Текст книги "Юный техник, 2000 № 02"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 8 страниц)

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Сачок для радиопередачи

У радиолюбителя, решившего построить радиоприемник, глаза разбегаются от обилия конструкций, предлагаемых разнообразной литературой. Что выбрать? Попробуем внести ясность.

Радиосигналы, несущие информацию, достигают «потребителя» благодаря способности электромагнитных колебаний высокой частоты (100 кГц – 100 и выше мегагерц) распространяться на значительные расстояния. Радиочастота, иначе – «несущая» частота, подобно исписанному листу бумаги, несет на себе след – модуляцию колебаниями звуковых частот. В пункте приема, в первую очередь, необходимо выделить колебания с частотой интересующей передачи из числа колебаний с другими частотами. Выделенный сигнал требуется разложить на исходные составляющие – ненужную более несущую и звуковую.

Выбор приходящего сигнала производится с помощью настраиваемого колебательного (резонансного) контура, содержащего индуктивность (катушку L1 на рис. 1) и емкость (конденсатор С1).

Для настройки в резонанс с одним из сигналов изменяют параметр L либо С. Если интересует прием мощных, близко расположенных радиостанций, «поймать» их можно на наружную проволочную антенну WA1 и заземление. В следующем каскаде – детекторе – диод VD3 выпрямляет принятый сигнал, отводит через конденсатор С2 в «землю» радиочастотную составляющую, выделяя на нагрузке R звуковую компоненту. Последнюю можно сделать слышимой, если в качестве R1 использовать высокоомные электромагнитные наушники типа ТОН-2. Громкое же звучание обеспечит полупроводниковый усилитель и динамическая головка. Показанные на рисунке 1 антенна, контур, детектор вместе с телефоном образуют простейший (детекторный) радиоприемник, не нуждающийся в источнике питания.

Диодный детектор справляется с «обработкой» сравнительно сильных сигналов, несущие частоты которых модулированы по амплитуде (AM).

Для сравнительно слабых сигналов такого рода лучше применить триодный детектор на транзисторе (VT1 на рис. 2).

Если питающее напряжение значительно ниже указанного, величину сопротивления резистора R2 следует уменьшить. Нагрузочный резистор R3, как и R1 на рисунке 1, часто берется переменным и используется в качестве регулятора громкости, когда за детектором следует достаточно сильный усилитель.

Другим универсальным типом детектора, пригодного для работы с сигналами AM и ЧМ (частотной модуляцией), является сверхрегенеративный детектор (рис. 3), обычно употребляемый для работы в диапазонах УКВ.

Достоинство такого детектора – несравнимая ни с чем высокая чувствительность. В сверхрегенеративном детекторе обязательно создаются вспомогательные колебания, которые при одной полярности сигнала создают положительную обратную связь, приводящую к генерации. А при сигнале противоположной полярности – выводят каскад из такого состояния, не давая приемнику «завыть».

Режим сверхрегенерации узнается по шипению в звукоизлучателе, пока приемник не настроен на радиопередачу. Заметим, что детектор рассматриваемого типа способен без помощи других каскадов на штыревую антенну принимать передачи УКВ ЧМ и звуковое сопровождение телепередач на расстоянии порядка 30 км от передатчиков.

В отличие от детекторов на рисунках 2 и 3 простейший детектор на рисунке 1 не требует ни питания, ни налаживания, но ему требуется значительное предварительное усиление радиосигнала, когда прием ведется на компактную встроенную антенну (магнитную, рамочную, штыревую).

«Прямое» (на частоте сигнала) усиление в простом приемнике даст усилитель, подобный показанному на рисунке 4.

Его достаточно для приема нескольких местных или не очень удаленных мощных радиостанций в диапазонах СВ и ДВ. Каскад с индуктивной нагрузкой L1 дает большее усиление, но годится лишь для однодиапазонных конструкций, иначе пришлось бы переключать катушки для каждого диапазона; каскад с нагрузкой-резистором (R3) дает усиление поскромнее, но зато является широкополосным, пригодным сразу для нескольких диапазонов. Увеличение числа каскадов свыше двух, в особенности трансформаторных, чревато самовозбуждением из-за паразитных связей между цепями каскадов, и потому обычно не применяется.

Иногда в простых конструкциях обходятся одним каскадом усиления радиочастоты, наращивая усиление с помощью положительной обратной связи с коллекторной нагрузки на приемный контур (рис. 5).

