Все вы, наверное, знаете одно из самых сложных спортивных соревнований — марафонский бег — состязание в беге на дистанцию 42 километра 195 метров. Столь необычная дистанция, так же как и само название «марафонский бег» связано с древней легендой о греческом воине, пробежавшем такое расстояние из города Марафон в Афины с вестью о победе полководца Мильтиада над персами. Напрягая последние силы, изнемогая от непомерной физической нагрузки добежал гонец до окраины Афин, задыхаясь, сообщил радостную весть и упал бездыханный.

Еще каких-нибудь двести лет назад гонцы, скороходы, всадники, мчащиеся на взмыленных лошадях, почтовые тройки, неделями пробирающиеся к месту назначения со срочной депешей, представляли собой единственную возможность для передачи сообщений. Для того чтобы сообщения о событиях в столице могли дойти до отдаленных районов Сибири или Дальнего Востока, иногда могло пройти несколько месяцев! Лучшие петербургские газеты публиковали свежие зарубежные новости надельной давности. А какими оторванными от мира чувствовали себя в далеком плавании моряки, лишенные каких бы то ни было средств связи с землей!

Это кажется смешным и странным в наши дни, когда телеграмма, отправленная из Москвы, уже менее чем через час вручается адресату во Владивостоке, когда зимовщики Антарктиды в любой момент могут узнать погоду на Северном полюсе, когда московские редакции газет в нужную минуту могут вызвать по телефону своих корреспондентов в Париже или Пекине, в Тамбове или Сан-Франциско и получить у них самые последние новости, когда, сидя у своего телевизора, вы видите и слышите то, что в данное мгновение происходит за несколько десятков и даже сотен километров от вас.

Все это стало возможным благодаря тому, что для передачи сообщений стали использовать самого быстрого гонца — электрический сигнал (рис. 21).

Рис. 21. Используя простейшую электрическую цепь, можно передавать сообщения с помощью условного кода.

Если бы древние греки располагали обычным карманным фонариком и необходимым количеством провода, то они смогли бы передать сообщение о победе своих войск из Марафона в Афины, не прибегая к помощи скорохода. Для этого нужно было бы в Афинах установить лампочку и соединить ее двумя проводами с установленным в Марафоне выключателем и батарейкой. Если сопротивление соединительных проводов (лист 43) не слишком велико, то при замыкании цепи с помощью выключателя, расположенного в Марафоне, немедленно загорелась бы лампочка в Афинах. Она могла бы играть роль простейшего телеграфа. Нужно было бы лишь договориться об условном коде (например, короткий сигнал — «поражение», продолжительный — «победа») и, замыкая цепь с помощью выключателя, передавать сообщение.

Самое замечательное, что расстояние 42 км, которое лучшие бегуны преодолевают более чем за два часа (рекорд около 2 часов 18 минут), электрический сигнал пройдет всего лишь за 0,00015 секунды! Вы только не подумайте, что за это время электроны успеют пройти из Марафон в Афины. Электроны двигаются очень медленно — в среднем их скорость не превышает нескольких километров в час. Но благодаря тому, что при замыкании электрической цепи ток начинается почти одновременно во всех ее участках, лампочка в Афинах загорится почти одновременно с тем, как будет замкнут выключатель в Марафоне. Слово «почти» мы применили здесь не случайно, так как в действительности лампочка загорится с некоторым опозданием. Попытаемся пояснить это подробней.

Вы, наверное, видели, как трогается с места железнодорожный состав: паровоз делает рывок, медленно начинает двигаться и почти одновременно с ним начинают двигаться все вагоны. Это несколько напоминает то, что происходит в электрической цепи: сами вагоны, подобно электронам, двигаются медленно, но почти одновременно начинается движение всего состава, так же как почти одновременно начинается электрический ток во всех участках цепи.

Рассказывая о поезде, мы опять не случайно применили слово «почти», и вы можете сами убедиться в том, что без этого слова обойтись нельзя. Движение паровоза не сразу передается всему составу: сначала сдвигается с места первый вагон, за ним — второй, тот увлекает за собой третий, затем сдвигается четвертый, и так, передаваясь от вагона к вагону, рывок, который сделал паровоз, доходит до конца состава.

Лишь через некоторое время последний вагон как бы получит сигнал о том, что паровоз сдвинулся с места. Для железнодорожного состава время это, конечно, невелико, и поэтому мы говорим, что все вагоны начинают двигаться одновременно, но для точности прибавляем слово «почти».

В отдаленных участках электрической цепи электроны начинают двигаться с некоторым опозданием, так же как и отдаленные от паровоза вагоны. Однако, сравнивая электрический ток с движением железнодорожного состава, необходимо отметить два существенных момента.

Во-первых, движение от электрона к электрону передается не благодаря непосредственным толчкам, а в результате взаимодействия электрических сил, а точнее, в результате движения вдоль проводника электрического поля, о котором мы еще поговорим.

И во-вторых, скорость распространения рывка паровоза по железнодорожному составу (обычно несколько десятков километров в час) даже в сравнение не может идти со скоростью распространения по проводу электрического «толчка» — электрический сигнал движется со скоростью 300 000 километров в секунду! Это так называемая скорость света, которая присуща всем без исключения электрическим и магнитным процессам, в том числе и свету, имеющему, как известно, электромагнитную природу (рис. 22).

Рис. 22. Сами электроны (или положительные ионы), образующие ток, двигаются сравнительно медленно, но их движение начинается практически одновременно во всех точках цепи. Скорость распространения «электрического толчка» — 300 000 км/сек (скорость света).

Скорость света является самой высокой скоростью, встречаемой в природе. Она настолько велика, что электрический сигнал, двигающийся со скоростью света из Москвы, через 0,03 секунды придет во Владивосток и менее чем за полторы секунды десять раз обогнет земной шар или доберется до Луны. Да что говорить! Если построить космический корабль, который будет двигаться с такой же скоростью, как и электрический сигнал, то на этом корабле можно будет за каких-нибудь пять минут добраться до Марса!

Наряду с исключительно высокой скоростью у электрического сигнала есть еще одно замечательное достоинство — он очень легко поддается самым различным преобразованиям. Именно это и определило появление таких средств связи, как буквопечатающий телеграф, телефон, фототелеграф. Очень интересные преобразования электрического сигнала лежат в основе радиопередачи и радиоприема. С некоторыми из этих преобразований мы сейчас и познакомимся.

ПЕРВЫЙ РАЗГОВОР О РАЗГОВОРЕ

Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, что представляет собой звук? Каким образом слова, которые вы произносите, доходят до собеседника?

Звуки вашего голоса, так же как и все окружающие нас звуки, представляют собой колебания воздуха или, иначе, звуковые волны (рис. 23).

