Принцип работы радио: История изобретения радио. Что такое радио, принцип работы

Принцип работы радио — Семь Восьмых

Первый радиоприёмник имел очень простое устройство: батарея, электрический звонок, электромагнитное реле и когерер (от латинского слова cogerentia – сцепление). Авторадио слушать онлайн бесплатно по ссылке.

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.)

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.

Восприятие сигнала устройством

В отдаленном от источника месте отправленный сигнал улавливается приемной антенной радио. Это знаменует этап обработки радиочастотного сигнала, что происходит поэтапно:

1. Колебания электромагнитных полей порождает в приемнике электрические токи.
2. Электроток малой мощности фильтруется для устранения помех и выявления полезной информации.
3. «Очищенные» сигналы расшифровываются, детектируются, выделяется полезная информация.
4. Происходит преобразование набора радиочастот в понятный для устройства вид: звук, изображение, видео.

В большинстве случаев перед расшифровкой сигнал проходит через большое количество приборов – усилителей, преобразователей частот – а также подвергается оцифровке и программной обработке. И только затем мы сможем понять сведения, полученные радио. Это же одновременно улучшает качество и восприятие информации.

Принципы радиосвязи

Для радиосвязи нужны два отдельных прибора: передатчик и приёмник электромагнитных волн. Для понимания принципов их работы рассмотрим простейшие приборы, созданные немецким учёным Г.Герцем в 1886 году.

Вы видите устройство передатчика. Проволоку разрезали пополам, присоединив получившиеся отрезки к высоковольтному трансформатору. Размер воздушного промежутка между концами проволок установили таким, чтобы в нём часто проскакивали искры.

Искры – это электрический ток в воздухе. Поэтому в момент их проскакивания электроны с отрицательно наэлектризованной части проволоки устремлялись к её положительно наэлектризованной части. Это значит, что в проволоке возникал пульсирующий (переменный) ток, а вокруг неё – пульсирующее (переменное) электромагнитное поле.

Таким образом, проволоки представляют собой и передатчик, и передающую антенну. Электромагнитное поле распространяется электромагнитными волнами, поэтому может быть уловлено на расстоянии. Для этого требуется приёмник: два таких же отрезка проволоки, располагаемые параллельно антенне передатчика. Поскольку энергия волн передатчика распространяется во все стороны, а приёмник улавливает только небольшую их часть, искры в воздушном промежутке приёмника очень малы. Однако их можно видеть невооружённым глазом в темноте.

Передатчик и приёмник Герца не могли быть использованы для дальней радиосвязи. Причина этого – небольшая мощность радиоволн из-за невысокой частоты переменного тока, создаваемого искрами. Поэтому нужно было создать такой генератор тока высокой частоты, мощности которого хватило бы для радиопередач на расстоянии десятков и сотен километров. Когда эта задача была решена, стала возможна не только радиотелеграфная связь, когда слова (по буквам) передаются посредством коротких и длинных импульсов азбуки Морзе, но и радиотелефонная связь, передающая человеческий голос.

Принципиальная схема радиотелефонной связи показана на рисунке ниже. Во-первых, передатчик содержит высокочастотный генератор для обеспечения нужной мощности излучения. Именно он формирует так называемую несущую частоту, на которую настраивается приёмник. Во-вторых, передатчик содержит модулятор – устройство, изменяющее амплитуду или частоту несущей волны «в такт» с передаваемым голосом или музыкой. В-третьих, передатчик имеет передающую антенну.

Наиболее проста для понимания амплитудная модуляция. Высокочастотные колебания, созданные генератором, сначала имеют постоянную амплитуду (см. на рисунке слева). Модулятор меняет амплитуду несущей частоты «по форме» низкочастотного сигнала, поступающего от микрофона. Модулированный сигнал достигает приёмной антенны в виде волн с меняющейся амплитудой (см. на рисунке в центре).

Обратный процесс называется демодуляцией. Приёмная антенна улавливает волны сразу от множества передатчиков, работающих на разных частотах. Поэтому нужно отделить сигнал только от определённого передатчика, работающего на выбираемой нами несущей частоте. Для этого служит приёмный настроечный контур. Выделенный им сигнал «нашего» передатчика направляется в демодулятор – устройство, отделяющее полезный для слушателя низкочастотный сигнал от несущих колебаний. Именно этот сигнал и поступает в наушники или громкоговорители.

