Оглавление базы знаний о О. В. Лосеве

ГЛАВА IV

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВ РАДИОПРИЕМА.

Прошел год работы Олега Лосева в Нижегородской Радиолаборатории. Он многому научился, радиотехника становилась его родной стихией. Его познания были уже несравнимо большими, чем год назад, и вместе с тем они как-то давили на него. Ему становилось постепенно ясней и ясней, как мало еще он знает по теории радиотехники; он чувствовал, какое значение для творческого труда имеют теоретические знания старших специалистов в Радиолаборатории. Недостаточность образования давала себя знать.

- «Не прервать ли практическую работу, уйти в институт, и, получив инженерное образование, по иному, твердой поступью, а не робкими шагами, вернуться к практической работе в ту же лабораторию»?

Небольшие успехи в выполнении того или иного маленького задания, заметное повышение собственной квалификации, интерес к научной и общественной жизни Радиолаборатории удержали Олега от осуществления этой мысли. Он продолжал увлекаться приемной техникой, научился принимать на слух телеграфные передачи, просиживал долгие вечера за настройкой детекторных и ламповых приемников, изучал усилительные ламповые схемы. Однако ему не хотелось останавливаться на ламповых схемах, в знании которых первое время большинство сотрудников Радиолаборатории имело перед ним преимущества.
 

-«Неужели только катодная лампа может улучшить приемник? Неужели невозможны другие пути? Надо усиливать сигнал», - размышлял Олег. Он читал, что катушка с железным сердечником имеет причудливую вольтамперную характеристику, и что известный радист Александерсон построил даже на основании этого своеобразный магнитный усилитель для модулирования колебаний дуговых передатчиков. Не могут ли физические процессы при прохождении тока в железе послужить для усиления сигнала на приемной станции?

В номере 11 журнала «Телеграфия и Телефония без проводов» за 1921 год была помещена первая заметка 0.В.Лосева «О магнитных усилителях» - плод его первых юношеских попыток найти прибор, который мог, хотя бы в некоторых случаях, заменить электронную лампу. Ему естественно хотелось воспользоваться магнитным усилением для целей приема радиосигналов.

В наше время, спустя 30 лет, эти интересные устройства в различных областях техники нашли широкое применение. Теория магнитных усилителей разработана, а новые виды магнитных материалов открывают широкие перспективы их практического применения. На заре радиотехники нельзя было это предвидеть. Тогда в литературе начали появляться лишь самые первые сведения о новых магнитных приборах этого рода.

Магнитный усилитель основан на свойстве катушки с железным сердечником резко уменьшать свое сопротивление переменному току - свою индуктивность - при подмагничивании железного сердечника постоянным током. Для намагничивания железа постоянным магнитным полем не требуется непрерывного подведения энергии Достаточно пропустить очень слабый ток по вспомогательной катушке с большим числом витков; можно даже просто воспользоваться постоянным магнитом, и тогда уже для управления индуктивностью катушки, а следовательно, и переменным током в ней, потребуется совсем ничтожная мощность. Появляется как бы аналогия с электронной лампой.

О.В. Лосев внимательно изучил физические процессы, протекающие в магнитном усилителе, и рассмотрел баланс энергии в нем. При этом он воспользовался тем же ходом рассуждений, который применяется при рассмотрении процессов заряда конденсатора, усматривая глубокую внутреннюю связь между накоплением энергии в поле конденсатора и накоплением энергии в магнитном поле. Он пришел к заключению, что в магнитном усилителе того простейшего типа, который он изучал, не может появиться отрицательное сопротивление для переменного тока. У магнитного усилителя не было падающего участка на вольтамперной характеристике - он не мог давать в контур добавочной энергии, а управлял колебаниями лишь за счет увеличения или уменьшения положительного индуктивного сопротивления. На основании этих соображений Лосев приходит к заключению, что «на приемных станциях магнитные усилители не могут вытеснить катодных усилителей».

В.К. Лебединский приветствовал эти первые робкие шаги начинающего исследователя и, хотя они и не дали положительного практического результата, охотно поместил его статью.

