Радио - Плонский Александр Филиппович. Страница 4

Современный передатчик — чрезвычайно сложное устройство. Но понять, как он работает, нетрудно, если предварительно познакомиться с работой одного гораздо более простого прибора, который имеет с ним ряд общих черт. Этот прибор — обыкновенные стенные часы.

Качните маятник незаведенных часов. Он начнет колебаться, однако размах его колебаний будет постепенно уменьшаться, пока, наконец, маятник не остановится. Такие колебания называют затухающими. Их затухание происходит вследствие различных потерь энергии: из-за трения маятника в опорах, сопротивления воздуха и т. д.

Чтобы колебания не затухали, необходимо все время восполнять потери энергии. В часовом механизме для этого служит пружина или гири. Заводя пружину, вы совершаете какую-то работу, расходуете определенную энергию. Эта энергия накапливается в пружине.

Пружина — упругое тело. Она стремится раскрутиться и принять первоначальную форму. Та сила, с которой раскручивается пружина, передается системе зубчатых колес, а от них — маятнику. Маятник, получая толчки в такт своим колебаниям, колеблется с одинаковым размахом, пока пружина не раскрутится настолько, что перестанет восполнять потери энергии при колебаниях.

Колебания, происходящие с одинаковым размахом, называют незатухающими.

Таким образом, часы состоят из трех основных частей. Одна из них — маятник — предназначена для создания колебаний определенной частоты (частота колебаний маятника зависит от его длины). Вторая часть — пружина — служит источником энергии, восполняющим потери в маятнике. Третья — зубчатый механизм — передает энергию от пружины к маятнику.

В часах происходит переход энергии, накопленной пружиной, в энергию колебаний маятника. Нечто подобное наблюдается и в радиопередатчике. Там происходит преобразование энергии постоянного тока, накопленной источником электричества, в энергию электрических колебаний. Роль маятника в современном передатчике играет колебательный контур, роль пружины — источник постоянного тока и, наконец, роль зубчатого механизма — электронная лампа.

Посмотрим, как работают эти основные части радиопередатчика.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАЯТНИК

Колебательный контур состоит из двух деталей — катушки индуктивности и конденсатора.

Катушка индуктивности — это проволочная спираль, обычно намотанная на основание из какого-либо материала, не проводящего электрический ток.

Простейший конденсатор представляет собой две плоские металлические пластины, расположенные параллельно на небольшом расстоянии друг от друга.

Внешний вид и схема колебательного контура показаны на рис. 6.

^{Рис. 6. Внешний вид и схема колебательного контура.}

Прежде чем рассмотреть работу «электрического маятника», познакомимся с действием его частей — катушки индуктивности и конденсатора.

В повседневной жизни нам часто приходится сталкиваться с явлением инерции. Под словом «инерция» подразумевают свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Часто можно наблюдать, как движется автомобиль или трамвай с выключенным мотором, как едет велосипедист, не вращая педалей. Такое движение обусловлено инерцией.

Чтобы сдвинуть с места тяжело груженный вагон, нужно приложить большую силу. Как только вагон тронулся, двигать его становится гораздо легче. Чтобы затормозить движение такого вагона, вам снова придется приложить очень большую силу. Это еще пример инерции.

На валах многих машин устанавливают маховики — массивные колеса, сглаживающие толчки вращающихся валов. Чтобы раскрутить или, наоборот, остановить маховик, также нужна большая сила, потому что чем массивнее тело, тем больше его инерция, тем сильнее оно сопротивляется всякому изменению его состояния.

Катушка индуктивности очень напоминает маховик. Она обладает своего рода инерцией по отношению к электрическому току.

Если полюсы электрической батареи замкнуть прямолинейным проводником, то в такой цепи мгновенно установится наибольшая сила тока. Значит, электрическая «инерция» прямого провода ничтожно мала.

Если же к батарее подключить катушку индуктивности, то сила тока достигнет максимальной величины не сразу, а постепенно, спустя некоторый промежуток времени. Этот процесс будет происходить тем медленнее, чем больше витков провода содержится в катушке. Таким образом, катушка индуктивности обладает электрической «инерцией», которая возрастает с увеличением числа витков.

Индуктивность катушки препятствует не только быстрому возрастанию тока при замыкании цепи, но и его падению в момент размыкания. Иными словами, подобно тому как инерция противодействует всякому изменению скорости движения тел, индуктивность оказывает сопротивление всякому изменению силы электрического тока.

Теперь обратимся к конденсатору. Каково его действие? Конденсатор вмещает определенный электрический заряд, так же как сосуд вмещает определенное количество жидкости. Чем больше площадь пластин конденсатора и меньше расстояние между ними, тем выше его емкость, т. е. тем больший заряд он может вместить.

Чтобы «зарядить» конденсатор, нужно подключить его к полюсам электрической батареи. При этом на одной пластине («обкладке») конденсатора сосредоточится положительный заряд, а на другой — отрицательный. Если теперь отключить конденсатор от батареи и замкнуть обкладки проводником, то произойдет мгновенный разряд конденсатора — по проводнику протечет ток, и заряды уравновесят друг друга. Если конденсатор замкнуть прямолинейным проводником, то наибольший ток потечет в первый момент; по мере разряда сила тока будет падать и упадет до нуля, когда конденсатор совсем разрядится.

Другое дело, если к обкладкам конденсатора присоединить катушку индуктивности. В такой цепи вследствие ее большой электрической «инерции» максимальная сила тока установится не сразу. Ток, проходящий по катушке, будет возрастать постепенно и достигнет наибольшей величины, когда конденсатор полностью разрядится.

Казалось бы, в этот момент ток должен мгновенно прекратиться — ведь конденсатор полностью разрядился! Но попробуйте мгновенно остановить быстро мчащийся поезд. Такая попытка обречена на неудачу — скорость поезда будет уменьшаться постепенно.

Точно так же и движение электрических зарядов в силу «инерции» катушки не прекратится сразу, как только конденсатор разрядится. За счет энергии, накопленной катушкой, ток некоторое время будет течь в ту же сторону, что и раньше, постепенно убывая. При этом конденсатор вновь станет заряжаться, но на этот раз на той обкладке, где раньше был положительный заряд, начнет сосредоточиваться отрицательный, и наоборот. В тот момент, когда конденсатор снова зарядится, сила тока в цепи упадет до нуля; затем ток потечет в обратную сторону — конденсатор опять станет разряжаться.

Такой процесс попеременного заряда и разряда станет повторяться вновь и вновь — в цепи, состоящей из конденсатора и подключенной к нему катушки, будут происходить электрические колебания. Отсюда и название «колебательный контур». Если бы провод катушки не обладал сопротивлением, т. е. пропускал бы электрический ток без малейших потерь, то колебательный процесс в контуре продолжался бы вечно, и электрическая энергия все время переходила бы из конденсатора в катушку, из катушки снова в конденсатор и т. д.

Однако в любом проводе неизбежно расходуется электрическая энергия. Электронам, движущимся по проводу, приходится «пробиваться» сквозь гущу атомов и молекул металла. Часть электронов сталкивается с ними, резко тормозится и теряет свою энергию, которая превращается в тепло, нагревая провод (вспомните раскаленную спираль электрической плитки!).

А раз в проводе катушки имеются потери энергии, то электрические колебания мало-помалу затухают, и колебательный процесс в контуре прекращается.