Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
88
Папоў Аляксандр Сцяпанавіч (1859—1906) — рускі фізік, вынаходца радыё. Перакаманы ў магчымасці сувязі без правадоў пры дапамозе электрамагнітных хваль, Папоў пабудаваў першы ў свеце радыёпрыёмнік, прымяніўшы ў яго схеме адчувальны элемент — кагерэр. У час доследаў па радыёсувязі з дапамогай прыбораў Папова было ўпершыню выяўлена адбіццё радыёхваль ад караблёў.
3 апошнім устрэсваннем кагерэра апарат быў гатовы да прыёму новай хвалі. Схема прыёмніка A. С. Папова прыведзена на рысунку 71, узятым з яго артыкула ў «Часопісе фізікахімічнага
таварыства».
Каб павысіць адчувальнасць апарата, A. С. Папоў адзін з вывадаў кагерэра зазямліў, а другі далучыў да высока паднятага куска дроту, стварыўшы першую прыёмную антэну для бяздротавай перадачы. Зазямленне ператварае праводзячую паверхню зямлі ў частку адкрытага вагальнага контуру, што павялічвае далёкасць прыёму.
Хоць сучасныя радыёпрыёмнікі вельмі мала нагадваюць прыёмнік A. С. Папова, асноўныя прынцыпы іх дзеяння тыя ж, што і ў яго прыборы. Сучасны прыёмнік таксама мае антэну, у якой хваля, што прыходзіць, выклікае вельмі слабыя электрычныя ваганні. Як і ў прыёмніку Папова, энергія гэтых ваганняў не выкарыстоўваецца непасрэдна для прыёму. Слабыя сігналы толькі кіруюць крыніцамі энергіі, якія жывяць наступныя ланцугі. Цяпер такое кіраванне ажыццяўляецца з дапамогай паў
правадніковых прыбораў.
7 мая 1895 г. на пасяджэнні Рускага фізікахімічнага тава
рыства ў Пецярбургу A. С. Папоў свайго прыбора, які з’явіўся, па сутнасці справы, першым у свеце радыёпрыёмнікам. Дзень 7 мая стаў днём нараджэння радыё. Цяпер ён штогод адзначаецца ў нашай краіне.
A. С. Папоў працягваў настойліва ўдасканальваць прыёмную і перадаючую апаратуру. Ен ставіў сваёй непасрэднай задачай пабудаваць прыбор для перадачы сігналаў на вялікія адлегласці.
Спачатку радыёсувязь была ўстаноўлена на адлегласці 250 м. Нястомна працуючы над сваім вы
прадэманстраваў дзеянне
89
находствам, Папоў неўзабаве дабіўся далёкасці сувязі, большай чым 600 м. Затым на манеўрах Чарнаморскага флоту ў 1899 г. вучоны ўстанавіў радыёсувязь на адлегласці звыш 20 км, а ў 1901 г. далёкасць радыёсувязі была ўжо 150 км. Важную ролю ў гэтым адыграла новая канструкцыя перадатчыка. Іскравы прамежак быў размешчаны ў вагальным контуры, індуктыўна звязаным з перадаючай антэнай і настроеным з ёю ў рэзананс. Істотна змяніліся і спосабы рэгістрацыі сігналу. Паралельна званку быў уключаны тэлеграфны апарат, які дазволіў весці аўтаматычны запіс сігналаў. У 1899 г. была выяўлена магчымасць прыёму сігналаў з дапамогай тэлефона. У пачатку 1900 г. радыёсувязь была паспяхова выкарыстана ў час выратавальных работ у Фінскім заліве. Пры ўдзеле A. С. Папова пачалося ўкараненне радыёсувязі на флоце і ў арміі Расіі.
За мяжой удасканаленне падобных прыбораў праводзілася фірмай, арганізаванай італьянскім інжынерам Г. Марконі. Доследы, пастаўленыя ў шырокім маштабе, дазволілі ажыццявіць радыётэлеграфную перадачу цераз Атлантычны акіян.
§ 33. ПРЫНЦЫПЫ РАДЫЕСУВЯЗІ
Прынцып радыёсувязі заключаецца ў наступным. Пераменны электрычны ток высокай частаты, створаны ў перадаючай антэне, выклікае ў навакольнай прасторы электрамагнітнае поле, якое хутка мяняецца і распаўсюджваецца ў выглядзе электрамагнітнай хвалі. Дасягаючы прыёмнай антэны, электрамагнітная хваля выклікае ў ёй пераменны ток той жа частаты, на якой працуе перадатчык.
