Ниже на рисунке входная цепь самого первого детекторного приемника, собираемого юными радиолюбителями согласно книге В.Г. Борисова "Кружок радиотехнического конструирования".
Руководитель радиотехнического кружка популярно разъясняет юным конструкторам, что L1C2 - колебательный контур, настроенный на частоту принимаемой радиостанции, а переключатель S1 выбирает индуктивность катушки L1 согласно выбранному диапазону волн.
Вопрос вызывает только конденсатор С1, но и его назначение вскоре проясняется - он "ослабляет влияние антенны на настройку приемника". Мало того, при этом еще и увеличивается селективность приемника. Чтобы убедиться в этом, рекомендуется замкнуть конденсатор C1 проволочной перемычкой.
Логично сделать предположение, что примерно так выглядели и детекторные приемники радиолюбителей 1920-х годов. Но вот схема "Первого приемника радиолюбителя" из самого первого выпуска журнала "Радио всем" № 1, 1925 год.
Где конденсатор переменной емкости, где конденсатор, шунтирующий головные телефоны? В те далекие годы конденсатор переменной емкости - вещь совершенно эксклюзивная, их делали самостоятельно, вырезая из металла пластины и каким-то образом меняя их взаимное расположение. Да и конденсатор постоянной емкости приходилось делать самостоятельно, прокладывая листы станиоля (обертка шоколада) листами пропитанной парафином бумаги.
Нет и конденсатора, разделяющего антенну и входные цепи приемника. Ударившая в антенну молния находила выход напрямую через катушку, с неизбежным ответвлением к головным телефонам; для исключения подобного при приближении грозы антенна отсоединялась от приемника и заземлялась специальным "грозовым переключателем" типа двухполюсного рубильника.
Приемник предназначался для приема одной-единственной станции, радиостанции им. Коминтерна, работавшей в те годы на волне длиной 1450 м. Рассчитаем по известной формуле частоту радиоизлучения, получаем 207 кГц.
Так настроен приемник на эту частоту или нет, а если да, то каким образом? При взгляде на антенну по рисунку выше становится ясно, что протянутые на некоторой высоте над землей 2 луча антенны должны обладать некоторой емкостью. Может быть, эта емкость и образует вместе с катушкой колебательный контур, резонирующий на частоте 207 кгц?
Но в тексте статьи (анонимной, автор помечен лишь инициалами) про устройство антенны ничего не говорится, по умолчанию предполагается, что она достаточно стандартная для того времени. Начинаем наше детективное расследование, первое из серии расследования по старым схемам, и по схемам, недостаточно описанным, но представляющих для нас безусловный интерес.
Автор указал размеры каркаса катушки - диаметр 13 см, высота 20 см. Но обмотка выполнена лишь по части катушки, по рисунку можно судить, что обмотка занимает по высоте примерно 18 см.
Что удивительно, автор не счел нужным (или необходимым), указать важнейший параметр катушки - число витков. Расследование становится все более увлекательным. Указано, что диаметр проволоки порядка 1 мм, изоляция проволоки хлопчато-бумажная. Толщина бумажной изоляции провода такого диаметра составляет порядка 0,2 мм, откуда внешний диаметр проволоки 1,4 мм. При плотной намотке на высоте намотки 18 см умещается около 128 витков.
Считаем индуктивность катушки L в мкГн по формуле
L=0,01*D*w↑2/(H/D+0,44)=0,01*13*128↑2/(18/13+0,44)=1167 мкГн
Чтобы настроить катушку на частоту f=207 кГц, к ней необходимо подсоединить параллельно конденсатор емкостью
C=1/(4*пи↑2*f↑2*L), где все единицы в системе СИ.
Подставляя, получаем С=506 пФ. Катушка обладает и собственной (паразитной) емкостью, зависящей в основном от ее диаметра и равной примерно половине диаметра в см. В нашем случае это всего 6 пФ. Остальное обеспечит антенна? Но антенна, кроме емкости, обладает и индуктивностью, даже несмотря на отсутствие в ней витков.
Существуют простые формулы для емкости и индуктивности наружных Г-образных антенн, однолучевых, двухлучевых и трехлучевых. Емкость однолучевой антенны и подвеса можно принять равной 5,6 пФ на каждый метр, двухлучевой плюс 8,9 пФ на каждый метр длины горизонтальной части к емкости подвеса, трехлучевой 11,1 пФ/м. Индуктивность антенны 2 мкГн на каждый метр общей длины однолучевой антенны или подвеса, 1,25 мкГн на метр длины горизонтальной части двухлучевой, и 1 мкГн/м трехлучевой.
И теперь все, что нам остается для доведения расследования до конца - вывести уравнение зависимости суммарной емкости и индуктивности антенны с катушкой от длины антенны, и путем его решения найти длину, при которой контур оказывается настроенным на частоту 207 кГц.
Еще 40-50 лет назад это потребовало бы сложных вычислений посредством логарифмической линейки, арифмометра либо таблиц логарифмов (как вариант - столбиком на листе бумаги). Сейчас же в помощь электронные таблицы MS Excel. Высоту подвеса антенны примем равной 6 метрам, достаточно стандартной величины для тех времен.
