Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 11 класс>> Изобретение радио А. С. Поповым

ИЗОБРЕТЕНИЕ РАДИО А. С. ПОПОВЫМ

Русский ученый Александр Степанович Попов стал одним из первых, кто в России решился заняться изучением электромагнитных волн. А начал он освоение электромагнитных волн с повторения опытов, которыми занимался Герц. Но в процессе работы Попову удалось найти более чувствительный и надежный способ приема электромагнитных волн. Ему удалось усовершенствовать приборы так, что в его приемных резонаторах стали появляться довольно таки сильные искры.

Со временем Александр Степанович смог построить приемник, который показывал высокую чувствительность к электрическим волнам. Кстати, особенности этого приемника в радиоаппаратуре применяют, по сей день. Чтобы чувствительность этого приемника увеличить Попов применил явление резонанса и изобрел приемную антенну.

Еще одной значимой особенностью приемника, изобретенного Поповым, был способ регистрации волн, где вместо искры был применен когерер.

Когерер – это такой прибор, который был сделан в виде трубки с двумя электродами. Внутри этой трубки находились мелкие металлические опилки, а в оба ее конца вводились провода, которые соприкасались с этими опилками.

Правда, этот прибор был изобретен не Поповым, а Бранли, для применения в лабораторных опытах.

За основу в работе когерера было положено влияние электрических разрядов на металлические порошки. А происходило это так: так как в обычных условиях электрическое сопротивление в опилках было большим, но если в цепи появлялся переменный ток высокой частоты, то между этими опилками проскакивали искорки и опилки сваривались, а сопротивление когерера уменьшалось. Чтобы снова вернуть этому прибору большое сопротивление, его необходимо взять и просто встряхнуть.

Но для осуществления беспроволочной связи, когерер должен работать автоматически. И тогда Попов придумал использовать звуковое устройство. После приема сигнала срабатывало реле, и включался звонок, а получив такую легкую встряску, сцепление между металлическими опилками становилось более слабым, и готово было принять следующий сигнал.

Также Александром Степановичем для беспроволочной связи была создана первая антенна, в которой он заземлил один из выводов когерера и присоединил другой к проволоке, поднятой на определенную высоту. Благодаря такой антенне удалось повысить чувствительность аппарата.

Изобретение ученого остается актуальным и, по сей день, так как современные радиоприемники работают на основе приборов, изобретенных Поповым, и имеют антенну, с помощью которой проходящие волны способны вызывать незначительные электромагнитные колебания. Энергия этих колебаний используется для управления источниками энергии, которые питаются в последующей цепи.

В 1895 году седьмого мая А.С. Попов впервые продемонстрировал действие своего прибора на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге.

А с 1945 года в честь пятидесятилетия изобретения радио, день 7-го мая был объявлен «Днем радио» и с тех пор его ежегодно стали отмечать в России.

Естественно А.С.Попов не остановился на достигнутом и продолжил работу над усовершенствованием приемной аппаратуры. Российский ученый поставил перед собой цель изобрести прибор, с помощью которого можно будет передавать сигналы на довольно таки большие расстояния.

На первых порах Александр Степанович добился установления связи на расстоянии двухсот пятидесяти метров, потом дальность связи была установлена на расстоянии более шестисот метров, а затем радиосвязь достигала не одной сотни километров.

Со временем с помощью изобретений А.С. Попова, была внедрена радиосвязь в армии и на флоте, благодаря чему успешно использовалась во время различных спасательных операций.

Изобретение радиосвязи – одно из самых выдающихся достижений человеческой мысли и научно-технического прогресса.

Потребность в совершенствовании средств связи, в частности установлении связи без проводов, особенно остро проявилась в конце XIX в., когда началось широкое внедрение электрической энергии в промышленность, сельское хозяйство, связь, на транспорте (в первую очередь морском) и т. д.

История науки и техники подтверждает, что все выдающиеся открытия и изобретения были, во-первых, исторически обусловленными, во-вторых, результатом творческих усилий ученых и инженеров разных стран.

