Приемник сделан в типографии

Еще совсем недавно поговорку «Сапожник без сапог» можно было с полным правом отнести в адрес радиоэлектроники. Точные электронные приборы открыли дорогу для широкой автоматизации самых различных отраслей производства, в то время как сама технология изготовления автоматов, причем как и другой радиоэлектронной аппаратуры, долго оставалась на кустарном уровне. Ну как можно автоматизировать такой процесс, как сборка приемников и телевизоров? Какой автомат сумеет точно установить множество больших и маленьких деталей, проложить десятки проводов, а затем, безошибочно направив в цель тонкое жало паяльника, смонтировать сложную схему?

Первую брешь пробил печатный монтаж, который позволил «одним махом» изготавливать все главные соединительные цепи. Один из методов печатного монтажа использует фольгированные (то есть покрытые тонким слоем медной фольги) пластинки из изолятора – гетаникаса. На фольгу с помощью обычного печатного станка наносится кислотоупорной краской замысловатый рисунок – изображение соединительных цепей. Затем пластинку погружают в кислоту, которая растворяет всю медь за исключением участков, защищенных краской. Так на изоляционной пластине появляются тонкие, как бы напечатанные провода, к которым в дальнейшем припаиваются (этот процесс, кстати, также можно автоматизировать) необходимые детали.

Печатный монтаж применяется в ряде отечественных приемников и телевизоров, в частности, в радиоле «Латвия». При ремонте печатных панелей отдельные участки цепей можно заменять обычными проводами.

 

* * *

Попробуем четко представить себе, что произошло в результате амплитудной модуляции и как ее можно использовать для передачи сообщений. Высокочастотный ток так и остался высокочастотным током, он так же, как и раньше, является началом всей цепочки – ток в передающей антенне – радиоволны – ток в приемной антенне. Ничуть не изменились процессы излучения радиоволн, их распространения в пространстве, наведения тока в приемной антенне. И все же на всем теперь остались следы модуляции, отпечаток низкочастотного сигнала. В обычной телефонной линии мы с помощью микрофона меняли постоянный ток, который давала батарея, на другом конце линии телефон улавливал эти изменения электрического тока и переводил их на язык звуков, то есть превращал в звуковые волны. Теперь мы подобным же образом изменяем амплитуду высокочастотного тока на передающей стороне. Радиоволны, в точности повторяя все эти изменения (меняется амплитуда тока, меняется и интенсивность излучения), создают точно такой же модулированный ток в приемной антенне. Теперь нам нужно найти прибор, который мог бы уловить все появившиеся в результате модуляции изменения высокочастотного тока и превратить их в звук. Это должна быть копия того звука, который менял сопротивление микрофона на передающей стороне радиолинии.

Но позвольте! Зачем искать какой‑то новый прибор? Возьмем и включим в цепь приемной антенны обычный головной телефон или громкоговоритель. Ведь это отличные переводчики с «электрического» языка на «звуковой»! Попробовали, включили и… ничего не вышло. Почему?

Во‑первых, громкоговоритель и телефон слишком медлительны. Их подвижные части – мембрана и диффузор – не поспевают за быстрыми изменениями высокочастотного тока и попросту стоят на месте. Но это трудность преодолимая – можно в конце концов построить специальный электроакустический преобразователь, который будет работать на высоких частотах, создавать высокочастотный звук, или, как его обычно называют, ультразвук. Ну а зачем это нужно? Ведь наше ухо ультразвука все равно не услышит. Да и нужен‑то совсем не ультразвук, а обычные низкочастотные звуковые колебания, проще говоря, необходимо воспроизвести речь или музыку, то есть то, что звучало перед микрофоном на передающей стороне. Вывод отсюда может быть только один – нужно так преобразовать модулированный высокочастотный ток, чтобы получить электрическую копию звука – электрический сигнал, который по частоте и по форме кривой будет повторять все изменения звукового давления на мембрану или диффузор микрофона. Такое преобразование осуществляется с помощью довольно простого прибора – детектора.