Регулируя обратную связь переменным резистором, у порога генерации можно получить весьма высокую чувствительность и избирательность единственного антенного контура; при этом, однако, сужается полоса воспроизводимых звуковых частот и прием становится неустойчивым. Подобные схемы применяют чаще для приема любительских передатчиков в диапазоне КВ. По указанным выше причинам для устойчивого и качественного приема большого количества радиостанций, работающих в широком диапазоне частот от ДВ до УКВ, используют так называемые супергетеродинные радиоприемники, работающие с преобразованием принимаемых частот.

Суть его в том, что к принимаемому антенным контуром сигналу «подмешиваются» вспомогательные колебания встроенного гетеродина. В каскаде, называемом смесителем, «слияние» обоих сигналов приводит к образованию модулированного сигнала сравнительно невысокой «промежуточной» радиочастоты (465 кГц). На такой фиксированной частоте легко получить достаточно высокое и устойчивое усиление и хорошую избирательность при трех-четырех резонансных контурах ПЧ или одной пьезокерамическом фильтре, настроенном на 465 кГц.

Упрощенный фрагмент преобразователя частоты изображен на рисунке 6.

Вспомогательный сигнал контура L6, С5, С1.2, выработанный гетеродином на транзисторе VT2, подается в эмиттерную цепь смесителя на транзисторе VT1. Этот сигнал отличается на 465 кГц от сигнала приемного контура L1, С1.1, подаваемого на базу VT.

Сигнал ПЧ выделяется контуром L3, СЗ и идет на дальнейшее усиление и детектирование. Функции смесителя и гетеродина обычно совмещают в общем каскаде на одном транзисторе. При самостоятельном конструировании представляет интерес комбинация однотранзисторного преобразователя и сверхрегенеративного детектора, позволяющая обойтись без каскадов усиления ПЧ для приема КВ или УКВ ЧМ передач. Если вспомогательному сигналу сообщить частоту принимаемого, получим «нулевую» промежуточную частоту, то есть сигнал звуковой частоты, который легко усилить любым УЗЧ; это так называемый прием с прямым преобразованием (или с синхронным детектором). Вариант такого устройства дан на рисунке 7.

Здесь гетеродин работает на транзисторе VT1, смешение сигналов происходит на диодах VD1, VD2.

Метод прямого преобразования используется главным образом, для приема любительских передатчиков, работающих телеграфом («точки», «тире») или с модуляцией типа SSB (на одной боковой полосе).

Для озвучивания сигналов, принятых любым из рассмотренных устройств и их комбинациями, можно использовать любой, отвечающий вашей задаче, усилитель 3Ч, построенный на транзисторах либо на основе интегральных микросхем. Годятся и многие готовые УЗЧ, имеющиеся в заводских радиоприемниках или магнитофонах.

Ю.ПРОКОПЦЕВ

СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Как убедиться в волновой природе света

Одно из следствий волновой природы света – дифракция. Она проявляется как некая кажущаяся способность света огибать препятствия.

Если в школе есть лазер, то показать это явление не сложно. Направьте луч на стенку – и весь класс, даже при незашторенных окнах, увидит отчетливое красное пятно. Теперь пересечем лазерный луч дифракционной решеткой – так называется кусок стекла или фотопленки, на которые нанесено множество тонких штрихов. Пятно на стене разлетится на множество ярких красных пятен.

На первый взгляд прекрасно. Эффект доказан и показан сразу всем. Но… вдумчивый ученик заметит рафинированную искусственность лазерного света. Возникнет сомнение: а так ли все происходит со светом обычным?

Почти все опыты по волновой природе света требуют очень ярких точечных источников. Яркость даже обычного школьного лазера сравнима с яркостью атомного взрыва в одну килотонну, наблюдаемого с расстояния в один км. Неудивительно, что даже с ярчайшими дуговыми и газоразрядными лампами подобные опыты получаются лишь в хорошо затемненном помещении, а детали их плохо видны с задних рядов.

В школах такие источники света, как лазер, встречаются редко, а поскольку с лампами накаливания опыты получаются плохо, их часто попросту не показывают.

А зря. Лучше отказаться от группового показа и перейти к индивидуальным лабораторным работам. Их можно провести, опираясь на самые простые средства. Об этом можно прочесть в очень редкой книге, изданной Академией педагогических наук РСФСР: Башкатов М Н. и Огородников Ю.Ф. «Школьные опыты по волновой оптике». Москва, 1960 г. Авторы отмечают, что в своей работе опирались на методику одного из основоположников волновой теории света, Огюстена Жана Френеля.

