1 Möglichkeit
1. In welche Richtungen treten Schwingungen bei einer Transversalwelle auf?
1) in alle Richtungen;
2) nur in Richtung der Wellenausbreitung;
3) nur senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung;
4) in Richtung der Wellenausbreitung und senkrecht zu dieser Richtung.
2. Der Funkempfänger ist auf eine Wellenlänge von 100 m abgestimmt. Die Eigenfrequenz des Eingangsschwingkreises beträgt
1) 3 Hz 2) 300 kHz 3) 3 kHz 4) 3 MHz.
3. Betrachten Sie zwei Fälle der Elektronenbewegung im Vakuum: A) das Elektron bewegt sich gleichmäßig und geradlinig; B) Das Elektron bewegt sich gleichmäßig beschleunigt und geradlinig. In welchen Fällen werden elektromagnetische Wellen ausgesendet?
1) A 2) B 3) A und B 4) weder A noch B.
4. Die Schwingungsdauer beträgt 1 ms. Die Frequenz dieser Schwingungen beträgt
1) 10 Hz 2) 1 kHz 3) 10 kHz 4) 1 MHz.
5. Welcher Strom kann der Transformatorwicklung für ihren normalen Betrieb zugeführt werden?
1) nur A 2) nur B 3) A und B 4) weder A noch B.
6. Ein Aufwärtstransformator wird in Kraftwerken verwendet
2) Erhöhung des Stroms in Stromleitungen;
3) Erhöhen der Frequenz der übertragenen Spannung;
4) Reduzieren der Frequenz der übertragenen Spannung;
5) Verringerung des Anteils der verlorenen Energie auf Stromleitungen.
7. Wie ändert sich die Schwingungsdauer in einem Stromkreis, wenn die Kapazität des Kondensators um das Zweifache zunimmt und die Induktivität der Spule um das Vierfache abnimmt?
8. Die Schaltkreise von Funksender und Funkempfänger sind auf Resonanz abgestimmt. Die Parameter dieser Schaltungen sind C1 = 500 pF, L1 = 4 mH und C2 = 2,5·10-11 F. Bestimmen Sie die Induktivität L2.
Option 2
1. Der Modul des größten Wertes einer Größe, die sich nach einem harmonischen Gesetz ändert, wird genannt
1) Periode 2) Amplitude 3) Frequenz 4) Phase.
2. Die Periode der freien Schwingungen im Stromkreis nimmt mit zunehmender elektrischer Kapazität 1) zu; 2) nimmt ab; 3) ändert sich nicht; 4) ist immer gleich 0.
3. Welche Parameter eines Hochfrequenzgenerators elektromagnetischer Schwingungen bestimmen deren Periode?
1) nur die elektrische Kapazität des Kondensators C;
2) nur die Induktivität der Spule L.
3) nur Batteriespannung U.
4) Parameter L und C des Schwingkreises des Generators.
4. Welches der folgenden Geräte ist in einem Funksender nicht erforderlich?
1) Antenne 2) Schwingkreis 3) Detektor 4) kontinuierlicher Schwingungsgenerator.
5. Unter den Radiowellen mit großer, kurzer und ultrakurzer Reichweite haben die Wellen mit 1) großer Reichweite die höchste Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum; 2) kurze Reichweite; 3) ultrakurze Reichweite; 4) Die Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Wellen aller Reichweiten sind gleich.
6. Wenn sich eine elektromagnetische Welle im Vakuum ausbreitet, findet 1) nur eine Energieübertragung statt; 2) es findet nur eine Impulsübertragung statt; 3) sowohl Energie als auch Impuls werden übertragen; 4) Es findet weder eine Energie- noch eine Impulsübertragung statt.
7. Wie ändert sich die Schwingungsfrequenz im Stromkreis, wenn die Kapazität des Kondensators um das Zweifache zunimmt und die Induktivität der Spule um das Achtfache abnimmt?
8. Die Sendeschaltung hat die Parameter C1 = 10 –5 F, L1 = 4·10 –3 H. Welche Kapazität sollte der Kondensator wählen, um den Empfangskreis auf Resonanz abzustimmen, wenn die Induktivität L2 = 1,6 mH beträgt?
Es ist schwierig, die Rolle der Resonanz in der Funktechnik zu überschätzen. Alle Funksender und Funkempfänger – Kommunikation, Rundfunk, Fernsehen, Radar usw. – enthalten zwangsläufig Schwingkreise. Dies ist notwendig, damit der Sender ein Signal innerhalb eines engen Frequenzspektrums aussendet, ohne die Funkwellen zu „verstopfen“, und der Empfänger aus einer Vielzahl von Signalen nur das Signal des gewünschten Korrespondenten auswählen kann. Zu diesem Zweck verwenden Funkgeräte eine Vielzahl von Resonanzsystemen – von Einzelkreisen bis hin zu Auswahlkonzentrationsfiltern, die komplexe Verbindungssysteme aus Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen enthalten.
Neben der Verwendung von Schwingkreisen werden häufig Quarzresonatoren, elektromechanische Filter (EMF), Oberflächenwellenfilter (SAW), aktive Filter an Operationsverstärkern usw. verwendet. Sie haben große Vorteile: hohe Stabilität der Eigenschaften, extrem hohe Qualität Faktor und die Fähigkeit, fortschrittliche Fertigungstechnologien einzusetzen.
