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

Автор книги: Рудольф Сворень

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 19 страниц)

Для учета некоторых видов потерь (потери в конденсаторе, в каркасе и др.) иногда приходится считать, что в контуре имеется еще одно сопротивление R_ш, шунтирующее (лист 32), конденсатор С_к или катушку L_к. Во время разряда конденсатора ток разветвляется: часть его проходит через катушку и создает там запасы энергии в виде магнитного ноля. Другая часть разрядного тока проходит через сопротивление R_ш и создаст там безвозвратные потери энергии. Чем меньше R_ш, тем больший ток через него проходит, тем больше энергии теряется на этом сопротивлении.

Таким образом, для того чтобы уменьшить потери в контуре, нужно стремиться к тому, чтобы сопротивление R_кбыло как можно меньше, а сопротивление R_ш как можно больше (рис. 50, 51).

Рис. 50. Электромагнитные колебания в контуре, как и механические колебания маятника, затухают из-за потерь энергии. Потери в контуре учитывают с помощью двух условных сопротивлений – последовательного и шунтирующего (параллельного).

Рис. 51. Чем меньше потери энергии, тем выше добротность контура, тем медленнее затухают в нем колебания. Для повышения добротности последовательное сопротивление нужно уменьшать, а параллельное увеличивать.

Сопротивления R_к и R_ш на схемах радиоаппаратуры не изображаются, так как они не представляют собой самостоятельных деталей. Однако эти сопротивления реально существуют и, потребляя энергию, приводят к затуханию колебаний.

Для характеристики затухания колебаний существует специальная величина, называемая добротностью (лист 77).

Добротность обозначается буквой «Q» и представляет собой относительное число, показывающее, во сколько раз энергия, запасаемая в конденсаторе или катушке за четверть периода. больше, чем энергия, теряемая на сопротивлениях R_ки R_ш за то же время. Совершенно очевидно, что, чем выше добротность Q, тем медленнее будут затухать колебания в контуре (лист 78).

Добротность реальных колебательных контуров обычно лежит в пределах от 30 (в контуре каждый раз теряется одна тридцатая часть, то есть около 3 % перекачиваемой энергии) до 300 (потери около 0,3 % от запасенной энергии). Добротность специальных колебательных систем (кварцевые пластины, объемные резонаторы) достигает нескольких десятков и даже сотен тысяч.

Ухудшить добротность контура (иногда возникает и такая необходимость) можно очень просто: достаточно увеличить потери в контуре, увеличив R_к или уменьшив R_ш. Для этого можно, например, включить в контур обычные сопротивления.

Что же касается повышения Q (как правило, нам нужны контуры с высокой добротностью), то это довольно сложная задача, которая в основном решается путем уменьшения потерь в контурной катушке.

Индуктивность контурных катушек, применяемых на коротких и ультракоротких волнах (лист 81), очень мала и составляет единицы и даже десятые доли микрогенри (лист 66). Катушки такой маленькой индуктивности содержат лишь несколько витков сравнительно толстого (диаметр 0,6–1,2 мм) медного провода, как правило, без всякой изоляции или покрытого тонким слоем эмали (провод ПЭ, лист 79). Диаметр провода в миллиметрах указан в его названии цифрой, которая следует сразу же после букв, определяющих марку провода.

Для уменьшения потерь в таких катушках иногда применяют провод, покрытый тонким, толщиной в несколько микрон, слоем серебра. Дело в том, что при прохождении переменного тока по проводнику наблюдается интересное явление, получившее название поверхностного эффекта (лист 80) или скин-эффекта («скин» в переводе на русский язык значит «кожа»). Сущность этого явления состоит в том, что переменный ток не распределяется равномерно по всему проводнику, а проходит лишь по наружному его слою. Чем выше частота, тем сильнее проявляется поверхностный эффект, тем тоньше наружный слой проводника, по которому проходит ток. Поэтому для уменьшения потерь в высокочастотных катушках их не нужно целиком делать из серебряного провода (серебро, как известно, лучше всех других металлов пропускает ток, то есть обладает наименьшим удельным сопротивлением – лист 16), а достаточно применить посеребренный провод.

