автор книги: Рудольф Сворень

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 19 страниц)

Если любое изменение тока в проводнике вызывает появление электромагнитной волны, то что произойдет, если ток в проводнике будет переменным?

Прежде чем отвечать на этот вопрос, давайте несколько дополним наши сведения о переменном токе.

Когда мы говорим, что в цепи протекает переменный ток, то это значит, что направление движения электронов и их скорость все время меняются. Можно упрощенно представить себе картину движения электронов при переменном токе: сначала электроны двигаются медленно, затем скорость их постепенно нарастает и, наконец, достигает максимальной величины. В этот момент ток в цепи становится максимальным, или, как говорят, достигает амплитудного (наибольшего) значения. Затем скорость движения электронов уменьшается, и, наконец, они останавливаются. Однако заряды практически на месте не стоят – они моментально начинают двигаться в обратную сторону и, постепенно ускоряя свое движение, вновь набирают максимальную скорость. В этот момент ток в цепи опять нарастает до своего амплитудного значения (амплитуда тока противоположного направления), а затем вновь уменьшается до нуля. Этим и завершается полный цикл движения зарядов, после чего весь процесс повторяется снова и снова (рис. 26).

Рис. 26. При переменном токе заряды двигаются то в одну, то в другую сторону, но они так же хорошо могут «работать», как и заряды, двигающиеся в одном направлении.

Время, в течение которого происходит весь этот цикл изменений тока, называется периодом и обозначается буквой Т. Одно из направлений переменного тока (безразлично какое) условно называют положительным, а противоположное направление – отрицательным. В связи с этим часто употребляют такие выражения: «положительный полупериод» и «отрицательный полупериод». Имеется в виду половина всего периода, соответствующая положительному или отрицательному направлению тока (лист 49).

Важными характеристиками переменного тока являются его частота и амплитуда. Амплитуда, как и всякое другое значение тока, указывается в амперах (миллиамперах, микроамперах). Частота переменного тока (обозначается буквой f) так же, как и частота звуковых колебаний, – это число периодов в одну секунду, измеряемое в герцах.

Мы уже отмечали, что при всяком изменении тока от проводника отходит электромагнитная волна. Когда же в проводнике протекает переменный ток (давайте такой проводник сразу же назовем передающей антенной), то электромагнитные волны отходят от этого проводника одна за другой, подобно волнам, расходящимся по воде от вращающегося корабельного винта (рис. 28).

Электромагнитные волны, в отличие от магнитных и электрических полей, не связаны со своими источниками: они свободно перемещаются в пространстве и могут проходить огромные расстояния. Наиболее ярким подтверждением этого являются световые лучи (а лучи света по своей физической природе – это те же электромагнитные волны), пришедшие к нам от далеких звезд, многие из которых, может быть, уже давно прекратили свое существование.

Поскольку ток в передающей антенне все время меняет свою величину и направление, то и электромагнитные поля вокруг антенны тоже все время меняются. Рассматривая процесс очень упрощенно, можно представить себе, что в какой-то точке, расположенной вдали от передающей антенны, в различные моменты времени электромагнитное поле с различной силой будет поворачивать стрелку компаса или перемещать электрические заряды (рис. 27).

Рис. 27. Вокруг проводника, по которому течет переменный ток, появляются электромагнитные волны (радиоволны) – переменные электромагнитные поля, свободно перемещающиеся в пространстве со скоростью света.

Если бы удалось на короткое мгновение остановить движение электромагнитных волн, то мы увидели бы периодически чередующиеся районы с сильным электрическим и магнитным полем, причем с полями различного направления. Последнее упрощенно можно понимать так, что если поле одного направления двигает попавшие в него электроны (или поворачивает стрелку компаса) вверх, то поле противоположного направления двигает эти заряды вниз.

В действительности же электромагнитную волну остановить нельзя – порожденные переменным током, взаимно связанные друг с другом электрические и магнитные поля непрерывно расходятся от передающей антенны со скоростью света.

