Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

Рис. 5.70. Соединение компонентов детекторного приемника

Рис. 5.71. Конструкция реального устройства в сборе

Если все инструкции соблюдены, вы живете в 40–50 км от радиостанции, использующей амплитудную модуляцию, а ваш слух в пределах нормы, то вы сможете услышать слабый звук в головном телефоне, причем без подачи питания на схему. Этот опыт хорошо известен уже несколько десятилетий, но по-прежнему удивляет и вызывает интерес (рис. 5.72).

Если вы живете очень далеко от радиостанции или не можете повесить достаточно длинную антенну, или если заземление посредственное, то сигнал в наушнике совсем не будет слышен. Не сдавайтесь, подождите до заката. Прием АМ-радиосигнала существенно улучшается, когда солнце не возбуждает атмосферу.

Чтобы выбрать радиостанцию, переключайте зажим «крокодил» на конце тестового провода с одного отвода катушки на другой. В зависимости от того, где вы живете, вы сможете поймать только одну радиостанцию или несколько, осуществляющих передачу раздельно или одновременно.

Может показаться, что вы получаете нечто даром, но на самом деле вы берете энергию от источника мощности – передающего устройства, которое находится на радиостанции. Передатчик «накачивает» мощность на вышку радиовещания, модулирующую определенную частоту. Когда ваша комбинация катушки и антенны резонирует на этой частоте, выделяемой мощности достаточно, чтобы обеспечить питание головного телефона с высоким импедансом.

Причина, по которой вам необходимо создать хорошее заземление, заключается в том, что ток будет проходить через катушку, только если ему есть куда течь. Вы можете представлять себе землю как почти бесконечный отвод энергии с опорным напряжением, равным нулю. А передающее устройство на AM-радиостанции также, по всей видимости, создает потенциал относительно земли (рис. 5.73).

Рис. 5.72. Истинное удовольствие – поймать радиосигнал с помощью простейших деталей и без дополнительного источника питания

Рис. 5.73. Без источника питания радиоприемник получает от передатчика количество энергии, достаточное лишь для создания слабого звука в головном телефоне

Улучшения

Если звук в головном телефоне слишком слабый, попробуйте использовать пьезоэлектрический преобразователь, также называемый пьезозуммером. Вам нужен тот, который не имеет встроенного генератора и работает пассивно, как динамик. Плотно приложите его к уху, и вы обнаружите, что он работает как головной телефон или даже лучше.

Вы можете также попробовать усилить сигнал. В идеале для первого каскада следует применить операционный усилитель, поскольку он имеет очень высокий импеданс. Но я решил рассказать об операционных усилителях в книге Make: More Electronics, где у меня достаточно места, чтобы более подробно раскрыть эту тему. Как вариант, можно подать сигнал напрямую на микросхему-усилитель LM386 из эксперимента 29.

На рис. 5.74 показана весьма простая схема. Германиевый диод можно соединить напрямую со входом микросхемы LM3S6, поскольку я не думаю, что вам понадобится регулятор громкости. Проверьте, что вы установили конденсатор емкостью 10 мкФ между выводами 1 и 8, чтобы максимально увеличить коэффициент усиления микросхемы. Даже там, где живу я, приблизительно в 200 км от города Феникс, штат Аризона, мне удалось поймать радиостанцию, вещающую из района Феникса.

Если вы хотите улучшить избирательность, можно добавить конденсатор переменной емкости, чтобы настроить резонанс более точно. Сегодня конденсаторы переменной емкости встречаются редко, но вы можете найти их на том же ресурсе, который я рекомендовал для поиска германиевого диода и головного телефона, на сайте Scitoys Catalog (http://www.scitoyscatalog.com).

Этот ресурс поддерживается предприимчивым человеком по имени Саймон Квеллан Филд (Simon Quellan Field). На его сайте есть много интересных проектов, которые вы можете осуществить в домашних условиях. Одна из его остроумных идей – заменить в радиоприемнике германиевый диод слаботочным светодиодом, подключенным последовательно к батарее 1,5 В. У меня такая схема не заработала, потому что я живу в отдаленной местности, но если вы находитесь рядом с радиопередатчиком, то сможете увидеть, как светодиод изменяет интенсивность свечения при прохождении радиосигнала.

Рис. 5.74. Микросхема-усилитель LM386 позволит слушать радиопередачи через динамик

Как работает радио

Высокочастотное электромагнитное излучение может распространяться на многие километры. Чтобы сделать радиопередатчик, я мог бы использовать таймер 555, работающий на частоте, предположим, 850 кГц, и пропустить этот сигнал через очень мощный усилитель к передающей вышке или просто подать на длинный отрезок провода. Если бы вам каким-либо образом удалось подавить все другие электромагнитные процессы в атмосфере, то вы смогли бы уловить мой сигнал и усилить его.

Приблизительно то же самое проделал Гульельмо Маркони (Guglielmo Marconi) в 1901 году, правда, для создания колебаний ему пришлось применить искровой разрядник, а не таймер 555. Его передачи были довольно примитивными, потому что различались лишь два состояния: включено или выключено. Такой передатчик способен отправить сообщения, использующие азбуку Морзе, и все. Маркони изображен на рис. 5.75.

Рис. 5.75. Гульельмо Маркони, первопроходец в исследовании радио (фотография взята с сайта Wikimedia Commons)

Пять лет спустя путем наложения низких частот на несущую волну высокой частоты был впервые передан настоящий аудиосигнал. Другими словами, звуковой сигнал был «прибавлен» к несущей частоте, чтобы ее энергия изменялась в соответствии с максимумами и минимумами аудиосигнала (рис. 5.76).

На приемной стороне колебательный контур из конденсатора с катушкой индуктивности выделял несущую частоту среди всех других сигналов. Номиналы конденсатора и катушки подбирались таким образом, чтобы их контур мог резонировать на частоте, равной несущей. Принципиальная схема показана на рис. 5.77, где конденсатор переменной емкости изображен символом конденсатора с наложенной на него стрелкой.

Несущая частота меняется так быстро, что головной телефон не способен воспроизвести эти изменения. Мембрана будет оставаться в среднем положении, совсем не производя звука. Диод решает эту проблему, срезая нижнюю половину сигнала и оставляя только положительные полупериоды напряжения. И хотя их амплитуда мала, а частота слишком велика, теперь все они перемещают диафрагму головного телефона в одном направлении, а при их усреднении приблизительно восстанавливается исходный звуковой сигнал (рис. 5.78).

Рис. 5.76. Использование несущей для передачи аудиосигнала

Рис. 5.77. Если к схеме детекторного приемника добавить конденсатор переменной емкости, то избирательность устройства возрастет

Когда во входную цепь приемника помимо катушки добавлен конденсатор, образуется колебательный контур. Если частота принимаемого сигнала совпадает с резонансной частотой контура (при правильно подобранных номиналах катушки и конденсатора), то амплитудно-модулированный сигнал, поступающий от радиопередатчика, выделяется на выходе цепи. Изменения амплитуды несущей