Но лишь немногим из них удалось сделать эти открытия и изобретения достоянием практики и поставить их на службу человечеству. К ним относятся талантливый ученый и экспериментатор, профессор Александр Степанович Попов, создавший первый в мире практически пригодный радиоприемник, и итальянский изобретатель Гульельмо Маркони, сумевший при поддержке крупнейших британских промышленников и видных специалистов осуществить радиосвязь через океан на расстояние 3500 км.

Изобретение радиосвязи было бы невозможно без фундаментальных исследований электромагнитных волн Д. К. Максвелла и Г. Герца.

В 1888 г. Герц создал вибратор и резонатор электромагнитных волн, подтвердив на практике теоретические выводы Максвелла.

Электромагнитные волны, полученные и экспериментально исследованные Герцем, стали называть «лучами Герца». От латинского radius – «луч» – произошло слово «радио», известное миллионам людей на нашей планете.

Радио Попова

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник А.С. Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

7 мая 1895г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А. С. Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. День 7 мая стал днем рождения радио. Ныне он ежегодно отмечается в нашей стране.

Работа Попова по увеличению расстояния приема-передачи радиосигналов.

А.С. Попов продолжал настойчиво совершенствовать приемную аппаратуру. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния.

Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899 г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20 км, а в 1901 г. дальность радиосвязи была уже 150 км.

Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. В начале 1900г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финляндском заливе. При участии А. С. Попова началось внедрение радиосвязи на флоте и в армии России.

Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А.С. Попов медленно, но уверенно увеличивал дальность действия радиосвязи. Через 5 лет после постройки первого приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстоянии 40 км. благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900 г. , ледокол “Ермак” снял со льдины рыбаков, которых шторм унес в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX в.

За границей усовершенствование подобных приборов проводилось фирмой, организованной итальянским инженером Г. Маркони. Опыты, поставленные в широком масштабе, позволили осуществить радиотелеграфную передачу через Атлантический океан.

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

Устройство и принцип работы радиоприёмника

А. С. Попова

Выполнила: ученица 11 «б» класса

Овчинникова Ю.

Проверил: учитель физики

Гаврилькова И. Ю.

Новый Оскол 2003 г.

ПЛАН:

1. Первый радиоприёмник Попова.

2. Совершенствование радио Поповым.

3. Современные радиоприёмники.

Первый радиоприёмник Попова.

После того, как было открыто электричество, по проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую речь. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за судном или самолётом, за поездом или автомобилем.

И тут людям помогло радио (в переводе с латинского radio означает "излучать", оно имеет общий корень и с другими латинскими словами radius – "луч"). Для передачи сообщения без проводов нужны лишь радиопередатчик и радиоприёмник, которые связаны между собой электромагнитными волнами – радиоволнами, излучаемыми передатчиком и принимаемые приёмником.

История радио начинается с первого в мире радиоприёмника, созданного в 1895 г. русским учёным А. С. Поповым. Попов сконструировал прибор, которые, по его словам, "заменил недостающие человеку электромагнитные чувства" и реагировал на электромагнитные волны. Сначала приёмник мог "чувствовать" только атмосферные электрические разряды – молнии. А затем научился принимать и записывать на ленту телеграммы, переданные по радио. Своим изобретением Попов подвёл итог работы большого числа учёных ряда стран мира.

Важный вклад в развитие радиотехники внесли разные учёные: Х. Эрнест, М. Фарадей, Дж. Максвелл и другие. Наиболее длинные электромагнитные волны впервые сумел получить и исследовать немецкий физик

Г. Герц в 1888г. А. С. Попов, опираясь на результаты Герца, создал, как уже говорилось, прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний – радиоприёмник.

25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании физико-химического общества Попов сделал доклад "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям", в котором изложил основные идеи о своём чувствительном приборе для обнаружения и регистрации электромагнитных колебаний. Этот прибор назвали грозоотметчиком. Прибор содержит все основные части радиоприёмника искровой радиотелеграфии, включая антенну и заземление.

Грозоотметчик А. С. Попова.

