Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 23

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_к останется 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.

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.