Рис. 23. Звуки нашего голоса, как и все окружающие нас звуки, представляют собой колебания воздуха или так называемые звуковые волны.

Вы тронули гитарную струну, она пришла в движение и увлекла за собой окружающий воздух: под действием колеблющейся струны воздух вблизи нее то сжимается, то, наоборот, становится разреженным. Эти изменения давления воздуха передаются все дальше и дальше, и во все стороны от струны движутся звуковые волны, подобно тому как по поверхности пруда расходятся волны от брошенного в воду камня.

Примерно то же самое происходит и при разговоре, когда воздушный поток, выдыхаемый легкими, формируется в звуковые колебания с помощью голосовых связок, губ, языка, зубов, гортани и носовой полости. Возникающие при разговоре звуковые волны доходят до вашего собеседника, в ушах которого расположены органы, чувствительные к звуковым колебаниям. Оттуда по тончайшим нервам сигнал поступает прямо в мозг, вызывая у человека определенное ощущение услышанного звука.

То, что звук представляет собой колебания воздуха, доказывают простые опыты. Так, например, если электрический звонок поместить в баллон, из которого выкачан воздух, то никакого звонка слышно не будет, так как в безвоздушном пространстве звук появиться не может.

Самая толстая струна гитары колеблется медленно и создает такие же медленные колебания воздуха. Чем тоньше струна, тем она подвижнее, тем быстрее будут ее колебания и тем, следовательно, чаще (то есть выше по тону) будут создаваемые этой струной колебания воздуха (лист 48). Точно так же мы можем создавать быстрые и медленные звуковые колебания, управляя нашими органами речи в процессе разговора. А из этих колебаний при самом разнообразном их сочетании уже образуются слова.

Для того чтобы не пользоваться такими расплывчатыми понятиями, как «быстрые колебания» или «медленные колебания», введено точное понятие «частота колебаний », которое указывает, сколько колебаний произошло за единицу времени. Единицей измерения частоты служит один герц (сокращенно гц), соответствующий одному колебанию в секунду (лист 46).

Струна, которая в секунду совершает 600 колебаний, создает звук с частотой 600 гц, а если такое же число колебаний произойдет за одну минуту, то есть за 60 секунд, то частота составит 10 гц.

Более крупные единицы частоты — килогерц (кгц) и мегагерц (Мгц). Все эти единицы используются для измерения частоты любых колебаний, независимо от их физической природы. В герцах измеряется и частота колебаний струны, и частота звука, и частота переменного тока.

Воспринимая звуки, мы различаем их по нескольким признакам, в том числе по длительности, громкости и частоте. Определенные сочетания звуков различной длительности, громкости и частоты и образуют прекрасную мелодию, знакомое слово, рокот мотора или шум морского прибоя.

Ухо человека способно слышать звуковые колебания с частотами от 20 гц до 20 000 гц (20 кгц). Звуки с частотой более 20 кгц (ультразвук) и менее 20 гц (инфразвук) мы не слышим (лист 47). Указанные границы, конечно, не являются строгими — для каждого человека они могут отклоняться в ту или иную сторону.

Обычно мы не всегда полностью используем возможности нашего слуха. Так, например, музыкальные инструменты, входящие в симфонический оркестр, в основном создают звуковые колебания с частотами от 25 гц до 13 кгц, и поэтому, слушая оркестр, нам не обязательно воспринимать звуки с более высокими частотами, хотя они и создают определенную «окраску» звучания оркестра.

Если же несколько снизить требования к естественности звучания, то при слушании музыкальных произведений можно ограничиться максимальной частотой 10, иногда даже 5 кгц и минимальной частотой 50—100 гц. Для того же: чтобы удовлетворительно воспринимать разговорную речь, достаточно слышать звуковые колебания с частотами от 300 до 3400 гц. Речь будет оставаться разборчивой даже в том случае, если будут воспроизводиться звуки с частотами всего лишь до 1500 гц.

Все эти данные получены в результате опытов, при которых качество звучания оценивалось большим числом людей. Полученные результаты учитывают при разработке звуковоспроизводящей аппаратуры. Так, например, радиоприемники высшего класса воспроизводят звуки с максимальной частотой 10–12 кгц, в более дешевых приемниках ограничиваются максимальной частотой 5–6 кгц. Это хотя несколько ухудшает качество звучания, но зато позволяет упростить приемник, а значит, и снизить его стоимость. Для аппаратуры телефонной связи верхняя граница воспроизводимых частот всего 2–2,5 кгц.

Человеческое ухо — замечательный прибор. Оно ощущает самые незначительные изменения частоты звука: достаточно частоте измениться всего на несколько десятых долей процента, как ухо тотчас же это услышит. Ухо отличается очень высокой чувствительностью к слабым звукам: оно слышит даже такие слабые звуки, которые оказывают на поверхность барабанной перепонки давление с силой 0,0000003 грамма. Под действием этих звуков сама барабанная перепонка колеблется с «размахом» не более одной десятимиллионной доли миллиметра!

И все же, несмотря на столь высокую чувствительность нашего слухового аппарата, мы можем разговаривать с собеседником, находясь лишь на сравнительно близком расстоянии от него. Можно крикнуть так, чтобы вас услышали на противоположной стороне улицы, но как бы громко вы ни кричали в Москве, вас все равно не услышат в Ленинграде. Это в первую очередь связано с тем, что звуковые волны по мере своего продвижения вперед очень быстро ослабевают.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГОНЕЦ

Вы разговариваете по телефону, и на другом конце линии далекий собеседник слышит ваш голос. Каким же образом человеческая- речь, которая обычно не слышна дальше чем на несколько десятков метров, проходит по телефонной линии сотни и тысячи километров? Неужели небольшой телефонный аппарат передаст возникающие при разговоре колебания воздуха на такие огромные расстояния? Конечно, нет! Звуковые колебания практически не выходят за пределы комнаты, где вы говорите, а для передачи разговора используется электрический ток, который проходит по проводам, соединяющим телефонные аппараты.

В трубке нашего аппарата имеется угольный микрофон — небольшая коробочка с угольным порошком и крышкой в виде тонкой угольной пластинки (лист 44). Микрофон вместе с батареей включен в телефонную цепь таким образом, что через угольный порошок все время проходит ток. При разговоре под действием звуковых волн меняется давление воздуха на порошок, а следовательно, и плотность порошка. При этом меняется и электрическое сопротивление микрофона: плотно сжатые крупинки угольного порошка намного легче пропускают электрический ток, чем тогда, когда они находятся в разрыхленном состоянии. Изменение сопротивления микрофона, в свою очередь, приводит к соответствующему изменению тока (в полном соответствии с законом Ома!), и поэтому при разговоре ток в цепи микрофона изменяется, в точности повторяя все изменения звукового давления.

