Беседа девятнадцатая

Беседа девятнадцатая

Все усилия радиоспециалистов направлены на повышение качества воспроизведения. Однако уже давно избирательность и качество звучания казались несовместимыми. Приемник с хорошим качеством воспроизведения не был избирательным и наоборот…

Но полосовые фильтры пришли на помощь, чтобы помирить враждующих соседей. Любознайкин рассказывает со своим обычным пылом о причинах конфликта между ними. Более ошеломленный, чем обычно, Незнайкин высказывается за переменную избирательность.

МАТЧ — ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ ПРОТИВ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ

Незнайкин. — Вчера вечером я был у одного друга, у которого очень чувствительный приемник. Мы прослушали большое количество передач; к несчастью, некоторые передачи сопровождались свистом. Откуда он берется?

Любознайкин. — Свист является результатом взаимных помех между двумя станциями, частоты которых отстоят друг от друга слишком близко.

Н. — Значит, это то же явление, которое используется в супергетеродинах для преобразования частоты. Иначе говоря, между двумя соседними сигналами, имеющими маленькую разницу в частотах, получаются биения с частотой, равной разности частот этих сигналов.

Л. — Именно так. Поэтому установленный разнос частот передающих станций 9 кгц едва удовлетворителен, так как он позволяет получить для каждой станции ширину полосы лишь 4,5 кгц для осуществления музыкальной передачи.

Н. — Я что-то не вижу связи между разносом рабочих частот передатчиков и качеством передачи музыки.

Л. — Однако это чрезвычайно важно. Пока модуляция отсутствует, станция излучает только одну частоту, которая является ее несущей частотой. Но модуляция каким-либо звуком одного тона тотчас создает две другие частоты, расположенные симметрично по отношению к несущей частоте. Таким образом, передатчик, работающий на частоте 1 Мгц и модулированный звуком с частотой 400 гц, будет создавать, помимо несущей частоты, еще две другие: 1,0004 и 0,9996 Мгц (рис. 109). Ты видишь, что эти волны являются результатом сложения и вычитания несущей частоты и частоты модуляции.

Рис. 109. Модуляция несущей частоты 1 Мгц частотой 400 гц.

Н. — Значит, в процессе модуляции высокой частоты ток низкой частоты производит настоящее преобразование частоты.

Л. — Правильно. Но если каждая частота создает вокруг несущей частоты две частоты, располагающиеся симметрично, то совокупность звуков музыки, частота колебаний которых доходит до 10 кгц (и даже больше), создает вокруг несущей две симметричные полосы частот, называемые боковыми полосами.

Н. — Значит, станция, передающая музыку, излучает, кроме несущей, еще по 10 кгц в обе стороны от нее. Например, для передатчика, работающего на несущей частоте 1 Мгц, боковые полосы частот будут занимать спектр от 0,99 до 1,01 Мгц. Я правильно понял?

Л. — Это совершенно верно. Но если бы каждый передатчик занимал в пространстве полосу частот 20 кгц, то не хватило бы места для размещения необходимого числа передатчиков. По международному соглашению, за исключением коротких волн, где больше свободы, ширину боковых полос ограничили 4,5 кгц.

Таким образом, каждый передатчик занимает полосу частот 9 кгц. Это как раз и дает возможность получить между двумя несущими частотами разнос в 9 кгц для того, чтобы два передатчика не мешали друг другу (рис. 110) при условии, конечно, что приемник будет иметь избирательность, достаточную для разделения 9 кгц.

Рис. 110. Спектры частот передатчиков. Несущие частоты разнесены на 9 кгц. Модулирующие частоты не превышают 4,5 кгц.

Н. — Я думаю, что, имея достаточное количество настроенных контуров, можно сделать такой приемник, который принимал бы колебания только одной частоты.

Л. — Это было бы напрасной тратой времени! Отдаешь ли ты себе отчет, Незнайкин, что такой приемник мог бы принимать всего одну какую-нибудь ноту. Разве можно испытать удовольствие от исполнения, например Пасторальной симфонии, если из всего богатства звуков ты услышишь только ми-бемоль третьей октавы?

Н. — Конечно, нет. Я вижу, что приемник должен пропустить без искажений всю полосу боковых частот 9 кгц, чтобы воспроизвести всю гамму передаваемых звуков.