Важной характеристикой электромагнитного излучения, как, впрочем, и всякого волнового процесса, является длина волны (обозначается буквой λ). Весьма просто определить длину волны, которую создает брошенный в воду камень: она будет представлять собой расстояние между двумя соседними гребнями или между двумя впадинами. Подобно этому длина электромагнитной волны – это расстояние между двумя ближайшими точками, где электромагнитные поля в один и тот же момент времени действуют с наибольшей силой и в одинаковых направлениях (рис. 28).

Рис. 28. Длина электромагнитной волны – это расстояние между двумя ближайшими точками, где электрическая (или магнитная) составляющая поля в один и тот же момент времени действует с наибольшей силой и в одинаковых направлениях. Длина волны тем меньше, чем больше частота переменного тока в передающей антенне.

Длина волны зависит от частоты переменного тока (f), который создает излучение: чем выше эта частота, тем чаще следует одна волна за другой, тем меньше расстояние между их «гребнями». Кроме того λ зависит и от скорости распространения волн: чем быстрее движется волна, тем меньше расстояние она успеет пройти за время одного периода (одного полного цикла) переменного тока в передающей антенне, тем, следовательно, ближе будет отстоять одна волна от другой.

Для электромагнитных волн зависимость между длиной волны λ и частотой f определяется следующими простыми формулами:

Здесь с – это скорость распространения электромагнитных волн (скорость света), равная 300 000 км/сек. Существуют и более простые для вычислений формулы (см. табл. на листе 50).

Электромагнитные волны длиной от нескольких миллиметров до нескольких километров обычно называют радиоволнами, так как именно они используются для радиосвязи, радиовещания, радиолокации и телевидения. Более короткие электромагнитные волны – это инфракрасные, световые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи.

Поместим на пути радиоволн обычный проводник (его можно сразу же назвать приемной антенной), и они тотчас же «наведут» в этом проводнике переменный ток (рис. 29), который будет точной копией тока в передающей антенне, но, конечно, будет несравненно слабее его.

Рис. 29. Электромагнитные волны наводят в приемной антенне переменный ток и, таким образом, переносят от передатчика к приемнику определенную энергию.

Наведение тока в приемной антенне можно объяснить упрощенно тем, что под действием электрической составляющей поля электроны в проводнике упорядоченно перемещаются, как перемещались кусочки бумаги, попавшие в электрическое поле гребенки. В перемещении электронов принимает участие и магнитная составляющая поля, так как электрон, кроме электрического заряда, обладает еще магнитными свойствами, чем-то напоминая стрелку компаса.

Радиоволны непрерывно движутся мимо приемной антенны, и непрерывно меняется направление и сила воздействия электромагнитного поля на свободные электроны проводника. Поэтому-то и ток в приемной антенне изменяется с той же частотой, что и ток в антенне передатчика.

Итак, с помощью переменного тока в передающей антенне мы получили такой же (конечно, не по силе!) переменный ток в приемной антенне: электромагнитные волны помогли нам установить связь между этими антеннами без соединительных проводов.

Теперь наша задача – научиться использовать эту линию связи, научиться передавать по ней сообщения.

ПЕРЕДАЧА ИДЕТ

Казалось бы, что проще всего можно установить радиосвязь, включив микрофон в передающую антенну, а телефон – в приемную. Действительно, при разговоре будет меняться ток в цепи микрофона, в результате чего вокруг передающей антенны будут появляться электромагнитные волны. Эти волны наведут в приемной антенне, то есть в цепи телефона, соответствующий переменный ток, под действием которого будет колебаться мембрана.

На первый взгляд как будто бы все правильно. Однако практически такая система непригодна хотя бы потому, что для подобной линии радиосвязи пришлось бы строить передающие антенны высотой в десятки и сотни километров. При более коротких антеннах радиоволны будут излучаться настолько слабо, что ни о каком приеме их нельзя будет и думать.

Дело в том, что эффективность излучения радиоволн зависит от высоты передающей антенны и от частоты переменного тока: чем больше эта частота и чем выше антенна, тем эффективнее будет происходить излучение. В этом отношении передающая антенна немного напоминает обычный вентилятор, воздушный поток от которого будет тем сильнее, чем больше лопасти вентилятора и чем быстрее они вращаются. Сходство это, конечно, весьма условное, так как излучение электромагнитных волн и образование воздушного потока – совершенно разные физические процессы.