Суть опытов заключается в том, что наблюдение ведется не на проекции экрана, а с помощью простой лупы. Свет, отраженный экраном, почти полностью рассеивается, и лишь ничтожная (едва ли не миллионная) часть попадает в глаза наблюдателя. Лупа же собирает практически весь свет. И такие опыты можно провести даже в слегка затемненном уголке классной комнаты.

Источником света послужит обычная лампа карманного фонаря с подставкой, которая имеется во всех физических кабинетах. Нить накаливания в ней располагается горизонтально. Это очень удобно. Поворачивая подставку, нить можно наблюдать то во всю длину, то с торца. В первом случае она работает как протяженный источник света, во втором – как точечный. Наблюдаемые предметы помещаются на расстоянии примерно в один метр. Тогда форма фронта световой волны максимально приближается к идеальной сферической.

Но волновые эффекты удастся наблюдать только в том случае, если вы правильно пользуетесь лупой (рис. 1).

На этом придется остановиться подробнее.

От лампы на лупу падает расходящийся пучок света (MN – сечение этого пучка фокальной плоскостью лупы), а пройдя сквозь нее, после преломления выходит сходящийся пучок. Однако за фокусом линзы и он расходится.

Чтобы видеть все сечение MN, в котором происходят волновые процессы, надо поместить лупу от глаза на расстоянии немного больше фокусного, чтобы она казалась равномерно и ярко освещенной. А имеющиеся в школах лабораторные линзы с фокусными расстояниями 7 и 14 см советуем располагать на расстояниях 8 и 16 см от глаза соответственно.

В начале века профессор В.Аркадьев получил ряд фотографий, вошедших в учебники по оптике, где показана дифракция, происходящая на обычных предметах – стержне, тросточке, шляпе.

Эти снимки делались при свете дуговой лампы с расстояния до сорока метров в полностью затемненном помещении!

Мы же сможем это все пронаблюдать в самых простейших условиях. В нашем случае предметы выберите иные (рис. 2) – две иголки и проволочный крючок на подставке.

Расположение предметов показано в начале статьи.

Рекомендуем для начала сесть на расстоянии 1,5–2 м от лампочки и, взяв в руку карандаш, а в другую линзу, пронаблюдать, как свет заходит в область тени, а его лучи начинают интерферировать между собою, вызывая появление чередующихся полос. Это и есть дифракция.

Для удобства наблюдения предметы желательно закрепить на штативе с лапкой. Лампу следует повернуть так, чтобы к наблюдателю был обращен конец нити накала. В этом случае она будет работать как точечный источник.

Примерный вид ожидаемой картины показан на рисунках 3 и 4.

Несколько неожиданным приемом воспользовались авторы вышеприведенной книги для фотографирования дифракционных картин.

Оказывается, для этих целей можно воспользоваться фотоаппаратом-зеркалкой… без объектива. Его располагают на расстоянии 2–3 м от предмета.

В этом случае на фотопленке возникает такая же картина, как на стене при опытах с лазером. Ее-то и регистрирует пленка.

Авторы снимали на пленку чувствительностью 90 единиц с экспозицией 18 секунд.

Сегодня в продаже есть фотоматериалы чувствительностью 400 – 1200 единиц. Очевидно, экспозиция может быть уменьшена до одной секунды. Так что возможно делать такие снимки даже с рук.

Но не это главное.

Подобные снимки должны в известной мере обладать свойствами голограммы. При освещении их точечным источником света либо лазером можно увидеть предмет, дифракционную картину которого мы снимали.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

НАБОР

ЗАОЧНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ШКОЛА (ЗИФМШ)

ОБЪЯВЛЯЕТ ПРИЕМ УЧАЩИХСЯ В 9, 10 И 11-Й КЛАССЫ

НА 2000/2001 УЧЕБНЫЙ ГОД

Главная цель школы – помочь обучающимся глубже постичь математику и физику, развить инженерный склад мышления и лучше подготовить к поступлению в высшие учебные заведения.