Первый радиоприёмник имел очень простое устройство: батарея, электрический звонок, электромагнитное реле и когерер (от латинского слова cogerentia – сцепление). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.С. Попова со 100000 до 1000 - 500 Ом, то есть в 100-200 раз). Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Под действием радиоволн, принятых антенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал пропускать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включая звонок, а когерер получал “легкую встряску”, сцепление между металлическими опилками в когерере ослабевало, и к ним поступал следующий сигнал.

Первый радиоприёмник А. С. Попова (1895г.)

Передатчиком служил искровой разрядник, возбуждавший электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире использовал для беспроводной связи. Чтобы повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема.

Схема радиоприёмника А. С. Попова, сделанная им самим: N – контакт звонка; А, В – вызовы когерера; С – контакт реле; РQ – выводы батареи, М – контакт антенны.

Принцип действия передатчика и приёмника Попова можно продемонстрировать с помощью установки, в которой диполь с когерером замкнут на батарею через гальванометр.

В момент приёма электромагнитной волны сопротивление когерера уменьшается, а ток в цепи увеличивается настолько, что стрелка гальванометра отклоняется на всю шкалу. Для прекращения приёма сигнала опилки когерера следует встряхнуть, например, лёгким постукиванием карандаша. В приёмной станции Попова эту операцию выполнял автоматически молоточек электрического звонка.

Схема демонстрации принципа действия приёмника Попова: К – когерер, Б – батарея.

Совершенствование радио Поповым.

Много сил и времени посвятил Попов совершенствованию своего радиоприёмника. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния.

Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс.. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона.

Через 5 лет после постройки первого приёмника начала действовать регулярная линия беспроводной связи на расстояние 40 километров. Благодаря программе, переданной по этой линии зимой 1900 г., ледокол "Ермак" снял со льдины рыбаков, которых шторм унёс в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX века.

Современные радиоприёмники.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

Схема простейшего радиоприёмника.

Современные радиоприёмники обнаруживают и извлекают передаваемую информацию. Достигая антенны приёмника, радиоволны пересекают её провод и возбуждают в ней очень слабые частоты. В антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприёмника – избирательное устройство, которое из всех принятых сигналов может отображать нужный. Таким устройством является колебательный контур. Контур воспринимает сигналы того радиопередатчика, высокочастотные колебания которого совпадают с собственной частотой колебаний контура приёмника. Назначение других элементов радиоприёмника заключается в том, чтобы усилить принятые колебания, выделить из их колебания звуковой частоты, усилить их и преобразовать в сигналы информации.

Различают 2 типа радиоприёмников: приёмники прямого усиления, в которых высокочастотные колебания до детектора только усиливаются, и супергетеродинные, в которых принятые сигналы преобразуются в колебания некоторой промежуточной частоты, усиливаются и только после этого поступают на детектор.

-

Список литературы :

1) Зубков Б. В., Чумаков С. В. "Энциклопедический словарь юного техника", Москва, "Педагогика", 1988.

2) Орехов В. П. "Колебания и волны в курсе физики средней школы, Москва, "Просвещение", 1977.

3) Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б. "Физика 11", Москва, "Просвещение", 1993.

Долгое время радиоприёмники возглавляли список самых значимых изобретений человечества. Первые такие устройства сейчас реконструированы и изменены под современный лад, однако в схеме их сборки мало что поменялось - та же антенна, то же заземление и колебательный контур для отсеивания ненужного сигнала. Бесспорно, схемы сильно усложнились со времён создателя радио - Попова. Его последователями были разработаны транзисторы и микросхемы для воспроизведения более качественного и энергозатратного сигнала.

Почему лучше начинать с простых схем?

Если вам понятна простая то можете быть уверены, что большая часть пути достижения успеха в сфере сборки и эксплуатации уже осилена. В этой статье мы разберём несколько схем таких приборов, историю их возникновения и основные характеристики: частоту, диапазон и т. д.

Историческая справка

7 мая 1895 года считается днём рождения радиоприёмника. В этот день российский учёный А. С. Попов продемонстрировал свой аппарат на заседании Русского физико-химического общества.