Теоретически подсчитано и практически подтверждено, что для эффективного излучения высота передающей антенны должна составлять не менее 5—10 % от длины волны. Еще лучше, если длина антенны будет равна половине или в крайнем случае четверти λ.

Теперь видно, какие огромные антенны пришлось бы строить для эффективного излучения на низких частотах, где длина волны лежит в пределах от 15 км (f = 20 кгц) до 15 000 км (f = 20 гц). Поскольку строить антенны высотой более 100–200 м сложно и дорого, то для радиосвязи и радиовещания, как правило, используют электромагнитные волны не длиннее 2000 м, то есть радиоволны, образованные переменным током с частотой выше 150 кгц (рис. 30).

Рис. 30. Для эффективного излучения радиоволн используют токи высокой частоты – обычно от 100 кгц до многих тысяч мегагерц. Радиовещательным станциям отведено четыре частотных участка, получивших название диапазонов длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

И хотя резкой границы никто не устанавливал, но все же частоты более 100–150 кгц занимают в радиотехнике особое положение и называются высокими частотами. Верхняя граница высоких частот, используемых для радиопередачи, простирается очень далеко. Так, например, в радиолокации и некоторых видах радиосвязи используются радиоволны длиной в несколько сантиметров, что соответствует частоте в несколько тысяч мегагерц, но и это еще не предел.

Эффективное излучение электромагнитных волн – это только одна из причин, заставивших использовать для радиосвязи токи высоких частот. Другое, пожалуй, еще более серьезное достоинство высокочастотной радиосвязи состоит в том, что она позволяет одновременно работать большому числу радиостанций, причем эти станции не мешают друг другу и в приемнике всегда можно выделить нужную нам станцию среди множества других.

Для того чтобы можно было в месте приема как-нибудь отличить сигналы одной станции от другой, каждой из них присваивается определенная частота. Как вы увидите дальше, если передающая станция работает на определенной и никем не занятой частоте (то есть излучает радиоволны вполне определенной длины), то сигналы этой станции можно выделить из бесчисленного множества других сигналов, которые появляются в антенне приемника под действием радиоволн, приходящих со всех сторон света.

Частоты соседних радиовещательных станций, то есть тех станций, которые ведут передачи для широкого круга радиослушателей, разносят на 10 кгц одну от другой (лист 53). Так, например, если какая-нибудь радиовещательная станция работает на частоте 500 кгц, то ближайшие к ней (соседние) станции могут работать на частотах 490 и 510 кгц. Частоты радиостанций, работающих на линиях служебной связи, особенно телеграфных, располагают значительно ближе друг к другу.

Для работы радиовещательных станций выделено четыре частотных участка, или, как принято говорить, четыре диапазона: длинных (ДВ), средних (СВ), коротких (КВ) и ультракоротких (УКВ) волн (лист 51).

Длинные и средние волны почти полностью отведены для радиовещания. На коротковолновом диапазоне вещательные станции занимают несколько небольших участков (лист 52), которые обычно называют так: «участок 25 метров», «участок 31 метр», «участок 49 метров» и т. д. На ультракоротких ваннах для радиопередач имеется всего один участок, в котором, правда, можно разместить во много раз больше станций, чем во всем длинноват новом диапазоне, несмотря на то что частоты вещательных УКВ радиостанций отстоят друг от друга на 250 кгц (лист 53).

Каждый из перечисленных диапазонов имеет свои особенности, которые полезно знать (лист 54). Так, например, на длинных волнах и днем и ночью слышны не только близкие радиостанции, но и станции, которые находятся на расстоянии 500—1000 км от места приема. На средних волнах далекую станцию днем вы никогда не услышите, зато вечером, и особенно ночью, на этом диапазоне появляется множество дальних радиостанций, расстояние до которых может достигать 2–3 тысячи километров. Для коротких волн непреодолимых расстояний на Земле не существует. Так, например, московские коротковолновые радиостанции хорошо слышны и в Ленинграде, и в Новосибирске, и в Алма-Ате, и во Владивостоке.

