Уважаемые читатели, Вы знаете что такое: детектор, «деревянная антенна», металлический изолятор? А почему это зеркало зеркальное? Что такое радио FM? Вы слышали про такое как: гармоники, обратная связь, супергетеродин? Из какой «оперы» такие названия как: максимум максиморум, DSB, SSB, ПАЛСЕКАМ? Что чернее чёрного? И почему это кино, которое Вы смотрите по телевидению, короче на 4%? А Вы знаете как подключить два-три телевизора к одной антенне? А почему одни спутники «висят» над землёй, а другие движутся? Если Вы затрудняетесь с ответом или впервые слышите обо всём этом, или Вам просто интересно, то все мои мини-лекции для Вас!
Все мини-лекции в большей или меньшей степени связаны между собой. И содержание предыдущей лекции так или иначе раскрывает содержание последующей! Насколько возможно, постараюсь Вас не нагружать подробностями. Думаю, что Вы узнаете что-то новое для себя, полезное и посмотрите на всё другими глазами!?
Так, что такое радиоволны и для чего они нужны? В детских книжках иногда пишут, — радиоволны это конёк который оседлали речь, музыка и который с большой скоростью доставляет к Вам всё это. Одним словом радиоволны это транспорт, своего рода конечно. А откуда они эти волны появляются? Как говорил Семён Семёныч из Бриллантовой руки:«Оттуда!» Из передающей станции, и самым главным там передатчик! Сердцем которого, является генератор.
А начнём мы свою беседу с устройства бачка от унитаза, старой конструкции. Нисколько не удивлюсь если среди читателей найдётся кто-нибудь, кто в этом всём, ни бум-бум, ни в самом устройстве, ни в работе столь важного прибора!? Посмотрите на рис.3. Вся система (почти) дана в разрезе. Слева по широкой трубе подаётся вода (находится под давлением) из водопровода. Труба заканчивается насадкой с маленьким отверстием на конце. Вода через это отверстие и далее вниз стекает струёй прямо в бачок. По мере наполнения плавающий поплавок начинает всплывать, поднимаясь вверх. Своим рычагом он двигает (по направлению красной стрелки) шток на конце которого размещена резиновая прокладка. Чем больше воды в бачке, тем резиновая прокладка всё более и более прикрывает отверстие в насадке. И всё менее и менее поступает вода в бачок. Наконец наступает момент когда прокладка наглухо закроет отверстие. Вода перестаёт поступать, — всё, бачок заполнен.
Для чего это я Вам всё рассказываю? Во-первых для общего развития, а во-вторых чтобы Вы поняли, что такое отрицательная обратная связь! Такая применяется в радиотехнике: в радиоприёмниках, телевизорах, везде где есть какие-то автоматические регулировки. Так, что автоматику мы изучать начинали (в институте)с унитаза! Раз есть отрицательная обратная связь, значит есть положительная? А как же? Конечно есть! Посмотрите на рис.1. Это блок-схема генератора переменного тока. Нет не того, что на электростанциях вертится и никак не остановится... Генератора токов высокой частоты и в отличие от тока в сети (220 В с частотой 50 Гц) измеряемой в сотнях тысяч герц. Итак структурная схема: БП — блок питания, куды ж без него? АЭ — активный элемент, то есть радиолампа или транзистор. То бишь усилитель. А раз это усилитель, то стало быть АЭ — нелинейный элемент! По-другому не может быть. Нагрузкой элемента является так называемый колебательный контур. На рис.2 кстати, показана простенькая схема такого устройства с колебательным контуром LC. При включении устройства через контур проходит импульс тока и в самом контуре возникают затухающие колебания. Частота которых зависит от значений L и C. Через обратную связь Риc.1 переменное напряжение подаётся на вход АЭ. А так как обратная связь положительная то на вход подаётся напряжение которое так сфазировано, что оно поддерживает колебание в контуре, а не так как в унитазе... Отчего колебания в контуре затухают медленнее нежели без обратной связи. Всё зависит от силы этой самой связи, а точнее от коэффициента передачи этой связи! При определённой величине обратной связи всё устройство неожиданно превращается в генератор, а точнее в автогенератор. В автогенератор может превратиться любой усилитель, если выполнятся условия для самовозбуждения! Даже если Вам это не нужно! Вспомните «Бриллиантовую руку», сцена в ресторане, где Семён Семёныч пел песню про зайцев!? В один момент хватают микрофон и в зале из колонок раздаётся тональный звук с переливами... Это и есть выполнение условия для автогенератора (звуковой частоты). Только связь акустическая (с динамиков колонок в микрофон, — микрофонный эффект). И только поправив микрофон, — генерация прекратилась! Усилитель опять стал усилителем. Таким случайным генератором может стать усилитель при стечении обстоятельств когда находятся в опасной близости микрофон и громкоговоритель! На концертах, караоке и иногда в плохих телефонах при громкой связи.