Bei Dezimeterwellengeräten müssen die Schwingkreise eine ultrahohe Eigenfrequenz haben F 0 . Der Formel zufolge sollten ihre Induktivität und Kapazität sehr klein sein. Schwingkreise mit konzentrierten Parametern werden ungeeignet, da die Induktivität auch nur einer Windung und die Kapazität eines Kondensators mit praktisch realisierbaren Platten sehr kleiner Abmessungen zu groß ausfallen. Bei Dezimeterwellen werden am Ende kurzgeschlossene Abschnitte langer Leitungen als resonante Schwingsysteme genutzt.
Der Blindanteil des Eingangswiderstands eines kurzgeschlossenen Leitungsabschnitts der Länge λ/4 ist gleich Null und der Wirkanteil des Eingangswiderstands ist groß. Insofern entspricht dieses Segment einem in Resonanz auf die Frequenz des Generators abgestimmten Parallelschwingkreis und kann als solcher eingesetzt werden.
Schwingkreise in Form von Leitungssegmenten sind einfach aufgebaut, klein und einfach aufzubauen. Als Schwingkreise werden Abschnitte offener (ungeschirmter) und koaxialer Leitungen verwendet. Im kurzwelligen Teil des Meterbereichs und im langwelligen Teil des Dezimeterbereichs werden Segmente offener Leitungen verwendet. Der Aufbau der Schaltung, die in Form eines Segments einer offenen Zweidrahtleitung ausgeführt ist, ist in Abbildung 2.11 dargestellt.
Die Schaltung wird angepasst, indem die Länge des Leitungssegments durch Verschieben der Kurzschlussbrücke verändert wird 1 mit einer Schraube 2 aus Dielektrikum. Die Brücke wird in einem Abstand von etwa λ installiert /4 vom Anfang der Zeile, wobei λ die Wellenlänge ist, auf die die Schaltung abgestimmt werden muss.
Zu den Nachteilen von Schwingkreisen in Form von Segmenten offener Leitungen zählen erhebliche Energieverluste durch Strahlung, die mit abnehmender Wellenlänge zunehmen, sowie große Energieverluste in den Leitungsdrähten aufgrund des Oberflächeneffekts. Die besten Qualitäten bieten dabei Konturen in Form kurzgeschlossener Segmente koaxialer Leitungen (Abbildung 1.15b).
Abbildung 2.11 Schwingkreise in Form eines Zweidrahtleitungssegments (A und ein koaxiales Leitungssegment (B)
Der Kreislauf besteht aus zwei konzentrischen Rohren 1 und 2, die durch Luft getrennt sind. Der Kurzschluss am Ende erfolgt durch einen Metallkolben 3. Der Kreislauf wird angepasst, indem dieser Kolben entlang der Leitung bewegt wird. Die Energieverluste in den Röhren sind gering, da ihre Oberfläche, insbesondere die äußere, recht groß ist. Es gibt keine Energieverluste durch Strahlung, da das elektromagnetische Feld zwischen den Rohren konzentriert und somit vollständig vom umgebenden Raum abgeschirmt ist. Dank dieser Faktoren ist der Qualitätsfaktor solcher Schaltungen bei Dezimeterwellen recht hoch. Allerdings nimmt bei Zentimeterwellen die Güte der betrachteten Schaltungen stark ab, da die Energieverluste aufgrund des Oberflächeneffekts, insbesondere im Innendraht, der einen relativ kleinen Durchmesser aufweist, zunehmen.
Im Zentimeterwellenbereich ist die sogenannte volumetrische Resonatoren. Ein volumetrischer Resonator ist ein schwingungsfähiges System in Form einer Metalloberfläche, die ein bestimmtes Raumvolumen begrenzt. Abbildung 2.12a zeigt einen toroidförmigen Resonator. In einem solchen Resonator konzentriert sich das elektrische Feld hauptsächlich zwischen den Scheiben 1 Und 2 im mittleren Teil des Resonators, und das Magnetfeld befindet sich in dem durch die toroidale Oberfläche begrenzten Hohlraum 3. Der Strom fließt als Leitungsstrom entlang der Innenfläche des Ringkerns und schließt sich als Verschiebungsstrom zwischen den Scheiben an. Da es über die große Innenfläche des Resonators fließt, sind die Energieverluste im Resonator gering. Es gibt keinerlei Strahlungsverluste, da elektromagnetische Schwingungen im inneren Hohlraum des Resonators auftreten, der durch seine Wände vom Außenraum abgeschirmt ist.
Moskau spricht! sagte der Sprecher am Mikrofon. Und eine ganze Reihe von Schallschwingungen schoss durch die Luft, erreichte die Mikrofonmembran und brachte sie zum Schwingen. Die Schwingungen der Membran verwandelten sich in Schwingungen elektrischen Stroms. Letzterer raste, nachdem er die Verstärker passiert hatte, mit hoher Geschwindigkeit über die Leitungen zum Generator des Radiosenders, der hochfrequente Schwingungen anregt. Der niederfrequente Strom wirkt hier mit Hilfe eines Modulators auf hochfrequente Ströme, d.h. wie. würde ihnen seine Form einprägen. Dann gelangt der durch Radioröhren verstärkte Hochfrequenzstrom in die Antenne. Um die Funkantenne herum bildet sich ein elektromagnetisches Wechselfeld, das mit Lichtgeschwindigkeit in den umgebenden Raum strahlt und sich ausbreitet.
Verfolgen wir nun den weiteren Weg der Funkübertragung bis zum Lautsprecher des Funkempfängers.