Дальнее распространение коротких волн происходит за счет их отражения от так называемой ионосферы. На высоте 50—600 км земной шар окружает несколько ионизированных «оболочек» – несколько слоев разреженных газов, атомы которых превратились в положительные или отрицательные ноны. Такие ионизированные слои представляют собой проводники тока (лист 8) и, подобно большим металлическим зеркалам, хорошо отражают радиоволны.

Радиоволны от передатчика к приемнику могут распространяться двумя путями – земным и отраженным лучом. На коротких волнах земной луч проходит очень недалеко, но зато радиоволны, отраженные от ионосферы или несколько раз отраженные от ионосферы и Земли (отраженный луч), могут проходить огромные расстояния почти без всяких потерь. Возможность радиоприема отраженного луча была случайно обнаружена радиолюбителями около сорока лет назад, когда с помощью передатчиков очень небольшой мощности удалось осуществить связь между Европой и Америкой.

Возможность вести связь отраженным лучом не для всех диапазонов одинакова. Так, на средних волнах отраженный луч появляется только ночью (именно поэтому средневолновые станции днем слышны лишь на близких расстояниях), а ультракороткие волны от ионизированных слоев практически совсем не отражаются. Что касается диапазона коротких волн, то здесь для радиовещания и связи используется только отраженный луч (за редким исключением), чем и объясняется большой радиус действия коротковолновых станций.

Необходимо отметить, что под действием солнечных лучей и ряда других факторов меняется высота и плотность ионизированных слоев, и поэтому условия приема в коротковолновом диапазоне не только резко изменяются на протяжении суток, но зависят еще и от времени года. На участке 25 м, например, дальние станции обычно хорошо слышны днем. На участке 75 м условия приема улучшаются ночью.

На всех диапазонах в той или иной степени возникают помехи радиоприему. Они представляют собой радиоволны, которые появляются при резких изменениях тока в какой-либо цепи и попадают в приемник помимо нашего желания. Все радиопомехи делятся на две группы: атмосферные, которые возникают при разряде молнии, и индустриальные, источником которых могут быть различного рода искрящие выключатели, коллекторные моторы, сварочные аппараты и т. п.

Особенно сильны помехи на длинных волнах; на средних и коротких они значительно слабее. На ультракоротких волнах помех почти совсем нет. Это одна из причин, позволяющих на УКВ вести прием при очень высоком качестве звучания, что в сильной степени компенсирует такой существенный недостаток УКВ радиостанции, как ограниченный радиус действия (УКВ радиостанции обычно удается принимать на расстояниях не более 60—120 км).

Итак, для радиосвязи и радиовещания могут быть использованы токи высокой частоты (ВЧ), которые при сравнительно небольших передающих антеннах позволяют эффективно излучать радиоволны. Токи высокой частоты создаются на радиопередатчике с помощью специальных генераторов (генераторы ВЧ). Если каким-нибудь образом управлять током в антенне передатчика (то есть фактически управлять излучением радиоволн), то можно заставить радиоволны «переносить» определенные сообщения, подобно тому как электрический ток в телефонной линии «переносил» разговор от одного аппарата к другому.

Проще всего осуществить радиопередачу с помощью азбуки Морзе. Для этого достаточно в антенну передатчика включить телеграфный ключ – своего рода выключатель (рис. 31).

Рис. 31. Чтобы заставить радиоволны переносить сообщения можно, замыкая цепь антенны, излучать радиоволны в соответствии с азбукой Морзе.

Нажали вы на ключ – и токи высокой частоты пошли в антенну, а значит, вовсе стороны от антенны расходятся радиоволны. Отпустите ключ – цепь антенны окажется разорванной, и излучение радиоволн прекратится. При коротком нажатии на ключ вы посылаете короткий радиосигнал, получивший название «точки», более длительный сигнал (обычно в три раза продолжительнее точки) называется «тире». В азбуке, которую в 1837 году составил Самюэль Морзе, каждой букве алфавита и каждой цифре соответствует определенное сочетание «точек» и «тире». Это позволяет сравнительно просто передавать телеграммы как по проводным линиям связи, так и по линиям радиосвязи (лист 55).

