Детектори електричних коливань
Детектори електричних коливань
Бездротова телеграфія, 1914
Детектори, що застосовуються в радіотелеграфії, можуть бути поділені на два класи: ті, що зводяться в дію струмом або напругою. Зводяться в дію напругою детектори завжди підключають паралельно конденсатору, оскільки на виводах конденсатора є велика різниця потенціалів, а детектори, що зводяться в дію струмом включають послідовно з цим конденсатором. Типи детекторів можна поділити далі на різні класи, а саме:
- детектори на основі поганого контакту, наприклад, когерер Марконі;
- випрямні детектори, наприклад лампа Флемінга і карборудний детектор;
- електролітичні детектори, наприклад детектори Фессендена і Шломілча;
- термоелектричний детектор, на основі пари галена і графіту або інших пар;
- детектор на основі зміни магнітних властивостей - магнітний детектор Марконі.
Когерер є результатом роботи різних людей - Хьюза, Лоджа, Бранлі, Попова та інших. Він складається з невеликої кількості металевих тирси, поміщених між двома електродами. Перший практичний зразок когерера для радіотелеграфії був створений Марконі. Він складався з невеликої кількості нікелевих тирси та доданих до неї невеликого відсотка срібних тирси, поміщених між срібними електродами, що мають скошені кінці, так що простір між ними, в яке поміщаються тирса, мало клинообразную форму.
Призначення електродів такої форми в тому, щоб отримати можливість регулювання чутливості когерера. Найбільша чутливість досягається тоді, коли витягнуті частини клинів розташовані знизу, і навпаки, якщо їх перевернути на 180 °, то чутливість когерера буде мінімальною.
Електроди і металеві тирса поміщені в герметичну скляну трубку, в якій створено невелике розрядження. Контакти електродів, до яких підключають дроти, виведені з трубки за допомогою гермовводи (рис. 1.).
Мал. 1. Когерер Марконі.
Принцип роботи когерера заснований на тому, що якщо на його висновках з'явиться напруга величиною вище деякого певного значення, то опір когерера, досить висока через поганого контакту між металевими тирсою і електродами, різко падає до значно менші за розміром. Деякі думають, що це відбувається через електростатичного притягання між металевими тирсою; інші ж вважають, що між тирсою проскакують мікроскопічні іскри, які злегка зварюють ошурки між собою. Проте з якоїсь б причини це не відбувалося, важливий сам факт того, що якщо когерер піддається різниці потенціалів при подачі на нього будь-якого сигналу, то його опір дуже сильно падає, і якщо когерер з'єднати послідовно з реле і батареєю живлення, а контактами реле коммутировать самописець, то наявність електричних коливань будуть фіксуватися на папері, так як реле буде замикатися кожен раз при наявності електричних коливань. Однак когерер сам по собі не відновлює своє колишнє стан з високим опором, тому використовується невеликий електромагнітний молоточок, який акуратно постукує по нижньому боці когерера, струшуючи ошурки, що призводить до відновлення колишнього високого опору і знову робить когерер чутливим до електричних коливань.
Мал. 2. Схема приймача Марконі з когерером.
На Рис. 2 показана схема приймача Марконі з когерером. Антенна ланцюг складається з настроювальної індуктивності і первинної обмотки резонансного трансформатора, з'єднаних послідовно і підключених до антени і заземлення. Вторинна обмотка резонансного трансформатора складається з двох частин, з'єднаних послідовно між собою конденсатором, що перешкоджає проходженню постійного струму через обмотки. Кінці обмоток вторинної котушки з'єднані з висновками змінного конденсатора, яким налаштовують обмотку на резонансну частоту первинної обмотки, і паралельно цьому конденсатору підключений когерер.
Реле й елемент живлення, з'єднані послідовно, включені паралельно конденсатору, який з'єднує обидві частини вторинної обмотки резонансного трансформатора. До контактів реле підключається батарея елементів, поєднана з самописцем (принтер коду Морзе), і паралельно самописцу підключається електромагнітний молоточок, дією якого когерер наводиться у вихідне високоомне стан після того, як він спрацював в результаті дії високочастотного сигналу.
Через високу самоіндукції котушок реле, самописця і молоточка, важливо, щоб вони, а також контакти реле і молоточка були б зашунтовані високим безіндуктівним опором для усунення можливого іскріння, яке може привести до помилкового спрацьовування когерера.
Налаштування різних схем і частин апаратури, описаної вище, як правило, вважається важкою справою, але якщо поставитися до налаштування систематично, то виконати її досить просто. Оператор повинен надійти в такий спосіб: по-перше, за допомогою регулювального гвинта встановіть магніт молоточка настільки далеко від своєї арматури, наскільки це можливо, а потім відрегулюйте ручку молоточка так, що б вона перебувала на відстані близько одного міліметра від когерера.
Мал. 3. Декогерер Марконі.
Далі обертайте регулювальний гвинт реле, що б ланцюг замкнувся, а потім повільно поверніть його в зворотному напрямку до тих пір, поки ланцюг розімкнеться. Тепер передайте який-небудь текст за допомогою зумера (зумер - це невеликий переривник, що працює від батарейки і генерує слабкі електричні коливання), і одночасно з цим зближує магніт молоточка з його арматурою до тих пір, поки удари не досягнуть достатньої сили, що б можна було чітко приймати сигнали азбуки Морзе.