Само по себе то обстоятельство, что 0.В. Лосев был одним из самых первых русских инженеров, обративших внимание на возможность магнитного усиления слабых сигналов, уже служило достаточной характеристикой его одаренности и технической интуиции. Подготовка к печати первой работы имела для Олега большое моральное значение. Она как бы делала его, самого юного сотрудника, равноправным членом коллектива молодых специалистов Радиолаборатории, к голосу которого они начинали прислушиваться. Дружная группа молодежи сплотилась еще теснее, и взаимный обмен мыслями и мечтами значительно стимулировал технический рост всего молодого коллектива. В него, кроме В.М. Петрова и П.И. Кондратьева, вошли Д.Е. Маляров, ставший впоследствии известным как изобретатель разрезного магнетрона, А.М. Кугушев, постоянный помощник профессора М.А Бонч-Бруевича по строительству мощных радиостанций, В.П. Яковлев и И.М. Рущук, исследовавшие под руководством профессора Татаринова излучение антенн, и др. К ней присоединился и первый советский радиолюбитель, впоследствии пионер коротковолновой связи, Ф.А. Лбов.

Внимание молодежи сосредотачивалось преимущественно на изучении ламповых схем разного рода и на более глубоком проникновении в детали сложных физических процессов, протекающих в электронных лампах.

Наибольшим успехом в то время пользовались схемы регенеративного приема, которые в наше время уже более не применяются. В них отрицательное сопротивление, которое лампа вводила в колебательный контур, служило не для возбуждения собственных колебаний контура, а только для уменьшения его активного сопротивления относительно приходящего сигнала - для уменьшения его затухания, и для повышения таким путем селективности приема, то есть отстройки от помех и от сигналов других передающих станций, работающих на близких к принимаемой станции волнах. Схема первого каскада регенеративного приемника изображена на рисунке 15. Колебательный контур в регенеративном приемнике соединен с антенной, которая создает в нем слабое напряжение от сигналов, имеющих ту частоту, на которую он настроен. Потери энергии, и в частности потери в омическом сопротивлении, тушат колебания в контуре, ослабляют возникающий в нем высокочастотный ток. Однако эти слабые колебания все же могут давать на сетку лампы небольшое переменное напряжение и таким образом управлять анодным током, накладывая на постоянный анодный ток переменную составляющую. Этот слегка пульсирующий анодный ток, протекая по катушке связи, создает меняющееся, усиливающееся и ослабляющееся, магнитное поле. Оно действует индуктивно на контур, вызывает в нем электродвижущую силу индукции, увеличивающую переменное напряжение, получаемое от антенны, дает дополнительную энергию (вводит в контур «отрицательное сопротивление»). В результате мощность колебаний возрастает - возрастет обратное воздействие, - усилятся пульсации анодного тока лампы, и слабые сигналы, принятые антенной, становятся отчетливо слышны в телефон, включенный в цепь анода. Эта мощность в состоянии приводить в действие телеграфный аппарат, записывая сигналы на ленту.

Весь этот сложный процесс регенеративного усиления сигнала протекает в ничтожно малый промежуток времени, в течение всего нескольких колебаний, то есть в течение нескольких миллионных долей секунды. При этом усилению подвергаются только сигналы, имеющие частоту, на которую настроен контур приемника; все другие частоты практически полностью затухают под влиянием активного сопротивления контура. Это явление в регенераторе обеспечивает высокую избирательность (селективность) приема и дает возможность дальнейшего усиления в следующем каскаде обычным способом.

Регенеративный приемник позволяет в широких пределах менять отрицательное сопротивление, вводимое лампой в приемный контур, а вместе с тем и интенсивность колебаний в нем, и силу звука в телефоне. Для этого достаточно изменить обратную связь между цепью анода и цепью сетки, приблизив или удалив от контура катушку связи. При очень сильной связи отрицательное сопротивление может превзойти положительное, и в контуре возникнут колебания, превосходящие по своей интенсивности принимаемые сигналы. Эти колебания контур передаст в антенну. Приемник превратится в ламповый маломощный передатчик: антенна станет не принимать, а излучать радиоволны.