Прием в ЗИФМШ проводится по результатам решения вступительного задания, публикуемого ниже. Рядом с номером задачи указывается, для какого класса она предназначена. Например, 4 (9,10-й кл.) означает, что задача 4 входит в конкурсное задание для 9-го и 10-го классов. Задание для каждого класса состоит из шести задач. Решение вступительного задания необходимо прислать по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 9, ПГУПС, ЗИФМШ, на конкурс. В письмо вложите анкету, заполненную печатными буквами по следующему образцу:

Фамилия, имя, отчество: Сидоров Иван Петрович

Класс (указывается по состоянию на 1 сентября 2000 г.): десятый

Подробный домашний адрес: 524806, г. Тверь, ул. Садовая, д. 55, кв.77

Номер и адрес школы: школа № 5, г. Тверь, ул. Зеленая, д.7

Зачисленными в ЗИФМШ в течение года высылаются учебные пособия и контрольные задания; решенные задания оцениваются и рецензируются. Успешно закончившие ЗИФМШ получают удостоверение.

ВСТУПИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. (9-й кл.) Определите давление жидкости на нижнюю поверхность плавающей цилиндрической шайбы, у которой сечение S и масса m.

2. (9-й кл.) Вася и Петя поделили между собой 39 орехов. Число орехов, доставшихся любому из них, меньше удвоенного числа орехов, доставшихся другому. Квадрат трети числа орехов, доставшихся Пете, меньше увеличенного на единицу числа орехов, доставшихся Васе.

Сколько орехов у каждого мальчика?

3. (9,10-й кл.) В схему включены два амперметра и два одинаковых вольтметра. Показания амперметров J₁ = 0,1 A; J₂ = 0,099 А; показание первого вольтметра U₁ = 10 В. Найти показание второго вольтметра U₂. Сопротивлением проводов пренебречь. Учесть, что любой вольтметр показывает напряжение на самом себе.

4. (9,10-й кл.) Пассажир поезда, движущегося со скоростью 40 км/ч, замерил по секундомеру, что встречный поезд проходил мимо его окна в течение трех секунд. Определить скорость встречного поезда, если известно, что его длина 75 метров.

5. (9, 10, 11-й кл.) В теплоизолированной колбе находилась вода при 0 °C. Откачиванием паров воду в колбе заморозили. Какая часть воды испарилась? Удельная теплота парообразования воды при 0 °C равна 2,5x10⁶ Дж/кг.

6. (9, 10, 11-й кл.) Из бака, наполненного спиртом, отлили часть спирта и долили до прежнего объема водой, затем из бака отлили столько же литров смеси, сколько в первый раз отлили спирта, после чего в баке осталось 49 литров чистого спирта. Сколько литров чистого спирта отлили из бака в первый и второй раз, если объем бака 64 литра?

7. (10, 11-й кл.) Угол наклона ленты подъемника к горизонту 5°.

Коэффициент трения между грузом и лентой 0,2. При каком максимальном ускорении ленты поднимаемый ящик не будет скользить по ленте подъемника. Лента подъемника не прогибается, ускорение свободного падения 10 м/с².

8. (10,11-й кл.) При каких значениях параметра о квадратное уравнение 4х²– 2х + a = 0 имеет два различных корня?

9. (11-й кл.) На рисунке изображен график процесса расширения ρ(Па) идеального газа, при котором он переходит из состояния 1 с давлением ρ и объемом V в состояние 2 с давлением ρ/2 и объемом 2V. Найти количество теплоты, которое сообщили этому газу. Линия 1–2 – отрезок прямой.

10. (11-й кл.) Решите уравнение: 4cos х + sin х = 4.

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

«Мы с подружкой купили себе модные туфли на высоком каблуке типа «Коготь». Но родители запрещают нам в них ходить, объясняя тем, что может ухудшиться осанка. Правда ли это?»

Mашa и Татьяна, 14 лет,

г. Капустин Яр

Изящные туфли на высоком каблуке безусловно модны. Более того, высокие каблуки делают фигуру стройнее, «подтягивают» ее. Однако нагрузка на стопу в туфлях на высоком каблуке распределяется неравномерно; вся тяжесть падает на ее переднюю часть. Это приводит к неестественному напряжению всего позвоночника и, следовательно, к болям в спине. Поэтому лучше приберечь туфли на таких каблуках для особо торжественных случаев. А если вынуждены надеть их днем, то держите под рукой пару удобных туфель на низком каблуке, чтобы при первой возможности переобуться.

Сказанное особенно справедливо для босоножек на высоком каблуке и без задников. Спору нет, выглядят они эффектно, но нога в них не закреплена, «ездит» на подошве, поэтому все мышцы испытывают дополнительное напряжение. Пощадите свои ноги смолоду. В более зрелом возрасте вы это оцените.

«Недавно по телевизору видел отрывок из научно-популярного фильма из жизни эскимосов на дальнем Севере. Очень меня заинтересовала конструкция эскимосского иглу. Как они его строят?»