 

Один из трех китов

 

 

 

Людям, наверное, жилось довольно просто, когда они верили, что Земля держится на трех китах. Их не мучали проблемы небесной механики, парадоксы времени, загадки тяготения. Но, конечно, за этим спокойствием стояла страшная беспомощность, беспомощность, которую даже трудно представить себе современникам космических полетов, электронного мозга, расщепленного атома…

Рассматривая работу приемника, мы для облегчения могли бы просто назвать три главных преобразования, на которых держится техника радиоприема. Прежде всего, это преобразование электромагнитных волн в высокочастотный ток.

Второй кит – детектирование – преобразование модулированного высокочастотного тока и выделение переменного тока низкой частоты, «электрической копии» звукового сигнала. Ну и наконец, третий кит – преобразование тока низкой частоты в звук.

Эти три процесса – необходимый минимум[2], который может обеспечить работу простейшего приемника. Такой приемник будет работать плохо, но все‑таки работать будет.

У нас уже был разговор о том, как в приемной антенне электромагнитные волны наводят переменный ток. Знакомы мы и с громкоговорителем, который с помощью переменного тока низкой частоты создает звуковые волны. Теперь настала очередь познакомиться с детектированием.

Детектирование – процесс весьма простой и очень наглядный. Подробные и упрощенные описания его есть во всех книгах по основам радиотехники и уж во всяком случае во всех книгах, посвященных работе радиоприемника. Одним из подобных упрощенных и наглядных объяснений работы детектора воспользуемся и мы.

Для начала отметим, что главный элемент в схеме детектора– это прибор, обладающий односторонней проводимостью. Этот прибор так и называется – электрический вентиль. Он пропускает ток только в одном направлении, подобно тому, как обычный вентиль легко пропускает воздух внутрь велосипедной камеры и не выпускает его обратно.

Давайте включим такой вентиль в цепь высокочастотного тока, который мы когда‑то пытались пропустить через телефон (стр. 52). После включения вентиля (рис. 18, а) через телефон уже пойдет не переменный ток, а импульсы тока только одного направления. Какого? Это зависит от того, как включен вентиль, в какую сторону он пропускает ток. Кстати говоря, для работы детектора, по крайней мере простейшего, направление импульсов тока никакого значения не имеет. Для любого случая в нашей простой схеме импульсы тока обратного направления пройдут мимо телефона, через вспомогательное сопротивление R₁.

 

 

Рис. 18

 

Помните, почему громкоговоритель и телефон не работали от высокочастотного тока, не могли преобразовать его в такие же высокочастотные звуковые волны? Здесь все дело в инерции подвижной системы, в том, что она не успевает за всеми изменениями тока. Только начнет мембрана телефона двигаться в одну сторону, как направление тока изменится и мембране уже нужно поворачивать обратно. Такие изменения направления тока происходят сотни тысяч и миллионы раз в секунду. Где уж тут успеть… Другое дело, когда с помощью вентиля мы оставляем импульсы тока только одного направления. Один из этих импульсов слегка сдвинет мембрану, другой подтолкнет дальше, третий еще дальше, и так постепенно мембрана отклоняется от своего нейтрального положения. Чем больше амплитуда высокочастотного тока, тем, естественно, дальше отклонится мембрана телефона.

В приемной антенне, так же как и в передающей, протекает модулированный ток. Поэтому амплитуда импульсов тока, полученных после детектирования, также окажется модулированной. В результате мембрана телефона будет медленно двигаться то в одном, то в другом направлении, следуя за всеми изменениями амплитуды. Амплитуда импульсов увеличивается – мембрана движется дальше, амплитуда уменьшается – мембрана возвращается.

Ну а что представляют собой и откуда появились эти изменения амплитуды? Модуляцию высокочастотного тока мы осуществили на передающей стороне линии радиосвязи. Это было сделано с помощью низкочастотного сигнала, который в свою очередь является электрической копией передаваемого звука. В изменениях амплитуды и запечатлен этот звук: если нарисовать график огибающей, то есть линию, соединяющую все амплитуды модулированного сигнала, то он в точности совпадет с графиком передаваемого звука. В соответствии с таким графиком будет совершать колебания мембрана нашего телефона, а это значит, что она воспроизведет звук, с помощью которого осуществлялась модуляция.