Катушки КВ и УКВ контуров выполняют на керамических или полистироловых каркасах, причем шаг намотки часто в полтора-два раза превышает диаметр провода, то есть между соседними витками имеются значительные просветы. Это, между прочим, и хорошо и плохо. Хорошо потому, что, сближая либо раздвигая соседние витки, можно подгонять индуктивность катушки, а плохо потому, что при недостаточно тугой намотке или недостаточно жестком каркасе витки сместятся и индуктивность катушки изменится.

Индуктивность катушек, применяемых в колебательных контурах на длинных и средних волнах (лист 82), составляет сотни и тысячи микрогенри. Такие катушки обычно содержат несколько десятков и даже сотен витков и выполняются из тонкого (диаметром 0,1–0,2 мм) медного провода. Чаще всего используют провод марки ПЭ – провод эмалированный или ПЭШО – провод эмалированный в шелковой оплетке. Намотку производят на каркасах из картона, эбонита, полистирола и других изоляционных материалов, причем всю обмотку часто делят на несколько секций что позволяет несколько снизить потери. В ряде фабричных приемников, особенно старых выпусков, широко применялась намотка «Универсаль», выполняемая на специальных станках. Намотка «Универсаль» характеризуется тем, что провод укладывается ровными рядами, несколько «перекрещенными», то есть повернутыми один относительно другого. В настоящее время намотка «Универсаль» применяется редко – вместо нее производят намотку «внавал», укладывая провод между двумя щечками.

Раньше для намотки ДВ и СВ катушек широко применялся провод литцентрат (ЛЭШО – литцентрат эмалированный в шелковой оплетке), состоящий из нескольких тонких (диаметром 0,05—0,07 мм), изолированных друг от друга медных проводов. Общая поверхность всех этих проводов получается довольно большой, и поэтому на высоких частотах сопротивление литцентрата оказывается несколько меньше, чем у обычного провода такого же диаметра. Следует отметить, что в случае применения литцентрата необходимо тщательно зачищать и пропаивать все его проводники. Одна непропаянная жилка может во много раз ухудшить добротность катушки.

Несмотря на то что литцентрат позволяет заметно уменьшить потери в катушке, в настоящее время он почти не применяется. Уменьшение потерь в катушке получают более эффективным и в то же время более простым и дешевым способом – путем применения ферромагнитных сердечников (лист 83).

Как уже говорилось, ферромагнитный сердечник резко увеличивает индуктивность катушки. Поэтому, если изготовить две катушки с одинаковой индуктивностью – одну из них с сердечником, а другую без него, то у катушки с сердечником будет намного меньше витков, и поэтому сопротивление ее тоже будет меньше (сопротивление проводника зависит от его длины: чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление).

Для катушек, по которым течет переменный ток, нельзя использовать сердечник из целого куска стали, так как изменяющееся магнитное поле катушки наведет в таком сердечнике вихревой ток, потеряв на это большую часть энергии. Таким образом, сердечник, с помощью которого мы хотели уменьшить потери в катушке, сам становится источником потерь, которые возрастают с увеличением частоты переменного тока в контуре.

Для борьбы с этим видом потерь сердечники низкочастотных катушек (то есть катушек, по которым проходит ток низкой частоты) собирают из отдельных, изолированных друг от друга пластин. Ток, наведенный в каждой такой пластине, создает свое магнитное поле, которое… ослабляет токи в соседних пластинах. В результате токи в пластинах сердечника оказываются очень слабыми, и он «отбирает» у катушки мало энергии. Чем тоньше пластины, из которых собран сердечник, тем меньше потери в нем.

