Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы

• Название: Шаг за шагом. Транзисторы
• Автор: Рудольф Сворень
• Издательство: "Детская литература"
• Жанр: Радиотехника
• Год: 1971

Книга написана простым языком и ориентирована на средний и старший школьный возраст. В ней автор доступным языком излагает основы работы полупроводниковых приборов. Книга сопровождается множеством иллюстраций, благодаря чему шаг за шагом постигается сложный мир внутри транзисторов.

Поскольку книга больше ориентирована на детей, то повествование идет буквально "на пальцах", не используется никаких сложных формул или вычислений — только как полупроводниковые приборы работают и как их использовать.

---

Поясним это числовым примером. Допустим, что нажата клавиша, издающая звук с частотой 440 гц («ля» первой октавы). В результате искажений этого звука появятся его гармоники — 880 гц, 1320 гц, 1760 гц и т. д. Аналогично звук с частотой 523 гц («до» второй октавы) даст гармоники 1046 гц, 1569 гц, 2092 гц и т. д. Когда же наше ухо подвергнет искажениям одновременно оба звука, то, кроме всех этих гармоник, появятся многочисленные комбинационные частоты и в их числе — синусоидальные колебания с суммарной частотой 963 гц (523 + 440) и разностной (промежуточной) частотой 83 гц (523–440).

Детально пояснить причину появления комбинационных частот довольно трудно: для этого нужны длинные математические выкладки и немало новых, сравнительно сложных понятий. Поэтому всем желающим убедиться в том, что разностная (промежуточная) частота действительно возникает, можно посоветовать лишь нажимать на две близкие клавиши рояля и внимательно прислушиваться к их совместному звучанию.

Есть, правда, еще один способ удостовериться в том, что при одновременном искажении двух сигналов появляется разностная (промежуточная) частота: достаточно включить какой-нибудь супергетеродинный приемник и убедиться в том, что он действительно работает. Лучшего доказательства существования промежуточной частоты и не придумаешь. Потому что в супергетеродине сам сигнал принимаемой станции, как правило, перестает существовать уже в первом каскаде. А дальше усиление, отделение от помех и детектирования производится с рожденным в самом приемнике сигналом промежуточной частоты.

Блок-схема супергетеродинного приемника приведена в верхней левой части рис. 119, листок А. Принятый сигнал с частотой fсиг подается на преобразователь частоты. Туда же подается вспомогательный сигнал с частотой fг от собственного маломощного генератора, расположенного в самом приемнике. Этот генератор называется гетеродином, а частоту его можно менять переключением катушек и изменением емкости конденсатора настройки. Преобразователь частоты соединен с усилителем ПЧ, все контуры которого раз и навсегда настроены на промежуточную частоту fпр.

Рис. 119. При одновременном искажении двух сигналов возникают составляющие с разностной и суммарной частотами.

Мы уже говорили, что на коротких и даже на средних волнах входной контур может пропустить сразу несколько сигналов. Встретившись в преобразователе частоты с этими прошедшими через входной контур сигналами, переменное напряжение гетеродина создаст с ними разностные частоты. Но только одна из этих разностных частот, принадлежащая только одной, нужной нам станции, будет равна стандартной промежуточной частоте, на которую настроены все контуры приемника. И только эту разностную частоту усилитель ПЧ пропустит к детектору.

Если вы захотите принять другую станцию, то нужно будет изменить частоту гетеродина так, чтобы он создал сигнал стандартной промежуточной частоты уже с этой другой станцией. Изменяя частоту гетеродина, мы будем получать промежуточную частоту 465 кгц, то с одной, то с другой, то с третьей станции, то есть будем перестраивать приемник с одной станции на другую.

Несколько слов о самом главном элементе супергетеродина — о преобразователе частоты. Этот элемент должен обязательно искажать форму сигнала так, как, скажем, наше ухо искажает звук. Без этих искажений в принципе не могут появиться новые составляющие, в том числе не может появиться и разностная частота. Иногда роль преобразователя частоты выполняет диод, но чаще — транзистор, работающий где-то в районе загиба входной характеристики. Только в этом случае оба сигнала — поступивший из входной цепи и сигнал собственного гетеродина — будут искажаться и дадут разностную частоту.

Кстати, о слове «искажения». В данном случае его, по-видимому, нельзя считать удачным, хотя оно и правильно отражает все, что происходит с сигналами. Подобно тому, как наше ухо искажает звук с «хорошими намерениями» и в результате таких искажений у звука лишь появляется приятная тембровая окраска, так и преобразователь обычно не искажает, не портит низкочастотную огибающую принятого сигнала, не портит конечную продукцию приемника — звук. И когда дело касается создания промежуточной частоты, то никогда не говорят об искажении сигналов, а называют этот процесс преобразованием частоты.