Первая телеграмма была передана по радио А. С. Поповым в 1896 году, и почти двадцать лет радио использовалось лишь для телеграфной связи. Ну, а затем были найдены способы радиотелефонной передачи, то есть передачи по радио речи и музыки.

Для того чтобы наиболее просто осуществить радиотелефонную передачу, можно включить обычный угольный микрофон непосредственно в передающую антенну, в которой уже циркулирует переменный ток высокой частоты. Под действием звуковых волн сопротивление микрофона будет меняться, и поэтому высокочастотный ток в антенне, а следовательно, и интенсивность излучения радиоволн, также будет изменяться, подобно тому как менялся при разговоре ток в телефонной линии (рис. 24, 32).

Рис. 32. Для радиотелефонной (речь, музыка) передачи можно включить в цепь антенны обычный угольный микрофон. Под действием звуковых волн будет меняться сопротивление микрофона, а вместе с тем и амплитуда высокочастотного тока и интенсивность излучения радиоволн.

Управление высокочастотным сигналом в соответствии со звуковыми колебаниями называется модуляцией (лист 55). Основной отличительной чертой модулированного тока является изменение его амплитуды в такт с изменением звукового давления на микрофон. Так, например, при увеличении звукового давления угольный порошок сжимается всесильнее, сопротивление микрофона уменьшается и амплитуда высокочастотного тока возрастает. При уменьшении звукового давления сопротивление микрофона растет, а амплитуда тока в антенне уменьшается. Важно отметить, что благодаря высокой частоте переменного тока в антенне в процессе модуляции амплитуда его меняется сравнительно медленно. Это объясняется тем, что даже самая высшая частота модулирующего звука в десятки и сотни раз меньше частоты тока, который подвергается модуляции. Поэтому за время одного периода звуковых колебаний успевают произойти десятки, сотни и тысячи полных периодов модулируемого тока (тока ВЧ). Так, например, если на микрофон воздействует звук с частотой 10 кгц, а передатчик работает на частоте 200 кгц, то за время одного периода звуковых колебаний произойдет двадцать циклов изменения высокочастотного тока, а значит, ток в антенне двадцать раз достигает амплитудных значений (положительных и отрицательных).

В радиопередатчиках включение микрофона в антенну в настоящее время не применяется. Для модуляции используется электрический ток низкой частоты (ИЧ), который появляется в обычной микрофонной цепи во время разговора. Этот низкочастотный ток в дальнейшем управляет работой высокочастотного генератора, в результате чего и появляется модулированный сигнал. Модулированный ток в передающей антенне создает модулированные радиоволны, которые, в свою очередь, наведут модулированный ток в антенне приемника.

Независимо от того как осуществляется модуляция, ее результатом является то, что слова, произнесенные перед микрофоном, оказываются как бы «зашифрованными» в радиоволнах, подобно тому как «зашифровываются» слова в изменениях электрического тока, протекающего по телефонным проводам.

Теперь необходимо в приемнике «расшифровать» сообщение, которое принесли с собой радиоволны, то есть получить соответствующие звуковые колебания, – такие же, какие воздействовали на микрофон на передающей стороне нашей линии радиосвязи.

ПЕРВЫМ ДЕЛОМ НУЖЕН ДЕТЕКТОР!

Мы уже знаем, что под действием электромагнитных волн в антенне приемника появился переменный ток. Он имеет ту же частоту, что и ток в антенне передатчика, и точно так же промодулирован. Попробуем по аналогии с телефонной линией сразу же преобразовать электрический сигнал в звуковые колебания и для этого переменный ток из приемной антенны подведем прямо к телефону (рис. 33).

Рис. 33. Включив телефон непосредственно в цепь приемной антенны, мы ничего не услышим, так как радиоволны наводят в приемной антенне токи высокой частоты, а слышимый звук могут создавать лишь токи низкой частоты. Чтобы в приемнике можно было воспроизвести звук, необходимо осуществить преобразование высокочастотного сигнала – детектирование.