В высокочастотных катушках собирать сердечник из тонких пластин уже оказывается недостаточным. Сердечники для этих катушек прессуют из ферромагнитного порошка, смешанного со специальными связующими веществами (бакелитовый лак, полистирол и др.). Связующее вещество обволакивает отдельные крупинки ферромагнитного порошка и изолирует их друг от друга. Спрессованные подобным образом ферромагнитные порошки плохо проводят электрический ток, и поэтому они получили название магнитодиэлектриков. Для изготовления сердечников высокочастотных катушек чаще всего используются следующие магнитодиэлектрики: магнетит, альсифер, карбонильное железо и ферриты. Наиболее широко в последнее время используются ферриты, большинство которых увеличивает индуктивность катушки намного сильней, чем другие магнитодиэлектрики. Обычно сердечник выполняют в виде стержня с резьбой, который ввинчивается в каркас катушки. Выпускаются также сердечники типа СБ (сердечник броневой), имеющие форму закрытой чашки (горшка), внутрь которой вставляется сама катушка. В горшкообразном сердечнике также имеется подвижной стерженек, снабженный резьбой. Применение ввинчивающихся сердечников имеет одно большое достоинство: перемещая такой сердечник внутри катушки, можно в значительных пределах менять ее индуктивность, а это часто бывает очень важно.

Применение сердечников из магнитодиэлектриков позволяет в несколько раз уменьшить сопротивление потерь и, следовательно, повысить добротность Q контура. Другие пути уменьшения потерь – это применение в качестве С_к керамических, слюдяных и воздушных конденсаторов, обладающих малыми потерями; монтаж высокочастотных цепей короткими проводами; использование для каркаса катушки материала с малыми потерями, а также ряд других мер. В любительских условиях не всегда имеется возможность да и не всегда есть смысл принимать все возможные меры для уменьшения потерь, и поэтому часто приходится мириться с несколько пониженной добротностью контуров.

Добротность Q контура зависит не только от потерь в нем, но и от соотношения между индуктивностью L_к и емкостью С_к; чем больше L_к и чем меньше С_к, тем выше добротность. С другой стороны, из формулы для определения f₀ (рис. 47, лист 73) видно, что одну и ту же частоту собственных колебаний можно получить при различных соотношениях L_к и С_к. Иными словами, если емкость С_к уменьшить, например, в 10 раз и во столько же раз увеличить индуктивность L_к, то произведение L_кC_костанется неизменным, а значит, не изменится и частота f₀.

Из всего этого можно сделать простой вывод: если хочешь повысить добротность контура, уменьшай его емкость и увеличивай индуктивность (в одно и то же число раз, иначе изменится частота!).

Если посмотреть на схему самых различных приемников и передатчиков, то можно увидеть, что в контурах почти всегда используются конденсаторы, емкость которых не превышает нескольких сотен пикофарад. А ведь если бы соотношение между L_к и С_к не влияло на величину добротности, то мы, пожалуй, еще подумали, каким путем легче построить контур – применяя громоздкую катушку большой индуктивности и конденсатор малой емкости или же используя конденсатор емкостью в несколько микрофарад и простейшую катушку, содержащую всего два-три витка.

В заключение необходимо отметить, что в погоне за высокой добротностью нельзя беспредельно увеличивать индуктивность и уменьшать емкость контура. Здесь существует ряд ограничений, разбирать которые мы не имеем возможности, так как это отвлечет нас от основной задачи.

Итак, мы выяснили, что в контуре, состоящем из конденсатора и катушки, могут возникнуть собственные электромагнитные колебания и что постепенно эти колебания затухают. Чем меньше потери энергии в контуре, то есть чем выше его добротность, тем медленнее затухают в нем собственные колебания.

Но как можно использовать контур в приемнике и какое значение при этом будет иметь добротность?.. К выяснению этих вопросов мы сейчас и приступаем.