Л. — Нo нельзя, чтобы он пропускал более широкую полосу частот. Иначе возникнут помехи из-за биений с частотами соседних станций. И вот ты перед лицом этой ужасной дилеммы, которая противопоставляет качество передачи и избирательность: чем меньше избирательность, тем выше качество воспроизведения.

Н. — Если уж выбирать между избирательностью и качеством звучания, то я высказываюсь за второе.

ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР ПРИМИРЯЕТ ПРОТИВНИКОВ

Л. — К чему добиваться правильного воспроизведения всех частот, если эту передачу будет покрывать свист помехи?

Н. — Но разве не существует возможности полностью пропустить полосу 9 кгц и не пропустить больше ничего другого вне этой полосы?

Л. — Да, по крайней мере с достаточным приближением. Однако осуществить это при помощи одиночного колебательного контура нельзя. Его резонансная кривая…

Н. — Что это такое? Ты никогда об этом не говорил.

Л. — Так называют кривую, которая показывает, как изменяется в колебательном контуре интенсивность колебаний в зависимости от частоты. Очевидно, что наибольшая амплитуда колебаний в контуре будет в момент резонанса. По мере изменения частоты интенсивность колебаний в контуре более или менее резко падает в зависимости от сопротивления контура по высокой частоте.

Если контур имеет большое сопротивление или, как говорят, обладает большим затуханием, то его резонансная кривая будет иметь более пологую форму (рис. 111) и сможет пропустить большую полосу частот. Но наряду с этим он будет и малоизбирательным.

Рис. 111. Резонансная кривая контура с большим затуханием; плохая избирательность — хорошее качество воспроизведения.

Если, наоборот, контур имеет очень малое затухание (рис. 112), то он пропускает только узкую полосу частот. При высокой избирательности он не пропустит всю совокупность боковых частот. Идеальная резонансная кривая должна была бы иметь форму прямоугольника с шириной 9 кгц. Контур с такой кривой пропускал бы полосу частот только в 9 кгц и ничего другого.

Рис. 112. Контур с малым затуханием; хорошая избирательность — плохое качество воспроизведения.

Н. — Если ты говоришь, что такая кривая является идеальной, значит ее невозможно получить?

Л. — Да, но к ней можно приблизиться с помощью так называемых полосовых фильтров.

Простейшие полосовые фильтры состоят из двух связанных между собой колебательных контуров с малым затуханием, настроенных на несущую частоту. Путем изменения связи между ними можно получить более или менее широкую резонансную кривую, по форме приближающуюся к прямоугольной (рис. 113).

Рис. 113. Резонансная характеристика полосового фильтра, сочетающая хорошую избирательность с хорошим качеством воспроизведения.

Н. — А как осуществить связь между двумя колебательными контурами, составляющими полосовой фильтр?

Л. — Самый простой способ — соединить их индуктивно, что и является трансформатором с настроенными первичной и вторичной обмотками (рис. 114), или осуществить связь при по мощи конденсатора малой емкости (рис. 115). В более сложных фильтрах связь осуществляется через реактивное сопротивление (рис. 116).

Рис. 114. Полосовой фильтр с индуктивной связью.

Рис. 115. Фильтр с емкостной связью.

Рис. 116. Фильтр со связью через общее реактивное сопротивление Z.

Н. — Каким же образом общее сопротивление может служить элементом связи?

Л. — Ток, протекающий в первом контуре, создает на этом сопротивлении падение напряжения, которое приложено ко второму контуру и возбуждает в нем ток. Если сопротивление мало, то и развиваемое на нем напряжение будет малым, что равноценно слабой связи.

Н. — Какой тип реактивного сопротивления применяется чаще всего?

Л. — Чаще всего применяется емкостное (рис. 117) и реже индуктивное сопротивление (рис. 118). Чтобы получить малое емкостное сопротивление, надо включать конденсатор достаточно большой емкости, тем большей, чем меньше частота колебаний.

Рис. 117. Фильтр с общим емкостным сопротивлением.

Рис. 118. Фильтр с общим индуктивным сопротивлением.

Н. — Да я вспоминаю, что емкостное сопротивление уменьшается с повышением частоты и увеличением емкости. Так как индуктивное сопротивление ведет себя диаметрально противоположно, я полагаю, что в фильтрах с индуктивным сопротивлением для получения слабой связи надо включать катушку с малой индуктивностью, тем меньшей, чем выше частота.

