Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

Сворень Рудольф Анатольевич

Рис. 20. В технике широкое распространение получили генераторы переменной э.д.с., на выходных зажимах которых знак и количество избыточных зарядов непрерывно меняются. Такие генераторы создают в цепи переменный ток.

Так, например, направление тока в электрической сети, которая приходит в наш дом с городской электростанции, меняется несколько десятков раз в течение секунды. Переменный ток, так же как и постоянный, может выполнять полезную работу. Ведь заряды, движущиеся то в одну, то в другую

сторону, нагревают проводник и создают вокруг него магнитное поле, так же как и заряды, двигающиеся в одном направлении.

Переменный ток имеет ряд серьезных преимуществ перед постоянным. Главное из них, пожалуй, состоит в том, что переменный ток легко трансформировать, то есть с помощью специальных устройств — трансформаторов — можно в любом участке сложной цепи повысить или понизить напряжение до нужной нам величины.

Другое достоинство переменного тока: вокруг проводника, где он протекает, возникают радиоволны, с помощью которых и осуществляется радиопередача. Но об этом мы поговорим уже в следующей главе.

Глава 2

О РАДИОПЕРЕДАЧЕ И САМОМ ПРОСТОМ ПРИЕМНИКЕ

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 [5] . 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.

5

При большой протяженности соединительной линии сопротивлением проводов уже пренебрегать нельзя и всю цепь тогда следует рассматривать как делитель напряжения, состоящий из трех участков — двух проводов и лампочки. Лампочка для карманного фонаря, рассчитанная на 3,5 в, светится даже в том случае, если к ней подвести напряжение окаю 2 в. Предположим, что сопротивление такой лампочки 100 ом, и для того, чтобы эта лампочка светилась при напряжении батареи 4,5 в, сопротивление обоих проводов должно быть не более 100–125 ом. В этом случае падение напряжения на обоих проводах составит около 2 в (по одному вольту на каждом проводе), и на лампочке будет действовать примерно такое же напряжение. При большем сопротивлении проводов напряжение на лампочке будет слишком мало, и она светиться не будет.

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).