На другом конце цепи включена намотанная тонким проводом катушка телефона (слово «телефон» имеет два значения; здесь под телефоном понимается прибор для воспроизведения звука, часто называемый наушником), к которой прилегает мембрана — тонкая стальная пластинка (лист 45). Под действием тока, проходящего по катушке (вы еще не забыли, что проводник с током — это тот же магнит?), мембрана телефона намагничивается и притягивается к ней. А так как при разговоре ток в цепи меняется, то меняется и сила притяжения мембраны.

Вследствие этого мембрана колеблется и создает звуковые колебания, почти в точности соответствующие звуку, произнесенному перед микрофоном.

Таким образом, при телефонном разговоре происходят два основных преобразования: на передающей стороне с помощью микрофона звуковые колебания преобразуются в электрические, а на приемной стороне электрические колебания преобразуются в звуковые. Между микрофоном и телефоном циркулирует только электрический ток (рис. 24).

Рис. 24. При разговоре меняется звуковое давление на угольный порошок микрофона, меняется его сопротивление, а значит, и ток в цепи. Это, в свою очередь, приводит к тому, что меняется сила притяжения мембраны к катушке (электромагниту) телефона, мембрана начинает колебаться и создает звуковые волны.

Целесообразность этих преобразований очевидна: электрический сигнал — это надежный, быстрый и неутомимый гонец: он проходит огромные расстояния с молниеносной быстротой, почти в миллион раз быстрее звука.

Но как быть, если нужно установить связь без проводов, например с самолетом, с кораблем, бороздящим моря у берегов Антарктики, или получить сообщение с борта космической ракеты?

Здесь-то и проявляются замечательные преимущества линий радиосвязи, на которых передача электрических сигналов осуществляется без проводов, с помощью электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве со скоростью света.

НЕСКОЛЬКО СЛОВ О САМОМ СЛОЖНОМ

Наиболее сложные понятия, с которыми приходится сталкиваться при изучении электротехники и радиотехники, — это понятия об электрическом, магнитном и электромагнитном пале. И дело здесь, пожалуй, не в том, что электрическое или магнитное поля нельзя увидеть или потрогать рукой. Ведь мы довольно четко, хотя и упрощенно, представляем себе атом, несмотря на то что посмотреть на него не можем.

Основная трудность состоит в том, что невозможно представить себе какую-нибудь модель поля подобно тому, как мы рисуем в своем воображении упрощенную модель атома.

Понятие об электрическом, магнитном и электромагнитном полях лучше всего, взять из простейших опытов. Затем можно будет дополнить и развивать эти понятия, используя огромные достижения математики и физики в области изучения полей.

Электрическое поле возникает вокруг всякого электрического заряда или вокруг предмета, на котором имеется избыток зарядов какого-нибудь одного знака. Мы потерли о шерсть пластмассовую палочку или обычную гребенку, создав на ней избыток отрицательных зарядов, и пространство вокруг гребенки приобрело какие-то особые свойства: мелкие клочки бумаги, попадая в это пространство, начинают притягиваться к ней. Каким образом наэлектризованная гребенка действует на клочки бумаги? Может быть, действие электрических сил передается через частицы окружающего воздуха?

Ни в коем случае! Если мы проделаем свой опыт в пустоте, то клочки бумаги будут так же притягиваться к гребенке, как и в воздухе или в каком-либо другом газе (рис. 25).

Рис. 25. С электрическим зарядом связаны невидимые и неосязаемые, но реально существующие особые формы материи: вокруг неподвижного заряда всегда существует электрическое поле, а если заряд движется, то вокруг него возникает еще и магнитное поле.

Значит, дело здесь не в молекулах, атомах или других частицах окружающей среды. Значит, вокруг электрического заряда (в данном случае вокруг наэлектризованной гребенки) существует какое-то особое состояние пространства, какая-то особая форма материи, через которую и передается действие электрических сил. Эта особая форма материи, существующая наряду с такой известной нам формой материи, как вещество, и есть электрическое поле.

Науке уже многое известно об электрическом поле. Известно, например, что оно обладает определенной массой и запасом энергии (в нашем опыте эта энергия расходуется на перемещение к гребенке клочков бумаги). Многого об электрическом поле мы еще не знаем, однако факт его существования, подтвержденный многочисленными опытами, не может вызывать никаких сомнений.

Другая особая форма материи, существование которой также подтверждается опытами, — это магнитное поле. Магнитное поле появляется как следствие движения электрических зарядов. В этом легко убедиться, если поднести компас к проводнику, по которому течет постоянный ток (рис. 7). Под действием магнитного поля, возникающего вокруг проводника с током, стрелка компаса несколько отклонится, так же как она отклонилась бы под действием обычного магнита. Магнитное поле, как и электрическое, обладает запасом энергии (в нашем примере часть этой энергии расходуется на поворот стрелки компаса).

Электрическое и магнитное поля тесно связаны с электрическим зарядом или его движением: уберите заряд — и электрическое поле исчезнет; прекратите ток в цепи — и магнитного поля нет. Но можно получить электрическое и магнитное поля, а точнее, более сложное, электромагнитное поле, не связанное с электрическими зарядами, как бы оторванное от них.

Электромагнитное поле имеет черты как электрического поля (как говорят, имеет электрическую составляющую), так и магнитного поля (магнитная составляющая). Это значит, что электромагнитное поле могло бы при определенных условиях и поворачивать стрелку компаса, подобно магнитному полю, и перемещать электрические заряды, подобно электрическому полю.

Электрическая и магнитная составляющие тесно связаны между собой, и каждая из них обладает запасом энергии, определяющим энергию всего электромагнитного поля.

Электромагнитное поле возникает при любом, даже незначительном изменении тока в проводнике. Изменяясь вместе с током, оно воздействует на соседние участки пространства, передает им свою энергию, и в этих, соседних участках также образуется электромагнитное поле. Таким образом, во все стороны от проводника, со скоростью света — 300 000 км/сек — все дальше и дальше движется волна электромагнитного поля, перенося с собой запасы энергии, которые она получила еще в месте своего возникновения.

Если любое изменение тока в проводнике вызывает появление электромагнитной волны, то что произойдет, если ток в проводнике будет переменным?

Прежде чем отвечать на этот вопрос, давайте несколько дополним наши сведения о переменном токе.

Когда мы говорим, что в цепи протекает переменный ток, то это значит, что направление движения электронов и их скорость все время меняются. Можно упрощенно представить себе картину движения электронов при переменном токе: сначала электроны двигаются медленно, затем скорость их постепенно нарастает и, наконец, достигает максимальной величины. В этот момент ток в цепи становится максимальным, или, как говорят, достигает амплитудного (наибольшего) значения. Затем скорость движения электронов уменьшается, и, наконец, они останавливаются. Однако заряды практически на месте не стоят — они моментально начинают двигаться в обратную сторону и, постепенно ускоряя свое движение, вновь набирают максимальную скорость. В этот момент ток в цепи опять нарастает до своего амплитудного значения (амплитуда тока противоположного направления), а затем вновь уменьшается до нуля. Этим и завершается полный цикл движения зарядов, после чего весь процесс повторяется снова и снова (рис. 26).