кратко и понятно о вечном споре – Москва 24, 07.05.2018

Сегодня трудно представить нашу жизнь без радио: кто-то слушает его с утра до вечера на работе, кто-то включает в автомобиле по дороге домой, чтобы послушать любимую музыку, а кто-то – только чтобы узнать последние новости. Но мало кто знает, кто и что стоит за изобретением самого радиоприемника.

Фото: depositphotos/[email protected]

На заседании Русского физико-химического общества в Петербурге 7 мая 1895 года Александр Попов продемонстрировал “прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве”. Другими словами – радиоприемник, и осуществил первый сеанс радиосвязи. Полувековой юбилей этого события в СССР отмечали накануне Победы, 7 мая 1945 года. Тогда же и было принято решение сделать День радио ежегодным праздником.

Изобретателем радиотелеграфии Попова считают в странах постсоветского пространства. В других странах примерно в то же время лучшие ученые также работали над созданием подобных устройств. Поэтому в США изобретателем считают Николу Теслу, в Германии – Генриха Герца, во Франции – Эдуарда Бранли, в Бразилии – Ланделя де Муру, в Англии – Оливера Джозефа Лоджа, а в Индии – Джагадиша Чандру Боше.

Со скоростью света

Мировое сообщество никак не может определиться: кем же все-таки было изобретено радио, потому что все эти великие ученые так или иначе внесли свой вклад в развитие науки. Краткая хронология открытий такова: в 1845 году английский физик и химик Майкл Фарадей открыл электромагнитное поле, и это было одним из самых важных открытий человечества в XIX веке. Спустя 20 лет после этого англичанин Джеймс Кларк Максвелл вывел теорию электромагнитного поля и рассчитал, что скорость электромагнитных волн равна скорости света. Его открытия сыграли ключевую роль в развитии физики и послужили фундаментом специальной теории относительности.

Спустя еще 20 лет Генрих Герц создал генератор и резонатор электромагнитных колебаний и продемонстрировал наличие электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. По сути, этот прибор и был предшественником радио, но конструкция Герца передавала и принимала электромагнитные сигналы лишь на расстоянии нескольких метров. В Индии радиопередачу в миллиметровом диапазоне впервые продемонстрировали в ноябре 1894 года, за год до Александра Попова. Автором индийского изобретения стал Джагадиш Чандра Боше.

Фото: depositphotos/agcuesta1

Поэтому с технической точки зрения русский изобретатель Александр Попов и итальянский ученый Гульельмо Маркони не открыли ничего нового, а лишь создали прибор, взяв за основу открытия других своих предшественников. Однако идея радио пришла этим ученым примерно в одно и то же время.

Пальма первенства

Главными претендентами на звание изобретателя радиоприемника являются Попов, Маркони и Тесла. Все трое ученых никак не были связаны друг с другом и, проживая в разных странах, одновременно работали над одним и тем же изобретением.

Александр Попов изобрел радиопередатчик для целей военно-морского флота. В 1895 году на собрании российских физиков он прочел лекцию “Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям” и продемонстрировал свое устройство, способное передавать сигналы азбукой Морзе. Ученый занялся усовершенствованием работы прибора и дальности приема и передачи сигнала от 60-ти до 250 метров, добившись вскоре увеличения расстояния до 600. А в 1899 году была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона, изобретения Александра Белла, запатентованного еще в середине 1870-х.

Однако Попов не стремился рассказать всему миру о своих исследованиях, не спешил публиковать статьи о своем изобретении, интересуясь в основном практической частью. Поэтому, продемонстрировав работу радио-приемника в 1895 году, документально свое изобретение он никак не оформил.

Патент № 7777

Гульельмо Маркони изобрел свой радиоприемник и подал заявку на получение патента лишь в июне 1896 года. Бумага была выдана 2 июля 1897-го, спустя два года после демонстрации Поповым своей работы. Маркони получил документ, юридически закрепляющий его авторство, именно поэтому некоторые историки встают на его сторону и отдают ему пальму первенства. В 1900 году Маркони получил патент № 7777 на систему настройки радио, а 12 декабря 1901 он провел первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией и Ньюфаундлендом на расстояние 3200 километров, что до этого казалось невозможным.