* * *

 

ПРОЩЕ НЕ БЫВАЕТ

Это выражение почти всегда гипербола, а вот приемник, схема которого здесь приводится, действительно самый простой – проще не придумаешь.

С хорошей антенной и заземлением приемник типа «проще не бывает» может принять местную станцию, и, к сожалению, даже не одну. «К сожалению» – это потому. что в приемнике нет колебательного контура, он совершенно лишен избирательности и все достаточно сильные сигналы воспроизводит одновременно.

 

 

* * *

Таким объяснением работы детектора можно было бы ограничиться, однако мы попробуем вникнуть в дело немного глубже. Еще в начале этой главы мы отнесли детектирование к числу наиболее важных преобразований сигнала в радиоприемнике. К тому же это преобразование весьма типичное, и с подобными процессами мы еще встретимся в этой книге. Словом, стоит разобрать подробнее, что происходит с сигналом при детектировании.

Для начала снимем маску с таинственного незнакомца, представим публике главного героя – электрический вентиль. Эту важную роль, как и полагается в театре, могут исполнять несколько «артистов» – несколько различных по принципу действия и устройству электронных приборов. Пока мы ограничимся знакомством с одним из них – точечным полупроводниковым диодом.

Полупроводник – это, попросту говоря, плохой проводник. Он проводит ток, но проводит его во много тысяч раз хуже, чем, например, медь или сталь. Но зато с помощью тонких технологических приемов можно в широких пределах влиять на свойства полупроводниковых материалов – менять их сопротивление, менять подвижность, количество и даже знак свободных зарядов. Так, в частности, находят применение полупроводниковые материалы германий и кремний двух типов.

В одном из них основная масса свободных зарядов – электроны. Это германий и кремний типа n (от слова negativ – отрицательный). Другой тип полупроводниковых материалов – германий и кремний типа р (от слова positiv – положительный) в основном содержит свободные положительные заряды.

К сожалению, мы сейчас не можем подробно выяснить, как появляются и двигаются эти положительные заряды, как они «выглядят». Если у вас возникнет потребность как‑нибудь их себе представить, то придется пойти на самообман – считать, что в полупроводнике р ‑типа есть свободные положительные ионы. Самообманом это будет потому, что в действительности положительные ионы в полупроводнике неподвижны, хотя движение положительного заряда все‑таки существует. Происходит это примерно так: положительный ион, атом с недостающим электроном разными путями «переманивает» к себе электроны из другого нейтрального атома, который в результате сам становится положительным ионом. Таким образом, «пустые места», или иначе «дырки», кочуют по полупроводнику, то есть происходит перемещение положительного заряда.

Работа любого полупроводникового прибора, в том числе и диода, основана на интересных процессах, которые происходят в так называемом рn ‑переходе. Этот переход представляет собой область, где соприкасаются два полупроводниковых материала с разным типом проводимости, например, германий р и n типа (рис. 19, а). Вы только не подумайте, что для того, чтобы получить рn ‑переход, берут два куска разных полупроводников и прижимают их друг к другу. Основой перехода всегда служит полупроводник с каким‑то одним типом проводимости. На определенном участке в него добавляют небольшое количество примесей и получают другой тип проводимости. Так в одном куске, в небольшом полупроводниковом кристалле получают рn ‑переход. К каждой его зоне особым образом припаивают металлические выводы, и полупроводниковый диод готов. Вы, конечно, догадались, что диодом он называется именно потому, что имеет две главные детали – зону р и зону n. Приставка «ди» обычно означает «два». В детекторе радиоприемника могут применяться только точечные диоды.

 

 

Рис. 19

 

Замечание о приемнике напоминает, что нам пора возвращаться к главной теме разговора – к детектированию. Но перед этим предстоит еще выяснить, «куда запрягается лошадь» – каким образом диод может играть роль вентиля, почему он пропускает ток только в одну сторону.

