книги из ГПНТБ / Черкасов А.Л. Радиотовары учебник

На использовании явления электромагнитной ин­ дукции при движении проводников в магнитном поле основан принцип действия генераторов. Генераторы служат источниками переменного тока, который ши­ роко применяется в радиотехнике. Переменный ток меняет величину и направление определенное число раз в секунду. Простейший способ получения пере­ менного тока показан на рис. 7. При вращении рамки в магнитном поле в ней будет индукцироваться ЭДС, величина которой зависит от интенсивности магнит­ ного поля и скорости вращения рамки.

Рис. 8. График синусоидального тока: Т — период колебания

На рис. 8 показан график переменного тока. По горизонтальной оси указано время в секундах, а по вертикальной — ток в амперах. При переменном токе электроны движутся вдоль провода сначала в одном направлении, затем останавливаются, далее дви­ жутся в обратную сторону, опять останавливаются и снова повторяют свое движение вперед и назад. Иначе говоря, электроны совершают в проводе колебания. Ток одного направления условно считают положи­ тельным и его величину откладывают вверх по верти­ кальной оси, а ток противоположного направления считают отрицательным и'-его величину откладывают вниз. Кривая изменения тока называется с и н у с о и ­ дой.

Переменный ток характеризуется амплитудой, пе­ риодом и частотой колебания. Под а м п л и т у д о й понимается максимальное значение тока, выражен­ ное в амперах (на рис.. 8 амплитуда равна 10 А).

20

Время, в течение которого совершается одно полное

электрических колебаний обозначается буквой / и из­ меряется в г е р ц а х (Гц). Герцем называется одно колебание в секунду. Частота и период являются об­ ратными величинами:

Все переменные токи принято делить в радиотех­

ляются электроны и протоны. Практически носите­ лями положительных зарядов служат также и поло­ жительные ионы — атомы, лишенные одного или не­ скольких комплектных для них электронов.

Электрические заряды, попав в электрическое поле, начинают двигаться. Движение происходит в сторону заряда- с противоположным знаком — отри­ цательный заряд движется к положительному, а по­ ложительный— к отрицательному (рис. 9).

Если электрон движется в ускоряющем электри­ ческом поле, то он отбирает энергию от источника электрического поля, повышая свою скорость и энер­

где е — заряд электрона; Е — напряженность электрического поля.

21

Под действием этой силы электрон движется к по­ ложительному электроду. Так как напряженность од­ нородного электрического поля постоянна во всех точках, то электрон будет двигаться равномерно уско­ ренно. Если в точке А электрон имел скорость V\, то в точке В электрон будет иметь большую скорость

электрона, определяется произведением заряда элек­ трона (е) на разность потенциалов (U&b)'-

А —в - Uдв •

Эта работа по закону сохранения энергии равна при­ ращению кинетической энергии, приобретенной элек­ троном, т. е.

отсюда можно определить скорость электрона в лю­

лов.

Определение скорости полета электронов имеет прак­ тическое значение. Если, например, к аноду электрон-

22

ной лампы приложено напряжение £/=100 В, то ско­ рость электронов в момент соударения с анодом

свою энергию электрическому полю, при этом проис­ ходит уменьшение его скорости и энергии. В резуль­ тате энергия электрического поля возрастает на ве­ личину, равную произведению заряда электрона (е) на пройденную электроном разность потенциалов (£7лв), т. е. на величину е • £7Ав-

Поперечное электрическое поле изменяет энергию и траекторию летящего электрона. Во всех рассмот­ ренных случаях представлено движение одиночного электрона в электрическом поле. В электронных же приборах используются не отдельные электроны, а по­ ток большого количества электронов, т. е. так назы­ ваемый электронный поток (или луч).

Зная законы движения электрона в электрическом поле, можно подобрать величины и направления элек­ трических полей так, чтобы получить электронный луч определенной формы и осуществить управление его траекторией.

Характер действия магнитного поля на электрон можно определить на основании законов действия магнитного поля ,на проводник с током, так как дви­ жущийся электрон создает элементарный электриче­ ский ток. Движущийся электрон создает свое магнит­ ное поле, взаимодействующее с внешним полем, в

а— угол между направлением магнитных сило­ вых линий поля и вектором скорости элек­ трона.