Für den Empfang von Radiosendungen ist eine Empfangsantenne erforderlich. Sie unterscheidet sich nicht von der Sendeantenne, aber ihr Zweck ist ein anderer. Es muss die von Radiowellen übertragene Energie einfangen.
Wenn ein elektromagnetisches Wechselfeld auf seinem Weg auf einen Antennendraht aus Metall trifft, beeinflusst es die im Leiter enthaltenen freien Elektronen. Elektronen beginnen zu schwingen und wiederholen gehorsam alle Veränderungen im elektromagnetischen Feld. Dadurch entsteht in der Empfangsantenne ein Wechselstrom.
Dieser Strom ist sehr klein. Seine Änderungen erfolgen jedoch im Takt der Schwingungen der eintreffenden Radiowellen und stimmen daher genau mit den Änderungen des Stroms überein, der in der Antenne fließt, die Radiowellen aussendet.
Die Empfangsantenne ist mit einem Funkempfänger verbunden, dem die in der Antenne erzeugten elektrischen Schwingungen zugeführt werden. Jetzt ist er an der Reihe. Welche schwierigen Aufgaben muss der Empfänger erfüllen? Die elektrischen Phänomene, die in den Schaltkreisen dieses kleinen Funkgeräts auftreten, sind möglicherweise komplexer als diejenigen, die in Funksendern auftreten, die manchmal ganze Gebäude belegen.
Wie Radiowellen sortiert werden. Nachdem wir das Radio eingeschaltet haben, beginnen wir mit der Abstimmung, indem wir einen der Knöpfe drehen.
Was passiert beim Einrichten des Receivers und warum ist das notwendig? Heutzutage gibt es viele sendende Radiosender. Sie befinden sich in verschiedenen Städten und veranstalten unterschiedliche Programme. Einer von ihnen überträgt einen Bericht, ein anderer – die neuesten Nachrichten, der dritte – ein Konzert usw.
Jede Station sendet Radiowellen aus, die die Empfangsantennen erreichen und dort elektrische Schwingungen anregen. Die Antenne empfängt alle Übertragungen gleichzeitig. Wenn wir ihnen gleichzeitig zuhörten, würden wir ein solches Geräuschgemisch hören, aus dem nichts zu verstehen wäre. Um dies zu vermeiden, arbeiten alle Radiosender auf unterschiedlichen Wellen. Das bedeutet, dass jeder von ihnen nur für ihn elektromagnetische Schwingungen einer bestimmten, festgelegten Frequenz aussendet.
Reis. 1. Der Schaltkreis leitet Schwingungen mit der Frequenz weiter, auf die er abgestimmt ist.
Folglich regt jeder Radiosender in der Empfangsantenne Schwingungen seiner eigenen Frequenz an, die sich von den Frequenzen anderer Sender unterscheidet. Um also jede Übertragung einzeln abhören zu können, wählt der Empfänger aus allen in der Antenne angeregten Schwingungen nur die Schwingungen eines Radiosenders aus (Abb. 1). Diese Sortierung der Funkwellen erfolgt im Schwingkreis des Funkempfängers, wo die von der Antenne empfangenen elektrischen Schwingungen eintreten. Hierbei werden die Eigenschaften der elektrischen Resonanz des Schwingkreises genutzt.
Wir beobachten das Phänomen der Resonanz sehr oft. Die Saite jedes Musikinstruments kann zum Klingen gebracht werden, ohne dass man sie berühren muss. Man muss nur in ihrer Nähe den gleichen Klang erzeugen, den sie selbst erzeugen kann. Stellen wir zum Beispiel zwei identisch gestimmte Gitarren auf den Tisch und lassen die Saite einer davon kräftig klingen. Wenn Sie die Schwingungen dieser Saite sofort stoppen (mit der Hand drücken), können Sie leicht feststellen, dass eine identisch gestimmte Saite einer anderen Gitarre schwach klingt, obwohl sie nicht berührt wurde.
Resonanz wird in der Musik häufig verwendet. Im Baugewerbe hingegen versucht man, Resonanzen zu vermeiden. Bauherren müssen dagegen ankämpfen, da mechanische Resonanz zur Zerstörung führen kann.
Vor etwa 50 Jahren stürzte in St. Petersburg unerwartet die ägyptische Hängebrücke ein, als eine Militäreinheit „im Gleichschritt“ daran vorbeifuhr. Es entstand eine Resonanz, die Brücke schwankte unter rhythmischen Tritten der Beine unzulässig stark und es kam zum Einsturz.
Das oszillierende Gerät scheint auf Stöße derselben Frequenz zu „reagieren“, mit der es selbst zu schwingen vermag, wenn seine Ruhe gestört wird. Wenn der Rhythmus der Stöße mit der Eigenfrequenz des Geräts übereinstimmt, nimmt die Amplitude der Schwingungen eines solchen Geräts stark zu. Wenn die Frequenz der Stöße nicht mit der Eigenfrequenz übereinstimmt, sind die Schwingungen schwach.
Damit Sie bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer Sender nur einen davon empfangen können, müssen Sie Ihre Antenne auf Resonanz mit den Schwingungen abstimmen, die in der Antenne des gewünschten Radiosenders auftreten.
Dazu müssen Sie anscheinend die Länge der Antenne ändern, aber das ist unpraktisch und fast unmöglich. Stattdessen ist in der Antenne eine Drahtspule enthalten. Es stellt sich heraus, dass sich die Frequenz, auf die die Antenne abgestimmt ist, abhängig von der Anzahl der Windungen der in der Antenne enthaltenen Spule ändert. Durch Erhöhen der Windungszahl der Spule wird die Antenne gewissermaßen verlängert: Je größer die Windungszahl, desto niedriger wird die Eigenfrequenz der elektrischen Schwingungen in der Antenne.