Найважнейшым этапам у развіцці радыёсувязі было стварэнне ў 1913 г. генератара незатухаючых электрамагнітных ваганняў.
Акрамя перадачы тэлеграфных сігналаў, якія складаюцца з кароткіх і больш працяглых імпульсаў электрамагнітных хваль, стала магчымай надзейная і высакаякасная радыётэлефонная сувязь — перадача мовы або музыкі з дапамогай электрамагнітных хваль.
Радыётэлефонная сувязь. Пры радыётэлефоннай сувязі ваганні ціску паветра ў гукавой хвалі ператвараюцца з дапамогай мікрафона ў электрычныя ваганні той жа формы. Здавалася б, што калі гэтыя ваганні ўзмацніць і падаць у антэну, то можна будзе перадаваць на адлегласць мову і музыку з дапамогай электрамагнітных хваль. Аднак у сапраўднасці такі спосаб перадачы неажыццявімы. Справа ў тым, што ваганні гукавой частаты з’яўляюцца параўнальна павольнымі ваганнямі, а электрамагнітныя хвалі нізкай (гукавой) частаты амаль зусім не выпраменьваюцца.
Мадуляцыя. Для ажыццяўлення радыётэлефоннай сувязі неаб
90
ходна выкарыстаць высокачастотныя ваганні, якія інтэнсіўна выпраменьваюцца антэнай. Незатухаючыя гарманічныя ваганні высокай частаты выпрацоўвае генератар, напрыклад генератар на транзістары.
Для перадачы гуку гэтыя высокачастотныя ваганні змяняюць, або, як гавораць, мадулююць, з дапамогай электрычных ваганняў нізкай (гукавой) частаты. Можна, напрыклад, змяняць з гукавой частатой амплітуду высокачастотных ваганняў. Гэты спосаб называюць амплітуднай мадуляцыяй. На рысунку 72 паказаны 'тры графікі: а) графік ваганняў высокай частаты, якую называюць нясучай частатой, б) графік ваганняў гукавой частаты, г. зн. мадулюючых ваганняў, в) графік мадуляваных па амплітудзе ваганняў. Без мадуляцыі мы ў лепшым выпадку можам кантраляваць, працуе станцыя або маўчыць, але і толькі. Без мадуляцыі няма ніякай перадачы — ні тэлеграфнай, ні тэлефоннай, ні тэлевізійнай.
Мадуляцыя — павольны працэс. Гэта такія змяненні ў высокачастотнай вагальнай сістэме, пры якіх яна паспявае зрабіць
91
Рыс. 73
Перадаючая антзна
лдД/І/нЛл
Грунагабарыцель
Прь/ёмная антзна
вельмі многа высокачастотных ваганняў, перш чым іх амплітуда змяняецца колькінебудзь прыметна.
Дэтэкціраванне. У прыёмніку з мадуляваных ваганняў высокай частаты вылучаюцца нізкачастотныя ваганні. Такі працэс пераўтварэння сігналу называюць дэтэкціраваннем.
Атрыманы ў выніку дэтэкціравання сігнал адпавядае таму гукавому сігналу, які дзейнічаў на мікрафон перадатчыка. Пасля ўзмацнення ваганні нізкай частаты могуць быць ператвораны ў гук.
Асноўныя прынцыпы радыёсувязі паказаны блоксхемай на рысунку 73.
1. Для чаго патрэбна мадуляцыя ваганняў? 2. Што называюць дэтэкціраваннем ваганняў?
§ 34. ЯК АЖЫЦЦЯЎЛЯЕЦЦА МАДУЛЯЦЫЯ і ДЭТЭКЦІРАВАННЕ
Вы ведаеце, што такое мадуляцыя і дэтэкціраванне і навошта яны пагрэбны. Цяпер паглядзім, як ажыццяўляюцца гэтыя працэсы.
Амплітудная мадуляцыя высокачастотных ваганняў дасягаецца спецыяльным уздзеяннем на генератар незатухаючых ваганняў. У прыватнасці, мадуляцыю можна ажыццявіць, змяняючы на вагальным контуры напружанне, якое ствараецца крыніцай (гл. § 22). Чым большае напружанне на контуры генератара, тым больш энергіі паступае за перыяд ад крыніцы ў контур. Гэта прыводзіць да павелічэння амплітуды ваганняў у контуры. Пры памяншэнні напружання энергія, якая паступае ў контур, таксама памяншаецца. Таму памяншаецца і амплітуда ваганняў у контуры.