Нужен навык, чтобы уловить границу, когда отрицательное сопротивление скомпенсирует положительное - установить «предел генерации» (самовозбуждения); радиолюбители при настройке приемника на приходящий сигнал очень часто переходят за этот предел. К множеству различных радиоволн от передающих станций присоединяются еще волны от генерирующих радиолюбительских приемников, расположенных часто по соседству. Тогда помехи регенеративных приемников могут, вследствие их близости, превзойти сигналы удаленных станций и даже сделать прием практически невозможным. В телефоне появятся свисты и шумы, заглушающие передачу. По этой причине устройство регенеративных приемников было впоследствии запрещено. Тем не менее, первое время они сослужили большую службу радиолюбителям, позволив им на опыте изучить основные принципы и приема, и передачи.

Регенеративный одноламповый приемник ЛБ-2 системы Лебедева-Борусевич, стал производиться в массовом порядке на заводах Треста слабого тока в Ленинграде. Приемник для работы требовал большого напряжения на аноде (120 и более вольт) и большой мощности для накала катода. Лампы для него были неэкономичны - ток накала достигал 0,5 ампер и более. Тем не менее, приемник ЛБ-2 был очень популярен среди радистов 20-х годов. Он был первым более или менее массовым приемником, пригодным для приема слабых сигналов далеких радиостанций.

О.В. Лосев подробно изучил работу регенеративных приемников и мечтал об их усовершенствовании. Как далеко в прошлое ушли первые его опыты в Твери, а ведь протекло не более 5 лет!

Вторым типом более сложной радиосхемы, которую одновременно с регенеративным приемником изучала и пыталась усовершенствовать группа молодых сотрудников Нижегородской Радиолаборатории, были приемники гетеродинные.

В то время радиосвязь на больших расстояниях была только телеграфная. Слабые радиосигналы удаленных передатчиков, передаваемые обычно азбукой Морзе, после детектирования с трудом можно было различать непосредственно в телефоне - они терялись среди атмосферных шорохов и шумов; трудно было отличать тире от точек; громкость звука менялась, получался ненадежный прием. Предлагались разные способы повышения различимости знаков Морзе. Большое распространение получил детекторный прием с прерыванием выпрямленного тока тикерами или зуммерами, превращавшими телеграфные сигналы в звуки совершенно определенного тона, длительность которых – точки и тире – оценить было уже легче. Ухо привыкало выбирать на фоне беспорядочного шума атмосферных разрядов знакомый музыкальный тон тикера и гораздо лучше отличало тире от точек. Однако введение этих вспомогательных устройств, осложняя аппаратуру, приводило к лишним потерям энергии и не повышало избирательность радиоприема.

Гетеродинный прием также давал в телефоне тональные сигналы, но он сопровождался их усилением и значительным повышением избирательности. Он считался в те времена венцом техники радиоприема.

Сущность гетеродинирования сводится к возбуждению в радиоприемнике кроме колебаний, вызываемых приходящими радиоволнами, еще других колебаний от местного лампового генератора, имеющих частоту, близкую к частоте принимаемого сигнала. Для этого достаточно бывает контур гетеродина слабо связать индуктивной связью с катушкой приемного контура, то есть попросту поместить их недалеко друг от друга. Тогда в приемнике получится сложение колебаний двух разных частот, вызывающее так называемые «биения», парные детектирования приводят к образованию новых сложных колебаний, характеризующихся тоже двумя частотами; однако эти частоты резко отличаются от исходных - одна равняется сумме частот сигнала и гетеродина – следовательно, оказывается радиочастотой более высокой, чем частота сигнала, другая равняется разности частот и, следовательно, оказывается значительно ниже исходных. Ее можно сделать звуковой, если разность исходных колебаний подобрать в пределах от 200 до 6000 периодов в секунду. В контуре образуется такое сложное колебание, которое можно себе представить как радиочастоту (сумму), модулированную звуковой частотой (разностью).