Может быть, при этом мембрана начнет колебаться и мы услышим слова, которые в этот момент произносятся перед микрофоном на передающей стороне? Ничего подобного! Ведь в антенне приемника, так же как и в антенне передатчика, протекает ток высокой частоты – 150 кгц и более, а мембрана нашего телефона из-за ее инерции не успевает колебаться с такой большой частотой. Если бы даже удалось сконструировать телефон, который воспроизводил бы высокие частоты, то ведь наше ухо их все равно не услышало бы! Ну, а если даже мы услышим этот высокочастотный звук, то какой в этом толк? Ведь нам нужен не ультразвук, а низкочастотные звуковые колебания, с помощью которых осуществлялась модуляция.

Где же выход? А выход есть только один: нужно так преобразовать высокочастотный ток, действующий в приемной антенне, чтобы можно было выявить сигнал, с помощью которого модулировался высокочастотный ток на передатчике. Иными словами, нужно обнаружить в высокочастотном токе те изменения его амплитуды, которые появились в результате разговора (а может быть, и пения!) перед микрофоном.

Необходимое преобразование высокочастотного тока осуществляется с помощью специального устройства – детектора, который является обязательным элементом любого радиоприемника.

Слово «детектор» в переводе на русский язык означает «обнаружитель» и происходит от того же корня, что и слово «детектив» – «сыщик». В качестве детектора в настоящее время используются электронные лампы или полупроводниковые диоды.

Основное свойство любого детектора состоит в том, что он очень хорошо пропускает ток только в одну сторону и почти совсем не пропускает в другую, подобно тому как вентиль велосипедной камеры легко пропускает воздух внутрь камеры и не выпускает его обратно. С работой лампового детектора мы познакомимся позднее, а сейчас посмотрим, как работает полупроводниковый диод.

Все полупроводниковые диоды делятся на две основные группы: точечные и плоскостные. В качестве детектора могут использоваться только точечные диоды (лист 56) – плоскостные для этой цели непригодны. Плоскостные полупроводниковые диоды применяются в выпрямителях для ламповых приемников, и с ними мы познакомимся в четвертой главе.

К сожалению, система наименований полупроводниковых приборов несколько раз менялась, и сейчас трудно указать способ, позволяющий по наименованию диода определить его тип. Поэтому мы перечислим основные типы точечных диодов, которые могут быть использованы в качестве детекторов: ДГ-Ц1, ДГ-Ц2, ДГ-ЦЗ и т. д., вплоть до ДГ-Ц14, диоды более поздних выпусков Д1, Д2, Д9 независимо от того, какая буква стоит после цифры (например, Д1А или Д2Б), а также Д-101, Д-102, Д-103 и др. Сточки зрения использования в качестве детектора, все эти диоды мало отличаются один от другого. Вполне возможно и применение специальных точечных диодов – Д-401—Д-499 и Д-601—Д-699.

Основой любого пат у проводникового диода, как точечного, так и плоскостного, являются два примыкающих друг к другу участка полупроводникового материала (германия или кремния). Один из этих участков называется зоной n, другой – зоной р. Область между этими зонами подучила название «рn-переход» (рис. 34).

Рис. 34. Детектирование можно осуществить с помощью точечного полупроводникового диода. В этом приборе имеются две зоны полупроводникового материала – одна со свободными электронами (зона n). другая – со свободными положительными зарядами (зона р).

Во всяком полупроводнике, в отличие от изолятора, имеется значительное количество свободных электрических зарядов, благодаря которым в полупроводнике может существовать ток. В полупроводнике зоны n имеются свободные отрицательные заряды – электроны. Этим определилось и само название зоны – буква «n» является первой буквой слова «negativ» – отрицательный. Название зоны «р» происходит от слова «positive» – положительный, так как в этой зоне имеются свободные положительные заряды.

Раньше, когда мы говорили о свободных положительных зарядах в жидких и газообразных проводниках (лист 8), то имели в виду свободные, то есть слабо связанные друг с другом, положительные ионы (атомы с недостающим электроном), которые могут легко перемещаться под действием электрических сил. Сейчас не время подробно разбирать, что происходит в полупроводниках, так как это отвлечет нас от основной темы.