Давайте подключим диод к батарейке карманного фонаря (это так называемый мысленный эксперимент – если произвести такое включение по‑настоящему, диод просто выйдет из строя), причем подключим его так, чтобы плюс был соединен с зоной р, а минус с зоной n (рис. 19, б). При этом электроны двинутся из зоны n в сторону плюса, а положительные заряды из зоны р в сторону минуса. На границе между зонами будет происходить обмен зарядами, и в цепи пойдет ток. Теперь давайте включим диод наоборот – зону р подключим к минусу, а зону n – к плюсу (рис. 19, в). В этом случае заряды двинутся в обратную сторону – не по направлению pn ‑переходу, а от него. В результате между зонами окажется участок полупроводника, практически лишенный свободных зарядов, проще говоря, в цепи появится разрыв. Вывод: полупроводниковому диоду далеко не безразлично, как подключена к нему батарея – при одной полярности он пропускает ток, при противоположной – не пропускает. Или иначе – диод пропускает ток только в одну сторону.

Вот теперь можно возвращаться к детектору. Только мы уже не будем заниматься простейшей схемой с головным телефоном (рис. 18, а), а рассмотрим реальную схему диодного детектора, схему, которую в том или ином виде можно встретить в любом ламповом или полупроводниковом приемнике (рис. 18, б). Здесь источником высокочастотного сигнала для детектора уже не будет служить антенна – в реальном приемнике сигнал никогда не попадает на детектор прямо из антенны. И хотя в нашем случае это больше похоже на шутку, мы все же воспользуемся приемом, который применяется в теоретической радиотехнике – введем «черный ящик».

Когда известно, что сигнал претерпевает какие‑то изменения, но не известно, какие именно и в каких электрических цепях они проходят, на схеме рисуют квадрат или прямоугольник с двумя входными и двумя выходными проводами. Это так называемый четырехполюсник, содержимое которого не известно, а известно только, что подается на вход и что получается на выходе. По‑видимому, желая подчеркнуть таинственность процессов, происходящих внутри четырехполюсника, ему дали название «черный ящик», хотя совершенно ясно, что ничего таинственного в ящике не происходит. Часто он вводится просто как временная мера, когда нет оснований или, наконец, просто не хватает знаний для того, чтобы выяснить, что же происходит в четырехполюснике с таким интригующим названием. Вот такой «черный ящик» введем и мы на пути от антенны к детектору. К его входным зажимам мы подключим антенну и заземление, а к выходным – детектор.

Забегая вперед, отметим, что в нашем «черном ящике» происходят два важнейших процесса, о которых мы уже упоминали в начале главы, – выделение сигнала нужной станции из множества других, действующих в антенне, и усиление этого избранного сигнала. Пока же мы ограничимся следующими сведениями – сигнал на выходе четырехполюсника, то есть напряжение на входе детектора является точной копией высокочастотного модулированного тока, который радиоволны нужной нам станции навели в приемной антенне.

Нет на нашей схеме и телефона – его место заняло обычное сопротивление. Это так называемая нагрузка детектора, потребитель результатов его «труда». Каковы эти результаты, что именно получает нагрузка от детектора – в этом мы сейчас попробуем разобраться.

Для начала рассмотрим случай, когда на передающей стороне выключен микрофон и высокочастотный сигнал как в передающей, так и в приемной антенне не модулирован (рис. 23, а, б, в). В этом случае к детектору, точнее, к цепочке диод – нагрузка с выхода «черного ящика» подводится переменное напряжение высокой частоты с неизменной амплитудой. Диод пропускает ток только в одну сторону – об этом уже говорено‑переговорено – и поэтому в цепи детектора пойдут импульсы тока, каждый из которых длится половину периода. Вторую половину периода тока в цепи нет – антракт.

Можно легко представить себе такой пульсирующий ток. Электроны движутся в проводнике рывками – рывок, остановка… рывок, остановка… Но поскольку направление этих рывков не меняется, то постепенно электроны сдвигаются в одну сторону, так же как и при постоянном токе. Более того, если не обращать внимания на пульсации, на неравномерность движения электронов, то можно считать, что в цепи детектора протекает постоянный ток.

Пульсирующий ток, о котором идет речь, можно получить искусственным путем, без помощи детектора. Для этого нужно иметь два генератора, один из которых дает постоянный, а другой – переменный ток (рис. 20).

 

 

Рис. 20

 

Если пропустить оба тока по одной общей цепи и определенным образом подобрать их величину, то можно добиться того, что в некоторые моменты времени, а именно в те полупериоды, когда переменный ток идет навстречу постоянному, тока в цепи вообще не будет.