23

что на неподвижный электрон магнитное поле не дей­ ствует, так как вокруг неподвижного электрона не создается магнитное поле.

Если электрон движется параллельно направле­ нию магнитных силовых линий, то угол а оказы­ вается равным нулю илу 180°. А так как sin 0° = 0 и sin 180°=0, то сила F также равна нулю. Следова­ тельно, и на электрон, движущийся вдоль силовых линий, магнитное поле не действует.

Если направление движения электрона перпенди­ кулярно направлению магнитных силовых линий поля

F= e-V -В.

Следовательно, магнитное поле не изменяет энер­ гию движущегося в нем электрона, а изменяет только траекторию его движения.

Возможность изменения траектории движения электронов с помощью магнитного поля используется в телевизионных трубках для фокусировки электро­ нов и управления электронным лучом.

ОБЩАЯ СХЕМА РАДИОПЕРЕДАЧИ И РАДИОПРИЕМА

В основе радиопередачи лежит принцип последо­ вательного преобразования звуковых колебаний упру­ гой среды (например, воздуха) в электрические, за­ тем в электромагнитные и излучение последних

вэфир.

Вслучае радиоприема идет обратное преобразо­ вание электромагнитных колебаний в электрические,

аэлектрических в звуковые. Простейшая схема ра­ диопередачи и радиоприема показана на рис. 10.

Первое преобразование звуковых колебаний в элек­ трические осуществляется с помощью микрофона, ко­ торый выделяет токи низкой частоты (НЧ), имеющие частоту от. десятков до нескольких тысяч герц. Эти

токи направляются в м о д у л я т о р — составную

24

часть радиопередатчика. В большинстве случаев мо­ дулятор представляет собой усилитель токов низкой

диоволн. Частоты этих токов, называемых несущими, обычно бывают от сотен тысяч до сотен миллионов и даже миллиардов герц.

Усиленный ток звуковой частоты, полученный после модулятора, воздействует на генератор так, что амплитуда тока высокой частоты генератора изме­ няется в соответствии с передаваемыми звуковыми

Рис. 10. Блок-схема радиосвязи

колебаниями. Процесс воздействия токов низкой ча­ стоты на токи высокой частоты в целях изменения характера высокочастотных колебаний называется м о д у л я ц и е й . Он происходит в генераторе, а не в модуляторе. Модулятор служит только для осуще­ ствления воздействия низкочастотных электрических колебаний, созданных микрофоном, на токи высокой частоты, создаваемые генератором.

Различают несколько видов модулированных сиг­ налов. Наиболее распространенной является а м ­ п л и т у д н а я модуляция, при которой под воздей­ ствием звуковых колебаний изменяется амплитуда колебаний генератора высокой частоты. Это измене­ ние должно происходить в соответствии с передавае­ мым звуком. Когда ток микрофона имеет одно на­ правление и увеличивается, амплитуда тока высокой частоты (ВЧ) также увеличивается. При уменьшении тока микрофона и изменении его направления ампли­ туда тока ВЧ уменьшается. При этом изменение ам­ плитуды тока ВЧ в точности следует за изменением

25

тока НЧ. Полученные в результате модуляции коле­ бания высокой частоты называются м о д у л и р о ­ в а н н ы м и к о л е б а и и я м и.

Нельзя говорить, что модуляция есть наложение колебаний низкой частоты на колебания высокой ча­ стоты, или сложение этих колебаний.

Амплитудная модуляция используется для радио­ передачи на длинных, средних и коротких диапазо-

Рис. 11. График модуляции:

а— сигнал модуляции; б — амплитудная модуляция; в — частотная модуляция

нах волн, а также для передачи сигналов изображе­ ния в телевидении.

При определенных условиях характер колебаний генератора ВЧ можно изменять не по амплитуде, а по частоте. Такая модуляция называется ч а с т о т н о й . Принцип частотной модуляции заключается в сле­ дующем. При увеличении модулирующего тока низ­ кой частоты собственная частота генератора возра­ стает. Когда модулирующий ток спадает и меняет свое направление, частота генератора уменьшается; При этом амплитуда высокочастотных колебаний, остается в течение всего времени постоянной.