РЕЗОНАНС

Давайте раскачивать маятник в такт с его собственными колебаниями. Качнулся маятник вправо – и мы слегка подтолкнем его вправо; двигается маятник в противоположную сторону – и мы опять поможем ему, подтолкнув влево. Если мы будем подталкивать маятник с той же частотой, с какой он сам колеблется, то колебания не только перестанут затухать, но станут намного сильнее. Произойдет это потому, что подталкивание маятника скомпенсирует потери энергии, из-за которых раньше колебания затухали. Более того, наши подталкивания помогут маятнику преодолеть сопротивление воздуха и трение в подшипнике и увеличить амплитуду отклонений. Чем меньше общие потери энергии, тем больше будет амплитуда отклонений при толчках одной и той же силы.

Подобную картину можно наблюдать и в колебательном контуре, если с помощью специального генератора пропустить через этот контур переменный ток (рис. 52), частота которого равна частоте собственных (свободных) электромагнитных колебаний. В этом случае, который получил название «резонанс», в контуре происходит ряд интересных явлений, широко используемых в радиотехнике.

Рис. 52. Колебательный контур, в отличие от обычного сопротивления, по-разному пропускает токи различных частот. Наибольший ток в контуре и наибольшее напряжение на нем будет при резонансе, то есть тогда, когда частота подводимого переменного тока (например, от специального генератора) окажется равной частоте собственных колебаний контура.

Ток, поступающий от генератора, действуя в такт с переменным током собственных колебаний, как бы «подталкивает» движущиеся заряды, помогая им преодолеть сопротивление потерь. Более того, благодаря «помощи» генератора амплитуда тока в контуре при резонансе сильно увеличивается. Правда, с увеличением тока возрастут и потери энергии: ведь контурный ток проходит по сопротивлению R_к и, чем больше ток, тем больше энергии будет теряться на этом сопротивлении. Поэтому при резонансе автоматически установится такой контурный ток, при котором энергия, поступающая от генератора, сможет компенсировать потери в контуре. Совершенно очевидно, что, чем меньше эти потери, то есть чем выше добротность Q контура, тем сильнее будет контурный ток при одной и той же энергии, поступающей от генератора.

Если увеличить ток, поступающий от генератора в контур, то возрастет и контурный ток. Если же с генератора будет поступать модулированный ток, то электромагнитные колебания в контуре также окажутся промодулированными.

При резонансе электромагнитная энергия, которой «обмениваются» конденсатор и катушка, в Q раз больше энергии, получаемой от генератора; подобно тому как потенциальная и кинетическая энергия, запасаемая при колебаниях маятника, может быть во много раз больше энергии наших подталкиваний, помогающих маятнику преодолеть трение. Разными способами подключая контур к генератору, можно добиться того, что при резонансе ток в контуре будет во много раз, а точнее, в Q раз больше, чем ток, поступающий от генератора. Этот случай получил название «резонанс токов». При другом способе соединения генератора и контура можно получить так называемый «резонанс напряжений», при котором напряжение на конденсаторе и на катушке будет в Q раз больше, чем напряжение генератора (листы 151, 152). Это свойство колебательного контура можно использовать в приемнике для того, чтобы повысить напряжение, которое подводится к детектору, и тем самым повысить громкость передачи.

В простых приемниках роль генератора, «подталкивающего» собственные колебания в контуре (этот контур часто называют «входным»), выполняет подключенная к нему антенна (листы 85, 86), в которой электромагнитные ваты наводят высокочастотный ток. Поскольку в антенне действует модулированный ток, то и напряжение, возникающее на контуре, также окажется модулированным. Это напряжение можно подвести непосредственно к детектору (точнее, к цепи детектор – телефон) и детектировать его так же, как мы это делали в простейшем приемнике.

При этом можно сразу же отметить, что приемник с контуром будет работать заметно громче простейшего приемника (рис. 53, 54).