В качестве колебательной системы и если необходима только одна частота, применяются так называемые кварцевые резонаторы или проще кварцы рис.4 — общий вид и рис.5 — внутренности! Диск и есть кварц. На рис.2 показана схема передача и приёма информации. Справа весь голубой, приёмник, — слева передатчик (генератор). Как же передать информацию с помощью радиоволн? В первоначальных опытах Александр Степанович Попов и Гульельмо Маркони применяли просто передачу информацию с помощью азбуки Морзе, передавая сочетания длинных и коротких посылок электромагнитных волн. А как же мы слушаем речь, музыку смотрим телепередачи... Для этого была придумана модуляция. Модуляция это воздействие преобразованной в электрические сигналы информации на параметры высокочастотных токов. Основные для Вас, читателей это амплитуда и частота. Стало быть и модуляция обзывается амплитудной и частотной. Естественно как у той, так и у другой есть свои плюсы и свои минусы. Нам же достаточно понять, что это такое?
Посмотрите на рис.6, а затем на рис.7. На первом изображены графики поясняющие суть амплитудной модуляции, на втором частотной. На рис.6, вверху сигнал, — информация, внизу несущая частота. Несущая это та что несёт для нас информацию (транспорт). На графике она с нуля и до первой штриховой линии не промодулирована. А далее промодулирована сигналом информации. Как видите амплитуда несущей повторяет форму сигнала, положительная часть которого повышает амплитуду несущей, а отрицательная понижает (относительно первоначального положения).
На втором рисунке вверху, несущая до модуляции. Ниже сигнал информации и ещё ниже промодулированная несущая. Как видите амплитуда везде постоянная, а вот частота меняется в зависимости от формы сигнала. На рис.8, слева несущая, справа спектр частот: F. частота сигнала, — Fн несущая частота. А как же выглядит спектр частот уже промодулированной несущей? На рис.9 и есть тот самый спектр амплитудно промодулированной несущей... Кроме несущей Fн присутствуют ещё две, так называемые боковые частоты Fн.-F., — нижняя боковая частота и Fн + F. — верхняя боковая. Другими словами верхняя и нижняя боковые частоты находятся от несущей на расстояние равного численно частоте сигнала F. C увеличением частоты сигнала F. боковые частоты будут отодвигаться от несущей и с уменьшением наоборот приближаться. Если же несущая будет модулирована сигналом речи или музыки, представляющих на оси частот целую полосу частот, то в этом случае говорят не просто о боковых частотах, а о боковых полосах рис.10 и рис.11. На рис.10 спектр сигнала, а на рис.11 видны как несущая f0 так и две боковые полосы. Красным цветом — верхняя, синим — нижняя. Зелёным естественно полоса сигнала.