Частотную модуляцию используют для радиопере­ дачи на ультракоротковолновом (УКВ) диапазоне,

26

а также для передачи звукового сопровождения в те­ левидении. ■

При приеме амплитудно-модулироваиных сигна­ лов трудно бороться с помехами от атмосферных раз­ рядов и электрических установок. Помехи производят дополнительную амплитудную модуляцию, которая проявляется при радиоприеме в виде шорохов и тре­

сков. Эти недостатки в значительной степени устра­ няются при частотной модуляции.

Графическое изображение различных способов мо­ дуляции дано на рис. 11.

При стереофоническом радиовещании звук пере­ дается по двум независимым каналам (А и Б), при­ чем один из каналов передает звук в основном от ле­

заключается в том, что положительные полупериоды

27

ная поднесущая модулирует по частоте несущую ча­ стоту радиопередатчика.

Модулированный ток высокой частоты поступает от радиопередатчика (модулятор + генератор) в ан­ тенну, которая преобразует электрические колебания ВЧ в электромагнитные. Ток высокой частоты, про­ ходя по проводу антенны, создает в окружающем пространстве радиоволны (электромагнитные колеба­ ния), которые распространяются во все стороны со скоростью около 300 000 км/сек, скорость распростра­ нения звука в воздухе составляет лишь 330 м/сек.

Электромагнитная волна представляет собой вза­ имно перпендикулярные электрические и магнитные поля. Векторы электрического и магнитного полей перпендикулярны также направлению распростране­ ния волн. Электромагнитные волны любой, даже очень низкой частоты распространяются со скоростью света.

Прием радиоволн осуществляется в такой после­ довательности. Под действием электромагнитных волн в приемной антенне модулируется ток высокой -ча­ стоты, который в точности повторяет все изменениятока в передающей антенне. Принятый сигнал под­ вергается значительному усилению по высокой ча­ стоте и преобразованию в ток звуковой частоты, по­ вторяющий передаваемые звуковые колебания.

Преобразование модулированных колебаний высо­ кой частоты в колебания звуковой частоты называется д е т е к т и р о в а н и е м или д е м о д у л я ц и е й . Д е­ тектирование есть процесс, обратный модулированию. Токи высокой частоты выполнили свою основную функцию — перенесли «иа себе» передаваемые звуко­ вые колебания от станции к приемнику. В приемнике с помощью детектора освобождаются от токов высо­ кой частоты и выделяют токи низкой (звуковой) ча­ стоты.

Полученный после детектирования ток НЧ обычно еще усиливается и поступает в громкоговоритель (или телефон), который преобразует этот ток в зву­ ковые колебания. В громкоговорителе совершаются преобразования, обратные преобразованиям, происхо­ дящим в микрофоне.

28

ДИАПАЗОНЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Спектр радиоволн подразделяется на следующие основные радиовещательные диапазоны, которые от­ личаются неодинаковыми свойствами, в отношении распространения, качества и дальности приема

(табл. 1).

Т а б л и ц а 1

На распространение радиоволн в атмосфере су­ щественное влияние оказывают явления дифракции1 радиоволн на поверхности земли, поглощения в атмо­ сфере и земной поверхностью, преломления и отра­ жения от ионосферы — верхних частей атмосферы, сильно ионизированных под влиянием ультрафиолето­ вого, рентгеновского и корпускулярного излучения солнца.

Ионосфера состоит из ряда слоев (D, Е, F), рас­ положенных на разных высотах. Плотность и высота ионизированного слоя над поверхностью земли зави­ сят от географической широты, времени суток и года, а также от метеорологических условий.

Наиболее устойчивая дальняя радиосвязь осуще­ ствляется на длинных радиоволнах, которые огибают земную поверхность вследствие дифракции и прелом­ ления в тропосфере (нижнем слое атмосферы). Длин­ ные волны сравнительно слабо проникают в ионо­ сферу и мало поглощаются ею.

Дальность радиоприема на средних волнах резко различна днем и ночью. Это связано с тем, что сред­

радиоволны, вызванное прохождением ее около края препятствия (около поверхности земли),

29