Рис. 53. Простейший приемник не обладает избирательностью – он одинаково хорошо (точнее, одинаково плохо!) детектирует и воспроизводит все наведенные в его антенне сигналы, если, конечно, они достаточно сильны.

Рис. 54. Приемник с колебательным контуром обладает избирательностью – благодаря резонансу контур выделяет сигналы той станции, частота которой равна частоте собственных колебаний этого контура.

Это объясняется тем, что напряжение, возникающее на контуре, за счет резонанса, значительно больше, чем напряжение, которое подводилось к цепи детектор – телефон в бесконтурном приемнике. Чем больше напряжение, действующее на телефоне, тем больше и импульсы тока в его катушке (закон Ома!), тем сильнее колеблется мембрана, тем громче звук. Развивая эту мысль, можно заметить, что громкость возрастает и при увеличении добротности контура (рис. 55).

Рис. 55. Чем выше добротность контура, тем сильнее проявляются его резонансные свойства, тем лучше избирательность приемника. Кроме того, с увеличением добротности возрастает напряжение на контуре при резонансе, а значит, и громкость приема.

Хочется еще раз подчеркнуть, что резонанс в контуре наступает лишь в том случае, когда частота генератора, к которому этот контур подключен, равна частоте возникающих в контуре собственных колебаний. Так, например, если частота генератора равна 200 кгц, а частота собственных колебаний контура 150 кгц, то никакого резонанса, конечно, не будет. Для того чтобы добиться резонанса, необходимо либо уменьшить частоту генератора до 150 кгц, либо увеличить частоту собственных колебаний контура до 200 кгц. Последнее можно сравнительно просто сделать, уменьшив индуктивность L_к или емкость С_к контура. Ведь мы уже отмечали, что чем меньше L_к и С_к, тем больше частота собственных колебаний f контура (лист 73, рис. 47).

На листах 85 и 86 приведены четыре схемы детекторных приемников с колебательным контуром. Во всех этих приемниках детектор Д₁, включенный последовательно с телефонами, подсоединен к контуру L_кC_K. Модулированное напряжение, действующее на этом контуре, создает в цепи детектор – телефон пульсирующий ток, который и заставляет мембрану телефона колебаться со звуковой частотой. На всех схемах С_ф– это конденсатор фильтра, улучшающий работу детектора. Более подробно с ролью этого конденсатора мы познакомимся позднее. В приемнике, собранном по первой схеме (лист 85), сигнал из антенны передается прямо в контур (непосредственная связь контура с антенной).

При этом собственная емкость антенны С_А[7]7
  В данном случае С_А —это емкость конденсатора, у которого роль одной из обкладок выполняет сама антенна, а роль другой обкладки – земля. У небольших комнатных антенн С_А равна 30–80 пф, у наружных антенн – 300–400 пф. При расчете и настройке приемника принято считать, что С_А = 200 пф.


[Закрыть] оказывается включенной параллельно конденсатору С_к, и общая емкость контура равна сумме С_А + С_к (листы 88, 90 – общая емкость двух параллельно соединенных конденсаторов равна сумме их емкостей; соединить два конденсатора параллельно – это равносильно тому, что взять один конденсатор с большей площадью пластин). Недостатком непосредственной связи является сильное влияние антенны на настройку контура. При замене антенны может измениться С_А и, следовательно, общая емкость контура. Это, в свою очередь, приведет к изменению частоты собственных колебаний f₀, нарушит условия резонанса и уменьшит громкость передачи.

Все сказанное легко пояснить простым примером. Предположим, что в контур включен конденсатор С_к емкостью 50 пф и к приемнику подключена сравнительно небольшая антенна с собственной емкостью 50 пф. В этом случае общая емкость контура равна С_{к общ} = 50 + 50 = 100 пф и контур настроен на нужную нам станцию. Если теперь подключить большую антенну с собственной емкостью С_А = 150 пф, то общая емкость контура окажется равной 50 + 150 = 200 пф, то есть увеличится в два раза по сравнению с первым случаем. При этом собственная частота резко уменьшится (чем больше С_к, тем меньше f₀) и нужного нам резонанса уже не будет.