Л. — Ты начинаешь рассуждать логически, дружище. Постарайся же разрешить такую несложную задачу. Имеются два фильтра: один — со связью через емкостное, а другой — через индуктивное сопротивление. Пусть настройка обоих связанных контуров фильтра изменяется от низких частот к высоким. Будет ли ширина полосы пропускания каждого из этих фильтров оставаться постоянной?

Н. — Конечно, нет. В фильтре с емкостной связью при увеличении частоты емкостное сопротивление, а следовательно, и связь уменьшаются, вследствие чего полоса пропускания будет сужаться; в фильтре же со связью через индуктивное сопротивление с увеличением частоты связь увеличивается и полоса расширяется.

Л. — Браво! Но обрати внимание, что здесь имеется одно очень досадное обстоятельство. Представь себе, что фильтр с емкостной связью используется в качестве элемента связи между двумя каскадами усиления высокой частоты приемника.

Предположи также, что на определенной частоте фильтр имеет установленную полосу частот 9 кгц. Если ты настроишь приемник на более короткие волны, то полоса пропускания уменьшится, избирательность повысится и качество воспроизведения ухудшится.

Н. — Я думаю, что имеется очень простое средство, которое позволит поддержать постоянство полосы пропускания для всего диапазона настройки. Для этого в качестве сопротивления связи достаточно использовать конденсатор и катушку, включенные последовательно (рис. 119). Противоположный характер их сопротивлении будет взаимно компенсировать изменение полосы пропускания.

Рис. 119. Фильтр с общим индуктивным и емкостным сопротивлениями.

Л. — До тебя с таким фильтрами уже работал один ученый. К сожалению, дело обстоит значительно сложнее, так как нужно учитывать разность фазовых сдвигов в емкости и индуктивности.

Имеется, к счастью, другой способ преодолеть эту неприятность. Для этого достаточно использовать полосовые фильтры только в каскадах усиления промежуточной частоты супергетеродинов.

Н. — Клянусь сопротивлением, правильно! В усилителе промежуточной частоты все контуры настроены на одну постоянную частоту, и мы можем не бояться изменения ширины полосы пропускания.

Л. — Однако следует заметить, что в преселекторах супергетеродинов, включаемых между антенной и первой лампой, для подавления помехи по зеркальному каналу пользуются часто полосовыми фильтрами с емкостной связью В этом случае речь идет о подавлении частоты, очень удаленной от частоты настройки. Поэтому полоса пропускания фильтра может быть без каких-либо осложнений значительно шире 9 кгц.

НЕЗНАЙКИН ВЫСКАЗЫВАЕТСЯ ЗА ПЕРЕМЕННУЮ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ

Н. — Теперь, Любознайкин, предположи, что мы имеем приемник с полосой пропускания 9 кгц и хотим принимать слабые сигналы удаленной радиостанции, частота которой отстоит на 9 кгц от частоты, на которой работает местный мощный передатчик. Не помешает ли последний приему удаленной станции?

Л. — Так как резонансные кривые фильтров только приближаются к идеальной прямоугольной форме, местный передатчик будет, очевидно, мешать приему. Чтобы в таких условиях принимать сигнал без помех, нужен приемник с большей избирательностью; его полоса пропускания должна быть меньше 9 кгц. Таким образом, частично в ущерб качеству передачи можно добиться разборчивого приема слабо слышимой станции.

Н. — Я предпочитаю совсем не принимать некоторые станции, если при этом высокая избирательность окажется причиной плохого качества воспроизведения

Л. — К счастью, можно совмещать свойства, казалось бы, несовместимые, делая избирательность переменной. При этом прием мощных близких станций, когда помехи отсутствуют, можно производить при пониженной избирательности. Наивысшее качество воспроизведения будет сочетаться с отсутствием помех.

Н. — Это поразительно! Но как же осуществляется переменная избирательность?

Л. — Сегодня, Незнайкин, ты задаешь детские вопросы Чтобы сделать ширину полосы пропускания фильтра переменной, надо сделать регулируемой связь между контурами. Так, в фильтрах с индуктивной связью меняют расстояние между катушками, а в фильтрах с общим сопротивлением связи применяют переменные конденсаторы или индуктивности. Правда, при этом принимаются некоторые меры предосторожности против возможной расстройки контуров, связанной с изменением величины связи.

Н. — Ну, мой собственный приемник обязательно будет с переменной избирательностью!