Рис. 26. При переменном токе заряды двигаются то в одну, то в другую сторону, но они так же хорошо могут «работать», как и заряды, двигающиеся в одном направлении.

Время, в течение которого происходит весь этот цикл изменений тока, называется периодом и обозначается буквой Т. Одно из направлений переменного тока (безразлично какое) условно называют положительным, а противоположное направление — отрицательным. В связи с этим часто употребляют такие выражения: «положительный полупериод» и «отрицательный полупериод». Имеется в виду половина всего периода, соответствующая положительному или отрицательному направлению тока (лист 49).

Важными характеристиками переменного тока являются его частота и амплитуда. Амплитуда, как и всякое другое значение тока, указывается в амперах (миллиамперах, микроамперах). Частота переменного тока (обозначается буквой f) так же, как и частота звуковых колебаний, — это число периодов в одну секунду, измеряемое в герцах.

Мы уже отмечали, что при всяком изменении тока от проводника отходит электромагнитная волна. Когда же в проводнике протекает переменный ток (давайте такой проводник сразу же назовем передающей антенной), то электромагнитные волны отходят от этого проводника одна за другой, подобно волнам, расходящимся по воде от вращающегося корабельного винта (рис. 28).

Электромагнитные волны, в отличие от магнитных и электрических полей, не связаны со своими источниками: они свободно перемещаются в пространстве и могут проходить огромные расстояния. Наиболее ярким подтверждением этого являются световые лучи (а лучи света по своей физической природе — это те же электромагнитные волны), пришедшие к нам от далеких звезд, многие из которых, может быть, уже давно прекратили свое существование.

Поскольку ток в передающей антенне все время меняет свою величину и направление, то и электромагнитные поля вокруг антенны тоже все время меняются. Рассматривая процесс очень упрощенно, можно представить себе, что в какой-то точке, расположенной вдали от передающей антенны, в различные моменты времени электромагнитное поле с различной силой будет поворачивать стрелку компаса или перемещать электрические заряды (рис. 27).

Рис. 27. Вокруг проводника, по которому течет переменный ток, появляются электромагнитные волны (радиоволны) — переменные электромагнитные поля, свободно перемещающиеся в пространстве со скоростью света.

Если бы удалось на короткое мгновение остановить движение электромагнитных волн, то мы увидели бы периодически чередующиеся районы с сильным электрическим и магнитным полем, причем с полями различного направления. Последнее упрощенно можно понимать так, что если поле одного направления двигает попавшие в него электроны (или поворачивает стрелку компаса) вверх, то поле противоположного направления двигает эти заряды вниз.

В действительности же электромагнитную волну остановить нельзя — порожденные переменным током, взаимно связанные друг с другом электрические и магнитные поля непрерывно расходятся от передающей антенны со скоростью света.

Важной характеристикой электромагнитного излучения, как, впрочем, и всякого волнового процесса, является длина волны (обозначается буквой λ). Весьма просто определить длину волны, которую создает брошенный в воду камень: она будет представлять собой расстояние между двумя соседними гребнями или между двумя впадинами. Подобно этому длина электромагнитной волны — это расстояние между двумя ближайшими точками, где электромагнитные поля в один и тот же момент времени действуют с наибольшей силой и в одинаковых направлениях (рис. 28).

Рис. 28. Длина электромагнитной волны — это расстояние между двумя ближайшими точками, где электрическая (или магнитная) составляющая поля в один и тот же момент времени действует с наибольшей силой и в одинаковых направлениях. Длина волны тем меньше, чем больше частота переменного тока в передающей антенне.

Длина волны зависит от частоты переменного тока (f), который создает излучение: чем выше эта частота, тем чаще следует одна волна за другой, тем меньше расстояние между их «гребнями». Кроме того λ зависит и от скорости распространения волн: чем быстрее движется волна, тем меньше расстояние она успеет пройти за время одного периода (одного полного цикла) переменного тока в передающей антенне, тем, следовательно, ближе будет отстоять одна волна от другой.

Для электромагнитных волн зависимость между длиной волны λ и частотой f определяется следующими простыми формулами:

Здесь с — это скорость распространения электромагнитных волн (скорость света), равная 300 000 км/сек. Существуют и более простые для вычислений формулы (см. табл. на листе 50).

Электромагнитные волны длиной от нескольких миллиметров до нескольких километров обычно называют радиоволнами, так как именно они используются для радиосвязи, радиовещания, радиолокации и телевидения. Более короткие электромагнитные волны — это инфракрасные, световые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи.

Поместим на пути радиоволн обычный проводник (его можно сразу же назвать приемной антенной), и они тотчас же «наведут» в этом проводнике переменный ток (рис. 29), который будет точной копией тока в передающей антенне, но, конечно, будет несравненно слабее его.

Рис. 29. Электромагнитные волны наводят в приемной антенне переменный ток и, таким образом, переносят от передатчика к приемнику определенную энергию.

Наведение тока в приемной антенне можно объяснить упрощенно тем, что под действием электрической составляющей поля электроны в проводнике упорядоченно перемещаются, как перемещались кусочки бумаги, попавшие в электрическое поле гребенки. В перемещении электронов принимает участие и магнитная составляющая поля, так как электрон, кроме электрического заряда, обладает еще магнитными свойствами, чем-то напоминая стрелку компаса.

Радиоволны непрерывно движутся мимо приемной антенны, и непрерывно меняется направление и сила воздействия электромагнитного поля на свободные электроны проводника. Поэтому-то и ток в приемной антенне изменяется с той же частотой, что и ток в антенне передатчика.

Итак, с помощью переменного тока в передающей антенне мы получили такой же (конечно, не по силе!) переменный ток в приемной антенне: электромагнитные волны помогли нам установить связь между этими антеннами без соединительных проводов.

Теперь наша задача — научиться использовать эту линию связи, научиться передавать по ней сообщения.

ПЕРЕДАЧА ИДЕТ

Казалось бы, что проще всего можно установить радиосвязь, включив микрофон в передающую антенну, а телефон — в приемную. Действительно, при разговоре будет меняться ток в цепи микрофона, в результате чего вокруг передающей антенны будут появляться электромагнитные волны. Эти волны наведут в приемной антенне, то есть в цепи телефона, соответствующий переменный ток, под действием которого будет колебаться мембрана.