Если передающая станция, например, работает на частоте, равной 300000 колебаний в секунду, а на приемной станции собственный генератор настраивается на частоту, равную 301000 колебаний в секунду, то возникают биения, возникает новая частота, в нашем случае 1000 колебаний в секунду.

Эта новая частота имеет большую амплитуду колебаний, чем у принимаемого сигнала, и после детектирования такое сложное колебание даст в телефоне музыкальный тон низкой разностной частоты, отлично воспринимаемой ухом.

Меняя частоту колебаний гетеродина, можно менять в широких пределах и по желанию подбирать этот музыкальный тон так, чтобы его всего легче было различать. Биения этого определенного тона будут получаться лишь между незатухающими колебаниями передающей радиостанции и гетеродином в месте приема, так как беспорядочные атмосферные шорохи и помехи не имеют определенной частоты и не могут давать тональных биений. Это приводит к значительному повышению избирательности приемника. Мало того, теория сложения колебаний показывает, что при этом получается и значительное повышение мощности звука, который получается, главным образом, за счет мощности гетеродина, а не за счет мощности сигнала.

Гетеродинный прием телеграфных сигналов с после дующим усилением на низкой частоте был в то время самым совершенным способом связи с наиболее удаленными радиостанциями, телеграфные сигналы которых было особенно трудно выделять на фоне атмосферных разрядов и других помех. Он сохранил свое значение и в настоящее время; теперь гетеродинный прием значительно улучшен и теоретически полностью разработан.

Оказалось возможным положить принцип гетеродинного приема в основу и телефонной связи. Для этого достаточно подобрать частоту гетеродина так, чтобы разность частот между ним и принимаемым сигналом оказалась выше частоты звуков, воспринимаемых ухом. Тогда после детектирования через телефон потечет выпрямленный и сглаженный конденсатором постоянный ток, сила которого будет прямо пропорциональна амплитуде колебаний приходящего сигнала. Если передающая станция посылает волны, модулированные звуковой частотой - музыкой или голосом человека, - телефон будет воспроизводить эту частоту, будет петь или говорить. Такой способ радиотелефонного приема получил название супергетеродинного приема с промежуточной частотой гетеродина более высокой, чем слышимые звуки, и значительно более низкой, чем радиочастота принимаемого сигнала.

Для супергетеродинного приема самых слабых сигналов часто пользуются многоламповыми приемниками с одной усилительной лампой на высокой частоте, одноламповым гетеродином для получения промежуточной частоты, детекторной лампой и усилителем на низкой частоте. Построить собственный гетеродин было для многих радистов и радиолюбителей в то время далеко не всегда осуществимой мечтой.

Для улучшения же обычного приемного устройства лампа с дополнительным питанием считалась совершенно необходимой. Когда не было возможности достать лампу и питание к ней, радиолюбителям приходилось возвращаться к старому способу детекторного приема. Усовершенствования, которые допускал детекторный приемник с кристаллом, касались лишь улучшения детекторов, получения устойчивой детекторной точки, уменьшения вносимого ими в контур затухания. Над этими усовершенствованиями, над поисками лучшей детектирующей точки, над ее хлопотливой регулировкой десятки тысяч радиолюбителей всего мира просиживали многие бессонные ночи, и все же детектирующая точка терялась в самый интересный момент радиопередачи.

Массовым, широко применявшимся, приемником был в то время старый детекторный приемник с галенитовым детектором, который собирали сами радиолюбители, по получившей всеобщее признание схеме С.И. Шапошникова (Рис.16). Этот детекторный приемник был прост и не требовал вспомогательного питания. Он использовал только ту энергию электромагнитных волн, которая доходила от передающих радиостанций до приемной антенны, и не требовал питания.