Так, например, если в каком‑то направлении по проводнику движется десять электронов и одновременно десять электронов идет навстречу им, то это равносильно тому, что никакого упорядоченного движения электронов вообще нет. В реальном случае дело не доходит до движущихся зарядов. В определенный момент переменное напряжение действует против постоянного и полностью нейтрализует его, а поэтому практически нет силы, которая могла бы двигать заряды, то есть создавать ток. Таким образом, между импульсами появляются паузы.

Если мы получили «синтетический» пульсирующий ток из постоянного и переменного, то нельзя ли решить обратную задачу – выделить постоянный и переменный ток из пульсирующего? Можно, и именно этим мы с вами сейчас должны будем заняться. Правда, придется потерпеть до следующей главы, чтобы узнать, как именно такое разделение может быть осуществлено. Пока же мы ограничимся тем, что объявим конечный результат – пульсирующий ток в цепи детектора (рис. 23, а) можно разделить на постоянную (рис. 23, в) и переменную (рис. 23, б) составляющие.

Переменную составляющую мы в дальнейшем будем называть высокочастотной. Во‑первых, она действительно имеет высокую частоту: ведь сами импульсы тока в цепи детектора – это высокочастотные импульсы, далекие потомки высокочастотного тока, наведенного в антенне. Во‑вторых, нам необходимо ввести слово «высокочастотная» еще и потому, что переменная составляющая, о которой идет речь, это не единственный переменный ток, протекающий в цепи детектора.

До сих пор мы рассматривали случай, когда на передающей стороне микрофон выключен, ну, например, потому, что из дикторского текста потерялась какая‑то страничка и дикторы, объявив минутный перерыв, лихорадочно перебирают бумаги на столе. Наконец нужный листок обнаружен, микрофон включен, и передача продолжается. Дикторы могут облегченно вздохнуть, а для нас начнутся новые неприятности – вся описанная картина разделения пульсирующего тока окажется неверной.

Как только диктор начал говорить, ток в передающей антенне становится модулированным и значит амплитуда импульсов тока в цепи детектора также изменяется в соответствии с модуляцией (рис. 20, г). Теперь и после разделения этого тока на составляющие каждая из них будет носить следы модуляции. Что касается высокочастотной составляющей (рис. 23, д), то она не очень‑то нас интересует. А вот постоянной составляющей придется заняться.

Эту составляющую уже нельзя называть постоянной (рис. 23, е). Раз меняется амплитуда импульсов, значит меняется и средняя скорость электронов, значит постоянный ток тоже меняется. Какой же он после этого постоянный?

Ток, который раньше был постоянным, теперь стал пульсирующим. Пульсирует он сравнительно медленно, величина его редко становится равной нулю и все‑таки это пульсирующий ток – с неизменным направлением и изменяющейся величиной. Самое интересное это то, что, изменяясь, он в точности повторяет все изменения амплитуды высокочастотного пульсирующего тока (рис. 23, г).

Есть такая детская игра – кто‑нибудь из ее участников ищет спрятанный предмет, а остальные ему подсказывают. Если поиск ведется в правильном направлении, все кричат «тепло!», если в неправильном – «холодно!». По мере приближения к спрятанному предмету «температура» нарастает – слышатся возгласы «теплее!», «еще теплее!», «очень тепло!».

Если мы сравним себя с тем участником игры, который ищет и приближается к цели, то публика уже может кричать «горячо, очень горячо!». Несмотря на все отклонения в сторону, забегания вперед и отступления назад, мы, наконец, добрались до главного результата работы детектора, результата, ради которого и нужен детектор.

Мы уже говорили, что можно получить синтетический пульсирующий ток, пустив в общую цепь постоянную и переменную составляющие, взятые из отдельных генераторов. Ну, а подумайте, какой пульсирующий ток мы получим, если роль этих генераторов будут выполнять обычная батарейка и микрофон, установленный на передатчике. Догадались? Ну, конечно! В этом случае мы получим низкочастотный пульсирующий ток точно такой же, какой протекает в цепи детектора (рис. 23, е). И, наоборот, если мы в детекторе отделим от низкочастотного пульсирующего тока постоянную составляющую (рис. 23, з), то получим (рис. 23, ж) копию переменного тока, созданного микрофоном. Этот низкочастотный переменный ток можно пропустить через звуковую катушку громкоговорителя и получить при этом такой же звук, какой заставил колебаться диффузор микрофона.