Уделив так много внимания принципу супергетеродинного приема, мы сейчас совершим резкий поворот и оставим в стороне практические схемы транзисторных супергетеродинов.

Во-первых, постройка такого приемника связана со многими трудными для любителя операциями, в частности — с настройкой большого числа контуров. Во-вторых, каждый желающий построить транзисторный супергетеродин сможет воспользоваться одним из многих его подробных описаний, имеющихся в радиолюбительских брошюрах и журналах. И, наконец, третье. Совсем не обязательно строить приемник для того, чтобы на практике посмотреть, как осуществляется преобразование частоты. Понаблюдать за этим интересным процессом можно и в каком-нибудь другом электронном приборе, например в металлоискателе или электромузыкальном инструменте — терменвоксе.

Этот инструмент получил свое название по имени изобретателя — советского радиоинженера Льва Термена. Он построил терменвокс еще лет пятьдесят назад, и с тех пор этот родоначальник электронной музыки обошел весь мир. Лев Термен демонстрировал терменвокс Ленину, и, как рассказывают очевидцы этой демонстрации, Владимир Ильич проявил большой интерес к одному из первенцев электроники.

Принцип действия терменвокса поясняет рис. 120.

Рис. 120. В терменвоксе и металлоискателе используется изменение разностной частоты при расстройстве одного из генераторов.

Основа этого музыкального инструмента — два высокочастотных генератора и преобразователь частоты. Частоты генераторов f1 и f2 выбираются таким образом, чтобы разностная частота fразн лежала в звуковом диапазоне. Так, например, если f1 = 100 кгц, а f2 = 101 кгц, то разностная частота как раз и составит 1 кгц, то есть попадет в область звуковых частот.

В дальнейшем электрические колебания разностной частоты усиливаются и превращаются в звук с помощью громкоговорителя. Один из генераторов терменвокса всегда дает постоянную частоту, а частоту второго генератора можно в небольших пределах менять. При этом меняется и разностная частота, то есть меняется высота звука. А именно это прежде всего и требуется от музыкального инструмента.

Необходимое изменение частоты одного из генераторов терменвокса осуществляется следующим образом. К контуру этого генератора подключают металлический штырь и приближают к нему руку. При этом создается некий конденсатор, одной обкладкой которого является штырь, а второй — рука. В контур вносится дополнительная емкость Свн, которая зависит от расстояния между рукой и штырем. Перемещая руку относительно штыря, мы меняем емкость контура, а значит, и частоту генератора. Вместе с ней меняется разностная частота, меняется высота звука.

Практическая схема простого транзисторного терменвокса приведена на рис. 112.

Рис. 112. Схема электрическая принципиальная терменвокса.

Генератор фиксированной частоты (Т1) собран по трехточечной схеме с емкостной обратной связью. В колебательный контур входят не только катушка L1 и конденсатор С3, но еще и емкостный делитель С4С5, подключенный параллельно контуру (один конец делителя соединен с контуром непосредственно, а второй — через «землю» и конденсатор С1). Транзистор подключен к контуру так, чтобы выполнялось условие фаз: эмиттер соединен со средней точкой емкостного делителя, а к крайним точкам контура присоединены коллектор (непосредственно) и база (через конденсатор С2). Остальные элементы генератора нам известны по предыдущим схемам — это резисторы термостабилизации и развязывающий фильтр.

Точно по такой же схеме собран и второй генератор (Т2), частота которого должна меняться. Связь контурной катушки со штырем осуществляется с помощью катушки связи L3.

Следующий каскад — усилитель высокой частоты, на который с обоих генераторов (с эмиттеров Т1Т2) подаются два высокочастотных напряжения с частотами f1 и f2. Генераторы соединены с входом усилителя ВЧ (Т3) через RС-цепочки (R19C12 и R10C11), которые ослабляют взаимное влияние генераторов, препятствуют «затягиванию» частоты. Это явление состоит в том, что при небольшой разности между частотами f1 и f2 один генератор «навязывает» свою частоту другому, и в итоге оба они дают одну и ту же частоту. При этом разностная частота становится равной нулю, то есть звук просто исчезает. «Затягивание» препятствует приближению частоты f2 к частоте f1, то есть препятствует получению достаточно низких звуков (50–80 гц). Чтобы предотвратить «затягивание», для каждого генератора часто делают собственный, так называемый буферный, усилитель ВЧ и уже с этих усилителей подают сигналы на детектор.