Можно уменьшить влияние антенны, подключив ее к контуру через конденсатор связи С_св, обычно имеющий емкость 15–20 пф (емкостная связь контура с антенной). В этом случае параллельно контурному конденсатору С_к окажется включенной цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных конденсаторов С_А (собственная емкость антенны) и С_св (конденсатор связи). При последовательном соединении двух конденсаторов с сильно различающейся емкостью (лист 89) общая емкость примерно равна наименьшей из емкостей (несколько меньше ее)[8]8
  Вычисление общей емкости при параллельном и последовательном соединении конденсаторов производится по формулам, очень напоминающим формулы для расчета общего сопротивления. Правда, при последовательном соединении С формула похожа на формулу для параллельного соединения R, а последовательное соединение R аналогично параллельному соединению конденсаторов (листы 28, 29, 30).


[Закрыть]. Емкость антенны почти всегда больше, чем С_св, и поэтому если подключать к контуру различные антенны с различной собственной емкостью, то общая емкость цепочки С_сви С_А все равно будет примерно равна 15–20 пф и условия резонанса не нарушатся.

Чем меньше емкость конденсатора связи С_св, тем меньше будет влиять антенна на настройку контура. Однако делать емкость этого конденсатора слишком малой нельзя, так как, чем меньше С_св, тем меньше напряжение сигнала, действующее на контуре. Для того чтобы пояснить это, рассмотрим, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока. Вопрос этот для нас очень важен, так как с конденсаторами, включенными в цепи переменного тока, мы будем встречаться на каждом шагу.

Если говорить строго, то через конденсатор не проходит ни постоянный, ни переменный ток, так как между обкладками находится изолятор, в котором свободные электрические заряды двигаться не могут.

Включение конденсатора в цепь постоянного тока равносильно разрыву этой цепи. Что же касается переменного тока, то он будет протекать по цепи, в которую включен конденсатор, благодаря периодическому заряду и разряду этого конденсатора. Действительно, когда происходит заряд конденсатора, то электрические заряды, например электроны, на одной обкладке накапливаются, а с другой обкладки уходят. При этом они, конечно, двигаются по соединительным проводам, подключенным к обкладкам конденсатора. Такое же движение зарядов, только в противоположном направлении, происходит и при разряде конденсатора. Если включить конденсатор в цепь переменного тока, то он будет периодически заряжаться то в одной полярности, то в противоположной. Это значит, что электроны будут накапливаться то на одной, то на другой обкладке, и каждый раз при заряде и разряде свободные электроны будут двигаться по цепи, в которую включен конденсатор, не попадая, однако, в изолятор, включенный между обкладками.

А поскольку под действием переменного напряжения в цепи конденсатора двигаются заряды, то мы считаем, что конденсатор пропускает переменный ток, хотя и в этом случае заряды не проходят через изолятор.

Конденсатор влияет на величину переменного тока в цепи, и поэтому (по аналогии с законом Ома) его часто рассматривают как сопротивление. Это так называемое емкостное сопротивление обозначается буквой Х_с и так же, как и обычное сопротивление, измеряется в омах. Величина Х_с зависит от частоты переменного тока и от емкости С конденсатора: с уменьшением емкости конденсатора, так же как и с уменьшением частоты переменного тока, емкостное сопротивление конденсатора увеличивается (рис. 80, 81; лист 87). Эту зависимость удобно записать в виде простой формулы:

Смысл этой формулы весьма прост: чем меньше емкость С, тем меньше зарядов будет двигаться к обкладкам при каждом заряде и разряде конденсатора; чем меньше частота переменного тока, тем реже будет заряжаться и разряжаться конденсатор. Отсюда следует, что с уменьшением f и С уменьшается ток в цепи, или, иными словами, растет сопротивление конденсатора.