Для лучшей работы детекторного приемника радиолюбители старались получить максимальное количество электромагнитной энергии, они удлиняли антенны и поднимали их на большую высоту. В детекторном приемнике происходит только преобразование электромагнитной энергии радиосигнала высокой частоты в электрическую энергию звуковой частоты, которая заставляет вибрировать мембрану телефона. При таком преобразовании потери энергии неизбежны. Звуковая энергия, отдаваемая уху телефоном детекторного приемника, всегда бывает при этом значительно меньше количества электромагнитной энергии, улавливаемой антенной. Принцип действия детекторного приемника, энергетические соотношения в нем не допускали и мысли о возможности применения сложных схем для лучшей настройки и для усиления радиосигналов.

Олег вновь обратился к В.К. Лебединскому за советом, за получением направления в работе.

- «Вы вроде окончательно остановились на приемниках; область радиотехники крайне нужная; в ней, к сожалению, еще нет установившихся путей. Начинайте изучать вполне Вам доступный кристаллический детектор; пока Вам еще рано заниматься ламповой техникой. Период детекторной техники еще далек от спадания, вопреки утверждениям многих увлекающихся оптимистов. С детекторными приемниками сейчас работает добрая половина радистов мира, но принцип работы, механизм выпрямления еще далеко не ясен. Вы можете и должны в этой области достигнуть успеха».

Слова Владимира Константиновича ободрили Олега.

- «Значит, еще далеко не все потеряно. У кого не бывает неудач. Начну вновь заниматься детекторами…». Он принялся за изучение кристаллов.

Подобными же опытами улучшения кристаллических детекторов в то время были заняты и специалисты и радиолюбители. Многие из них получили авторские свидетельства, закреплявшие их успехи, но существенных принципиальных улучшений в детекторном приеме они не могли получить.

Настраивая детекторный приемник, тщательно подыскивая детектирующие точки, Олег пытался уловить связь между внешним строением кристалла и качеством детектора. Единственно, что ему скоро удалось, установить, был тот факт, что раскалывание кристалла, обнажение свежей грани в нем, облегчает нахождение детектирующей точки на поверхности свежего излома и улучшает качество приема. Он изготовлял детекторы изо всех указанных в доступной ему литературе кристаллов: из галенита (сернистый свинец), из карборунда (кремнистый углерод), из цинкита (окись цинка) и др. Детекторы эти, даже со свежерасколотыми гранями, работали все же неустойчиво, «капризно». Именно это и не удовлетворяло Олега. Он изучал поверхность детектора, чистоту поверхности, отсутствие на ней пыли, кристаллическую структуру, и искал зависимость между углом соприкосновения контактного острия с кристаллом и качеством детектирования. Чтобы исключить попадание пыли и влаги на поверхность детектора, он придумал и изготовил стеклянный колпачок, который защищал детектор. Но тщетно. Улучшить работу детектора ему, как и другим исследователям не удалось. Лосев приобрел лишь навык в терпеливом отыскивании детектирующей точки и производил это с большим успехом. Скоро своими друзьями он был признан специалистом по детекторному приему и знатоком свойств всех, применявшихся в то время кристаллических детекторов.

Лосев начал тщательно измерять сопротивление детекторов при разных значениях силы тока, проходившего через детектор. Ему удалось установить несомненно, что для более громкого приема нужно подбирать малое сопротивление кристалла, чтобы не вносить в приемный контур новых добавочных потерь. Он произвел тщательное измерение силы тока, текущего через кристаллический детектор при равных напряжениях, то есть получил его вольтамперную характеристику, подобно тому, как он делал это с электрической дутой.

Каково же было его удивление, когда у ряда кристаллов он обнаружил на вольтамперных характеристиках падающие участки. При некоторых значениях силы тока и напряжения он наблюдал, что увеличение напряжения приводит к уменьшению силы тока. Ведь это означало, что при определенных условиях сопротивление детектора становилось как бы отрицательным!

Казалось, что общего между маленьким детектором и мощной электрической дугой, дающей отрицательное сопротивление? Тем не менее, раз свойства похожи, то и их действие на колебательный контур должно быть сходным, и детектор с падающей характеристикой должен вызывать незатухающие колебания, должен превратиться в миниатюрный генератор. Весь вопрос, как это осуществить. Эта задача заставила Лосева глубоко задуматься.

Оглавление базы знаний о О. В. Лосеве