Из рисунка видно что вся полоса занимаемая промодулированной несущей равна удвоенной полосе сигнала. И теперь скажем чтобы удовлетворить меломанов мы захотим передать верхнюю частоту музыки 30кГц, то полоса возрастёт до 60 кГц! Много это или мало? В связи с теснотой в эфире радиовещательные радиостанции ограничивают спектр звукового сигнала до 5 кГц, а полоса соответственно равна 10 кГц. Так, что качественную музыку Вы не услышите! Кстати в телефоне спектр урезается до 3 кГц! Вот почему Вы услышав первый раз в жизни своих родных, знакомых по телефону не узнаёте их по голосу!
И если с амплитудной модуляцией всё ясно и понятно, то с частотной такой фокус не пройдёт! Здесь другие законы и правила... И от частоты сигнала ширина полосы так просто не зависит. А от чего? От девиации, так ещё размаха отклонения частот. При стандартной девиации применяемые в радиовещании 75 кГц даже при частоте сигнала в 1 кГц полоса будет равна 150 кГц. А в телевидении и все 250! А теперь прикиньте, диапазон длинных волн занимает 280 кГц, а средних 1080 кГц то в них соответственно уместится ЧМ (частотная модуляция) 1,9 и 7,2 станции соответственно! А вот на УКВ такой простор... 20000 кГц на вещательный диапазон отводится, а это 133,3 станции. Раньше у нас в СССР был радиовещательный диапазон [64,5 - 76] мГц, а на диком западе другой [88 - 108] мГц. У нас называли УКВ-ЧМ диапазон, а у них FM. FM это не что иное как тоже что и ЧМ только на английский лад (Frequency Modulation). Естественно как и в своё время ХР начали тыкать во все дырки, не соображая что это и для чего? Так и с этим FM носятся! Пока наши радиоприёмники были нашими, все слушали эти УКВ-ЧМ станции, но вот железный занавес приоткрыли и понеслось... Короче потащили из-за границы приёмники с импортным FM, а станций у нас нет! И начали всякие хонурики перестраивать FM на ЧМ... Позже за кордоном смекнули что-почём и стали для нас делать УКВ диапазон совмещённый ЧМ с FM, и всё в одном флаконе.
Итак, амплитудная модуляция применяется для радиовещания, на длинных, средних и отчасти на коротких волнах. А частотная в силу своей специфичности на УКВ диапазоне. Кроме радиовещания ещё для передачи звука в телевидении. А, что такое DSB и SSB? Посмотрите ещё раз на рис.11. Это спектральная диаграмма АМ сигнала (с амплитудной модуляцией). Две боковые полосы, несущие совершенно одинаковую информацию! В середине несущая и как бы транспорт для доставки остального. Но это только для детей объяснение. На самом деле используется только несущая и одна боковая полоса. То есть если на месте приёма подменить сгенерированную несущую, то при передаче можно передавать только одну боковую полосу! С энергетической точки зрения, вся мощность используется только для передачи одной боковой полосы. Такой режим даёт выигрыш по мощности в 4 раза! А вид модуляции называется SSB от английского выражения Single Sideband, — типа связь на одной боковой полосе. На рис.12, 13 показаны соответственно, верхняя и нижняя боковые полосы SSB сигнала. Конечно формирование такого сигнала сложнее чем АМ или ЧМ, но игра стоит свеч! Методов формирования много. Я же применяю подавление несущей кольцевым балансным модулятором. Нижнюю боковою полосу подавляется электромеханическим фильтром. А DSB? DSB, — связь на двух боковых полосах, естественно без несущей. Но как оказалось там есть проблемы... И если для скажем для радиолюбителей неточная настройка при приёме SSB сигнала приводит к смещению звукового спектра в ту или иную сторону. Для служебных станций такое положение может быть недопустимо в силу ряда причин. На практике, во избежание ошибок применяют передачу одной боковой полосы и небольшую часть несущей частоты, так называемый пилот-сигнал. Местный генератор как бы несущей лишь ориентируется на этот пилот-сигнал. Кстати в телевидении, для передачи изображения применяют почти одну боковую и несущую.
Продолжение темы в следующей мини-лекции «Детекторный приёмник» http://www.proza.ru/2018/04/07/1343