“Спец”: Рад приветствовать тебя, Аматор! И новому гостю почет и уважение! Проходите, садитесь] Кстати, Амат, ты успел рассказать нашему юному другу о транзисторах и микросхемах, хотя бы в самых общих чертах?

“Аматор”: Нет, уважаемый Спец, не успел! Тем более, что мне хотелось бы чтобы беседу на эту тему провели именно Вы!

“С”: Возможно, это оптимальная мысль! Но, насколько я понял, сегодня ты хотел побеседовать на другую тему?

“А”: Я и хочу на другую! Дело в том, что вопрос осознанного выбора исходной блок-схемы всеволнового современного радиоприемника оказался много запутаннее, чем это представлялось мне вначале!

Вроде бы все ясно! Ну есть “прямики” и есть значительно превосходящие их по своим возможностям “суперы”! Но оказывается, чем “дальше в лес, тем больше ... да ну меня совсем”!

“С”: Кажется, я представляю в чем тут дело! Выбор исходной блок-схемы — это действительно основополагающий вопрос при любой мало-мальски серьезной разработке!

“Незнайкин”: Принципиальные электрические схемы — это еще куда ни шло... А вот что такое БЛОК-СХЕМЫ?

“С”: Ситуация понятна! Ну что же, друзья мои, полагаю, что вопрос надо ставить даже несколько шире! Поэтому мы сегодня проведем “историческую беседу”. И начнем мы именно с истории радиотехники!...

“А”: Отлично! Незнайкину это вообще необходимо, а я с удовольствием упорядочу свои познания в данном вопросе. Итак?...

“С”: Иногда приходится слышать спор на тему о том, кто и когда “открыл радио”!? Попов или Маркони?... Общемировое мнение на сей счет неоднозначно!...

Но нет сомнения, что успехи в электричестве и магнетизме базировались на изобретениях и открытиях Фарадея и Максвелла. Принципы электромагнитной индукции были истрактованы Майклом Фарадеем в 1831 г. А в 1832г. он написал: “...я считаю, что теория колебаний будет применена к этому явлению (индукции), равно как и к звуку и, весьма вероятно, к свету”.

Но только в 1855 г. Максвелл опубликовал статью “О силовых линиях Фарадея”, а в 1864 г. дал миру ошеломляющую работу “Динамическая теория' электромагнитного поля”. Эта статья предсказывала существование радиоволн и возможность их распространения со скоростью света.

“А”: Обозначенный на схеме, как S?

“С”: Абсолютно верно! Здесь искру дает, так называемая, ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА Румкорфа. Кстати, разновидность катушки Румкорфа используется и в наше время в системе зажигания автомобилей!

Ток батареи, проходя через обмотку I, намагничивает ее железный сердечник. Он притягивает подвижной контакт К и ... цепь разрывается. Магнитное поле исчезает и контакт замыкается снова. Весь процесс проходит с частотой нескольких сотен герц.

В момент размыкания цепи происходит следующее. ЭДС самоиндукции, возникающая в обмотках индукционной катушки L, пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Эта скорость достаточно велика!

В результате на выводах обмотки I возникает импульс напряжения в ДЕСЯТКИ РАЗ ПРЕВЫШАЮЩИЙ по амплитуде напряжение батареи! А поскольку обмотка II содержит гораздо больше витков, то на ее выводах напряжение достигает нескольких десятков тысяч вольт! Конденсатор С заряжается до такого же напряжения. Искровой промежуток S регулировался так, чтобы он пробивался при напряжении, близком к максимально развиваемому катушкой!

Проскочившая искра замыкает цепь LC — контура и в нем возникает серия затухающих колебаний. Стремясь повысить частоту колебаний, Герц довел длину волны до трех десятков метров! Русский физик Лебедев сконструировал вибратор на длину волны ТРИ САНТИМЕТРА!

Вот почему первым сообщением Попова было имя Генриха Герца! “А”: Вы имеете в виду Александра Степановича Попова!?

