Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

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.

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).