 

 

Рис. 23. а‑з  .

 

Вот и замкнулась наша цепь – звук прошел длинный путь от микрофона до громкоговорителя, как любят говорить радиоспециалисты, «от уха до уха». На этом длинном пути произошло множество интересных преобразований. Вначале звук превратился в низкочастотный ток, а он в свою очередь модулировал ток высокой частоты, затем с помощью модулированного высокочастотного тока мы излучили в пространство радиоволны, которые, добравшись до антенны приемника, создали в ней копию своего «родителя» – такой же, как и в передающей антенне модулированный ток высокой частоты. С помощью детектора мы преобразовали этот ток в пульсирующий и, наконец, выделили из него низкочастотную составляющую (рис. 23, ж), которая направилась в громкоговоритель для того, чтобы воссоздать первоначальный звук.

Мы, правда, несколько преждевременно употребили слово «выделили». Пока мы еще ничего не выделили, пока мы только отметили, что пульсирующий ток в цепи детектора можно разделить на три составляющие – высокочастотную, постоянную и нужную нам низкочастотную. Но как произвести их разделение, как отделить и направить в громкоговоритель ток низкой частоты, без каких бы то ни было посторонних «примесей»?

Решить эту задачу можно только с помощью электрических фильтров.

 

Электрические фильтры

 

 

 

Настало время выяснить то, что было недосказано о разделении сигналов на составляющие. Впервые мы заговорили об этом, когда возникла необходимость отличать звуковые колебания одной и той же частоты, но с различной тембровой окраской, с различной формой кривой. Тогда‑то мы и ввели понятие о спектральном составе звука, вспомнили, что наш слуховой аппарат разделяет любой сложный звук на синусоидальные составляющие и затем уже анализирует их частоты и соотношение амплитуд. Каким образом все это осуществляется практически, мы тогда не сказали – этой, пока еще не очень ясной проблемой занимаются физиологи, а не радисты.

С помощью микрофона звуковые волны преобразуются в переменный электрический ток. Здесь мы опять намекнули, что протекающий в цепи микрофона ток сложной формы можно разбить, или, как говорят обычно, разложить на синусоидальные токи примерно так же, как ухо разделяет на составляющие сложный звук. И опять мы не сказали, как можно практически осуществить подобное разделение, теперь уже электрического сигнала. Правда, в этом случае никаких неясностей нет и можно было бы все объяснить, но мы к этому просто не были подготовлены.

Наконец, в предыдущей главе мы опять столкнулись с разделением электрического сигнала на составляющие – сначала смодулированный пульсирующий ток был представлен в виде суммы постоянной и высокочастотной составляющих, затем модулированный ток в виде суммы постоянной, высокочастотной и низкочастотной составляющих. Выделение тока низкой частоты – задача, имеющая для нас первостепенное практическое значение. Поэтому настал момент «раскрыть карты» и мы выводим на арену электрические фильтры – устройства для разделения сложных электрических сигналов на различные составляющие.

Прежде всего полезно еще раз задуматься над вопросом, а что это, собственно говоря, значит: разделить сложный ток на составляющие? Если вам захочется найти какое‑нибудь сравнение, помогающее лучше понять этот процесс, то ни в коем случае не отправляйтесь за примерами в автомобильную или часовую мастерскую. Правда, там в основном только тем и занимаются, что разбирают сложные механизмы на составные части, но ничего общего с «разборкой» сложного тока такое занятие не имеет. В сложном токе вообще нет никаких составных частей, которые можно было бы сравнить со всякими там карбюраторами, амортизаторами или маятниками.

* * *

 

ОЛОВО, КАНИФОЛЬ И НИКАКИХ ФАНТАЗИЙ!

При ремонте электрического утюга или настольной лампы вы соединяете провода, просто скручивая их. В радиоэлектронной аппаратуре все соединения осуществляются только с помощью пайки. В джунглях монтажных проводов, сопротивлений, конденсаторов и катушек удобней всего пробираться с небольшим торцовым электрическим паяльником. Паять нужно быстро и аккуратно – многие детали, например полупроводниковые диоды и триоды, могут выйти из строя из‑за перегрева.