“С”: Разумеется, потому что именно преподавателю минных офицерских классов в Кронштадте А. С. Попову удалось сконструировать приемник электромагнитных волн, обладающий достаточной для практических целей чувствительностью!

“Н”: А как был устроен приемник Попова?

“С”: Очень изобретательно, как на то время! В приемной цепи Попов использовал “КОГЕРЕР”. Это устройство изобрел незадолго до экспериментов Попова француз Бранли!... КОГЕРЕР представлял из себя стеклянную трубку с двумя выводами, между которыми были засыпаны мелкие железные опилки.

Из-за тонкого слоя окиси, содержащегося всегда на поверхности железных опилок, сопротивление КОГЕРЕРА — велико! Но только до того момента, пока на его выводы не подано высокое напряжение. Безразлично, постоянное или переменное!

“А”: Но ведь через обмотки реле Р1 напряжение батареи подается на КОГЕРЕР постоянно (см. рис. 5.2)?

“С”: Это действительно так! Но напряжения батареи недостаточно, чтобы “заработал” КОГЕРЕР. Через антенну А на него подается еще и высокочастотное напряжение. Именно оно приводит к тому, что опилки, как бы “слипаются” и сопротивление КОГЕРЕРА резко падает!

При этом срабатывает реле Р1, притягивая якорь Я1. В этом случае замыкается контакт К1. Следовательно, срабатывает реле Р2, притягивая к себе якорь Я2. При этом разрывается силовая цепь посредством контакта К2. Через реле Р2 перестает протекать ток и под действием механической пружины Я2 возвращается в первоначальное положение.

Не только наличие антенны являлось важнейшим элементом приемника Попова, но и релейный усилитель постоянного тока также! Поскольку относительно слабый ток через когерер приводил в действие чувствительное реле Р1, контакты которого замыкали цепь электрического звонка.

“Н”: Но если исходить из этого рисунка, уважаемый Спец, то создается впечатление, что молоточек лупил не только по чашечке звонка, но еще и прямо по когереру!?

“С”: А так оно и было! Именно таким образом КОГЕРЕР автоматически встряхивался после приема каждого электромагнитного импульса! И был готов к приему следующего! Но заметьте, что в приборе Попова применяется и ЗАЗЕМЛЕНИЕ! “А”: Я где-то читал, что приемник Попова называли “грозоотметчик”?

“С”: Это сам Попов так его назвал! С подключением наружной антенны удалось регистрировать грозы на расстояниях до 30 километров. Вот это устройство, а мы уже разобрали принцип его действия, А. С. Попов и продемонстрировал 7 мая 1895 года на заседании Русского Императорского физико-химического общества!

В дальнейшем было обнаружено, что КОГЕРЕР обладает детекторным эффектом, а для приема с 1899 г. стали использовать головные телефоны. В последующих опытах было замечено, что чувствительность приемника к слабым сигналам значительно возрастала, если с приемником был связан собственный, даже маломощный генератор! Настроенный на частоту, близкую к частоте принимаемого сигнала!

Собственный генератор получил наименование — ГЕТЕРОДИН. А сам приемник получил название — ГЕТЕРОДИННЫЙ.

25 октября 1906 года американский инженер Ли де Форест подал заявку на выдачу ему патента. Речь в нем шла о знаменитом “АУДИОНЕ”! То есть о трехэлектродной вакуумной лампе-усилителе! Хотя, если говорить строго, первые “аудионы” усиливали амплитуду входного напряжения меньше, чем в два раза! Шесть лет тяжких трудов ушло на то, чтобы “аудион” стал действительно усилителем!

В 1912 г. майор — американец Эдвин Армстронг создал на основе “аудиона” электронный генератор незатухающих одночастотных колебаний. Я подчеркиваю - ОДНОЧАСТОТНЫХ!

“А”: Это потому, что искровые передатчики (генераторы) не обладали этим свойством?

“С”: Да, искровая техника этим свойством не обладала! Там можно было говорить только о некотором спектре частот! Итак, генераторы Армстронга, а также Фореста и Александра Мейснера позволили получать чистые непрерывные синусоидальные сигналы! Вот схема лампового автогенератора на рис. 5.3.