В 1899 году была построена первая линия радиосвязи длиной 45 км между и городом Котка. Во время Первой мировой войны получили распространение приёмник прямого усиления и электронные лампы. Во время военных действий наличие радио оказалось стратегически необходимым.

В 1918 году одновременно во Франции, Германии и США учёными Л. Левви, Л. Шоттки и Э. Армстронгом был разработан метод супергетеродинного приёма, но из-за слабых электронных ламп широкое распространение этот принцип получил только в 1930-х годах.

Транзисторные устройства появились и развивались в 50-х и 60-х годах. Первый широко используемый радиоприёмник на четырёх транзисторах Regency TR-1 был создан немецким физиком Гербертом Матаре при поддержке промышленника Якоба Михаэля. Он поступил в продажу в США в 1954 году. Все старые радиоприёмники работали на транзисторах.

В 70-х начинается изучение и внедрение интегральных микросхем. Сейчас приёмники развиваются с помощью большой интеграции узлов и цифровой обработки сигналов.

Характеристики приборов

Как старые радиоприёмники, так и современные обладают определёнными характеристиками:

1. Чувствительность - способность принимать слабые сигналы.
2. Динамический диапазон - измеряется в Герцах.
3. Помехоустойчивость.
4. Селективность (избирательность) - способность подавлять посторонние сигналы.
5. Уровень собственных шумов.
6. Стабильность.

Эти характеристики не меняются в новых поколениях приёмников и определяют их работоспособность и удобство эксплуатации.

Принцип работы радиоприёмников

В самом общем виде радиоприёмники СССР работали по следующей схеме:

1. Из-за колебаний электромагнитного поля в антенне появляется переменный ток.
2. Колебания фильтруются (селективность) для отделения информации от помех, т. е. из сигнала выделяется его важная составляющая.
3. Полученный сигнал преобразуется в звук (в случае радиоприёмников).

По схожему принципу появляется изображение на телевизоре, передаются цифровые данные, работает радиоуправляемая техника (детские вертолёты, машинки).

Первый приёмник был больше похож на стеклянную трубку с двумя электродами и опилками внутри. Работа осуществлялась по принципу действия зарядов на металлический порошок. Приёмник обладал огромным по современным меркам сопротивлением (до 1000 Ом) из-за того, что опилки плохо контактировали между собой, и часть заряда проскакивала в воздушное пространство, где рассеивалась. Со временем эти опилки были заменены колебательным контуром и транзисторами для сохранения и передачи энергии.

В зависимости от индивидуальной схемы приёмника сигнал в нём может проходить дополнительную фильтрацию по амплитуде и частоте, усиление, оцифровку для дальнейшей программной обработки и т. д. Простая схема радиоприёмника предусматривает единичную обработку сигнала.

Терминология

Колебательным контуром в простейшем виде называются катушка и конденсатор, замкнутые в цепь. С помощью них из всех поступающих сигналов можно выделить нужный за счёт собственной частоты колебаний контура. Радиоприемники СССР, как, впрочем, и современные устройства, основаны на этом сегменте. Как все это функционирует?

Как правило, питание радиоприёмников происходит за счёт батареек, количество которых варьируется от 1 до 9. Для транзисторных аппаратов широко используются батареи 7Д-0.1 и типа "Крона" напряжением до 9 В. Чем больше батареек требует простая схема радиоприёмника, тем дольше он будет работать.

По частоте принимаемых сигналов устройства делятся на следующие типы:

1. Длинноволновые (ДВ) - от 150 до 450 кГц (легко рассеиваются в ионосфере). Значение имеют приземлённые волны, интенсивность которых уменьшается с расстоянием.
2. Средневолновые (СВ) - от 500 до 1500 кГц (легко рассеиваются в ионосфере днём, но ночью отражаются). В светлое время суток радиус действия определяется приземлёнными волнами, ночью - отражёнными.
3. Коротковолновые (КВ) - от 3 до 30 МГц (не приземляются, исключительно отражаются ионосферой, поэтому вокруг приёмника существует зона радиомолчания). При малой мощности передатчика короткие волны могут распространяться на большие расстояния.
4. Ультракоротковолновые (УКВ) - от 30 до 300 МГц (имеют высокую приникающую способность, как правило, отражаются ионосферой и легко огибают препятствия).
5. - от 300 МГц до 3 ГГц (используются в сотовой связи и Wi-Fi, действуют в пределах видимости, не огибают препятствия и распространяются прямолинейно).
6. Крайневысокочастотные (КВЧ) - от 3 до 30 ГГц (используются для спутниковой связи, отражаются от препятствий и действуют в пределах прямой видимости).
7. Гипервысокочастотные (ГВЧ) - от 30 ГГц до 300 ГГц (не огибают препятствий и отражаются как свет, используются крайне ограниченно).