На первый взгляд как будто бы все правильно. Однако практически такая система непригодна хотя бы потому, что для подобной линии радиосвязи пришлось бы строить передающие антенны высотой в десятки и сотни километров. При более коротких антеннах радиоволны будут излучаться настолько слабо, что ни о каком приеме их нельзя будет и думать.

Дело в том, что эффективность излучения радиоволн зависит от высоты передающей антенны и от частоты переменного тока: чем больше эта частота и чем выше антенна, тем эффективнее будет происходить излучение. В этом отношении передающая антенна немного напоминает обычный вентилятор, воздушный поток от которого будет тем сильнее, чем больше лопасти вентилятора и чем быстрее они вращаются. Сходство это, конечно, весьма условное, так как излучение электромагнитных волн и образование воздушного потока — совершенно разные физические процессы.

Теоретически подсчитано и практически подтверждено, что для эффективного излучения высота передающей антенны должна составлять не менее 5—10 % от длины волны. Еще лучше, если длина антенны будет равна половине или в крайнем случае четверти λ.

Теперь видно, какие огромные антенны пришлось бы строить для эффективного излучения на низких частотах, где длина волны лежит в пределах от 15 км (f = 20 кгц) до 15 000 км (f = 20 гц). Поскольку строить антенны высотой более 100–200 м сложно и дорого, то для радиосвязи и радиовещания, как правило, используют электромагнитные волны не длиннее 2000 м, то есть радиоволны, образованные переменным током с частотой выше 150 кгц (рис. 30).

Рис. 30. Для эффективного излучения радиоволн используют токи высокой частоты — обычно от 100 кгц до многих тысяч мегагерц. Радиовещательным станциям отведено четыре частотных участка, получивших название диапазонов длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

И хотя резкой границы никто не устанавливал, но все же частоты более 100–150 кгц занимают в радиотехнике особое положение и называются высокими частотами. Верхняя граница высоких частот, используемых для радиопередачи, простирается очень далеко. Так, например, в радиолокации и некоторых видах радиосвязи используются радиоволны длиной в несколько сантиметров, что соответствует частоте в несколько тысяч мегагерц, но и это еще не предел.

Эффективное излучение электромагнитных волн — это только одна из причин, заставивших использовать для радиосвязи токи высоких частот. Другое, пожалуй, еще более серьезное достоинство высокочастотной радиосвязи состоит в том, что она позволяет одновременно работать большому числу радиостанций, причем эти станции не мешают друг другу и в приемнике всегда можно выделить нужную нам станцию среди множества других.

Для того чтобы можно было в месте приема как-нибудь отличить сигналы одной станции от другой, каждой из них присваивается определенная частота. Как вы увидите дальше, если передающая станция работает на определенной и никем не занятой частоте (то есть излучает радиоволны вполне определенной длины), то сигналы этой станции можно выделить из бесчисленного множества других сигналов, которые появляются в антенне приемника под действием радиоволн, приходящих со всех сторон света.

Частоты соседних радиовещательных станций, то есть тех станций, которые ведут передачи для широкого круга радиослушателей, разносят на 10 кгц одну от другой (лист 53). Так, например, если какая-нибудь радиовещательная станция работает на частоте 500 кгц, то ближайшие к ней (соседние) станции могут работать на частотах 490 и 510 кгц. Частоты радиостанций, работающих на линиях служебной связи, особенно телеграфных, располагают значительно ближе друг к другу.

Для работы радиовещательных станций выделено четыре частотных участка, или, как принято говорить, четыре диапазона: длинных (ДВ), средних (СВ), коротких (КВ) и ультракоротких (УКВ) волн (лист 51).

Длинные и средние волны почти полностью отведены для радиовещания. На коротковолновом диапазоне вещательные станции занимают несколько небольших участков (лист 52), которые обычно называют так: «участок 25 метров», «участок 31 метр», «участок 49 метров» и т. д. На ультракоротких ваннах для радиопередач имеется всего один участок, в котором, правда, можно разместить во много раз больше станций, чем во всем длинноват новом диапазоне, несмотря на то что частоты вещательных УКВ радиостанций отстоят друг от друга на 250 кгц (лист 53).

Каждый из перечисленных диапазонов имеет свои особенности, которые полезно знать (лист 54). Так, например, на длинных волнах и днем и ночью слышны не только близкие радиостанции, но и станции, которые находятся на расстоянии 500—1000 км от места приема. На средних волнах далекую станцию днем вы никогда не услышите, зато вечером, и особенно ночью, на этом диапазоне появляется множество дальних радиостанций, расстояние до которых может достигать 2–3 тысячи километров. Для коротких волн непреодолимых расстояний на Земле не существует. Так, например, московские коротковолновые радиостанции хорошо слышны и в Ленинграде, и в Новосибирске, и в Алма-Ате, и во Владивостоке.

Дальнее распространение коротких волн происходит за счет их отражения от так называемой ионосферы. На высоте 50—600 км земной шар окружает несколько ионизированных «оболочек» — несколько слоев разреженных газов, атомы которых превратились в положительные или отрицательные ноны. Такие ионизированные слои представляют собой проводники тока (лист 8) и, подобно большим металлическим зеркалам, хорошо отражают радиоволны.

Радиоволны от передатчика к приемнику могут распространяться двумя путями — земным и отраженным лучом. На коротких волнах земной луч проходит очень недалеко, но зато радиоволны, отраженные от ионосферы или несколько раз отраженные от ионосферы и Земли (отраженный луч), могут проходить огромные расстояния почти без всяких потерь. Возможность радиоприема отраженного луча была случайно обнаружена радиолюбителями около сорока лет назад, когда с помощью передатчиков очень небольшой мощности удалось осуществить связь между Европой и Америкой.

Возможность вести связь отраженным лучом не для всех диапазонов одинакова. Так, на средних волнах отраженный луч появляется только ночью (именно поэтому средневолновые станции днем слышны лишь на близких расстояниях), а ультракороткие волны от ионизированных слоев практически совсем не отражаются. Что касается диапазона коротких волн, то здесь для радиовещания и связи используется только отраженный луч (за редким исключением), чем и объясняется большой радиус действия коротковолновых станций.

Необходимо отметить, что под действием солнечных лучей и ряда других факторов меняется высота и плотность ионизированных слоев, и поэтому условия приема в коротковолновом диапазоне не только резко изменяются на протяжении суток, но зависят еще и от времени года. На участке 25 м, например, дальние станции обычно хорошо слышны днем. На участке 75 м условия приема улучшаются ночью.

На всех диапазонах в той или иной степени возникают помехи радиоприему. Они представляют собой радиоволны, которые появляются при резких изменениях тока в какой-либо цепи и попадают в приемник помимо нашего желания. Все радиопомехи делятся на две группы: атмосферные, которые возникают при разряде молнии, и индустриальные, источником которых могут быть различного рода искрящие выключатели, коллекторные моторы, сварочные аппараты и т. п.