“Н”: На схеме колебательного контура показан конденсатор со стрелкой! Это значит — переменный?

“А”: Мы, Незнайкин, ещё будем говорить на этот счет подробно! А что означает двойная стрелка между катушками, ты понимаешь ?

“Н”: Не совсем, если честно!

“А”: А между тем это символизирует, что взаимное расположение этих обмоток можно изменять механическим регулированием!...

“С”: Ну что, идем дальше? В 1915 г. появились электронные лампы с высоким вакуумом. Эти лампы обеспечили возможность создания не только генераторов незатухающих колебаний, но также и усилителей слабых сигналов!

Поэтому в практику прочно вошли так называемые ПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ. Но еще прежде них - ДЕТЕКТОРНЫЕ. Это я рассказываю прежде всего для тебя, Незнайкин!

“Н”: Спасибо, большое спасибо!... Но если бы к тому же я ясно представлял себе, что такое вообще ДЕТЕКТОРНЫЙ приемник!?..

“С”: Дорогой Аматор! Так вы не рассматривали процессы детектирования?...

“А”: Так судьба сложилась!... Мы просто не успели этого сделать!

“С”: Но обойти этот вопрос молчанием мы не можем!

“Н”: Но как бы там ни было, КОГЕРЕР для этого сейчас уже не применяют?

“С”: КОГЕРЕР ушел в историю! Но, как говорится, “король умер — да здравствует король!” Вместо КОГЕРЕРА в современной радиотехнике используется КОГЕ...РЕНТНЫЙ ДЕТЕКТОР!

“Н”: Расскажите сначала об обычном!

“С”: “Вы просите песен? Их есть у меня!” А ну-ка, скажите мне, какой спектр или лучше диапазон частот занимает обыкновенная человеческая речь?

“Н”: Я где-то слышал, что диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот лежит в пределах от 16 до 20000 герц!

“А”: А обыкновенная речь (не музыка) ограничена диапазоном 150 — 4500 герц! Я не слишком ошибся?

“С”: Не слишком!... Некоторые исследователи, кстати, считают, что диапазон воспринимаемых верхних частот простирается до 30 кГц! Однако понятно, что эти частоты сами по себе в “эфир” с помощью антенн приемлемых размеров переданы быть не могут! Поэтому для технического решения подобных задач используется МОДУЛЯЦИЯ. А что это такое, видно на примере так называемой АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ (см. рис. 5.4).

Вопросы к иллюстрирующим этот термин рисункам имеются?

“А”: У меня — нет! А у тебя Незнайкин?

“Н”: Только один! Высокая частота может быть любой?

“С”: В принципе, да! Но показанная здесь АМПЛИТУДНАЯ модуляция (или AM) применяется только в диапазонах ДВ, СВ и KB! Поскольку считается самой примитивной и помехонеустойчивой. Например, в диапазоне УКВ применяется более совершенная, ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ!

“Н”: А на рисунке ее можно изобразить?

“С”: Без проблем! Да вот она на рис. 5.5.

“Н”: То есть в этом случае непостоянна именно частота сигнала?

“С”: Конечно при том, что амплитуда сигнала сохраняет свою величину! Имеются значительно более совершенные виды модуляции. Например, ИМПУЛЬСНАЯ, ФАЗОВАЯ, ИМПУЛЬСНО-ЧАСТОТНАЯ и т.д. Но при всем, при том — в области длинных, средних и коротких волн для радиовещания применяется и будет применяться еще долго ИМЕННО ЭТА, такая “плохая” и “устаревшая” АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ!

“А”: Казалось бы, если уж она такая “плохая”, то смените ее на другую — “хорошую” да и дело с концом!

“С”: Это уже давно пытаются сделать! Вот, например, еще в 1915 г. Джон Карсон изобрел ОДНОПОЛОСНУЮ МОДУЛЯЦИЮ, которая экономила и мощность, и полосу частот.

Любопытно, что однополосная модуляция (или SSB) появилась как практическое следствие математического анализа модулированной несущей! Но прежде, чем говорить об SSB или, например, частотной модуляции, давайте вернемся к вопросам детектирования!