Поэтому мы заметим лишь, что в полупроводниковом материале зоны р все атомы, в том числе и положительные ионы, неподвижны. Однако положительные заряды в зоне р все-таки перемещаются. Для того чтобы как-нибудь обойти это несоответствие, мы будем рассматривать процесс крайне упрощенно (это нас пока устраивает) и считать, что в зоне р имеется некоторое количество свободных положительных зарядов, которые могут перемещаться в любом направлении.

Не нужно думать, что зона n и зона р – это два отдельных кусочка разных полупроводников, составленных вместе. Диод делают из одного кристалла, обычно из германия типа n, то есть из германия, в котором имеются свободные электроны. В один из участков этого кристаллика вводят примесь, под действием которой в германии появляются свободные положительные заряды, и таким образом появляется зона р. К участкам кристалла, соответствующим зонам n и р, припаивают или присоединяют другим способом два проволочных вывода, а сам кристалл заключают в герметический корпус.

В точечных диодах один из контактов с кристаллом осуществляется с помощью металлической иглы. Вблизи ее острия, упирающегося в кристалл, образуется очень небольшая микроскопическая зона р. В плоскостных диодах зона р имеет значительно большие размеры, и контакт с ней осуществляется с помощью плоской металлической пластинки (лист 121).

Итак, во всяком полупроводниковом диоде имеется два вывода, один из которых соединен с зоной n, а другой – с зоной р. С помощью этих выводов диод и включается в электрическую цепь.

Предположим, что мы подключили диод к обычной батарейке, причем подключили таким образом, что «минус» батарейки соединен с зоной р, а «плюс» – с зоной n. В этом случае электрические заряды как бы оттянутся от границы раздела зон, между зонами появится участок, обедненный свободными электрическими зарядами, то есть участок по своим свойствам очень близкий к изолятору (рис. 35).

Рис. 35. Полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью: он имеет небольшое сопротивление и пропускает ток только при определенной полярности приложенного напряжения – прямое включение: «плюс» подключается к зоне р, «минус» к зоне n; при обратной полярности диод обладает большим сопротивлением и тока не пропускает.

Таким образом, при выбранной полярности подключения батареи рn-переход почти не пропускает электрический ток, и полупроводниковый диод можно рассматривать как очень большое сопротивление.

Если сменить полярность подключения батареи, то есть приложить напряжение «плюсом» к зоне р, а «минусом» – к зоне n, то электрические заряды, как положительные, так и отрицательные, подойдут вплотную к границе раздела и, перейдя эту границу, будут двигаться к соответствующим зажимам батареи. В этом случае рn-переход хорошо пропускает ток, и диод обладает малым сопротивлением.

Процессы, происходящие в рn-переходе, мы, конечно, рассмотрели крайне упрощенно, но это не помешало нам прийти к совершенно правильному выводу: полупроводниковый диод в одну сторону пропускает ток хорошо, а в другую практически не пропускает. За это свойство диод часто называют вентилем.

В способности диода пропускать ток только в одну сторону можно легко убедиться самому, собрав простейшую цепь из диода, головных телефонов (телефоны обязательно должны быть высокоомные, то есть должны иметь сопротивление 1000 ом и более) и батарейки карманного фонаря. Если диод включен так, что он проводит ток, то в момент замыкания цепи в телефонах будут слышны сильные щелчки. Если же изменить полярность включения диода (или, что то же самое, изменить полярность включения батарейки), то диод будет обладать большим сопротивлением, то есть почти не будет пропускать ток, и щелчков в телефоне слышно не будет.

Именно односторонняя проводимость является тем свойством полупроводникового диода, которое позволяет произвести преобразование модулированного тока высокой частоты с последующим выделением необходимого нам низкочастотного (звукового) сигнала.

О том, как это делается, вы узнаете, познакомившись с работой простейшего приемника. Постройка такого приемника не займет у вас много времени.

ПЯТЬ МИНУТ – И ПРИЕМНИК ГОТОВ!

Соберем простейший детекторный приемник и посмотрим, как он работает. Схема приемника предельно проста (лист 61, рис. 36). Между антенной и заземлением включают детектор, а параллельно ему подключают телефоны, или, как их называют иначе, наушники. Можно подключить один наушник, а можно и два, соединенных последовательно. Существуют и другие схемы включения детектора (лист 63), но принцип его работы всегда одинаков.