Радиоприемник “Звезда-54”, представленный на выставке “Советский дизайн 1950-1980-х” в ЦВЗ “Манеж”. Фото: ТАСС/ Александра Мудрац

Очередь американцев

А в 1943 году в спор о том, кем изобретено радио, вмешались американцы. В суде им удалось доказать, что их соотечественник, великий ученый Никола Тесла, первым запатентовал радиопередатчик – это произошло в 1893-м, а спустя два года – в 1895-м – радиоприемник. Его прибор работал по тому же принципу, по которому работают современные устройства, преобразовывая радиосигнал в акустический звук, а изобретения Попова и Маркони могли передавать и принимать радиосигналы только с азбукой Морзе.

С тех пор, конечно, изменилось и радиовещание, и сами радиоприемники. Когда-то радио будило гимном всю страну в шесть утра, сегодня эстеты слушают джаз, а коллекционеры готовы отдать большие деньги за винтажные радиоприемники. Но никто не подвергает сомнению значимость этого изобретения: кто бы его ни создал первым, принцип, на котором основывалась работа приемника, впоследствии сделал возможным изобретение мобильной связи, беспроводного интернета и дистанционного управления электронными устройствами, без которых мы сегодня не можем представить нашу жизнь.

Кинякина Екатерина

культура общество история

Как работает Crystal Radio

Как работает A Crystal Radio Works

понимать откуда исходит «сигнал» или радиоволна и как он был получен.

Передатчик
Радиостанции разрешено транслировать радиоволны. Радиоволна это вроде все равно, что бросить камешек в пруд с водой. Рябь или волны излучать наружу от того места, где камень упал в воду. Радиоволна излучать наружу от антенны радиостанции вроде как волны в пруд. Радиоволны — это электромагнитные волны, распространяющиеся по воздуху.

На рисунке №1 ниже у нас есть волна. Волна ниже показывает один цикл. Как «сильной» волной называется ее амплитуда.

Рисунок №1

В В нашем втором примере на рисунке №2 у нас есть радиоволна, которая прошла 3 цикла. раз в одну секунду. Это называется «частотой» радиоволн. В в этом случае частота составляет 3 цикла в секунду. Мы измеряем частоту используя термин герц или Гц, который представляет собой количество циклов радиоволн за один второй. термин «герц» произошел от немецкого физика Генриха Герца, родившегося в 22 февраля 1857 года. Он был назван в его честь за работу, которую он проделал с радио исследование волн.

Итак, ниже на рисунке №2 у нас есть радиоволна с частотой 3 Гц (3 циклы в секунду).

Рисунок #2

Диапазон радиочастот AM составляет от 530 000 Гц до 1 710 000 Гц. Мы используем обозначение к для 1000, так что это будет записано как от 530 кГц до 1710 кГц.

АМ-радиостанция может транслировать радиоволну на одной частоте между 530 кГц и 1710 кГц. FCC регулирует, какую частоту они могут использовать.

Теперь образец радиостанции. Это “радиостанция 610 на AM набрать”. Это означает, что радиостанция транслирует радиоволну 610 кГц или, как мы теперь знаем, радиоволна, которая повторяется 610 000 раз в секунды! Это правильно, 610 тысяч раз в секунду!

Хорошо, тогда как эта волна несет звук?

Радиостанция имеет оборудование, меняющее «силу» или «амплитуда» радиоволны (см. рисунок ниже). Это все еще циклы в с той же скоростью, но она становится сильнее или слабее в зависимости от звука.

Рисунок №1 (снова)

Уведомление на рисунке № 3 ниже обе волны цикличны с частотой 2 цикла в секунду (2 Гц), но амплитуда волны В значительно выше чем в волне А.

Рисунок №3

Если эта амплитуда контролируется звуком, скажем, из микрофон (вместе с другим оборудованием) поднимается и опускается, но циклически повторяется исправлено со скоростью в секунду, у вас есть радиоволна, подобная той, что исходит от радио станция! Станция «модулирует» или изменяет амплитуду радиоволна. Это называется «амплитудной модуляцией» или AM.