Этот вывод имеет огромное практическое значение. Так, например, если нам понадобится включить в цепь конденсатор с очень маленьким емкостным сопротивлением, то емкость этого конденсатора нужно будет выбирать с учетом частоты переменного тока в цепи. Для высоких частот можно будет взять конденсатор небольшой емкости, а вот для низких частот емкость конденсатора придется взять большой. Это хорошо иллюстрируется простым примером. На частоте 100 кгц конденсатор емкостью 100 пф обладает емкостным сопротивлением х_с= 16 ком.

При уменьшении частоты в 1000 раз, то есть на частоте 100 гц, сопротивление конденсатора возрастете 1000 раз и станет равным 16 000 ком (16 Мом). Для того чтобы при уменьшении частоты емкостное сопротивление не изменилось, нужно увеличить емкость конденсатора. Сопротивление 16 ком на частоте 100 гц будет иметь конденсатор емкостью 100 000 пф (0,1 мкф).

Из приведенной выше формулы следует также, что уменьшение емкости конденсатора связи С_св (лист 85) приведет к росту сопротивления этого конденсатора, а следовательно, к уменьшению тока в цепи антенны. Поэтому емкость С_св нельзя брать слишком малой.

Сказанное можно пояснить еще иначе. Конденсатор связи и колебательный контур L_кС_к можно рассматривать как делитель напряжения, к которому приложена э. д. с., действующая между зажимами А («антенна») и 3 («земля»). Мы не будем пока говорить о том, чему равно сопротивление колебательного контура – даже без этого ясно: чем больше емкостное сопротивление конденсатора связи, тем меньшая часть э. д. с. будет действовать на нижней части делителя – на контуре и подключенной к нему цепи детектор – телефон.

Третья схема (лист 86) называется схемой индуктивной связи контура с антенной или схемой с трансформаторным входом. Во многих электротехнических и радиотехнических устройствах бывает нужно передать энергию из одной цепи в другую, причем соединять эти цепи между собой нежелательно или просто нельзя. В этом случае можно воспользоваться устройством, которое получило название «трансформатор».

Трансформатор состоит из двух (а иногда и более) катушек, расположенных рядом. Если к одной из катушек подвести переменный ток, то под действием изменяющегося магнитного поля во второй катушке возникнет переменная э. д. с. и таким образом будет осуществлена передача энергии между двумя фактически не соединенными цепями. Если пропустить ток по второй катушке, то э. д. с. возникнет в первой. Важно заметить, что передача энергии (то есть появление наведенной э. д. с.) будет происходить только при переменном токе. Постоянный ток создает такое же постоянное магнитное поле, а э. д.с. на катушках трансформатора появляется лишь тогда, когда окружающее их магнитное поле меняется.

На высоких частотах связь между катушками получается достаточно сильной уже тогда, когда эти катушки расположены на расстоянии нескольких миллиметров, а иногда и нескольких сантиметров одна от другой. На низких частотах ток меняется медленнее, и для эффективной передачи энергии между катушками трансформатора их приходится наматывать одну на другую и, что особо важно, обязательно располагать на стальном сердечнике.

Важнейшим достоинством трансформаторов является то, что они позволяют при передаче энергии в необходимое число раз увеличивать либо уменьшать напряжение (стр. 164).

Продолжим рассмотрение схемы приемника с индуктивной связью во входной цепи. Высокочастотный ток, наведенный в антенне, проходит по катушке связи L_св. Магнитное поле этой катушки наводит ток в контурной катушке L_к (эти катушки размещены рядом), и таким образом энергия из антенной цепи передается в контур. Сближая либо раздвигая катушки L_св и L_к, можно усиливать или ослаблять связь контура с антенной. Обычно в приемниках индуктивность L_св делают в четыре-пять раз больше, чем индуктивность L_к, и эти катушки легко различить по внешнему виду. Однако в детекторном приемнике индуктивность катушки L_св лучше всего подбирать опытным путем.