Особенно сильны помехи на длинных волнах; на средних и коротких они значительно слабее. На ультракоротких волнах помех почти совсем нет. Это одна из причин, позволяющих на УКВ вести прием при очень высоком качестве звучания, что в сильной степени компенсирует такой существенный недостаток УКВ радиостанции, как ограниченный радиус действия (УКВ радиостанции обычно удается принимать на расстояниях не более 60—120 км).

Итак, для радиосвязи и радиовещания могут быть использованы токи высокой частоты (ВЧ), которые при сравнительно небольших передающих антеннах позволяют эффективно излучать радиоволны. Токи высокой частоты создаются на радиопередатчике с помощью специальных генераторов (генераторы ВЧ). Если каким-нибудь образом управлять током в антенне передатчика (то есть фактически управлять излучением радиоволн), то можно заставить радиоволны «переносить» определенные сообщения, подобно тому как электрический ток в телефонной линии «переносил» разговор от одного аппарата к другому.

Проще всего осуществить радиопередачу с помощью азбуки Морзе. Для этого достаточно в антенну передатчика включить телеграфный ключ — своего рода выключатель (рис. 31).

Рис. 31. Чтобы заставить радиоволны переносить сообщения можно, замыкая цепь антенны, излучать радиоволны в соответствии с азбукой Морзе.

Нажали вы на ключ — и токи высокой частоты пошли в антенну, а значит, вовсе стороны от антенны расходятся радиоволны. Отпустите ключ — цепь антенны окажется разорванной, и излучение радиоволн прекратится. При коротком нажатии на ключ вы посылаете короткий радиосигнал, получивший название «точки», более длительный сигнал (обычно в три раза продолжительнее точки) называется «тире». В азбуке, которую в 1837 году составил Самюэль Морзе, каждой букве алфавита и каждой цифре соответствует определенное сочетание «точек» и «тире». Это позволяет сравнительно просто передавать телеграммы как по проводным линиям связи, так и по линиям радиосвязи (лист 55).

Первая телеграмма была передана по радио А. С. Поповым в 1896 году, и почти двадцать лет радио использовалось лишь для телеграфной связи. Ну, а затем были найдены способы радиотелефонной передачи, то есть передачи по радио речи и музыки.

Для того чтобы наиболее просто осуществить радиотелефонную передачу, можно включить обычный угольный микрофон непосредственно в передающую антенну, в которой уже циркулирует переменный ток высокой частоты. Под действием звуковых волн сопротивление микрофона будет меняться, и поэтому высокочастотный ток в антенне, а следовательно, и интенсивность излучения радиоволн, также будет изменяться, подобно тому как менялся при разговоре ток в телефонной линии (рис. 24, 32).

Рис. 32. Для радиотелефонной (речь, музыка) передачи можно включить в цепь антенны обычный угольный микрофон. Под действием звуковых волн будет меняться сопротивление микрофона, а вместе с тем и амплитуда высокочастотного тока и интенсивность излучения радиоволн.

Управление высокочастотным сигналом в соответствии со звуковыми колебаниями называется модуляцией (лист 55). Основной отличительной чертой модулированного тока является изменение его амплитуды в такт с изменением звукового давления на микрофон. Так, например, при увеличении звукового давления угольный порошок сжимается всесильнее, сопротивление микрофона уменьшается и амплитуда высокочастотного тока возрастает. При уменьшении звукового давления сопротивление микрофона растет, а амплитуда тока в антенне уменьшается. Важно отметить, что благодаря высокой частоте переменного тока в антенне в процессе модуляции амплитуда его меняется сравнительно медленно. Это объясняется тем, что даже самая высшая частота модулирующего звука в десятки и сотни раз меньше частоты тока, который подвергается модуляции. Поэтому за время одного периода звуковых колебаний успевают произойти десятки, сотни и тысячи полных периодов модулируемого тока (тока ВЧ). Так, например, если на микрофон воздействует звук с частотой 10 кгц, а передатчик работает на частоте 200 кгц, то за время одного периода звуковых колебаний произойдет двадцать циклов изменения высокочастотного тока, а значит, ток в антенне двадцать раз достигает амплитудных значений (положительных и отрицательных).

В радиопередатчиках включение микрофона в антенну в настоящее время не применяется. Для модуляции используется электрический ток низкой частоты (ИЧ), который появляется в обычной микрофонной цепи во время разговора. Этот низкочастотный ток в дальнейшем управляет работой высокочастотного генератора, в результате чего и появляется модулированный сигнал. Модулированный ток в передающей антенне создает модулированные радиоволны, которые, в свою очередь, наведут модулированный ток в антенне приемника.

Независимо от того как осуществляется модуляция, ее результатом является то, что слова, произнесенные перед микрофоном, оказываются как бы «зашифрованными» в радиоволнах, подобно тому как «зашифровываются» слова в изменениях электрического тока, протекающего по телефонным проводам.

Теперь необходимо в приемнике «расшифровать» сообщение, которое принесли с собой радиоволны, то есть получить соответствующие звуковые колебания, — такие же, какие воздействовали на микрофон на передающей стороне нашей линии радиосвязи.

ПЕРВЫМ ДЕЛОМ НУЖЕН ДЕТЕКТОР!

Мы уже знаем, что под действием электромагнитных волн в антенне приемника появился переменный ток. Он имеет ту же частоту, что и ток в антенне передатчика, и точно так же промодулирован. Попробуем по аналогии с телефонной линией сразу же преобразовать электрический сигнал в звуковые колебания и для этого переменный ток из приемной антенны подведем прямо к телефону (рис. 33).

Рис. 33. Включив телефон непосредственно в цепь приемной антенны, мы ничего не услышим, так как радиоволны наводят в приемной антенне токи высокой частоты, а слышимый звук могут создавать лишь токи низкой частоты. Чтобы в приемнике можно было воспроизвести звук, необходимо осуществить преобразование высокочастотного сигнала — детектирование.

Может быть, при этом мембрана начнет колебаться и мы услышим слова, которые в этот момент произносятся перед микрофоном на передающей стороне? Ничего подобного! Ведь в антенне приемника, так же как и в антенне передатчика, протекает ток высокой частоты — 150 кгц и более, а мембрана нашего телефона из-за ее инерции не успевает колебаться с такой большой частотой. Если бы даже удалось сконструировать телефон, который воспроизводил бы высокие частоты, то ведь наше ухо их все равно не услышало бы! Ну, а если даже мы услышим этот высокочастотный звук, то какой в этом толк? Ведь нам нужен не ультразвук, а низкочастотные звуковые колебания, с помощью которых осуществлялась модуляция.