Для пайки применяется один из оловянных припоев, например, сплав 60 % олова и – 40 % свинца. Однако никакая пайка не будет держаться, если пользоваться только одним припоем. К нему обязательно нужен «гарнир» – канифоль. Она очищает место спая от окислов и создает условия для прочного соединения металлов. Перед тем как паять какой‑нибудь провод, его нужно зачистить и с помощью канифоли залудить – покрыть тонким слоем припоя.

Некоторые радиолюбители, когда у них не оказывается под руками канифоли, начинают искать какую‑нибудь «похожую» замену. Пробуют воск, стеарин, смолу и даже кислоту… Результат почти всегда одинаков – пайка довольно быстро отваливается.

 

* * *

Сложный ток можно уподобить массивной каменной глыбе, ну, скажем, бесформенному гранитному монолиту. Именно с этого образа мы в свое время начинали разговор о спектральном составе сложного звука. Этот образ сохраняет свою достоверность и сейчас, когда речь идет о разделении сложного тока на составляющие.

Для того чтобы разрезать бесформенную глыбу, например, на большие и маленькие кубы или шары, нужно иметь специальные шаблоны. Глыба, если можно так выразиться, дает материал, обеспечивает массу и только с помощью определенных шаблонов из этой массы удается выделить куски нужной формы. Подобно этому сложный ток обеспечивает только движение электрических зарядов, представляет в наше распоряжение их энергию. Нам предстоит найти такие устройства, такие электрические «шаблоны», которые могли бы выделить нужные нам электрические составляющие, например, синусоидальные токи различных частот или переменные и постоянные токи. Подобные шаблоны можно построить из реактивных электрических элементов – конденсаторов и катушек индуктивности.

В принципе конденсатор устроен очень просто – в нем имеются две металлические пластины, между которыми находится тонкий слой изолятора (рис. 21, а). От пластин – их часто называют обкладками – сделаны проволочные выводы, с помощью которых конденсатор можно включить в электрическую цепь. В качестве изолятора могут применяться самые различные вещества, но чаще других встречаются воздушные, слюдяные, керамические, бумажные и стиррофлексные конденсаторы. Вы уже, наверное, догадались, что в данном случае название конденсаторов говорит о том, какое изолирующее вещество находится между обкладками. Иногда в название включают еще и особенности конструкции. Например, название КДК относится к керамическому конденсатору с обкладками в виде плоских дисков. В керамическом конденсаторе КТК, обкладки выполнены в виде двух вставленных одна в другую концентрических трубок, между которыми находится тонкий слой керамики.

Включение конденсатора в цепь постоянного тока равносильно разрыву этой цепи – через изолирующую прослойку, а значит и через весь конденсатор ток пройти не сможет. Но из этого совсем не следует, что конденсатор можно приравнять к обычному выключателю. Истинное назначение конденсатора – слово это означает «накопитель» – станет ясным, если мы посмотрим, какие изменения происходят в самом конденсаторе после его включения в цепь.

 

 

Рис. 21

 

Прежде всего, конденсатор зарядится от батареи и на обкладках его накопятся избыточные заряды (рис. 21, б). С этой обкладки, которая подключена к плюсу батареи, уйдут свободные электроны, и на этой обкладке появится положительный заряд. На другой обкладке, наоборот, окажется «–», так как туда, естественно, хлынут свободные электроны с «минуса» батареи. Эти заряды сохранятся на обкладках и после отключения конденсатора (рис. 21, в). А куда им деваться? Обкладки изолированы от всего мира и никуда свободные заряды с них уйти не могут. Кроме того, положительные и отрицательные заряды, скопившиеся на обкладках, через изолирующую прослойку притягивают друг друга. Само собой разумеется, что такое взаимное притяжение осуществляется через электрическое поле, которое в основном образуется между обкладками. В этом поле сосредоточены запасы энергии, которые конденсатор успел получить у батареи.