Um es bequemer zu machen, eine bestimmte Anzahl von Windungen einzubauen, werden Abgriffe vorgenommen. Durch Bewegen des Schalterschiebers fügen Sie eine größere oder kleinere Anzahl von Spulenwindungen in die Antenne ein und stimmen sie so auf Resonanz mit den Schwingungen einer bestimmten Station ab.
Dies wird immer noch eine sehr grobe Einstellung sein, da sie sich nicht stufenlos, sondern in Sprüngen ändert. Daher wird der Schalter üblicherweise auf einen bestimmten Wellenabschnitt (Bereich) abgestimmt und dann mithilfe eines variablen Kondensators, der zusammen mit Spule und Antenne den Schwingkreis des Empfängers bildet, genau auf den gewünschten Sender abgestimmt. Indem wir die Kapazität des Kondensators ändern, ändern wir auch die Eigenfrequenz der elektrischen Schwingungen der Antenne und zwingen sie, auf die eingehenden Radiowellen des Senders zu reagieren, dessen Sendung wir hören möchten.
Die Radiowellen vieler Radiosender „klopfen“ an die „Tür“ des Radioempfängers. Dank der Resonanz öffnet sich der „Eingang“ jedoch nur für Signale des Radiosenders, auf den der Empfänger gerade eingestellt ist.
Um auf den Empfang eines anderen Senders umzuschalten, ist es notwendig, die Eigenfrequenz der Empfängerschaltung durch Änderung der Induktivität oder Kapazität zu ändern.
Dieses Abstimmprinzip wird in allen modernen Radios verwendet. Der Prozess des Abstimmens eines Radioempfängers, der äußerlich darauf hinausläuft, den Griff zu drehen und die Bewegung des Pfeils auf der Skala zu beobachten, ist nichts anderes als das Abstimmen des Schwingkreises in Resonanz mit der Frequenz elektromagnetischer Wellen, die von dem von uns erzeugten Radiosender erzeugt werden möchte hören.
Die Amplituden der empfangenen Signale sind meist sehr klein und müssen oft verstärkt werden. Zu diesem Zweck verfügt der Empfänger über einen speziellen Verstärker, also eine Radioröhre, die die Amplitude der empfangenen Schwingungen erhöht, ohne deren Frequenz zu verändern. Eine solche Verstärkungsstufe eines Rundfunkempfängers wird als Hochfrequenzverstärker bezeichnet.
Reis. 2. Telefongerät.
Vom Detektor bis zum Lautsprecher. Der Empfänger muss nun die modulierten Hochfrequenzschwingungen in Niederfrequenzschwingungen umwandeln.
Da die hochfrequenten Trägerschwingungen ihre Aufgabe erfüllt und die Schallfrequenzschwingungen zum Empfänger transportiert haben, benötigen wir sie nicht mehr. Schließlich kann hochfrequenter modulierter Strom ein gewöhnliches elektromagnetisches Telefon nicht direkt mit Strom versorgen.
Wir brauchen jetzt nur noch niederfrequente Schwingungen.
Die Umwandlung modulierter Hochfrequenzschwingungen ist ein zur Modulation umgekehrter Prozess. Man nennt es Demodulation oder Detektion, nach dem einfachsten Gerät, das zu diesem Zweck verwendet wird, dem Detektor.
Das Wort Detektor ist lateinisch und bedeutet aufdecken, entdecken. Dabei handelt es sich um ein Gerät, das niederfrequente Schwingungen erkennt und isoliert. Es gibt Kristalldetektoren, die hauptsächlich in Detektorempfängern verwendet werden, und Lampendetektoren. Röhrenempfänger verfügen immer über eine Lampe, die als Detektor dient.
Um die Rolle des Detektors zu verdeutlichen, betrachten wir zunächst das Funktionsprinzip eines elektromagnetischen Telefons.
Ein Telefon ist im Wesentlichen ein Elektromagnet, dessen Kern magnetisiert ist (ein sogenannter polarisierter Elektromagnet). Anstelle eines Elektromagnetankers verwendet das Telefon eine dünne Stahlplatte (Membran), die vom Elektromagneten angezogen wird (Abb. 2).
Wenn ein Strom durch die Wicklung eines Elektromagneten fließt, entsteht ein Magnetfeld, das die Anziehungskraft eines Permanentmagneten entweder verstärkt oder schwächt (je nachdem, ob das Feld des Elektromagneten in die gleiche Richtung wie das Feld des Permanentmagneten gerichtet ist oder in die entgegengesetzte Richtung). Richtung).
Reis. 3. Wie bei der Funkübertragung in einem Funkempfänger Schwingungen von einem Mikrofon in ein Telefon oder einen Lautsprecher umgewandelt werden. 1 Strom im Mikrofonkreis erzeugt langsame Schwingungen, die die Amplitude hochfrequenter Schwingungen steuern; 2 Hochfrequenzschwingungen vor der Modulation; 3 modulierte Schwingungen; 4erkannte modulierte Schwingungen; 5 Strom im Telefonstromkreis.
Demnach wird die Membran mehr oder weniger vom Kern des Elektromagneten angezogen, das heißt, sie führt mechanische Schwingungen aus, die den elektrischen Schwingungen ähneln, die in der Wicklung eines Telefons auftreten.
