Рудольф Сворень - Ваш радиоприемник

Помните, почему громкоговоритель и телефон не работали от высокочастотного тока, не могли преобразовать его в такие же высокочастотные звуковые волны? Здесь все дело в инерции подвижной системы, в том, что она не успевает за всеми изменениями тока. Только начнет мембрана телефона двигаться в одну сторону, как направление тока изменится и мембране уже нужно поворачивать обратно. Такие изменения направления тока происходят сотни тысяч и миллионы раз в секунду. Где уж тут успеть… Другое дело, когда с помощью вентиля мы оставляем импульсы тока только одного направления. Один из этих импульсов слегка сдвинет мембрану, другой подтолкнет дальше, третий еще дальше, и так постепенно мембрана отклоняется от своего нейтрального положения. Чем больше амплитуда высокочастотного тока, тем, естественно, дальше отклонится мембрана телефона.

В приемной антенне, так же как и в передающей, протекает модулированный ток. Поэтому амплитуда импульсов тока, полученных после детектирования, также окажется модулированной. В результате мембрана телефона будет медленно двигаться то в одном, то в другом направлении, следуя за всеми изменениями амплитуды. Амплитуда импульсов увеличивается — мембрана движется дальше, амплитуда уменьшается — мембрана возвращается.

Ну а что представляют собой и откуда появились эти изменения амплитуды? Модуляцию высокочастотного тока мы осуществили на передающей стороне линии радиосвязи. Это было сделано с помощью низкочастотного сигнала, который в свою очередь является электрической копией передаваемого звука. В изменениях амплитуды и запечатлен этот звук: если нарисовать график огибающей, то есть линию, соединяющую все амплитуды модулированного сигнала, то он в точности совпадет с графиком передаваемого звука. В соответствии с таким графиком будет совершать колебания мембрана нашего телефона, а это значит, что она воспроизведет звук, с помощью которого осуществлялась модуляция.

* * *

ПРОЩЕ НЕ БЫВАЕТ

Это выражение почти всегда гипербола, а вот приемник, схема которого здесь приводится, действительно самый простой — проще не придумаешь.

С хорошей антенной и заземлением приемник типа «проще не бывает» может принять местную станцию, и, к сожалению, даже не одну. «К сожалению» — это потому. что в приемнике нет колебательного контура, он совершенно лишен избирательности и все достаточно сильные сигналы воспроизводит одновременно.

* * *

Таким объяснением работы детектора можно было бы ограничиться, однако мы попробуем вникнуть в дело немного глубже. Еще в начале этой главы мы отнесли детектирование к числу наиболее важных преобразований сигнала в радиоприемнике. К тому же это преобразование весьма типичное, и с подобными процессами мы еще встретимся в этой книге. Словом, стоит разобрать подробнее, что происходит с сигналом при детектировании.

Для начала снимем маску с таинственного незнакомца, представим публике главного героя — электрический вентиль. Эту важную роль, как и полагается в театре, могут исполнять несколько «артистов» — несколько различных по принципу действия и устройству электронных приборов. Пока мы ограничимся знакомством с одним из них — точечным полупроводниковым диодом.

Полупроводник — это, попросту говоря, плохой проводник. Он проводит ток, но проводит его во много тысяч раз хуже, чем, например, медь или сталь. Но зато с помощью тонких технологических приемов можно в широких пределах влиять на свойства полупроводниковых материалов — менять их сопротивление, менять подвижность, количество и даже знак свободных зарядов. Так, в частности, находят применение полупроводниковые материалы германий и кремний двух типов.

В одном из них основная масса свободных зарядов — электроны. Это германий и кремний типа n (от слова negativ — отрицательный). Другой тип полупроводниковых материалов — германий и кремний типа р (от слова positiv — положительный) в основном содержит свободные положительные заряды.

К сожалению, мы сейчас не можем подробно выяснить, как появляются и двигаются эти положительные заряды, как они «выглядят». Если у вас возникнет потребность как-нибудь их себе представить, то придется пойти на самообман — считать, что в полупроводнике р -типа есть свободные положительные ионы. Самообманом это будет потому, что в действительности положительные ионы в полупроводнике неподвижны, хотя движение положительного заряда все-таки существует. Происходит это примерно так: положительный ион, атом с недостающим электроном разными путями «переманивает» к себе электроны из другого нейтрального атома, который в результате сам становится положительным ионом. Таким образом, «пустые места», или иначе «дырки», кочуют по полупроводнику, то есть происходит перемещение положительного заряда.

Работа любого полупроводникового прибора, в том числе и диода, основана на интересных процессах, которые происходят в так называемом рn -переходе. Этот переход представляет собой область, где соприкасаются два полупроводниковых материала с разным типом проводимости, например, германий р и n типа (рис. 19, а). Вы только не подумайте, что для того, чтобы получить рn -переход, берут два куска разных полупроводников и прижимают их друг к другу. Основой перехода всегда служит полупроводник с каким-то одним типом проводимости. На определенном участке в него добавляют небольшое количество примесей и получают другой тип проводимости. Так в одном куске, в небольшом полупроводниковом кристалле получают рn -переход. К каждой его зоне особым образом припаивают металлические выводы, и полупроводниковый диод готов. Вы, конечно, догадались, что диодом он называется именно потому, что имеет две главные детали — зону р и зону n . Приставка «ди» обычно означает «два». В детекторе радиоприемника могут применяться только точечные диоды.

Рис. 19

Замечание о приемнике напоминает, что нам пора возвращаться к главной теме разговора — к детектированию. Но перед этим предстоит еще выяснить, «куда запрягается лошадь» — каким образом диод может играть роль вентиля, почему он пропускает ток только в одну сторону.

Давайте подключим диод к батарейке карманного фонаря (это так называемый мысленный эксперимент — если произвести такое включение по-настоящему, диод просто выйдет из строя), причем подключим его так, чтобы плюс был соединен с зоной р , а минус с зоной n (рис. 19, б). При этом электроны двинутся из зоны n в сторону плюса, а положительные заряды из зоны р в сторону минуса. На границе между зонами будет происходить обмен зарядами, и в цепи пойдет ток. Теперь давайте включим диод наоборот — зону р подключим к минусу, а зону n — к плюсу (рис. 19, в). В этом случае заряды двинутся в обратную сторону — не по направлению pn -переходу, а от него. В результате между зонами окажется участок полупроводника, практически лишенный свободных зарядов, проще говоря, в цепи появится разрыв. Вывод: полупроводниковому диоду далеко не безразлично, как подключена к нему батарея — при одной полярности он пропускает ток, при противоположной — не пропускает. Или иначе — диод пропускает ток только в одну сторону.