Где же выход? А выход есть только один: нужно так преобразовать высокочастотный ток, действующий в приемной антенне, чтобы можно было выявить сигнал, с помощью которого модулировался высокочастотный ток на передатчике. Иными словами, нужно обнаружить в высокочастотном токе те изменения его амплитуды, которые появились в результате разговора (а может быть, и пения!) перед микрофоном.

Необходимое преобразование высокочастотного тока осуществляется с помощью специального устройства — детектора, который является обязательным элементом любого радиоприемника.

Слово «детектор» в переводе на русский язык означает «обнаружитель» и происходит от того же корня, что и слово «детектив» — «сыщик». В качестве детектора в настоящее время используются электронные лампы или полупроводниковые диоды.

Основное свойство любого детектора состоит в том, что он очень хорошо пропускает ток только в одну сторону и почти совсем не пропускает в другую, подобно тому как вентиль велосипедной камеры легко пропускает воздух внутрь камеры и не выпускает его обратно. С работой лампового детектора мы познакомимся позднее, а сейчас посмотрим, как работает полупроводниковый диод.

Все полупроводниковые диоды делятся на две основные группы: точечные и плоскостные. В качестве детектора могут использоваться только точечные диоды (лист 56) — плоскостные для этой цели непригодны. Плоскостные полупроводниковые диоды применяются в выпрямителях для ламповых приемников, и с ними мы познакомимся в четвертой главе.

К сожалению, система наименований полупроводниковых приборов несколько раз менялась, и сейчас трудно указать способ, позволяющий по наименованию диода определить его тип. Поэтому мы перечислим основные типы точечных диодов, которые могут быть использованы в качестве детекторов: ДГ-Ц1, ДГ-Ц2, ДГ-ЦЗ и т. д., вплоть до ДГ-Ц14, диоды более поздних выпусков Д1, Д2, Д9 независимо от того, какая буква стоит после цифры (например, Д1А или Д2Б), а также Д-101, Д-102, Д-103 и др. Сточки зрения использования в качестве детектора, все эти диоды мало отличаются один от другого. Вполне возможно и применение специальных точечных диодов — Д-401—Д-499 и Д-601—Д-699.

Основой любого пат у проводникового диода, как точечного, так и плоскостного, являются два примыкающих друг к другу участка полупроводникового материала (германия или кремния). Один из этих участков называется зоной n, другой — зоной р. Область между этими зонами подучила название «рn-переход» (рис. 34).

Рис. 34. Детектирование можно осуществить с помощью точечного полупроводникового диода. В этом приборе имеются две зоны полупроводникового материала — одна со свободными электронами (зона n ). другая — со свободными положительными зарядами (зона р ).

Во всяком полупроводнике, в отличие от изолятора, имеется значительное количество свободных электрических зарядов, благодаря которым в полупроводнике может существовать ток. В полупроводнике зоны n имеются свободные отрицательные заряды — электроны. Этим определилось и само название зоны — буква «n» является первой буквой слова «negativ» — отрицательный. Название зоны «р» происходит от слова «positive» — положительный, так как в этой зоне имеются свободные положительные заряды.

Раньше, когда мы говорили о свободных положительных зарядах в жидких и газообразных проводниках (лист 8), то имели в виду свободные, то есть слабо связанные друг с другом, положительные ионы (атомы с недостающим электроном), которые могут легко перемещаться под действием электрических сил. Сейчас не время подробно разбирать, что происходит в полупроводниках, так как это отвлечет нас от основной темы.

Поэтому мы заметим лишь, что в полупроводниковом материале зоны р все атомы, в том числе и положительные ионы, неподвижны. Однако положительные заряды в зоне р все-таки перемещаются. Для того чтобы как-нибудь обойти это несоответствие, мы будем рассматривать процесс крайне упрощенно (это нас пока устраивает) и считать, что в зоне р имеется некоторое количество свободных положительных зарядов, которые могут перемещаться в любом направлении.

Не нужно думать, что зона n и зона р — это два отдельных кусочка разных полупроводников, составленных вместе. Диод делают из одного кристалла, обычно из германия типа n, то есть из германия, в котором имеются свободные электроны. В один из участков этого кристаллика вводят примесь, под действием которой в германии появляются свободные положительные заряды, и таким образом появляется зона р. К участкам кристалла, соответствующим зонам n и р, припаивают или присоединяют другим способом два проволочных вывода, а сам кристалл заключают в герметический корпус.

В точечных диодах один из контактов с кристаллом осуществляется с помощью металлической иглы. Вблизи ее острия, упирающегося в кристалл, образуется очень небольшая микроскопическая зона р. В плоскостных диодах зона р имеет значительно большие размеры, и контакт с ней осуществляется с помощью плоской металлической пластинки (лист 121).

Итак, во всяком полупроводниковом диоде имеется два вывода, один из которых соединен с зоной n, а другой — с зоной р. С помощью этих выводов диод и включается в электрическую цепь.

Предположим, что мы подключили диод к обычной батарейке, причем подключили таким образом, что «минус» батарейки соединен с зоной р, а «плюс» — с зоной n. В этом случае электрические заряды как бы оттянутся от границы раздела зон, между зонами появится участок, обедненный свободными электрическими зарядами, то есть участок по своим свойствам очень близкий к изолятору (рис. 35).

Рис. 35. Полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью: он имеет небольшое сопротивление и пропускает ток только при определенной полярности приложенного напряжения — прямое включение: «плюс» подключается к зоне р , «минус» к зоне n ; при обратной полярности диод обладает большим сопротивлением и тока не пропускает.

Таким образом, при выбранной полярности подключения батареи рn-переход почти не пропускает электрический ток, и полупроводниковый диод можно рассматривать как очень большое сопротивление.

Если сменить полярность подключения батареи, то есть приложить напряжение «плюсом» к зоне р, а «минусом» — к зоне n, то электрические заряды, как положительные, так и отрицательные, подойдут вплотную к границе раздела и, перейдя эту границу, будут двигаться к соответствующим зажимам батареи. В этом случае рn-переход хорошо пропускает ток, и диод обладает малым сопротивлением.

Процессы, происходящие в рn-переходе, мы, конечно, рассмотрели крайне упрощенно, но это не помешало нам прийти к совершенно правильному выводу: полупроводниковый диод в одну сторону пропускает ток хорошо, а в другую практически не пропускает. За это свойство диод часто называют вентилем.

В способности диода пропускать ток только в одну сторону можно легко убедиться самому, собрав простейшую цепь из диода, головных телефонов (телефоны обязательно должны быть высокоомные, то есть должны иметь сопротивление 1000 ом и более) и батарейки карманного фонаря. Если диод включен так, что он проводит ток, то в момент замыкания цепи в телефонах будут слышны сильные щелчки. Если же изменить полярность включения диода (или, что то же самое, изменить полярность включения батарейки), то диод будет обладать большим сопротивлением, то есть почти не будет пропускать ток, и щелчков в телефоне слышно не будет.