При использовании КВ, СВ и ДВ радиовещание можно вести, находясь далеко от станции. УКВ-диапазон принимает сигналы более специфично, но если станция поддерживает только его, то слушать на других частотах не получится. В приёмник можно внедрить плейер для прослушивания музыки, проектор для отображения на удалённые поверхности, часы и будильник. Описание схемы радиоприёмника с подобными дополнениями усложнится.

Внедрение в радиоприёмники микросхемы позволило значительно увеличить радиус приёма и частоту сигналов. Их главное преимущество в сравнительно малом потреблении энергии и маленьком размере, что удобно для переноса. Микросхема содержит все необходимые параметры для понижения дискретизации сигнала и удобства чтения выходных данных. Цифровая обработка сигнала доминирует в современных устройствах. были предназначены только для передачи аудиосигнала, лишь в последние десятилетия устройство приёмников развилось и усложнилось.

Схемы простейших приёмников

Схема простейшего радиоприёмника для сборки дома была разработана ещё во времена СССР. Тогда, как и сейчас, устройства разделялись на детекторные, прямого усиления, прямого преобразования, супергетеродинного типа, рефлексные, регенеративные и сверхрегенеративные. Наиболее простыми в восприятии и сборке считаются детекторные приёмники, с которых, можно считать, началось развитие радио в начале 20-ог века. Наиболее сложными в построении стали устройства на микросхемах и нескольких транзисторах. Однако если вы разберетесь в одной схеме, другие уже не будут представлять проблемы.

Простой детекторный приёмник

Схема простейшего радиоприёмника содержит в себе две детали: германиевый диод (подойдут Д8 и Д9) и главный телефон с высоким сопротивлением (ТОН1 или ТОН2). Так как в цепи не присутствует колебательный контур, ловить сигналы определённой радиостанции, транслирующиеся в данной местности, он не сможет, но со своей основной задачей справиться.

Для работы понадобится хорошая антенна, которую можно закинуть на дерево, и провод заземления. Для верности его достаточно присоединить к массивному металлическому обломку (например, к ведру) и закопать на несколько сантиметров в землю.

Вариант с колебательным контуром

В прошлую схему для внедрения избирательности можно добавить катушку индуктивности и конденсатор, создав колебательный контур. Теперь при желании можно поймать сигнал конкретной радиостанции и даже усилить его.

Ламповый регенеративный коротковолновой приёмник

Ламповые радиоприёмники, схема которых довольно проста, изготавливаются для приёма сигналов любительских станций на небольших расстояниях - на диапазоны от УКВ (ультракоротковолнового) до ДВ (длинноволнового). На этой схеме работают пальчиковые батарейные лампы. Они лучше всего генерируют на УКВ. А сопротивление анодной нагрузки снимает низкая частота. Все детали приведены на схеме, самодельными можно считать только катушки и дроссель. Если вы хотите принимать телевизионный сигналы, то катушка L2 (EBF11) составляется из 7 витков диаметром 15 мм и провода на 1,5 мм. Для подойдет 5 витков.

Радиоприёмник прямого усиления на двух транзисторах

Схема содержит и двухкаскадный усилитель НЧ - это настраиваемый входной колебательный контур радиоприёмника. Первый каскад - детектор ВЧ модулированного сигнала. Катушка индуктивности намотана в 80 витков проводом ПЭВ-0,25 (от шестого витка идёт отвод снизу по схеме) на ферритовом стержне диаметром 10 мм и длиной 40.

