"Физика", Изергин Э.Т.
Радиоприёмник принимает электромагнитные волны и превращает переданную с ними информацию в звук. Антенна создаёт электрические колебания, контур выбирает сигнал нужной радиостанции, а детектор выделяет из него звуковую информацию. Затем наушники или громкоговоритель преобразуют электрический сигнал в механические колебания воздуха. Главное в работе приёмника — согласованное действие резонанса, модуляции и детектирования.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Радиоприёмник — устройство, которое принимает радиоволны и преобразует переданный ими сигнал в звук. Он нужен для получения информации от радиостанции на расстоянии. В его работе последовательно участвуют антенна, колебательный контур, детектор и звуковой преобразователь.
Колебательный контур — цепь с катушкой и конденсатором, собственная частота которой зависит от их параметров. Изменяя ёмкость или индуктивность, контур настраивают на нужную радиостанцию. Поэтому он помогает выбрать один сигнал среди колебаний многих частот.
Детектирование — выделение низкочастотного звукового сигнала из модулированных высокочастотных колебаний. При этом из сложного сигнала извлекается изменение амплитуды, связанное с переданным звуком. Без детектирования приёмник получил бы радиочастотные колебания, но не саму звуковую информацию.
Детектор — элемент радиоприёмника, который выполняет детектирование сигнала. Он преобразует модулированные колебания в электрический сигнал, изменяющийся подобно звуку. Этот сигнал затем можно подать на наушники или громкоговоритель.
Антенна принимает радиоволны, и под их действием в ней возникают переменные электрические колебания. Электрическое поле волны заставляет свободные заряды в проводнике двигаться взад и вперёд. Так энергия электромагнитной волны превращается в электрический сигнал, с которым дальше работает приёмник.
Настраиваемый колебательный контур выделяет колебания нужной радиостанции. Если собственная частота контура совпадает с частотой несущих колебаний станции, возникает резонанс и амплитуда отклика становится большой. Сигналы других частот не вызывают такого сильного отклика, поэтому их влияние уменьшается.
Принятые колебания несут звуковую информацию в виде изменения амплитуды высокочастотной несущей. Низкочастотный звук сам по себе плохо излучается антенной, а использование общей несущей позволяет передавать его на большое расстояние. Кроме того, разные станции могут использовать разные несущие частоты, поэтому их сигналы можно разделить настройкой контура.
Детектор преобразует модулированные колебания так, чтобы выделить изменения, соответствующие звуковому сигналу. Он отделяет медленно меняющуюся огибающую высокочастотного колебания от самой несущей. В результате появляется низкочастотный электрический сигнал, форма которого повторяет переданный звук.
Звуковой сигнал поступает на наушники или громкоговоритель, где электрические колебания превращаются в звук. Под действием тока мембрана такого устройства начинает колебаться. Она создаёт чередующиеся сгущения и разрежения воздуха, которые воспринимает человеческое ухо.
| Этап или устройство | Что происходит | Результат |
|---|---|---|
| Антенна | Радиоволна вызывает в проводнике переменные электрические колебания. | Сигнал поступает в электрическую цепь приёмника. |
| Колебательный контур | За счёт резонанса выделяется нужная частота. | Выбрано колебание конкретной радиостанции. |
| Детектор | Изменения амплитуды несущей отделяются от высокочастотных колебаний. | Получен низкочастотный звуковой сигнал. |
| Наушники или громкоговоритель | Электрический сигнал вызывает колебания мембраны. | Возникает слышимый звук. |
Таблицу удобно читать слева направо: каждый этап передаёт результат следующему устройству. Если мысленно пропустить один этап, становится понятно, какой функции будет не хватать в работе приёмника. Особенно важно различать выбор радиостанции контуром и выделение звука детектором.
Условие. В колебательном контуре приёмника изменили ёмкость конденсатора. Нужно объяснить, почему приём радиостанции может ухудшиться. Причину следует связать с частотой контура и резонансом.
Ответ. Приём может ухудшиться, потому что изменение ёмкости нарушает настройку контура. Для восстановления резонанса нужно снова подобрать ёмкость, при которой частота контура совпадёт с частотой станции.
Условие. Частота несущих колебаний радиостанции равна 1 МГц. Требуется найти период этих колебаний, то есть время одного полного колебания.
Ответ. Период несущих колебаний равен 10⁻⁶ с, или 1 мкс. Это очень короткий промежуток времени, что характерно для высокочастотных колебаний.
Условие. Нужно описать путь сигнала от радиоволны, принятой антенной, до звука в наушниках. Одновременно требуется объяснить назначение каждого основного элемента приёмника.
Ответ. Полная последовательность такова: радиоволна — антенна — колебательный контур — детектор — наушники. Каждый элемент выполняет отдельную функцию: приём, выбор станции, выделение звука и его преобразование в слышимое колебание.
Иногда считают, что колебательный контур сам выделяет звук. На самом деле он настраивается на радиочастоту и выбирает станцию, а звуковой сигнал выделяет детектор. Проверить себя можно вопросом: какая часть приёмника работает с резонансом, а какая удаляет несущую?
Настройку контура путают с усилением сигнала. Настройка выбирает нужную частоту, но не обязательно делает сигнал мощнее; усиление выполняют другие цепи. Если после изменения частоты меняется выбранная станция, речь идёт о настройке.
Некоторые думают, что антенна принимает только звуковые колебания. В ней возникают высокочастотные электрические колебания, несущие информацию об изменении амплитуды. Проверка проста: сравните частоту принятого сигнала с частотой обычного звука.
Ещё одна ошибка — считать, что после детектора сразу возникает звук. После него получается электрический звуковой сигнал, который ещё должен заставить колебаться мембрану наушника или громкоговорителя. Значит, звук появляется только на последнем этапе преобразования.
Для понимания радиоприёма нужны знания об электромагнитных волнах и о том, как переменный ток создаёт такие волны. Эти сведения объясняют, каким образом сигнал распространяется от передатчика к антенне.
Также следует вспомнить свободные электромагнитные колебания в контуре и зависимость их частоты от индуктивности и ёмкости. Именно эта зависимость позволяет менять настройку радиоприёмника.
Изучение радиоприёма пригодится при дальнейшем знакомстве с радиосвязью, передачей информации и современными средствами связи. Общий принцип сохраняется: сигнал передают, выбирают, преобразуют и воспроизводят.
Зачем в радиоприёмнике нужен колебательный контур?
Колебательный контур выбирает из множества радиосигналов колебания нужной частоты. Он работает наиболее эффективно при резонансе, когда его собственная частота совпадает с частотой несущей выбранной станции.
Как приёмник выбирает одну радиостанцию среди многих?
Изменяя ёмкость конденсатора или индуктивность катушки, настраивают собственную частоту контура. Сигнал станции, частота которого совпала с этой частотой, усиливается благодаря резонансу сильнее остальных.
Почему для передачи звука используют высокочастотную несущую?
Низкочастотные звуковые колебания плохо излучаются антенной и не позволяют удобно разделить сигналы разных станций. Высокочастотная несущая хорошо распространяется, а звук передают изменением её амплитуды.
Что делает детектор в радиоприёмнике?
Детектор выделяет изменения амплитуды высокочастотной несущей, которые соответствуют звуковому сигналу. Этот процесс называется детектированием.
Как электрический сигнал превращается в звук в наушниках?
Звуковой электрический сигнал заставляет мембрану наушника или громкоговорителя колебаться. Мембрана создаёт в воздухе механические колебания, которые воспринимаются ухом как звук.
§ 28. Радиоприём