Калі мяняць напружанне на контуры з частатой, многа меншай за частату ваганняў, якія вырабляюцца генератарам, то змяненні амплітуды гэтых ваганняў будуць прыблізна прама
92
прапарцыянальныя змяненням напружання. У самым простым прыстасаванні для ажыццяўлення амплітуднай мадуляцыі ўключаюць паслядоўна з крыніцай пастаяннага напружання дадатковую крыніцу пераменнага напружання нізкай частаты. Гэтай крыніцай можа быць, напрыклад, другасная абмотка трансфарматара, калі па яго першаснай абмотцы праходзіць ток гукавой
частаты (рыс. 74). У выніку амплітуда ваганняў у вагальным контуры генератара будзе змяняцца ў такт са змяненнямі напружання на транзістары. Гэта і азначае, што высокачастотныя ваганні мадулююцца па амплітудзе нізкачастотным сігналам.
Часавую разгортку мадуляваных ваганняў можна непасрэдна назіраць на экране асцылографа, калі падаць на яго напружанне з вагальнага контуру.
Акрамя амплітуднай мадуляцыі, у некаторых выпадках прымяняюць частотную мадуляцыю — змяненне частаты ваганняў у адпаведнасці з кіруючым сігналам. Яе перавагай з’яўляецца вялікая ўстойлівасць у адносінах да перашкод.
Дэтэкціраванне. Прыняты прыёмнікам мадуляваны высокачастотны сігнал нават пасля ўзмацнення не здольны непасрэдна выклікаць ваганні мембраны тэлефона або рупара гучнагаварыцеля з гукавой частатой. Ен можа выклікаць толькі высокачастотныя ваганні, якія не ўспрымаюцца нашым вухам. Таму ў прыёмніку неабходна спачатку з высокачастотных мадуляваных ваганняў вылучыць сігнал гукавой частаты.
Дэтэкціраванне ажыццяўляецца прыстасаваннем, якое мае элемент з аднабаковай праводнасцю — дэтэктар. Такім элементам можа быць электронная лямпа (вакуумны дыёд) або паўправадніковы дыёд.
Разгледзім работу паўправадніковага дэтэктара. Няхай гэты прыбор уключаны ў ланцуг паслядоўна з крыніцай мадуляваных ваганняў і нагрузкай1 (рыс. 75). Ток у ланцугу будзе праходзіць пераважна ў адным напрамку, абазначаным на рысунку стрэлкай, паколькі супраціўленне дыёда ў прамым напрамку многа меншае, чым у адваротным. Мы наогул можам не ўлічваць адваротны ток і лічыць, што дыёд мае аднабаковую праводнасць. Вольтамперную характарыстыку дыёда прыбліжана можна ўявіць у выглядзе ломанай, якая складаецца з двух прамалінейных адрэзкаў (рыс. 76).
У ланцугу (гл. рыс. 75) будзе ісці пульсуючы ток, графік якога паказаны на рысунку 77. Гэты пульсуючы ток згладжваец
1 Нагрузкай дэтэктара называюць рэзістар, на які паступаюць ваганні гукавой частаты.
93
Рыс. 75
Рыс. 76
Рыс. 77
ца з дапамогай фільтра. Найпрасцейшы фільтр уяўляе сабой кандэнсатар, далучаны да нагрузкі (рыс. 78). Фільтр працуе так. У тыя моманты часу, калі дыёд прапускае ток, частка яго праходзіць праз нагрузку, а другая частка адгаліноўваецца ў кандэнсатар, зараджаючы яго (гл. суцэльныя стрэлкі на рысунку 78). Разгалінаванне току памяншае пульсацыі току, якія праходзяць праз нагрузку. Затое ў прамежку паміж імпульсамі, калі дыёд запёрты, кандэнсатар часткова разраджаецца праз нагрузку. Таму ў інтэрвале паміж імпульсамі ток праз нагрузку ідзе ў той жа бок (гл. пункцірную стрэлку на рысунку 78). Кожны новы імпульс падзараджае кандэнсатар. У выніку гэтага праз нагрузку праходзіць ток гукавой частаты, форма ваганняў якога амаль дакладна ўзнаўляе форму нізкачастотнага сігналу на перадаючай станцыі (рыс. 79).
Больш складаныя фільтры згладжваюць невялікія высокачастотныя пульсацыі, і ваганні гукавой частаты адбываюцца больш плаўна, чым гэта паказана на рысунку 79.
КНІГІ ОНЛАЙН