Auf diese Weise wandelt das Telefon elektrische Schwingungen in Töne um. Und damit das Telefon die übertragenen Töne reproduzieren kann, ist es notwendig, dass die Ströme im Telefonstromkreis genau den niederfrequenten Schwingungen entsprechen, mit denen der Sender moduliert wurde.
Daher müssen modulierte hochfrequente Schwingungen in langsamere Schwingungen umgewandelt werden, die der Modulation entsprechen. Diese Aufgabe übernimmt der Detektor.
Vereinfacht lässt sich die Funktionsweise des Detektors wie folgt erklären. Detektor Dabei handelt es sich um einen Gleichrichter, also um ein Gerät, das Strom nur in eine Richtung leitet. Daher wandelt der Detektor modulierte Hochfrequenzschwingungen in in eine Richtung fließende Ströme um.
Die Telefonmembran hat aufgrund ihrer Trägheit keine Zeit, einzelnen hochfrequenten Stromimpulsen (Witzen) zu folgen und reagiert auf den Durchschnittswert der durch diese Impulse erzeugten Kraft. Sind die Impulse stärker, wird die Membran stärker angezogen; Bei schwächeren Impulsen wird die Membran weniger stark angezogen.
Aber je größer die Amplitude der dem Detektor zugeführten modulierten Schwingungen ist, desto größer sind die Impulse nach dem Detektor. Daher schwingt die Membran und wiederholt die Amplitudenänderungen, die während der modulierten Schwingung auftreten (Abb. 3).
Und das bedeutet, dass die Membran. Das Telefon reproduziert die Vibrationen, die auf das Mikrofon der Sendestation einwirken. Werden die entstehenden niederfrequenten Schwingungen nach dem Detektor noch verstärkt, kommt anstelle von Telefonhörern ein Lautsprecher zum Einsatz.
Damit ist der komplexe Prozess der Funkübertragung abgeschlossen. Wie aus einem Vergleich der Kurven 1 und 5 ersichtlich ist, ändert sich der Strom im Telefonstromkreis wie der Strom im Mikrofonstromkreis.
Es ist interessant, Folgendes festzustellen. Wenn Sie beispielsweise 1.000 km von einem Radiosender entfernt sind, gelangt jeder im Studio gesprochene Ton fünfmal schneller vom Mikrofon zu Ihrem Ohr, als er Zeit hat, die Wand desselben Studios zu erreichen 5 m vom Lautsprecher entfernt, auf dem Luftweg. Die Geschwindigkeit aller funktechnischen Prozesse ist so hoch.
Wie werden Töne in elektrische Signale umgewandelt? Wie werden diese Signale in elektromagnetische Wellen umgewandelt? Wie werden diese Wellen empfangen, ausgesendet, verstärkt? Wie werden aus ihnen Schallsignale extrahiert und wie werden diese Signale wieder in Töne umgewandelt? Professor Radiol erklärt das alles.
Als ich Ihrem letzten Gespräch zuhörte, war ich überzeugt, dass Sie sich direkt an die Funktechnik gewandt haben. Ohne auf Einzelheiten einzugehen, werde ich versuchen, Ihnen die Grundprinzipien dieses Wissensbereichs zu erläutern.
Mittels elektromagnetischer Wellen wird die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger hergestellt. Und Sie, Neznaykin, möchten wissen, wie diese Wellen Töne und Bilder übertragen?
Reis. 47. Form eines Hochfrequenzstroms, unmoduliert (a) und moduliert durch ein Audiosignal (b).
Reis. 48. Der aktive Widerstand des Kohlenstoffpulvers im Mikrofon ändert sich unter dem Einfluss von Schallwellen.
Reis. 49. Ein dynamisches Mikrofon, bei dem die Spule im Feld eines Permanentmagneten vibriert.
Der in Abb. dargestellte Hochfrequenzstrom. 47, a, hat eine konstante Amplitude und Frequenz; Es transportiert keine Informationen, sondern erzeugt nur hochfrequente Wellen. Durch die intermittierende Übertragung solcher Wellen, d. h. kurze Zeiträume, die Punkten entsprechen, und etwas längere Zeiträume, die Strichen entsprechen, ist es natürlich möglich, Morsecode-Signale zu übertragen; Das ist typische Telegrafie ohne Kabel.
Ich möchte Ihnen das Prinzip der Funktelefonie erklären, mit der Sie Töne übertragen können. Ich weiß nicht, ob Sie eine Ahnung von grundlegender Akustik haben.
Was ist Ton? Dabei handelt es sich um eine Folge von Wellen, die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 km/h durch die Luft ausbreiten. Sie können von unseren Stimmbändern (das passiert jetzt, während ich spreche), von den vibrierenden Saiten von Musikinstrumenten und ganz allgemein von allen Erregungen ausgehen, die abwechselnd zu einer Kompression und einer Verdünnung der Luft führen. Die Schwingungsfrequenz der Geräusche, die wir hören, liegt im Bereich von Hz. Sie decken die gesamte Klangskala ab – von den tiefsten mit kleinen Frequenzen bis hin zu den höchsten. Allerdings nimmt ein Mensch mit zunehmendem Alter die höchsten Töne schlechter wahr; die Obergrenze der hörbaren Frequenzen wird auf 15.000 oder sogar 12.000 Hz gesenkt. Diese Veränderung erklärt sich dadurch, dass bei älteren Menschen das Trommelfell weniger elastisch wird und es diese Trommelfelle sind, die unter dem Einfluss von Geräuschen vibrieren. Ihre Schwingungen wirken auf die Hörnerven und erzeugen in unserem Gehirn die Wahrnehmung von Geräuschen. Unterwegs können Sie eine gewisse Analogie zwischen der Aussendung und dem Empfang von Radiowellen und der Aussendung und Wahrnehmung von Geräuschen feststellen.
