Александр Китайгородский - Физика для всех. Книга 3. Электроны

Описанные два гениальные принципа создали радиотехнику и сопряженные с ней области. Электронная лампа сходит со сцены и уступает свое место транзистору, но идеи усиления и генерирования электромагнитных колебаний остались теми же.

В транзисторе, как и в ламповом триоде, малой мощностью во входной цепи можно управлять большой мощностью в выходной цепи. Есть различие в характере управления. Анодный ток лампы, как мы только что видели, зависит от сеточного напряжения, а величина тока коллектора зависит от величины тока эмиттера.-

Но мы еще не сказали, что представляет собой транзистор. Он имеет три электрода. Эмиттер соответствует катоду, коллектор — аноду и база (или основание) — сетке. Вывод от эмиттера является входом, а от коллектора — выходом.

Транзистор, как это видно из рис. 6.8, состоит из двух переходов р-n -типа.

Можно, чтобы р -слой был посередине, а можно и иметь транзисторы n-p-n -типа.

На эмиттер всегда подается напряжение положительного смещения, так что он может давать большое число основных носителей заряда. Когда эмиттерная цепь низкого сопротивления изменяет ток в коллекторной цепи высокого сопротивления, то в этом случае получаем усиление.

Схемы включения транзисторов и их использование в качестве усилителей и генераторов в общем аналогичны принципам работы лампового триода. Но мы не будем здесь обсуждать эту важнейшую область современной физики.

Классифицировать виды радиопередач можно по мощности станции. Крупные радиостанции посылают в эфир мощности, доходящие до мегаватта. Крошечный радиопередатчик, с помощью которого автоинспектор сообщает своему коллеге, что автомобиль ММЦ 35–69 проехал на красный свет и подлежит задержанию, излучает мощность порядка милливатта. Для некоторых целей достаточны и меньшие мощности.

Существенны различия в устройстве станций, работающих на волнах с длиной более нескольких метров, и передающих устройств, излучающих ультракороткие волны длиной в десятки, а то и доли сантиметров. Но и внутри каждого диапазона длин волн и мощностей у инженера, проектирующего станцию, огромный выбор схем, который может быть продиктован местностью, специфическими целями, экономическими соображениями, да и просто технической выдумкой.

Основой радиопередатчика является генератор радиоволн. На каком вы хотите остановить свое внимание? Возможностей по крайней мере пять. Можно взять ламповый генератор. Диапазон его исключительно широк. Мощности могут колебаться от долей ватта до сотен киловатт, частоты — от десятков килогерц до нескольких гигагерц. Но если вам нужны малые мощности порядка десятых долей ватта, то вас устроит лишь транзисторный генератор. Наоборот, придется пока что (но вероятно ненадолго) отказаться от транзисторов, если нужны мощности более нескольких сотен ватт. Ну, а если речь идет о мощностях, для которых годятся оба типа генераторов, то конструктор, вероятно, предпочтет транзисторный вариант. Без сомнения, элегантность инженерного решения выиграет. Передатчик на транзисторах займет значительно меньше места и, если требуется, его гораздо легче сделать подвижным, чем передатчик на ламповом генераторе.

Более специализированное применение имеют магнетронный и клистронный генераторы. Первый может оказаться весьма полезным, если в пространство надо посылать импульсы мощностью в несколько мегаватт. Диапазон частот, для которых годится магнетронный генератор, много уже, он лежит примерно между 300 мегагерц и 300 гигагерц.

Для этого же диапазона ультракоротких волн используются и клистроны. Но ими интересуются лишь в том случае, если речь идет о малых мощностях, не превосходящих нескольких ватт в сантиметровом и нескольких милливатт в миллиметровом диапазоне.

Эти два последние генератора, так же как и пятый тип — квантовый генератор, весьма специфичны и нуждаются в особом рассмотрении. Что же касается транзисторных и ламповых передающих устройств, то они похожи. Существуют четкие радиотехнические правила, действуя по которым можно заменить лампу на эквивалентный ей транзистор.

Но выбор генератора электромагнитных колебаний — это еще далеко не все. Надо решить, каким образом усилить мощность, создаваемую первичным (или, как говорят, задающим) генератором. Нужно также выбрать способ модуляции несущей волны звуковой частотой. Имеется также много вариантов передачи энергии на антенное поле. Да и сама организация антенного поля дает широкий простор для инженерной фантазии.

В радиотехнике очень часто прибегают к так называемым блок-схемам. На рисунке изображают несколько прямоугольников с надписями. А что находится в каждом ящике — объясняют по мере необходимости. Блок-схема радиостанции показана на рис. 6.9.

Задающий генератор создает незатухающие почти гармонические колебания той самой частоты и длины волны, на которые вы настраиваете, при желании поймать передачу этой станции, свой приемник. Второй блок — это усилитель мощности. Название говорит само за себя, а об устройстве его мы рассказывать не станем. Задача блока под названием модулятор — превратить звуковые колебания в электрические и наложить их на несущую волну радиостанции.

Модуляция может производиться различными способами. Проще всего объяснить, как происходит частотная модуляция. Микрофон в ряде случаев представляет собой конденсатор, емкость которого меняется благодаря звуковому давлению: ведь емкость зависит от расстояния между пластинами. Представьте себе теперь, что такой конденсатор включен в колебательный контур, генерирующий волну. Тогда частота волны будет меняться в соответствии со звуковым давлением.

Поскольку мы «влезли» с микрофоном в колебательный контур, то в эфир отправляется не строго определенная частота, а некоторая полоса частот. Достаточно очевидно, что в идеале это размытие должно захватывать весь звуковой интервал частот, который, как нам известно, равен примерно 20 кГц.

Если радиопередача идет на длинных волнах, которым соответствуют частоты порядка 100 кГц, то полоса пропускания составляет пятую часть от несущей частоты. Ясно, что на длинных волнах не удастся обеспечить работу большого числа неперекрывающихся станций Совершенно меняется дело для коротких волн. Для частоты 20 МГц ширина полосы будет составлять уже доли процента от значения несущей частоты.