Решение можно найти, построив таблицу для длины горизонтальной части антенны от 0 до 100 м, и для каждой длины найти (внеся формулу в одну ячейку и протянув курсором) значение общей емкости, индуктивности, и частоты резонанса. Решение ищем для одно-, двух- и трехлучевой антенны. На рисунке при статье изображена двухлучевая антенна, но без указания размеров.
В построенной таблице для длины горизонтальной части 1-лучевой антенны от 0 до 100 м определены резонансные частоты входной цепи от 578 до 141 кГц, тем самым необходимые 207 кГц "взяты в вилку". Решение оказывается равным 46 м длина горизонтальной части при высоте подвеса 6 м.
Удивительный ответ, практически полное соответствие практическому решению тех времен, когда не диво была и любительская антенна высотой 15 метров.
Можно найти решение и для 2-лучевой антенны, оно оказывается равным длине горизонтальной части 29 м, и для 3-лучевой антенны 24 м. Причина уменьшения горизонтальной длины с увеличением числа лучей понятна - индуктивность входной цепи в основном определяется индуктивностью входной катушки, и для сохранения частоты настройки приходится поддерживать емкость антенны примерно одинаковой, что при увеличенном числе лучей требует их укорочения.
Но в тексте никакого упоминания на необходимость точной подгонки размеров антенны нет, в чем причина? Ведь наверняка и число витков в разных конструкциях окажется разным, хотя и схожим, также и размеры антенны.
Дело в том, что детектор по схеме подсоединен напрямую к колебательному контуру, и шунтирует его. Более сложные схемы подключения, с неполной связью (подключение к части витков катушки либо к другой катушке, индуктивно связанной с первой) у начинающего радиолюбителя еще впереди.
А данная схема прямого подключения существенно снижает добротность колебательного контура, что приводит к низкой избирательности (что несущественно при малом количестве работающих в зоне приема станций, или вообще единственной), и некритичности настройки входных цепей.
Оценить навскидку, чему равно входное сопротивление самодельного детектора с кристаллом из цинкита, галенита или пирита, с точечным контактом из балалаечной струны (называемым в англоязычной радиолюбительской литературе "кошачьими усами"), трудно, но оно не выше нескольких кОм.
При средней индуктивности антенной цепи 2000 мкГн (по результатам наших Excel-расчетов) реактивное сопротивление индуктивности (как и суммарного конденсатора) на частоте 207 кГц составит 2*пи*f*L=2*пи*207.000*0,002=2600 Ом (все единицы в системе СИ).
Чудовищное соотношение - даже при гипотетически полном отсутствии потерь в антенне и катушке, добротность резонансной цепи не превышает нескольких единиц, отсюда резонансная кривая контура очень тупая, ширина полосы пропускания, равная частоте, деленной на добротность, превышает десятки кГц.
Отсюда некритичность настройки к параметрам антенны даже при полном включении антенны в схему. Приемник в пределах Москвы при работе станции им. Коминтерна в любом случае примет сигнал, усовершенствование же первого приемника впереди. Будут предложены схемы с настройкой входной цепи, вариометром или переменным конденсатором, с меняющейся связью антенны с входным контуром, частичным подключением детектора к контуру, что повысит его добротность, а также со смещением рабочей точки кристаллического детектора батареей и потенциометром.
Существуют еще более диковинные схемы детекторного приемника, наподобие рисунка ниже. Проще уже, кажется, быть не может.
Отсутствует даже катушка, но из изложенного выше становится ясно, что в резонанс с принимаемой частотой настроена антенна. Резонансная частота Г-образной антенны соответствует длине волны, примерно равной 6-кратной общей длине антенны, в нашем случае 6*52=318 м для 1-лучевой антенны или 6*30=180 м для 3-лучевой антенны.
Таким образом, на станцию им. Коминтерна с длиной волны 1450 м в диапазоне длинных волн наружная антенна приемлемых размеров настроена никак не может быть, и катушка "первого приемника радиолюбителя" носит специальное название - удлиняющая катушка. Ее назначение - удлинить длину волны, на которой резонирует входная цепь вместе с антенной.
Схема без входного колебательного контура вполне пригодна на средних волнах. На коротких же волнах при внушительной наружной антенне ее длину приходится уменьшать, чему служит последовательно включаемый с антенной укорачивающий конденсатор.
Но все это потеряло смысл через десяток-другой лет, с появлением многоламповых супергетеродинов. Чувствительность выжимали лампами, и радиослушатель 50-х годов уже понятия не имел об установке наружных антенн, его вполне устраивала комнатная с проброшенным куском провода произвольной длины или крохотная рамочная антенна.
На этом расследование по данному эпизоду заканчивается. Следующее расследование - по случаю чудесного спасения пилота и пассажира потерпевшего крушения в джунглях Венесуэлы самолета в 1971 году. Приемник у бедолаг был, но не было передатчика. Пассажиру-радиолюбителю удалось сделать из катушки зажигания самолетного двигателя искровой передатчик и передать на известной частоте расположенной в окрестности военной базы сигнал бедствия. Сигнал был услышан, за потерпевшими бедствие выслан вертолет.
Мы располагаем схемой и фотографией передатчика, и постараемся восстановить по фотографии конструктивные особенности передатчика и антенны. Следите за каналом.
P.S. С завершенным вторым детективным исследованием можно познакомиться по ссылке.