Якщо удари занадто слабкі, то сигнали, що приймаються будуть зливатися, а якщо удари занадто сильні, то вони будуть розривати сигнали, тобто тире буде виглядати як ряд точок. Весь апарат, описаний вище, за винятком самописця, укладений в металевий ящик, що запобігає пошкодженню когерера потужними сигналами, які виникають в ланцюгах при роботі передавача.
Когерер Лоджа-Муірхеда
Мал. 4. Когерер Лоджа-Муірхеда.
електролітичний детектор
Мал. 5. Електрод з дротом Волластона.
Мал. 6. електролітичним детектор.
Цей тип детектора широко застосовується і є дуже чутливим і надійним. Однак було виявлено, що сильні атмосферні перешкоди тимчасово знижують чутливість пристрою, але ненадовго, так як когерер самовідновлюється через кілька секунд. Відновлення може бути прискорене шляхом короткочасного підвищення напруги на клемах, це можна зробити якщо трохи покрутити ручку потенціометра.
На малюнку малюнку 5 зображений електрод з дротом Волластона, а на малюнку 6 показаний спосіб підключення детектора до батареї і потенціометра.
Карборудний детектор
Карборундний детектор дуже простий у виготовленні, його конструкція складається з невеликого кристала карборунда, поміщеного між двома мідними пружинами. Він працює в силу того, що карбід кремнію має властивість, зване однобічну провідність. Припустимо, що кристал карборунда з'єднаний послідовно з батареєю і гальванометром, виміряємо величину струму, що протікає по ланцюгу, тепер поміняємо полярність підключення батареї і знову виміряємо струм. Ми виявимо, що величина струму в обох вимірах сильно відрізняються, хоча ЕРС батареї залишилася незмінною. Це показує, що для струмів йдуть в одному напрямку карборунд має дуже високий опір і є практично ізолятором, а для струмів, що йдуть у зворотному напрямку карборунд є порівняно гарним провідником. Отже, кристал карборунда може працювати в якості випрямляча і перетворювати коливання або змінний струм в постійний. Крім карборуна багато кристали мають властивості односторонньої провідності, хоча і менш виражені.
Було також виявлено, що при при одних напружених одностороння провідність кристала більше, ніж при інших, і на практиці для цього на кристал подають напругу від батареї через потенціометр. Цей детектор є досить чутливим і надійним, і широко використовується в Сполучених Штатах Америки.
лампа Флемінга
Мал. 7. Лампа Флемінга і її включення в схему.
термоелектричний детектор
Якщо місце контакту між двома різнорідними металами, що входять в замкнутий контур, нагріти, то в ланцюзі з'явиться струм. Наприклад, візьмемо шматочок вісмуту і трохи сурми, з'єднаємо їх між собою і підключимо до їх вільних кінців відповідний гальванометр і ми побачимо, що якщо місце контакту нагрівається до більш високої температури, ніж інші частини схеми, то струм буде текти від вісмуту в сторону сурми, величина струму буде пропорційна різниці температур між гарячою і холодною частинами з'єднання. У майже будь-якому підручнику з електротехніки є таблиця, що показує термоелектричний ряд металів і їх термоелектричні потенціали або ЕРС на один градус Цельсія при використанні в парі зі свинцем. Наприклад, припустимо, ми створили пару телур-свинець і нагріли її на 1 градус за Цельсієм вище холодної частини схеми, при цьому з'явиться ЕРС величиною близько 500 мікровольт.
Було виявлено, що деякі з металевих сульфідів, наприклад, галеніт, мають дуже суттєві теплоелектричні властивості, і тому галенит зазвичай є одним з елементів термопари, використовуваної в якості детектора для бездротової телеграфії.
Мал. 8. Термоелектричний детектор.
Двома дуже ефективними комбінаціями є пари галенит-графіт або галенит-телур, причому обидві пари мають високу чутливість. Конструкція такого детектора показана на малюнку 8. Кристал галеніту припаяний до держателю сплавом Вуда (цей метал плавиться в киплячій воді), графіт можна взяти з будь-якого досить жорсткого олівця, дуже зручні продаються змінні грифелі для олівців.
З хорошим кристалом галеніту детектора працює дуже стабільно, але проходження сильних атмосферних перешкод іноді виводить його з ладу, очевидно цей детектор поводиться як когерер і поверхні електродів злегка зварюються разом. Якщо контакт графіт-галеніт тимчасово роз'єднати, а потім повернути в колишнє положення, то чутливість детектора повністю відновлюється.
магнітний детектор
На рисунку 10 показаний апарат виробництва компанії Марконі, тут видно, що є два набори котушок і магнітів, а годинниковий механізм і рухома металева стрічка є загальними для них. У разі виходу з ладу детектора на одній стороні можна буде легко переключитися на іншу сторону. З лівого боку приладу знаходиться заводний ключ і ключ для включення або зупинки, регулювальний гвинт справа вгорі призначений для регулювання натягу рухомий залізної стрічки.
