Все, что нужно знать о радиотрансляции

Впрочем, основным поставщиком его [Мерлина] прогнозов был самый вульгарный радиоперехват, осуществляющийся детекторным приемником, по слухам, похищенным еще в двадцатые годы с Соловецкой выставки юных техников. - Аркадий и Борис Стругацкие. Понедельник начинается в субботу

Радиотрансляционная станция передает информацию на приемники абонентов кодируя звук с микрофона (в который говорит ведущий) в электромагнитное излучение. В виде блок схемы радиовещательную станцию можно представить следующим образом:

Входной сигнал с микрофона усиливается усилителем звуковой частоты (ЗЧ) и «складывается» с сигналом высокой частоты, который генерируется генератором радио частоты (РЧ). На следующем рисунке видны рисунки (осциллограммы) сигналов на выходе из каждого блока.

Изменения какой-то характеристики во времени, при том эти колебания должны повторяться через промежуток времени, называемый «периодом».

У колебаний есть несколько основных характеристик:

1. длина волны — расстояние между «гребнями» волны,
2. амплитуда — максимальное изменение уровня волны,
3. частота — число колебаний произошедших за единицу времени.

Приведенная схема работает по алгоритму амплитудной модуляции (АМ) Помимо неё существует еще и частотная модуляция (ЧМ, FM, frequency modulation). При таком подходе изменяется частота, а амплитуда колебаний остается постоянной. Радиоволны не видимы, но встречая на своём пути проводник (антенну) они «отдают» ей часть своей энергии.

Весь возможный «спектр» радиовещания условно разбит на несколько диапазонов в зависимости от длины волны:

• УКВ (ультракороткие волны). Длина волны: от 10 мм до 10 м. Частота: от 3ГГц до 300МГц. Применяются в пределах «прямой видимости».
• КВ (короткие волны). Длина волны: от 10 до 100 м. Частота: от 3 до 30 МГц. Отражаются от ионосферы и земной поверхности, что позволяет вести передачу на большие расстояния (несколько тыс км).
• СВ (средние волны). Длина волны: от 100 до 1000 м. Частота: от ХЗ до ХЗ Гц. Днем сильно поглощаются ионосферой, ночью отражаются (слабо поглощаются), что позволяет вести передачу ночью на расстояния до 2000 км (днем — несколько сот метров).
• ДВ (длинные волны). Длина волны: от 1 до 10км. Частота: от ХЗ до ХЗ Гц. Огибают земрую поверхность постоянно отражаясь от ионосферы. Обеспечивают дальнюю и стабильную связь.

Частотную модуляцию применяют для передачи звука в (аналоговом) телевещании и радиовещании в диапазоне УКВ. Амплитудную модуляцию используют на диапазонах ДВ, СВ и КВ.

Радиоприемник

Детекторный приемник

Ниже приведена принципиальная электрическая схема этого приемника. Линнии на рисунке, это проводники, а фигуры — различные радиодетали. Буквы и цифры рядом с ними — универсальные названия элементов на схеме, например «С1» - конденсатор (от англ. Capacitor, практически аналог жаргонного названия «кондер») #1.

Самый простой пример радиоприемника — детекторный, для него не нужна даже батарейка. Состоит он из четырех частей:

1. антенна (обозначена как WA1),
2. колебательный контур (конденсатор C1 и катушка L1),
3. детектор (диод VD1),
4. наушники телефоны (BF1) и конденсатор (C2).

Антенна

Главной частью радиоприемника является антенна. Она одновременно принимает все существующие вокруг сигналы, но никто не хочет слушать это - «смешались в кучу кони, люди». Самой простой антенной является просто натянутая проволока. Никто не мешает скрутить её в спираль (правда это не очень хорошая идея для простейшего радиоприемника) — тем самым она станет занимать меньше места.

Колебательный контур

Для того, чтобы выделить нужную нам частоту приема сигнала используется колебательный контур.

Колебательный контур это устойчивая система из конденсатора и катушки. Устойчивая она в своих постоянных колебаниях (направления движения) электрического тока.

Однажды зарядив конденсатор схема запускается. Конденсатор разряжается, ток попадает на катушку, которая «отфутболивает» электроны обратно и заряжает конденсатор наоборот. Конденсатор разряжается в другую сторону и опять катушка создает свой ток электронов... и так далее. Однако с каждым колебанием напряжения (?) в контуре становится меньше и через некоторое время он затухнет. Если он, конечно, изолированный и не подпитывается извне.

Для выделения нужной частоты среди огромного количества принимаемых используется явление резонанса частоты колебательного контура и колебательного контура состоящего из антенны и конденсатора (открытого колебательного контура). А для выбора частоты резонанса используется переменный конденсатор. Когда пользователь крутит ручку конденсатора контур начинает резонировать с принимаемым сигналом и он немного усиливается — достаточно, чтобы услышать его в наушники.

Детектор

Основан на диоде — полупроводниковом приборе, который проводит ток в одну сторону, а в другую проводит так плохо, что в данном случае можно считать, что вообще не проводит.

На рисунке показан ток до входа в диод (колебания тока) и после (только положительные «гребни» волны). Диод пропускает ток в том направлении, в котором направлена стрелка входящая в символ-изображение.

Динамик

Параллельно наушникам (которые и будет воспроизводить звук и подходят нам из-за своего относительно низкого сопротивления) подключен конденсатор. И не просто так, ибо ток — не дурак, он не течет там где ему течь трудно. Этот конденсор пропускает токи большой частоты (следовательно ток на этом участке цепи идет через него) и плохо звуковые (поэтому ток идет через динамик и мы слышим более-менее «чистый» звук).

Важно, что качество приема (!) зависит от характеристик наушников: лучшая чувствительность будет у радиоприемника с наушниками, имеющими большее число витков (на катушке).

На рисунке приведено строение электромагнитного громкоговорителя. Вообще, нет разницы в устройстве динамика и тем, что чаще всего находится в пластиковой оболочке наушников динамических головных телефонов. Помимо электромагнитного существуют еще электродинамический (в основе устройства — катушка индуктивности) и электростатический (звук создается мембраной, помещенной в электростатическое поле между двумя электродами).

Замечание

Вероятнее всего, что в 80-х годах в школах еще демонстрировали работу простых радиоприемников, но потом из программы эта важная и интересная часть была удалена.