Четвертая схема (лист 86) отличается от третьей тем, что детектор подключен к отводу от катушки L_к. При этом к детектору подводится лишь часть напряжения, действующего на контуре, что, конечно, является недостатком. Но во многих случаях мы миримся с этим недостатком, так как подобное включение детектора позволяет улучшить добротность контура.

Дело в том, что цепь детектор – телефон пат у чает энергию из контура, а следовательно, эту цепь нужно рассматривать как сопротивление, шунтирующее контур (R_ш). Подключая цепь детектор – телефон к части контура, мы уменьшим ток, который пойдет через нее, и тем самым уменьшим потери энергии в этой цепи (то есть увеличим добротность Q контура). Так, например, если на контуре действует напряжение 10 в, а сопротивление цепи детектор – телефон 1 ком, то через эту цепь пойдет ток 10 ма.

Если же подключить детектор к средней точке катушки, то к нему уже будет приложено напряжение в 5 в (катушку можно рассматривать как делитель напряжения), ток в цепи детектор – телефон уменьшится до 5 ма, а следовательно, уменьшится и мощность, потребляемая этой цепью от контура. Это, в свою очередь, приведет к повышению добротности Q. Таким образом, чем ниже (по схеме) точка подключения детектора, тем меньше подводимое к нему напряжение, но в то же время больше Q контура. Можно так подобрать отвод от катушки L_к, что ток в цепи детектор – телефон уменьшится незначительно, a Q контура возрастет в полтора-два раза. А чем выше добротность, тем сильнее проявляется одно из замечательных свойств контура – его избирательность.

КОНТУР ВЫБИРАЕТ

Если изменять частоту переменного тока, который подводится к контуру от генератора, то будет изменяться амплитуда тока в контуре. Измеряя ток в контуре при разных частотах генератора, можно построить график, показывающий зависимость этого тока от частоты. Такой график называется резонансной кривой контура. Наибольший контурный ток будет при резонансе, когда частота генератора равна частоте собственных колебаний f₀, которую обычно называют резонансной частотой и иногда обозначают f_рез.

При отходе от резонансной частоты ток в контуре уменьшается, причем, чем сильнее отличается частота генератора от резонансной, тем меньше контурный ток (рис. 52). Поэтому, если подключить к контуру антенну и, подобрав индуктивность L_к и емкость С_к, настроить его в резонанс с принимаемой станцией (то есть сделать так, чтобы частота собственных колебаний контура f₀ стала равна частоте принимаемой станции), то сигналы других станций, частоты которых отличаются от резонансной, будут ослабляться (рис. 54, 55).

Предположим, что в антенне действуют три одинаковых по силе сигнала от трех радиостанций, одна из которых работает на частоте 150 кгц, другая на частоте 200 кгц и третья на частоте 1000 кгц. Из антенны все эти сигналы поступают в контур приемника, настроенный на частоту 200 кгц. В этом случае, несмотря на то что в антенне все три станции создают одинаковые по силе сигналы, самое большое напряжение на контуре создаст сигнал с частотой 200 кгц, так как для него контур настроен в резонанс. Напряжения с частотой 150 кгц и особенно 1000 кгц окажутся намного меньше. Так, например, если сигнал с частотой 200 кгц создаст на контуре напряжение 1 в, то сигнал с частотой 150 кгц создаст напряжение 0,1 в, а сигнал с частотой 1000 кгц, особенно далекой от резонанса, создаст на контуре напряжение не более 0,01 в. Эти цифры можно считать вполне реальными. Конечно, изменив индуктивность и емкость контура, можно настроить его на другую частоту, например 150 кгц, и тем самым добиться ослабления сигналов с частотами 200 кгц и 1000 кгц.