* * *

 

ПОПУЛЯРНАЯ ЕДИНИЦА

Единицу измерения децибел (дб) вы можете встретить повсюду – там, где идет речь о токе, напряжении, мощности, звуковом давлении, усилении, ослаблении, там, где нужно дать характеристику выпрямителю, антенне, фильтру, контуру, усилителю… Такая универсальность объясняется тем, что децибел не относится только к току, только к напряжению или только к мощности. Он характеризует отношение двух величин, то есть показывает, во сколько раз (вторая и третья строка таблицы) одна из них больше или меньше другой.

 

 

 

 

В децибелах очень удобно выражать неравномерность частотной характеристики, избирательные свойства контура, эффективность фильтров, подавление фона, усиление или ослабление. В последнем случае знак плюс говорит о том, что происходит усиление, знак минус – ослабление сигнала.

 

* * *

Заряды, накопившиеся на обкладках, притягивают друг друга, но встретиться никак не могут – не в силах преодолеть сопротивление изолирующей прослойки. Ну а что, если им помочь? Что, если соединить обкладки просторной дорожкой – проводником? Конечно, в этом случае электрическое поле заработает вовсю – оно двинет свободные электроны по проводнику на ту обкладку, где их не хватает, то есть на обкладку, заряженную положительно. При этом в цепи, так же как и во время заряда, появится кратковременный ток, который прекратится, как только конденсатор полностью разрядится и на его обкладках не останется лишних зарядов (рис. 21, г).

Сейчас мы вплотную подошли к очень важному свойству конденсатора – он пропускает переменный ток и поэтому может использоваться для разделения постоянных и переменных составляющих. Кроме того, он по‑разному реагирует на переменные токи различной частоты и формы и поэтому может использоваться для отделения одних переменных токов от других. Однако прежде чем пояснить и комментировать эти свойства, еще несколько слов о самом конденсаторе.

Как вы думаете, от чего зависит количество зарядов, накопившихся на обкладках? Да, правильно – от напряжения, приложенного к конденсатору. Чем больше это напряжение, тем больше зарядов «втиснет» батарея на обкладки. Но напряжение – еще не все. Многое зависит и от устройства самого конденсатора, в частности, от площади его обкладок, расстояния между ними и материала, из которого сделана изолирующая прослойка. Чем больше обкладки, тем больше зарядов разместится на них при одном и том же напряжении батареи. Чем меньше расстояние между обкладками, тем сильнее заряды притягивают друг друга, тем опять‑таки больше этих зарядов сможет удержать конденсатор. Ну и, наконец, изолятор – от его свойств зависит концентрация электрического поля между обкладками, а это паче, как уже говорилось, главное действующее лицо в процессе накопления зарядов. Так, например, если в конденсатор с воздушной прослойкой вставить особый вид керамики – титанат бария, то поле между обкладками усилится в несколько тысяч раз и в такое же число раз возрастет количество накопленных зарядов.

Способность конденсатора накапливать заряды характеризуется специальным коэффициентом – электрической емкостью  . Единицей емкости является фарада (ф). Такой емкостью обладает конденсатор, который под действием напряжения в 1 в накапливает заряд в 1 к. Вместо слова «обладает» правильней сказать «обладал бы» – фарада настолько большая величина, что конденсаторов с такой емкостью практически не существует. На практике мы имеем дело с конденсаторами, емкость которых измеряется микрофарадами (мкф, миллионная часть фарады) и пикофарадами (пф, миллионная часть микрофарады).

Емкость конденсатора сокращенно обозначается буквой С. Этой же буквой на схемах и чертежах обозначаются и сами конденсаторы.

Кроме емкости, у конденсатора есть еще одна характеристика, с которой нам полезно познакомиться. Это так называемое рабочее напряжение. Оно оговаривает условия, в которых конденсатор может безопасно работать. Если подвести к конденсатору напряжение больше допустимого, то может произойти пробой – диэлектрик разрушится, между обкладками проскочит импульс тока, обкладки на каком‑то участке расплавятся и соединятся друг с другом накоротко. Конденсатор превратится в обычный проводник.

Самое главное, на что вам следовало обратить внимание, так это на неточность заявления, что включение конденсатора в цепь приравнивается к разрыву этой цепи. В разорванной цепи тока не бывает, а во