22. Электронные переговорные и радиоприемные устройства

Простое переговорное устройство мы уже изготавливали на самостоятельной работе (см. рис. 81 § 17). Его схему можно усовершенствовать, вводя двухстороннюю связь. В этом случае возможны два варианта. При одном экономится время на разработку и изготовляются два усилителя. Микрофон и телефон имеются у каждого из двух собеседников. Они могут вести разговор, как по обычному телефону. В этом случае для связи используются три провода. Другой вариант конструкции позволяет более экономно использовать радиодетали и провода линии связи, переключая микрофон и телефон во время переговоров. Например, в конце переданного товарищу сообщения вы говорите «Перехожу на прием» и переводите переключатель в положение «Прием» (рис. 106). Такой способ передачи информации привлекает не столько своей экономичностью, сколько сходством с работой профессиональных связистов. В предлагаемой схеме связи, как нетрудно заметить, один из участников разговора находится в более выгодном положении, так как он имеет пульт управления и он определяет, когда перейти на прием. Если этот недостаток мешает в игре, то нужно установить независимую двухстороннюю связь, о которой мы уже говорили.

Существенным усовершенствованием проводной связи будет введение устройства вызова абонента. Для этих целей могут быть использованы уже известные схемы звуковых генераторов (см. рис. 90, 93). Если при этом учесть, что вызов абонента и разговор с ним происходит в разное время, то одно и то же электронное устройство, например операционный усилитель, может использоваться и как генератор, и как усилитель. Рабрту этих устройств мы уже изучали, их объединение в одной

Рис. 106. (см. скан) Схема телефона, обеспечивающего двухстороннюю связь

конструкции является интересной и вполне доступной для вас задачей. Попробуйте с ней справиться самостоятельно.

Перейдем теперь от проводной связи к радиосвязи. Передавать в эфир мы ничего не будем, ограничимся приемом радиовещательных станций. Прежде чем приступить к изготовлению простейшего приемника, познакомимся с радиосигналами и очень кратко с историей изобретения радио.

Радиосвязь ведете на высоких частотах. Низкие, или звуковые частоты (20 Гц-20 кГц), как это делается в телефоне, при радиосвязи использовать нельзя. Это связано с двумя основными причинами. Первую из них объяснить нетрудно. Рассуждение начнем с неверного предположения, как это часто делается в математике. Если бы радиостанции работали в одном и том же диапазоне звуковых частот, то радиослушатель оказался бы в положении, учителя, находящегося в классе, в котором все ученики одновременно говорят, причем каждый о своем. При телефонной связи «разговор идет по проводам», т. е. каждый из говорящих имеет свой независимый канал связи. Если это условие нарушается, например при неисправностях в АТС, то прослушиваются одновременно несколько разговоров.

Для разделения каналов в радиосвязи используют разные частоты электромагнитных волн. Каждая радиостанция работает на своих, специально выделенных ей частотах. Входная часть приемника обладает избирательными свойствами, благодаря которым он может «слышать» каждую станцию в отдельности. По принимаемым частотам можно различать радиостанции, но этого мало, нужно передать с их помощью полезную информацию — музыку, речь, позывные сигналы и другие сообщения.

Рис. 107. (см. скан) Модулированный радиосигнал

Рис. 108. (см. скан) Детекторный приемник

С этой целью высокочастотные колебания преобразуются в строгом соответствии с звуковыми сигналами. Подобный процесс называется модуляцией высокочастотного сигнала низкочастотным.

Исторически первым типом модуляции, который до настоящего времени широко применяется в радиовещании, является амплитудная модуляция. График высокочастотного сигнала, у которого амплитуда меняется со звуковой частотой, показан на рисунке 107. Таким образом, высокочастотный модулированный сигнал необходим прежде всего для того, чтобы можно было разобраться в «многоголосье» радиостанций — решить информационную проблему.

Вторая причина, по которой радиосвязь ведут на высоких частотах, связана с особенностями излучения и приема радиосигналов различных частот. Оказывается, при звуковых частотах электромагнитных волн размеры передающей антенны возрастают настолько, что ее практически невозможно изготовить.

Интересно, что эти проблемы появились намного позже изобретения радио. Это важное событие в истории развития техники произошло 7 мая 1895 года в Петербурге, когда русский физик А. С. Попов продемонстрировал перед учеными свой «грозоотметчик». Само название прибора говорит о том, что источником «радиосигналов» была гроза, или, точнее, электрические разряды молний. Дело в том, что искровой разряд сопровождается излучением электромагнитных волн самой различной частоты и амплитуды. На них и реагировал «грозоотметчик». Полезной информацией было само наличие принимаемого сигнала. О помехах других радиостанций можно было не беспокоиться, так как в то время их просто не было. Первая в мире радиограмма была передана А. С. Поповым в присутствии членов Русского физико-химического общества примерно через год после демонстрации «грозоотметчику». Она состояла всего из двух слов, записанных азбукой Морзе: «Генрих Герц». Этим наш соотечественник

показал свое уважение к трудам немецкого ученого, впервые исследовавшего свойства электромагнитных волн.