Именно односторонняя проводимость является тем свойством полупроводникового диода, которое позволяет произвести преобразование модулированного тока высокой частоты с последующим выделением необходимого нам низкочастотного (звукового) сигнала.

О том, как это делается, вы узнаете, познакомившись с работой простейшего приемника. Постройка такого приемника не займет у вас много времени.

ПЯТЬ МИНУТ — И ПРИЕМНИК ГОТОВ!

Соберем простейший детекторный приемник и посмотрим, как он работает. Схема приемника предельно проста (лист 61, рис. 36). Между антенной и заземлением включают детектор, а параллельно ему подключают телефоны, или, как их называют иначе, наушники. Можно подключить один наушник, а можно и два, соединенных последовательно. Существуют и другие схемы включения детектора (лист 63), но принцип его работы всегда одинаков.

Рис. 36. Диод периодически шунтирует телефон, и в его цепи появляются импульсы (толчки) тока одного направления. Если сигнал модулирован, то амплитуда импульсов меняется, мембрана «медленно» перемещается и создает звуковые волны.

Для детекторного приемника желательно сделать наружную антенну высотой 8—10 м (листы 59, 60). Заземление сделать обязательно. Приемник можно собрать на небольшой фанерной панели (лист 62), а гнезда для подключения телефонов, антенны и заземления сделать из белой жести.

Все соединения в электрических цепях следует осуществлять только путем пайки (лист 57), причем в процессе пайки ни в коем случае не следует применять кислоту. Соединяемые контакты, лепестки, провода и т. п. сначала тщательно зачищают, затем залуживают — покрывают тонким слоем олова и уже после этого припаивают. На всех стадиях пайки нужно пользоваться канифолью, которая очищает место спая от вредных окислов.

Пайку лучше всего вести небольшим электрическим паяльником «жало», который необходимо тщательно залудить. Более подробно о монтаже, пайке, подготовке деталей, столярных и слесарных работах, с которыми приходится сталкиваться радиолюбителю, можно прочесть в «Справочнике начинающего радиолюбителя», изданном в 1961 году.

Теперь поговорим о том, как работает наш приемник (лист 61). Мы уже знаем, что детектор пропускает ток только в одном направлении. Поэтому переменный ток, наведенный в антенне (I А ), будет проходить через детектор (I Д ) только в течение одной половины периода. Ток обратного направления детектор не пропустит, и поэтому в течение второго полупериода ток пройдет через цепь телефона (I Т ).

Диод можно рассматривать как своеобразный шунт, подключенный параллельно телефону. Особенность такого шунта состоит в том, что он действует «через такт»: в те полупериоды, когда диод пропускает ток, он сильно шунтирует телефон, и ток I Т практически отсутствует. Однако в следующий полупериод диод уже обладает очень большим сопротивлением, и весь ток, наведенный в антенне, идет через телефон. Таким образом, в цепи детектора, так же как в цепи телефона, протекает пульсирующий (импульсный) ток — импульсы (толчки) тока в этих цепях чередуются. Импульсы тока в цепи телефона, также, впрочем, как и в цепи детектора, всегда имеют одно направление, причем величина импульсов меняется в соответствии с модуляцией. Когда модуляции нет (молчание перед микрофоном), все импульсы тока одинаковы.

Благодаря медленному изменению импульсного тока, изменению, которое является следствием модуляции, мембрана телефона будет медленно перемещаться и создавать звуковые волны. Так, например, если в процессе модуляции ток в антенне передатчика увеличивается, то будет увеличиваться и ток в антенне приемника, а это значит, что будут возрастать импульсы тока через телефон, и при этом каждый последующий импульс будет все дальше смещать мембрану. Если же ток в антенне передатчика уменьшается, то будут уменьшаться и импульсы тока через телефон, и его мембрана будет медленно возвращаться в среднее положение. Мембрана следует за всеми изменениями амплитуды тока и воспроизводит «копию» звука, с помощью которого на передатчике осуществляется модуляция.

Какова же в этом процессе роль детектора? Если бы не было детектора, то через телефон протекал бы не импульсный (пульсирующий) ток, а переменный ток высокой частоты. Этот ток с очень большой частотой толкал бы мембрану то в одну, то в другую сторону, и в результате она стояла бы на месте, так как не успевала бы следовать за изменением тока. Благодаря детектору через телефон проходит ток только одного направления, и мембрана смещается только в одну сторону, следуя за медленным изменением амплитуды этого тока. Нужно признаться. что слово «медленно» в данном случае выбрано не совсем удачно. Действительно, ведь сила импульсов меняется в соответствии с модуляцией, а модулирующий сигнал может совершать свой полный цикл (период) за несколько тысячных долей секунды, то есть иметь частоту в несколько тысяч герц. Такую частоту колебаний мембраны уже нельзя назвать медленной. Оправданием для нас может служить лишь то, что эта частота все же невелика по сравнению с частотой тока в антенне, которая составляет сотни и тысячи килогерц.

Подведем некоторый итог. На передающей стороне звуковые колебания были преобразованы с помощью микрофона в электрический ток низкой частоты (НЧ). Этим низкочастотным током мы модулировали полученный от специального генератора ток высокой частоты (ВЧ). Модулированный ток ВЧ был направлен в передающую антенну и создал модулированные радиоволны. Они навели в приемной антенне точно такой же модулированный ток, какой был в антенне передатчика. С помощью детектора мы преобразовали переменный ток в пульсирующий. Под действием этого пульсирующего тока мембрана телефона пришла в движение и создала такие же низкочастотные звуковые колебания, какие воздействовали на микрофон в передатчике. Таковы основные процессы, происходящие при радиотелефонной передаче.

Построенный нами простейший приемник обладает серьезными недостатками. Прежде всего он мало чувствителен и позволяет принимать только местные и притом достаточно мощные станции. Может быть, у некоторых из вас, особенно у тех, кто живет далеко от мощных радиостанций, простейший приемник из-за его малой чувствительности вообще ничего, кроме грозовых разрядов, принимать не будет. Другой недостаток простейшего приемника состоит в том, что если слышны передачи нескольких станций, то нет никакой возможности отделить одну передачу от другой.

Таким образом, перед нами стоят две задачи. Во-первых, нужно повысить чувствительность приемника и сделать возможным прием станций, радиоволны которых приходят к антенне сильно ослабленными. Во-вторых, нужно сделать так, чтобы из всех слышимых радиостанций приемник мог выбирать только одну, нужную нам.

Задачи эти можно решать по-разному, но мы начнем с самых простых решений.