Сергей Ильюшин, 10 лет,

г. Омск

В эскимосском иглу тепло и даже, говорят, уютно. А соорудить его можно за день, благо стройматериала сколько угодно прямо под ногами. Будущий хозяин очерчивает в подходящем месте круг нужного диаметра, затем острым ножом начинает вырубать из фирна – ноздреватого лада «кирпичи». Далее ледяными кирпичами, поставленными на ребро и под определенным утлом, начинает обкладывать очерченный круг, постепенно сужая сооружение, пока не образуется купол. Следом идущий человек «шпаклюет» дом мокрым снегом, чтобы между кирпичами не оставалось зазоров и щелей. Затем в иглу вырубается проем для двери и окошка. Сами дверь и окно также вырублены из льда.

А знаете ли вы?

Когда на Север пришла цивилизация, потребовались и дороги, и большие складские помещения, гаражи. Но их из ледяных кирпичей не построишь – слишком у этого теплоизоляционного материала мало отношение прочности к массе и более или менее крупное сооружение может обрушиться под собственным весом.

Иное дело – монолитный лед. Порой при изгибе он не уступает по прочности бетону. И вот что придумали строители: на естественном или искусственном ледяном основании закрепляют и надувают воздухом под небольшим давлением матерчатую основу. На нее наливают воду – слой за слоем по мере замерзания предыдущего. Образуется купол из плотного, как бетон, льда, примерзшего к основе.

Такая конструкция намного прочнее традиционной эскимосской. На особую жару в таком помещении рассчитывать, конечно, не стоит, но 0 градусов вполне достаточно, чтобы машины и нефть не замерзли.

«Я прочитала в одной интересной книжке, что задолго до Г. Галилея люди знали о существовании на Луне гор и морей. Это удивительно, ведь в те далекие времена телескоп еще не был изобретен. А может быть, древние летали на Луну?»

Лена Матвеева, 12 лет,

г. Электросталь

Древние действительно имели довольно точные знания о нашем спутнике. В 1610 году Галилей был удивлен существованием лунных гор, открытых с помощью телескопа, но задолго до великого итальянца о них, оказывается, знали. Конечно, вряд ли древним ученым и мудрецам было под силу построить ракет> и слетать на Луну. Но это не означает, что они не могли наблюдать за спутником с помощью примитивного прародителя современного телескопа – параболического зеркала.

Что же оно собой представляло? По-видимому, в некий сосуд наливалась, скажем, ртуть. Если этот сосуд медленно вращать, поверхность ртути начнет приобретать форму параболического зеркала, то есть станет вогнутой. Это может быть использовано в качестве простейшего телескопа. Вместо ртути могли использовать и обычное растительное масло. На высокой башне древней обсерватории, к примеру, устанавливался высокий цилиндр, куда вкладывался цилиндр поменьше, с маслом. Пущенная в большой цилиндр под определенным углом струя воды заставляла маленький крутиться. В результате получалось идеальное параболическое зеркало.

«У нас дома хранится некогда популярный кубик Рубика. Мы с братом уже наизусть изучим все варианты его сборки. Когда впервые появилась эта игрушка, какие еще головоломки изобрел Рубик?»

Сережа и Женя Птушко,

12 лет, г. Уфа

Популярнейший некогда кубик был создан в 1974 году. Ныне Рубик – создатель головоломки – продолжает создавать игрушки. Вот кое-что из его новинок: игра «Тэигл» – неразбериха – квадратики с рисунком из разноцветных шнурков. Их надо сложить таким образом, чтобы в шнурках не было разрывов; «Трайамид» – тройная пирамида. Здесь надо установить на каждой грани какой-го один цвет; «Дайс» – в переводе с английского – игральная кость. Это кубик, внутри которого пересыпаются более мелкие разных цветов. Потряхивая и переворачивая игрушку, нужно добиться, чтобы во всех ее отверстиях был виден белый цвет.

А знаете ли вы?

Французский инженер Алекс Рено, сотрудник фирмы, выпускающей промышленные роботы, смеха ради обучил одного из них складывать кубик.

Телеглаз робота внимательно осматривает игрушку со всех сторон, электронный мозг составляет план поворотов, затем план появляется на экране дисплея, и руки робота начинают выполнять задуманную программу.

Работает робот медленно – один поворот занимает 15 секунд, – но зато не ошибается. Напомним, что рекорд скоростной сборки кубика, показанный на Всемирном чемпионате в Будапеште – 22,95 секунды!

* * *