В На рисунке № 3a ниже вы увидите «модулированный» волна с частотой 8 Гц (циклов в секунду) на верхнем примере и «модулированный» волна также с частотой 8 Гц (циклов в секунду) в нижнем примере. Пожалуйста Обратите внимание, что количество циклов в секунду остается одинаковым для обоих сигналов, но изменяется «амплитуда».

Немодулированный Волна (сигнал)

Модулированная волна (сигнал)

Рисунок №3a

Сейчас у нас есть эта радиоволна, летящая по воздуху и поражающая все! Это верно включая тебя! Радиоволны могут распространяться со скоростью 186 000 миль в секунду в воздух!

Интересный факт: звуковая волна распространяется со скоростью более 600 миль в час (скорость звук), но радиоволна может распространяться со скоростью 186 000 миль в секунду! Если вы записываете певец в концертном зале в Нью-Йорке и передать его по радиоволнам The радио волна

может достичь Сан-Франциско раньше звуковой волны из певец достигает задней части концертного зала.

 Мы должны поймать его и что-то с ним сделать. Давайте возьмем ваш кристалл радио и посмотрим, сможем ли мы изменить его обратно на звук, который вы слышите.

Crystal Radio Receiver

Для этого объяснения мы будем использовать очень простое Crystal Radio Receiver. Рисунок №4 ниже показан очень простой набор кристаллов. A маленький сумма энергии от радиоволны улавливается антенным проводом и выносится на катушка. Катушка должна быть спроектирована так, чтобы улавливать только ту частоту, которую мы являются пытаясь получить. В нашем случае мы пытаемся получить наше радио станция выше на 610 кГц. Намотав нужное количество проволоки на правильный диаметр форма катушки, катушка будет тем, что мы называем “резонансным” и “кольцо”. Другими словами, он сможет накапливать энергию радио волна, которую мы хотим услышать. Все остальные радиоволны не “резонансный” будет пройти через катушку и выйти с другой стороны на землю.

Рисунок #4

А небольшое количество энергии радиоволн хранится в катушке (наша частота 610 кГц или 610 000 циклов в секунду) движется к детектору или устройству, называемому диод.

Энергия представляет собой сигнал переменного тока (AC) в этой точке. детектор (диод) отклоняет половину сигнала переменного тока и сигнал выглядит как на рисунке № 5 ниже. Теперь сигнал представляет собой пульсирующий постоянный ток (DC) сигнал.

Рисунок №5

Этот позволяет наушнику использовать энергию. Если использовались обе стороны волны, они компенсировали бы друг друга, поскольку они есть напротив друг друга. Когда эта энергия поступает в наушники, амплитуда или сила сигнала варьируется, потому что волна “модулирована”. Эта энергия преобразуется механическими средствами во внутренних работах. принадлежащий наушники. Звуковые волны выходят из наушников, которые вы воспринимаете как оригинальный звуки радиостанции.

Здесь не обсуждается настройка катушки для получения разных частот. Это может быть делается путем добавления большего количества витков проволоки вокруг формы катушки. Или удаление некоторый. На простое радио, это делается перемещением диода вверх или вниз по отводам на радио фактически делая катушку длиннее или короче. Это меняет “индуктивность” катушки или делает ее резонансной для разных частоты.

Еще один способ сделать это — добавить к катушке переменный конденсатор. Это добавляет или снимает емкость с катушки и изменяет резонансную частоту катушка будет настраиваться.

Как работает AM-радио

Работа супергетеродина
Прекрасное изобретение Эдвина Армстронга, супергетеродин использует аналогичные принципы демодуляции сигнала. Как упоминалось ранее, демодуляция приведет к центрированию сигнала на частоте 0 и 2 раза больше несущей частоты, но вместо демодуляции сигнала он смешивается с другой частотой. В этой статье не будет раскрываться, как работают микшеры, но основная идея заключается в том, что микшер производит частоты, которые представляют собой сумму и разность радиочастотной станции и другой частоты. Чтобы упростить объяснение, супергетероид использует для настройки гетеродин, а не LC-тюнер.