Schauen wir uns nun an, wie Töne mithilfe elektromagnetischer Wellen übertragen werden können. Dazu ist es zunächst notwendig, Schall in elektrische Signale umzuwandeln und diese dann hochfrequenten Strömen zu überlagern, die Radiowellen erzeugen (Abb. 47, b).
Beim Empfang sind die Ströme meist sehr schwach und müssen daher verstärkt werden. Dann müssen Sie Tonsignale daraus extrahieren. Diese Signale müssen dann verstärkt und in Schallwellen umgewandelt werden.
Wie führt man all diese Vorgänge durch? Ich habe nicht die Zeit, sie alle zu beschreiben, aber ich werde Ihnen dennoch ihren allgemeinen Charakter zeigen.
Schauen wir uns zunächst an, wie Töne in elektrische Signale umgewandelt werden können. Sie haben vermutet, dass zu diesem Zweck Mikrofone verwendet werden. Alle Wandler, unabhängig von ihrem Funktionsprinzip, verfügen über eine elastische Membran, die unter dem Einfluss von Schallwellen vibriert. Wie Sie sehen, ist ein Mikrofon im Prinzip mit einem elektrischen Ohr vergleichbar. Um Membranschwingungen in elektrischen Wechselstrom oder Wechselspannung umzuwandeln, müssen Sie die Membran durch ihre Bewegungen dazu zwingen, den aktiven Widerstand, die Induktivität oder die Kapazität zu beeinflussen. Das in Heimtelefonen verwendete Mikrofon fällt in den ersten Fall. Der Raum zwischen der Metallmembran und dem Metallkasten ist mit Kohlenstoffpulver gefüllt. Unter dem Einfluss des variablen Membrandrucks verändert sich der Widerstand dieses Pulvers: Mit jeder Kompression nimmt er ab und steigt dann, wenn die Membran aufhört zu komprimieren, wieder an (Abb. 48). Nun reicht es aus, eine Spannung zwischen Membran und Box anzulegen und wir erhalten einen Strom, dessen Stärke sich im Takt der Schallwellen und proportional zu deren Amplitude ändert.
Sie können ein Mikrofon auch herstellen, indem Sie eine kleine Spule an einer Membran befestigen, die im Magnetfeld eines permanenten Ringmagneten platziert ist. Ein dynamisches Mikrofon dieser Bauart zeichnet sich durch hohe Wiedergabetreue aus (Abb. 49). Es ist leicht zu verstehen, dass die Bewegung der Spule durch den Schnittpunkt magnetischer Feldlinien Ströme in der Spule erzeugt, die genau den Schallschwingungen entsprechen.
Schließlich kann die Kapazität eines elektrostatischen Mikrofons durch die Einwirkung von Schallwellen verändert werden.
Ein solches Mikrofon besteht aus einer sehr dünnen Membran, die sehr nahe an einer flachen und parallelen Elektrode (Leiter) angebracht ist. Unter dem Einfluss von Schallwellen verändert die Membran die Kapazität der Kondensatoren, die sie zusammen mit der Flachelektrode bildet; Die Kapazität beträgt mehrere zehn Picofarad. An die Platten dieses Kondensators wird Spannung angelegt. Man kann leicht verstehen, dass auf diese Weise Kapazitätsänderungen die Lade- und Entladeströme des Kondensators bestimmen, wobei die Art der Änderungen genau den Schallschwingungen entspricht.
Mit jedem Mikrofontyp können wir niederfrequente Ströme (LF) bzw. Schallfrequenzen erzeugen, die zur Modulation des hochfrequenten Stroms verwendet werden, der Radiowellen erzeugt.
Reis. 50. Bei der Amplitudenmodulation ändert sich die Amplitude des Stroms entsprechend der Änderung des Modulationssignals (a) und bei der Frequenzmodulation die Frequenz hochfrequenter Schwingungen (b).
Die Modulation besteht darin, entsprechend der Form des NF-Stroms eine der beiden Haupteigenschaften des Hochfrequenzstroms (HF-Stroms) zu ändern: seine Amplitude oder Frequenz. Dies ist die Grundlage für zwei verschiedene Arten von Rundfunkübertragungen: Übertragungen mit Amplitudenmodulation und Übertragungen mit Frequenzmodulation. Im ersten Fall bleibt die Frequenz des die Wellen erzeugenden Stroms konstant; nur die Amplitude seiner verschiedenen Perioden ändert sich (Abb. 50).
Bei der Frequenzmodulation bleibt die Amplitude des Hochfrequenzstroms konstant. Die Frequenz selbst unterliegt Veränderungen und weicht in die eine oder andere Richtung von ihrem Durchschnittswert ab.
Der modulierte Strom wird verstärkt und erst nach der Verstärkung in die Sendeantenne eingespeist, um die herum er schalltragende Radiowellen erzeugt (Abb. 51).
Verfolgen wir die Funkwellen und sehen wir, was mit ihnen in den Empfängern passiert. In Empfangsantennen erzeugen unsere Wellen Ströme, die die gleiche Form haben wie die Ströme in Sendeantennen, deren Stärke jedoch um ein Vielfaches geringer ist. Stellen Sie sich tatsächlich vor, dass die Leistung, die in großen Rundfunksendern mehrere hundert Kilowatt erreichen kann, dann über Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern in alle Richtungen verteilt wird.
