Радио и телевидение?.. Это очень просто!

Айсберг Евгений Давыдович

Поддержание колебаний

Н. — Мне помогло то, что мой мозг нашел аналогию между колебательным контуром и маятником наших старых настенных часов. Даже в том случае, когда часы не заведены, достаточно

отвести маятник в конечную точку его траектории, чтобы он пришел в колебательное движение. Но размах этих колебаний из-за сопротивления воздуха постепенно уменьшается. Частота же колебаний маятника туда и обратно — своего рода частота резонанса. Она зависит от его длины и массы.

Л. — Превосходное сравнение!.. Теперь ты знаешь, как достигается непрерывный ход маятника. Для этой цели заводят механизм часов, пружина которого становится как бы консервной банкой, наполненной некоторым количеством энергии. И при каждом колебании маятника пружина сообщает ему небольшой импульс, который только восполняет потерю энергии, вызываемую сопротивлением воздуха. Таким образом, твои часы идут безостановочно. А теперь скажи мне, что нужно сделать в нашем колебательном контуре, чтобы ток мог без ослабления продолжать свои прогулки туда и обратно?

Н. — По аналогии с часами я предполагаю, что при каждом периоде нужно вводить небольшое количество электрической энергии, компенсирующей потери, вносимые активным сопротивлением. Но я не вижу, как практически можно осуществить этот ввод энергии.

Л. — Такой ввод энергии можно выполнить методом индукции, пропуская ток резонансной частоты через катушку, индуктивно связанную с катушкой нашего колебательного контура. Можно также непосредственно соединить соответствующий источник напряжения с обкладками конденсатора (рис. 42).

Рис. 42. Ввод энергии в колебательный контур с помощью взаимной индукции (а) или путем непосредственного включения контура (б).

Н. — Я предполагаю, что этот источник будет отдавать очень мало энергии, так как требуется лишь восполнить небольшие потери на активном сопротивлении.

Л. — Действительно, ток, который пойдет от источника в колебательный контур, исключительно мал. Можно, следовательно, сказать, что по отношению к внешней цепи колебательный контур обладает высоким входным сопротивлением.

Н. — Я счастлив узнать это заключение, так как твой дядюшка ничего не говорил мне о параллельном соединении катушки и конденсатора.

Л. — Следовательно, если полное сопротивление соединенных последовательно катушки и конденсатора на частоте резонанса становится почти равным нулю, то при их параллельном соединении оно на этой же частоте резонанса становится почти бесконечным.

Н. — И колебания в контуре больше не затухают?

Л. — Нет, они сохраняют постоянную амплитуду при отсутствии активных потерь.

Н. — …А что произойдет, если мы изменим частоту внешнего источника напряжения, сделав ее выше или ниже частоты резонанса?

Л. — В обоих случаях реактивное сопротивление колебательного контура снизится.

Радиоволны

Н. —

А где на практике используются незатухающие колебания?

Л. — Именно они используются в радиотехнике. Они служат для создания электромагнитных волн, а при приеме они наводятся в колебательных контурах.

Н. — А как создают эти волны?

Л. — Очень просто, пропуская колебания переменного тока высокой частоты в передающую антенну. Последняя состоит из проводника, соединенного с колебательным контуром и обладающего металлической массой с определенной емкостью. Благодаря такому устройству при каждом полупериоде электрические заряды устремляются к этой емкости или возвращаются от нее к колебательному контуру. Таким образом создается переменный ток, протекающий по антенне. Этот ток создает вокруг антенны магнитное поле, направление силовых линий которого при каждом полупериоде изменяется. Так рождаются электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света, т. е. со скоростью 300000 км/с.

Н. — А в каком направлении они идут?

Л. — Если передающая антенна расположена вертикально, то волны равномерно распространяются по всем направлениям (рис. 43).

Рис. 43. Электромагнитные волны (показаны пунктиром), излучаемые передающей антенной.

Сам радиус каждой такой круговой волны растет со скоростью света. Но можно также сделать и направленные антенны, где, например, проводник-отражатель отражает волны и концентрирует их в луч.

Н. — Одним словом, здесь поступают, как при конструировании осветительных приборов. Бывают лампы, равномерно распространяющие свет во все стороны; но можно и ориентировать освещение в одном заданном направлении, как это, в частности, сделано в автомобильных фарах.

Диапазоны волн

Л. — В этой аналогии нет ничего удивительного, потому что радиоволны и световые волны имеют одну и ту же электромагнитную природу. Единственная разница заключается в их частоте. А что касается частоты, то запомни, что для ее измерения пользуются единицей период в секунду, которая называется герц. Сокращенное написание этой единицы Гц. В радиотехнике обычно имеют дело с тысячами герц — килогерцами (кГц), миллионами герц — мегагерцами (МГц) и даже миллиардами герц — гигагерцами (ГГц).

Частоты электромагнитных волн видимого света занимают полосу (385–790)·10⁶ Мгц. В радиотехнике пользуются менее высокими частотами: от 30000 Гц до 3000 МГц. Можешь ли ты рассчитать длину соответствующих этим частотам волн?

Н. — Я предполагаю, что так называют расстояние между двумя последовательно отделившимися от антенны волнами. Так как они распространяются со скоростью 300 000 000 м/с, то расстояние, пройденное одной волной до момента отделения следующей, равно этой скорости, умноженной на время, протекающее между двумя соседними волнами. Это время представляет собой период переменного тока, порождающего волны, причем он обратно пропорционален частоте.