Подобная простая схема радиоприёмника рассчитана на распознавание мощных сигналов от недалёких станций.

Сверхгенеративное устройство на FM-диапазоны

FM-приёмник, собранный по модели Е. Солодовникова, несложен в сборке, но обладает высокой чувствительностью (до 1 мкВ). Такие устройства используют для высокочастотных сигналов (более 1МГЦ) с амплитудной модуляцией. Благодаря сильной положительной обратной связи коэффициент возрастает до бесконечности, и схема переходит в режим генерации. По этой причине происходит самовозбуждение. Чтобы его избежать и использовать приёмник как высокочастотный усилитель, установите уровень коэффициента и, когда дойдет до этого значения, резко снизьте до минимума. Для постоянного мониторинга усиления можно использовать генератор пилообразных импульсов, а можно сделать проще.

На практике нередко в качестве генератора выступает сам усилитель. С помощью фильтров (R6C7), выделяющих сигналы низких частот, ограничивается проход ультразвуковых колебаний на вход последующего каскада УНЧ. Для FM-сигналов 100-108 МГц катушка L1 преобразуется в полувиток с сечением 30 мм и линейной частью 20 мм при диаметре провода 1 мм. А катушка L2 содержит 2-3 витка диаметром 15 мм и провод с сечением 0,7 мм внутри полувитка. Возможно усиление приёмника для сигналов от 87,5 МГц.

Устройство на микросхеме

КВ-радиоприёмник, схема которого была разработана в 70-е годы, сейчас считают прототипом Интернета. Коротковолновые сигналы (3-30 МГц) путешествуют на огромные расстояния. Нетрудно настроить приёмник для прослушивания трансляции в другой стране. За это прототип получил название мирового радио.

Простой КВ-приёмник

Более простая схема радиоприёмника лишена микросхемы. Перекрывает диапазон от 4 до 13 МГц по частоте и до 75 метров по длине. Питание - 9 В от батареи "Крона". В качестве антенны может служить монтажный провод. Приёмник работает на наушники от плейера. Высокочастотный трактат построен на транзисторах VT1 и VT2. За счёт конденсатора С3 возникает положительный обратный заряд, регулируемый резистором R5.

Современные радиоприёмники

Современные аппараты очень похожи на радиоприёмники СССР: они используют ту же антенну, на которой возникают слабые электромагнитные колебания. В антенне появляются высокочастотные колебания от разных радиостанций. Они не используются непосредственно для передачи сигнала, но осуществляют работу последующей цепи. Сейчас такой эффект достигается с помощью полупроводниковых приборов.

Широкое развитие приёмники получили в середине 20-го века и с тех пор непрерывно улучшаются, несмотря на замену их мобильными телефонами, планшетами и телевизорами.

Общее устройство радиоприёмников со времён Попова изменилось незначительно. Можно сказать, что схемы сильно усложнились, добавились микросхемы и транзисторы, стало возможным принимать не только аудиосигнал, но и встраивать проектор. Так приёмники эволюционировали в телевизоры. Сейчас при желании в аппарат можно встроить всё, что душе угодно.

Устройство и принцип работы радиоприёмника

А. С. Попова

Выполнила: ученица 11 «б» класса

Овчинникова Ю.

Проверил: учитель физики

Гаврилькова И. Ю.

Новый Оскол 2003 г.

ПЛАН:

1. Первый радиоприёмник Попова.

2. Совершенствование радио Поповым.

3. Современные радиоприёмники.

Первый радиоприёмник Попова.

После того, как было открыто электричество, по проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую речь. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за судном или самолётом, за поездом или автомобилем.

И тут людям помогло радио (в переводе с латинского radio означает "излучать", оно имеет общий корень и с другими латинскими словами radius – "луч"). Для передачи сообщения без проводов нужны лишь радиопередатчик и радиоприёмник, которые связаны между собой электромагнитными волнами – радиоволнами, излучаемыми передатчиком и принимаемые приёмником.