Sie wissen zweifellos, dass Ihre Antenne nur einen winzigen Bruchteil der Energie empfängt; Eine Ausnahme kann es geben, wenn der Besitzer des Funkempfängers in unmittelbarer Nähe des Senders wohnt, dies gilt jedoch meines Wissens nicht für Sie.
Zunächst ist es notwendig, den empfangenen schwachen Strom zu verstärken. Es muss aber nicht irgendein Strom verstärkt werden: Schließlich werden in derselben Antenne Ströme aus den Wellen zahlreicher Sender induziert. Um die Welle des Senders auszuwählen, den Sie hören möchten, müssen Sie die Selektivität des Eingangsschwingkreises nutzen und ihn auf die Frequenz des gewünschten Senders abstimmen.
Typischerweise werden im Hochfrequenzteil (HF) des Empfängers mehrere abgestimmte Schaltkreise verwendet, um eine gute Selektivität sicherzustellen. Nachdem der Strom ausreichend verstärkt wurde, ist es notwendig, daraus den niederfrequenten Strom zu extrahieren, der zur Modulation verwendet wurde.
Reis. 51. Blockschaltbild eines Funktelefonsenders.
Reis. 52. Vereinfachtes Diagramm eines Funkempfängers (a) und die Form der Ströme in seinen verschiedenen Blöcken (b).
Für diese Schaltung wird eine Demodulationsschaltung verwendet, bei der der Detektor die Rolle eines Demodulators übernimmt (Abb. 52). Nachdem der NF-Strom isoliert oder, wie man sagt, erfasst wurde, muss er verstärkt und dann in Schall umgewandelt werden.
Dieser letzte Vorgang wird mit einem Headset durchgeführt, wenn Sie allein zuhören möchten, ohne andere zu stören, oder mit einem Lautsprecher, wenn Sie es allen Anwesenden recht machen möchten.
Das gebräuchlichste elektromagnetische Telefonmodell (Abb. 53). Es „besteht aus einer dünnen Stahlmembran, die sich vor einem Elektromagneten befindet. Wenn ein niederfrequenter Strom durch die Wicklung eines Elektromagneten fließt, versetzt der Magnet die Membran in Schwingungen und erzeugt so Schallwellen.
Bisher hergestellte Lautsprecher basierten auf dem gleichen Prinzip wie das von mir beschriebene Telefon. Vor der Membran wurde ein konischer Papierdiffusor installiert, der Schallwellen aussendete. Heutzutage werden meist elektrodynamische Lautsprechertreiber verwendet, die auf dem gleichen Prinzip wie dynamische Mikrofone basieren. 
Reis. 53. Struktur des Telefonhörers: 1 - Elektromagnet; 2 - Körper; 3 - Membran; 4 - Abdeckung, die die Membran am Körper befestigt.
Reis. 54. Elektrodynamischer Lautsprecher: 1 - Permanentmagnet; 2 - elastische Anhänger; 3 - Diffusor; 4 - bewegliche Spule; 5 - Lautsprecher.
Reis. 55. Von einem Lautsprecher ausgesendete Wellen.
Sie werden leicht verstehen, dass hier das entgegengesetzte Phänomen auftritt wie bei einem dynamischen Mikrofon: Mit jeder Halbwelle des Stroms wird die bewegliche Spule vorwärts oder rückwärts verschoben, abhängig von der Wechselwirkung ihres eigenen magnetischen Wechselfelds und dem Feld von der Permanentmagnet. Die Spule trägt einen Diffusor mit sich, der die angrenzenden Luftschichten in Schwingungen versetzt und so recht starke Schallwellen erzeugt. Die Tatsache, dass der Diffusor diese Wellen sowohl vorwärts als auch rückwärts sendet, führt jedoch zu einer Dämpfung niederfrequenter Töne.
Tatsache ist, dass die diesen Geräuschen entsprechenden Wellen eine ziemlich große Länge haben. Wenn von hinten kommende Wellen auf Wellen treffen, die von der Vorderseite des Diffusors kommen, wirken sie einander entgegen und werden gegenseitig gedämpft.
Um dieses Phänomen zu beseitigen, ist es notwendig, die Wellen, die sich in verschiedene Richtungen ausbreiten, irgendwie zu trennen. Zu diesem Zweck kann ein Holzschirm verwendet werden. Um die gewünschte Effizienz zu erreichen, müsste jedoch ein Schirm mit einem Durchmesser von mehreren Metern hergestellt werden, was zu viel Platz beanspruchen würde, es sei denn, man nutzt eine Wand als Schirm und schneidet ein Loch in der Größe des Diffusors hinein. Eine einfachere und praktischere Lösung besteht darin, einen ausreichend großen Kasten zu verwenden, der die von der Rückseite des Diffusors emittierten Wellen absorbiert.
Derzeit werden die meisten Lautsprecher so ausgeführt. Die Rolle der Box in Rundfunkempfängern spielt das Gehäuse des Empfängers selbst. Bei tragbaren Receivern ist das Gehäuse zu klein, um eine hohe Klangqualität zu gewährleisten. Deshalb werden bei hochwertigen Tonwiedergabesystemen, also bei High-Fidelity-Installationen, die Köpfe getrennt von allen anderen Geräten in Lautsprechern mit ausreichender Lautstärke platziert.