Историческая преемственность радиотехники проявляется в том, что каждый радиоприемник является «грозоотметчиком». В этом каждый из вас мог убедиться по возникновению помех во время грозы. Для молнии, очевидно, недействительны соглашения о радиоканалах.

Радиотехника, возникшая в конце прошлого века, в наше время достигла небывалого развития. Ее путь лежал от скромного «грозоотметчика» до современных стереокомплексов, обеспечивающих такое качество звучания, что даже опытные слушатели во время специальной проверки затруднялись определить, когда у них за спиной «звучит электроника», а когда «живой» оркестр с традиционными музыкальными инструментами.

Полученных сведений достаточно для объяснения работы простейшего радиоприемника.

В нем модулированный сигнал принимает входная цепь радиоприемника, затем он детектируется, т. е. срезается одна половина полупроводниковым диодом (детектором). После этого убирают ненужный высокочастотный сигнал, оставив только полезный звуковой сигнал. Эти функции выполняет фильтр низких частот, о котором мы уже говорили. Подобные преобразования сигнала осуществляются в простейшем детекторном радиоприемнику (рис. 108).

Детекторный приемник состоит из следующих основных элементов и цепей: антенны, колебательного контура, полупроводникового диода (детектора), фильтра низких частот и телефона.

Антенна предназначена для приема электромагнитных волн, она является своеобразным колебательным контуром. Под действием радиосигналов различных станций в антенне возникают высокочастотные колебания тока и напряжения. Для выделения сигнала нужной радиостанции служит колебательный контур, являющийся избирательным LC-фильтром. Если частота принимаемой станции совпадает с собственной частотой колебательного контура (его называют часто просто контуром), то этот сигнал выделяется. При этом амплитуда колебаний радиосигналов других станций намного уменьшается. Настройка на нужную станцию происходит путем изменения емкости конденсатора контура. Тем самым меняется его собственная частота. Избирательные свойства контура, или его качество, характеризуются такой величиной, как добротность. В детекторном приемнике мы будем использовать Катушки индуктивности от учебного набора, облагающие невысокой добротностью, поэтому при настройке на одну станцию может прослушиваться соседняя по частоте.

Рис. 109. (см. скан) Радиоприемник с магнитной антенной и операционным усилителем

Важнейшей особенностью детекторного приемника является то, что он работает без источника электропитания, за счет энергии электромагнитных волн. Поэтому для надежного приема очень важно иметь хорошую антенну. Лучше всего применить наружную антенну, но можно использовать провод длиной в несколько метров, натянутый в классной комнате. В железобетонных зданиях хороший прием на внутреннюю антенну получить трудно. Катушки контура можно использовать от учебного радиотехнического набора Если его нет, то их нетрудно изготовить самостоятельно. На изолирующий каркас (можно использовать бумажный) диаметром примерно 30 мм наматываются проводом диаметром 0,18-0,2 мм для приема в диапазоне средних волн (100 витков) и в диапазоне длинных волн (250 витков). В наборе намотка средневолновой катушки осуществлена рядами, виток к витку, длинноволновая катушка намотана «внавал», т.е. витки могут располагаться беспорядочно Настройка на приемную станцию проводится любым конденсатором переменной емкости. В качестве детектора может использоваться любой высокочастотный диод.

Другая схема радиоприемника, показанная на рисунке 109, лишена основного недостатка детекторного приемника: в ней нет громоздкой антенны. Вместо нее используется магнитная антенна, такая же, как в переносных радиоприемниках. Она представляет собой катушку индуктивности со стержнем из феррита — материала с большим удельным сопротивлением, обладающего высокими магнитными свойствами. Катушка магнитной антенны одйовременно является катушкой контура. Для сохранения высокой добротности входная цепь усилителя подключается не непосредственно к катушке контура, а к катушке связи, которая содержит значительно меньшее число витков.

Для изготовления магнитной антенны используют практически любой ферритовый стержень длиной Намотку проводят на тонких бумажных каркасах проводом диаметром

0,18-0,2 мм. Катушка контура имеет 60—100 витков, катушка связи — 5—10 витков. В качестве усилителя и детектора используется операционный усилитель К140УД1А, питание осуществляется от батареи типа 3336.