История радио начинается с первого в мире радиоприёмника, созданного в 1895 г. русским учёным А. С. Поповым. Попов сконструировал прибор, которые, по его словам, "заменил недостающие человеку электромагнитные чувства" и реагировал на электромагнитные волны. Сначала приёмник мог "чувствовать" только атмосферные электрические разряды – молнии. А затем научился принимать и записывать на ленту телеграммы, переданные по радио. Своим изобретением Попов подвёл итог работы большого числа учёных ряда стран мира.

Важный вклад в развитие радиотехники внесли разные учёные: Х. Эрнест, М. Фарадей, Дж. Максвелл и другие. Наиболее длинные электромагнитные волны впервые сумел получить и исследовать немецкий физик

Г. Герц в 1888г. А. С. Попов, опираясь на результаты Герца, создал, как уже говорилось, прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний – радиоприёмник.

25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании физико-химического общества Попов сделал доклад "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям", в котором изложил основные идеи о своём чувствительном приборе для обнаружения и регистрации электромагнитных колебаний. Этот прибор назвали грозоотметчиком. Прибор содержит все основные части радиоприёмника искровой радиотелеграфии, включая антенну и заземление.

Грозоотметчик А. С. Попова.

Первый радиоприёмник имел очень простое устройство: батарея, электрический звонок, электромагнитное реле и когерер (от латинского слова cogerentia – сцепление). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.С. Попова со 100000 до 1000 - 500 Ом, то есть в 100-200 раз). Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Под действием радиоволн, принятых антенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал пропускать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включая звонок, а когерер получал “легкую встряску”, сцепление между металлическими опилками в когерере ослабевало, и к ним поступал следующий сигнал.

Первый радиоприёмник А. С. Попова (1895г.)

Передатчиком служил искровой разрядник, возбуждавший электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире использовал для беспроводной связи. Чтобы повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема.

Схема радиоприёмника А. С. Попова, сделанная им самим: N – контакт звонка; А, В – вызовы когерера; С – контакт реле; РQ – выводы батареи, М – контакт антенны.

Принцип действия передатчика и приёмника Попова можно продемонстрировать с помощью установки, в которой диполь с когерером замкнут на батарею через гальванометр.

В момент приёма электромагнитной волны сопротивление когерера уменьшается, а ток в цепи увеличивается настолько, что стрелка гальванометра отклоняется на всю шкалу. Для прекращения приёма сигнала опилки когерера следует встряхнуть, например, лёгким постукиванием карандаша. В приёмной станции Попова эту операцию выполнял автоматически молоточек электрического звонка.

Схема демонстрации принципа действия приёмника Попова: К – когерер, Б – батарея.

Совершенствование радио Поповым.

Много сил и времени посвятил Попов совершенствованию своего радиоприёмника. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния.

Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс.. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона.

Через 5 лет после постройки первого приёмника начала действовать регулярная линия беспроводной связи на расстояние 40 километров. Благодаря программе, переданной по этой линии зимой 1900 г., ледокол "Ермак" снял со льдины рыбаков, которых шторм унёс в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX века.

Современные радиоприёмники.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

Схема простейшего радиоприёмника.

Современные радиоприёмники обнаруживают и извлекают передаваемую информацию. Достигая антенны приёмника, радиоволны пересекают её провод и возбуждают в ней очень слабые частоты. В антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприёмника – избирательное устройство, которое из всех принятых сигналов может отображать нужный. Таким устройством является колебательный контур. Контур воспринимает сигналы того радиопередатчика, высокочастотные колебания которого совпадают с собственной частотой колебаний контура приёмника. Назначение других элементов радиоприёмника заключается в том, чтобы усилить принятые колебания, выделить из их колебания звуковой частоты, усилить их и преобразовать в сигналы информации.

Различают 2 типа радиоприёмников: приёмники прямого усиления, в которых высокочастотные колебания до детектора только усиливаются, и супергетеродинные, в которых принятые сигналы преобразуются в колебания некоторой промежуточной частоты, усиливаются и только после этого поступают на детектор.

-

Список литературы :

1) Зубков Б. В., Чумаков С. В. "Энциклопедический словарь юного техника", Москва, "Педагогика", 1988.