Ich glaube, dass ich Ihnen heute ein ziemlich vollständiges Verständnis der Struktur von Funksendern und Funkempfängern vermittelt habe. Auf die Methoden der Verstärkung, Modulation oder Detektion und die Prinzipien der Erzeugung hochfrequenter Schwingungen habe ich mich jedoch überhaupt nicht eingelassen. Um dies zu verstehen, müssen Sie zunächst die Funktionsprinzipien von Vakuumröhren, Transistoren und anderen Komponenten studieren.
Ich denke, dass Sie und Lyuboznaykin in Ihrem nächsten Gespräch diese Themen ansprechen werden.
Heute schauen wir uns an, wie und mit welcher Hilfe Sie einen Radiosender auf die gewünschte Frequenz einstellen können. Das Einfangen einer Welle auf einem Empfänger ist eine ziemlich schwierige Aufgabe; normalerweise kann ein Anfänger (und manchmal sogar ein erfahrener Funktechniker) den Käfer nach dem Zusammenbau eines Funkkäfers für längere Zeit nicht abstimmen. Aber alles hängt von den richtigen Einstellungen ab – Empfangsreichweite, Klangqualität, Stromverbrauchsmodus des Funksenders und vieles mehr. Der Voraufbau des Senders erfolgt auf einem Holztisch, von dem alle Metallgegenstände entfernt wurden. In diesem Fall werden alle Kerne von den HF-Spulen abgeschraubt und anstelle des Mikrofons ein Niederfrequenzgenerator angeschlossen. Die Leistung wird etwas unterhalb des Betriebspegels zugeführt, um das Spektrum an Oberwellen zu reduzieren. Für die Abstimmung von Funksendern ist ein sehr einfacher Wellenmesser, der aus einem Schwingkreis besteht, dessen Parameter von der Reichweite abhängen, sehr nützlich. Daran ist eine HF-Detektordiode angeschlossen, die mit einem 1-10-Nanofarad-Kondensator und einem 50-100-µA-Mikroamperemeter beladen ist. Eine Messuhr für den Aufnahmepegel eines Kassettenspielers reicht aus. Aus einem Drittel der Windungen des Stromkreises wird ein Abgriff hergestellt und über einen Kondensator von mehreren pF ein als Antenne dienendes Stück Draht daran angeschlossen. Der Wellenmesser wird mit dem HF-Generator oder „nach Augenmaß“ mit einem vorhandenen Sender auf Resonanz abgestimmt. Eine kühlere Version verfügt nach dem Detektor über einen Operationsverstärker, der die Empfindlichkeit erhöht, und über eine Skala. Wenn Sie vorhaben, viel an Insekten herumzubasteln, ist es besser, sich die Mühe zu machen und genau so einen Wellenmesser zu bauen. Für einmalige Zwecke eignet sich auch die einfachste Variante.Stellen Sie mithilfe eines Wellenmessers sicher, dass der HF-Generator funktioniert und bringen Sie seine Antenne an den Generatorkreis. Wenn der Funksender im Sendebereich arbeitet, versuchen Sie, sich mit dem Empfänger auf die Welle einzustellen. Erzielen Sie eine stabile Erzeugung bei reduzierter Versorgungsspannung und einen zuverlässigen Start des Generators. Erhöhen Sie die Versorgungsspannung sanft und prüfen Sie die Frequenzabweichung von der Spannung. In diesem Fall müssen Sie, sofern der Receiver dies zulässt, die automatische Frequenzsteuerung darin deaktivieren. Eine zu große Frequenzverschiebung ist mit der kleinen Kapazität des in der FE-Transistorschaltung enthaltenen Rückkopplungskondensators verbunden, sodass die eigene Kapazität des Transistors, die aufgrund von Änderungen im Kollektorstrom „schwebt“, die Abstimmfrequenz der Schaltung stark beeinflusst. Dementsprechend korrigieren sie dies, indem sie die Rückkopplungskapazität erhöhen und den Widerstand im Emitterkreis erhöhen.
Es ist wichtig, es nicht zu übertreiben, damit sich der Generator nicht selbst erregt. Seine Anzeichen sind „Mehrfrequenz“-Empfang an mehreren Punkten im Bereich sowie fremde Spitzen und Pfiffe im gesamten Bereich. Hilft zu vermeiden: Verwendung anderer Teile, Verkürzung der Leitungen auf eine Mindestlänge, unterschiedliche Anordnung von Installationselementen. Wenn eine stabile Erzeugung erreicht ist, wird die Wellenmesserschaltung zum Generator gebracht und auf die Betriebsfrequenz abgestimmt. Dann wird die volle Versorgungsspannung angelegt und, falls verfügbar, die restlichen Verstärkungsstufen angepasst, indem man den Wellenmesser als Indikator verwendet und ihn schrittweise vom Sender entfernt. Leistungsstarke Endstufen können ohne Last nicht eingeschaltet werden, daher wird beim Setup anstelle einer Antenne ein Widerstand mit einem Widerstand von 50...75 Ohm angeschlossen. Die endgültige Einstellung erfolgt durch Aufstellen des Wellenmessers in einem Abstand von mindestens 3 m vom Sender und Anschließen der Funksenderantenne. Dadurch wird der Audioteil angepasst, wodurch die erforderliche Empfindlichkeit und das Fehlen von Klangverzerrungen im Empfänger erreicht werden. Viel Glück beim Einrichten Ihres Fehlers – AKA