Точная настройка генератора гораздо более практична, чем точная настройка LC-тюнера или нескольких тюнеров. Суперсет использует разницу между частотой гетеродина и частотой радиостанции для создания промежуточная частота (ПЧ). Частота ПЧ математически представляет собой частоту гетеродина, вычтенную из частоты радиостанции. Также проще создать фиксированный узкополосный фильтр , чем регулируемый. ПЧ представляет собой фиксированный узкополосный фильтр, центр которого часто находится на частоте 455 кГц. Если радиоприемник с ПЧ 455 кГц воспроизводит станцию ​​на частоте 1000 кГц, то его гетеродин работает на частоте 1455 кГц. Точно так же, если радио воспроизводит станцию ​​​​на частоте 1200 кГц, то его локальный генератор работает на частоте 1655 кГц. Следующая анимация демонстрирует концепцию супергетеродина.

Одна тонкая деталь, лежащая в основе принципов работы супергетеродина, — это полоса изображения . Ранее упоминалось, что миксер производит сумму и разность. С математической точки зрения, смеситель умножает радиочастоты на частоту гетеродина, но оба сигнала синусоидальные, поэтому выходной сигнал смесителя синусоидальный с двумя частотами: одна представляет собой сумму, а другая — разность радиочастоты и местного генератора. осциллятор. Например, если гетеродин имеет частоту 1455 кГц, а ПЧ установлена ​​на 455 кГц, то Микшер может создать две станции , одну на 1000 кГц, а другую на 1910 кГц! Простой LC-тюнер на передней панели микшера может легко устранить полосу изображения. Еще раз обратите внимание, что LC-тюнер будет проходить через несколько радиостанций, но он, безусловно, может исключить радиостанции за пределами своего диапазона. В предыдущем примере тюнер LC, настроенный на 1000 кГц, может проходить в диапазоне от 800 до 1200 кГц, но он определенно отфильтровывает 1910 кГц. В результате каскад ПЧ выберет 1000 кГц из небольшого диапазона, проходящего через LC-тюнер.

Ниже представлена ​​базовая блок-схема супергетеродинного приемника. Обратите внимание, что первый каскад представляет собой ВЧ-усилитель и блок микшера. По сути, это каскад микшера, но в большинстве супергетеродинов эта схема также выполняет функции ВЧ-усилителя. Кроме того, схема гетеродина часто состоит из настраиваемого LC-контура. Настроечный конденсатор для регулировки частоты генератора объединен с другим переменным конденсатором для широкополосного LC-фильтра на входе каскада ВЧ-тюнера, чтобы обеспечить одновременную регулировку обоих конденсаторов.

Когда был изобретен супергетеродин, потребовалось некоторое время, чтобы он взлетел, потому что для схемы требовалась еще одна лампа для гетеродина, а эту концепцию было трудно объяснить радиотехникам в то время. Тем не менее, к 1930-м годам конструкция супергетеродина была быстро адаптирована во всех коммерческих радиоприемниках и до сих пор является распространенным методом настройки на AM-станциях из-за его превосходной избирательности.

Демодулятор
Самый ранний радиоприемник состоял из антенны, детектора и наушников. Детектор служит для извлечения звука из модулированной несущей и часто делает это, пропуская ток только в одном направлении. Диод — простейшее устройство, пропускающее ток в одном направлении. Однако пропускание только положительных фронтов модулированного сигнала на звуковой каскад приведет к возникновению высокочастотных шумов, которые можно визуализировать на следующем рисунке.

Самые примитивные кварцевые радиоприемники могли функционировать только с антенной, кристаллом и наушниками, потому что конструкция самого наушника представляла собой грубую форму низкочастотной фильтрации с емкостью между витками провода. Но для улучшения качества используется фильтр нижних частот для подавления высокочастотного шума. При использовании конденсатора и резистора на выходе диода конденсатор заряжается до пиков и медленно разряжается между пиками ВЧ-сигнала, тем самым создавая выходной сигнал, напоминающий исходный аудиосигнал, модулированный на несущей.

Сигнал от детектора подается либо в наушники, либо в аудиокаскад для усиления, чтобы управлять динамиком.