2) Орехов В. П. "Колебания и волны в курсе физики средней школы, Москва, "Просвещение", 1977.

3) Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б. "Физика 11", Москва, "Просвещение", 1993.

Опыты Герца показали, что с помощью электромагнитных волн можно отправлять и принимать сигналы, но все это делалось на очень малом расстоянии, в пределах стола лаборатории. Проведя важный для науки эксперимент, Герц не увидел практической ценности использования электромагнитных волн и даже сам отрицал возможность их применения.

Однако эти опыты заинтересовали физиков всего мира. В России одним из первых занялся изучением электромагнитных волн преподаватель высшего учебного заведения в Кронштадте А.С. Попов, создавший в апреле 1895 г. первый в мире радиоприемник, в котором прием сигналов регистрировался с помощью электрического звонка.

Схема передатчика Попова изображена на рисунке 1. Колебательный контур состоит из индуктивности - вторичной обмотки индукционной катушки L , питаемой батареей Б, и емкости - искрового промежутка аЬ. Если нажать на ключ К, то в искровом промежутке катушки проскакивает искра, представляющая собой высокочастотный разряд и вызывающая электромагнитные колебания в антенне А.

Антенна является открытым вибратором и излучает электромагнитные волны, которые, достигнув антенны приемной станции, возбуждают в ней электрические колебания.

Для регистрации принятых волн А.С. Попов применил специальный прибор - когерер К, состоящий из стеклянной трубки, в которой находятся металлические опилки (рис. 2).

В левый конец трубки введена металлическая пластинка В, в правый - провод С, соприкасающийся с опилками. В обычных условиях сопротивление опилок велико, но под действием электрических колебании между ними проскакивают маленькие искорки, опилки слипаются, и сопротивление когерера резко уменьшается. Если встряхнуть трубочку или слегка ударить по ней, то опилки распадаются, и их сопротивление снова возрастет. А.С. Попов включил когерер в цепь, содержащую источник ЭДС Б и звонок, молоточек которого при действии звонка мог ударять по резиновой трубке Т. Когда сопротивление когерера велико, сила тока, постоянно идущего в цепи БBCNБ, недостаточна для притяжения якоря в реле. С появлением электромагнитной волны сопротивление когерера падает, сила тока в цепи БBCNБ увеличивается, якорь S реле замыкает в точке Q цепь электромагнита М 1 , включенного параллельно цепи когерера, и молоточек звонка сигнализирует о приходе волны. При этом цепь электромагнита Μ размыкается, и молоточек ударяет по когереру. Сопротивление когерера увеличивается, и реле размыкает цепь звонка. На одиночную волну прибор отвечает коротким звонком, а на непрерывно принимаемые волны - частыми звонками через равные промежутки времени.

Реле позволило А.С. Попову не регистрировать непосредственно принимаемые антенной волны, а использовать их малую энергию для управления источником энергии, который питает аппарат, регистрирующий появление этих волн.

В июне 1895 г. А.С. Попов усовершенствовал свой приемник, добавив к нему для повышения чувствительности вертикальный провод - приемную антенну, а в марте - телеграфный аппарат для приема словесного текста, и получил возможность записывать принимаемые сигналы на телеграфную ленту. 24 марта 1896 г. были переданы первые слова "Генрих Герц" с помощью азбуки Морзе.

Добившись успеха, А.С. Попов продолжал опыты по увеличению дальности радиосвязи. Он использовал явление резонанса, для чего применил в своих приборах элементы настройки на определенную длину волны, и уже в 1898 г. А.С. Попов осуществил радиосвязь между двумя кораблями на расстояние 5 км.

В 1899 г. его ученик П.Н. Рыбкин обнаружил возможность приема радиотелеграфных сигналов "на слух". Вскоре после этого А.С. Попов сконструировал первый специальный радиоприемник и тем самым положил начало развитию радиотелефонной связи.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же. В любом приемнике имеется антенна, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электрические колебания. Эти слабые сигналы управляют источниками энергии, питающими последующие цепи.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. - Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. - C. 440-442.