Номер 5, страница 128 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 36. Радиотелефонная связь, радиовещание. Глава 4. Излучение и приём электромагнитных волн радио и СВЧ - диапазона - номер 5, страница 128.

5. Объясните последовательность радиоприёма и детектирования высокочастотного модулированного радиосигнала.

Процесс радиоприёма и детектирования высокочастотного модулированного радиосигнала — это последовательность преобразований, в результате которых из электромагнитной волны, распространяющейся в пространстве, извлекается полезная низкочастотная информация (звук, данные и т.д.). Рассмотрим эту последовательность на примере приёма амплитудно-модулированного (АМ) сигнала.

1. Приём электромагнитных волн антенной.

Первым элементом любого радиоприёмника является антенна. Электромагнитные волны от множества радиостанций, распространяясь в пространстве, достигают антенны и возбуждают в ней переменные электрические токи. Эти токи являются очень слабыми и представляют собой смесь колебаний всех частот, которые уловила антенна. Частоты этих токов соответствуют частотам несущих волн радиостанций.

2. Выделение сигнала нужной радиостанции (настройка).

Чтобы слушать конкретную радиостанцию, необходимо из всей смеси сигналов, принятых антенной, выделить только один — сигнал с нужной несущей частотой. Эту задачу выполняет колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора переменной ёмкости C. Колебательный контур обладает свойством резонанса: он имеет максимальное сопротивление (в параллельном контуре) или минимальное (в последовательном) для тока определённой частоты, называемой резонансной. Резонансная циклическая частота контура определяется по формуле Томсона: $ \omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}} $. Изменяя ёмкость конденсатора C (вращая ручку настройки приёмника), мы меняем резонансную частоту контура. Когда она совпадает с частотой несущей волны нужной радиостанции, в контуре возникают сильные вынужденные колебания именно этой частоты, а сигналы других станций ослабляются. Таким образом, происходит настройка на станцию.

3. Усиление высокочастотного сигнала.

Выделенный колебательным контуром сигнал всё ещё очень слаб. Для его дальнейшей обработки он поступает на усилитель высокой частоты (УВЧ), который увеличивает его амплитуду в сотни или тысячи раз, не искажая при этом его форму (т.е. сохраняя модуляцию).

4. Детектирование (демодуляция).

Это ключевой этап, на котором из усиленного высокочастотного модулированного сигнала извлекается низкочастотный (звуковой) сигнал. Процесс детектирования состоит из двух основных шагов:

- Выпрямление. Усиленный модулированный сигнал подаётся на полупроводниковый диод. Диод обладает односторонней проводимостью, то есть пропускает ток только в одном направлении. В результате через него проходят только положительные (или только отрицательные) полупериоды высокочастотных колебаний. Сигнал становится пульсирующим.

- Сглаживание. После диода пульсирующий ток поступает на сглаживающий фильтр, который обычно состоит из конденсатора и резистора (RC-цепочка). Конденсатор заряжается во время пиков пульсаций и медленно разряжается через резистор в промежутках между ними. В результате высокочастотные пульсации сглаживаются, и на выходе фильтра остаётся только напряжение, изменяющееся с низкой (звуковой) частотой. Форма этого низкочастотного сигнала повторяет форму огибающей модулированного высокочастотного сигнала, то есть является копией исходного звукового сигнала, которым модулировали несущую волну на радиостанции.

5. Усиление низкочастотного сигнала.

Полученный после детектора низкочастотный (звуковой) сигнал всё ещё недостаточно мощен, чтобы заставить работать громкоговоритель. Поэтому он подаётся на усилитель низкой частоты (УНЧ) или аудиоусилитель, который увеличивает его мощность до необходимого уровня.

6. Преобразование электрического сигнала в звук.

Усиленный звуковой сигнал поступает на электроакустический преобразователь — громкоговоритель (динамик) или наушники. В громкоговорителе переменный ток звуковой частоты, проходя через звуковую катушку, заставляет диффузор колебаться в такт с этим током. Колебания диффузора создают в окружающем воздухе звуковые волны, которые мы и воспринимаем как речь или музыку.

Ответ: Последовательность радиоприёма и детектирования высокочастотного модулированного сигнала включает следующие этапы: 1) приём электромагнитных волн антенной, что приводит к возникновению в ней слабых переменных токов; 2) выделение нужной частоты с помощью настраиваемого колебательного контура (резонанс); 3) усиление принятого высокочастотного сигнала; 4) детектирование (демодуляция) сигнала, которое заключается в его выпрямлении диодом и последующем сглаживании фильтром для выделения низкочастотной огибающей (полезного сигнала); 5) усиление полученного низкочастотного (звукового) сигнала; 6) преобразование усиленного электрического сигнала в звуковые волны с помощью громкоговорителя или наушников.