“Н”: “Это мы не проходили, это нам не задавали!” А, действительно, почему?

“С”: Потому что, сделай мы подобное, ничего-то бы мы с вами не услышали! Не может мембрана динамика колебаться с такой частотой! Да и ухо человека ВЧ — колебания просто не воспримет.

Значит, остается только один выход - ВЫДЕЛИТЬ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ СИГНАЛ! А как это сделать?

“А”: Наверное проще всего — применив для этой цели некий электронный прибор, имеющий высокую проводимость в одном направлении и исключительно низкую — в другом! Проще говоря, использовать для этой цели полупроводниковый ДИОД!

“С”: Ты безусловно прав! Но ведь вы с Незнайкиным еще не рассматривали диоды, транзисторы, микросхемы, оптроны и т.д.! Как же нам быть?

“Н”: А может, рассмотрим принципы выделения НЧ — сигналов без рассмотрения физических принципов функционирования диодов? А о самих диодах поговорим в последующих беседах?

“Н”: А какова роль конденсатора С?

“С”: Накапливая на себе поступающий за время каждого полупериода электрический заряд, конденсатор С позволяет поддерживать на нагрузке плавно меняющееся напряжение низкой частоты.

“Н”: “Я не волшебник, я еще только учусь”, но мне кажется, что УВЧ — это усилитель высокой частоты, а УНЧ — соответственно, низкой частоты!

“А”: И какова же роль УВЧ?

“Н”: Я полагаю, что все дело в амплитуде высокочастотного сигнала, поступающего от антенны. Каким-то образом (я пока затрудняюсь объяснить этот феномен), но УВЧ, сохраняя временные зависимости относительного изменения амплитуды сигнала, способен увеличивать их абсолютный размах!... Затем усиленный сигнал детектируется, а дальше поступает на вход УНЧ. Затем на динамик, после чего мы имеем удовольствие слушать интересные радиопередачи!

“С”: Поздравляю! Ты поведал нам об устройстве и принципе работы ПРИЕМНИКА ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ, в просторечии - ПРЯМИКА!

“Н”: А что, применяются и иные блок-схемы?

“С”: Вне всякого сомнения! Поскольку приемники прямого усиления имеют немалое количество очень серьезных недостатков. Ну, например, начинающие радиолюбители часто строят простенькие транзисторные “прямички”. Но ТОЛЬКО для диапазонов длинных и средних волн!

“Н”: А почему их нельзя применить и для диапазона коротких волн?

“А”: Прежде всего потому, что входной настраиваемый колебательный контур (или целая система колебательных контуров), получивший в технической литературе наименование ПРЕСЕЛЕКТОР, не обладает сколько-нибудь существенной избирательностью в диапазоне коротких волн!

“Н”: А что такое вообще — ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ?

“А”: Вернемся к нашему избирательному контуру. И, в частности, к его АЧХ (см. рис. 5.8).

Но ты ведь не хочешь слушать и их тоже, причем ВСЕ СРАЗУ?!

“Н”: Так я же ничего не расслышу!

“С”: При этом обрати внимание, что амплитуды сигналов, развиваемые на антенном входе всеми пятью радиостанциями — РАВНЫ!

“Н”: На нашей блок-схеме, кстати, я никакого преселектора не вижу!

“А”: Информация к размышлению, Незнайкин! Z1 — преселектор; a1 — УВЧ; U1 — амплитудный детектор; А2 —УНЧ; BF1 -- телефоны или динамик.

“С”: Я полагаю, дорогой Аматор, что в дальнейшем мы будем прибегать только к структурным и принципиальным электрическим схемам!

“А”: Очень хорошо! Я придерживаюсь того же мнения, уважаемый Спец!

“Н”: Принято единогласно!... Но у меня вопрос относительно изображенной выше характеристики преселектора. И, в связи с этим, о бесполезности “прямика” в диапазоне KB...

“С”: Не совсем!... В современном мире огромное количество радиостанций! И вопрос о том, что надо предпринять, чтобы они не мешали друг другу, непрерывно решается в течение вот уже многих десятков лет! В диапазонах длинных, средних и коротких волн интервал по частоте выбран равным 9 кГц в Европе. А в Америке и Японии даже 10 кГц. При таком распределении частот получается, что в диапазоне ДВ размещается 28 каналов, а в СВ — 120 каналов! Но только в европейском регионе число радиостанций значительно больше числа каналов!

Таким образом, одинаковые частоты отведены радиостанциям, максимально удаленным друг от друга территориально. И днем положение терпимо. Однако ночью не редкость ситуация, когда на одной частоте прослушиваются две—три радиостанции. Ничего не поделаешь! В эфире тесновато!

“Н”: А уменьшить интервал с 9 кГц до 3—4 никак нельзя?

“С”: Взгляни на следующий эскиз (рис. 5.10)! Здесь я изобразил частотный спектр AM — сигнала ОДНОЙ радиостанции. Следовательно, даже отведя на одну станцию полосу частот 9 кГц, передать сигнал, в котором содержится ВЕСЬ воспринимаемый ухом звуковой спектр — НЕЛЬЗЯ! Самая верхняя звуковая частота, это — 4,5 кГц! Хотя должен сказать, что если не слишком придираться к качеству звука, этого вполне хватает даже для приема ритмов современной музыки.

Зато информацию в диапазоне KB можно “ловить” из ЛЮБОЙ ТОЧКИ ЗЕМНОГО ШАРА!

“С”: Ну вообще-то, чтобы существенно улучшить качество радиовещания в диапазонах ДВ, СВ и KB, его следует коренным образом перестроить! Я понимаю, само слово “перестройка” сейчас иначе, как с сарказмом, не воспринимается! Но куда деваться? Амплитудная модуляция впервые была предложена еще при царе Горохе! Она и не эффективна, она и расточительна! Ее динамический диапазон крайне мал! И т.д., и т. п.!

Но, повторяю, она ИСПОЛЬЗОВАЛАСЬ, ИСПОЛЬЗУЕТСЯ и БУДЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ, поскольку самая дальнобойная!

“А”: Да, чудные дела Твои, Господи! Так что же делать?

“Н”: А это возможно?

Мы уже упоминали ГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМНИК. Вот так он выглядит на структурной схеме (рис. 5.11). Стрелка означает, что его можно перестраивать по частоте.

“А”: В чем особенность работы гетеродинного приемника?

“А”: И все же, дорогой Спец, я не совсем ясно себе представляю, что дает введение в схему детекторного приемника еще и гетеродина?

“С”: Ты знаешь, что чувствительность детекторного приемника оказывается слишком низкой! Даже подключение на выходе детектора УНЧ не спасает положения. Поскольку для того, чтобы детектор “заработал”, необходимо, чтобы амплитуда сигнала на его входе достигала нескольких милливольт. А еще лучше — нескольких десятков милливольт!

Иное дело — гетеродинный приемник! Математический анализ показывает, что полезное напряжение на выходе детектора является СУММОЙ продетектированного сигнала и продетектированного напряжения гетеродина! А кроме того, в эту сумму входят еще БИЕНИЯ между колебаниями сигнала и гетеродина. Но добавление гетеродинного напряжения к сигналу на обычном детекторе не избавляет от прямого ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ПОМЕХ'!

“А”: То есть влиянию помех гетеродинный приемник (ГП) подвержен значительно?

“С”: Во всяком случае, в представленном выше виде!...

Поэтому ГП, автодины, синхродины и прочая техника 20-х годов ушла в прошлое безвозвратно!

“Н”: А что такое АВТОДИНЫ?

“А”: Я краем уха слышал, что имеются приемники, использующие какую-то технику ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ?

“С”: Мы обязательно будем говорить о принципах этой техники, но позднее! А сейчас, мои дорогие друзья, хочу заметить, что среди большого количества самых разнообразных разновидностей приемной техники (а мы упомянули далеко не о всех) особое место занимает выдающееся изобретение электроники 20 века - СУПЕРГЕТЕРОДИН!