Номер 6.88, страница 142 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Принципы радиосвязи - номер 6.88, страница 142.

Условие.

6.88. На рисунке 6.19 представлена схема детекторного радиоприемника. Объясните принцип действия и назначение каждого элемента.

Рис. 6.19

Решение.

Принцип действия

Принцип работы детекторного радиоприемника, схема которого представлена на рисунке, заключается в последовательном преобразовании электромагнитных волн в звуковые колебания. Этот процесс можно разделить на несколько основных этапов:

1. Прием сигнала. Антенна (1) улавливает радиоволны от множества радиостанций. В антенне и соединенном с ней колебательном контуре под действием этих волн возникают слабые высокочастотные переменные электрические токи.

2. Селекция (выделение нужной станции). Колебательный контур, состоящий из параллельно соединенных катушки индуктивности (2) и переменного конденсатора (4), предназначен для выбора сигнала одной конкретной радиостанции из всех принятых. Путем изменения емкости конденсатора (4) контур настраивается в резонанс с частотой несущей волны нужной станции. Резонансная частота контура определяется по формуле Томсона: $f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$. При резонансе сопротивление параллельного контура максимально, поэтому на нем выделяется максимальное напряжение сигнала именно этой частоты. Сигналы других станций ослабляются, так как для них сопротивление контура мало.

3. Детектирование (демодуляция). Выделенный высокочастотный амплитудно-модулированный сигнал поступает на диод (5). Диод обладает односторонней проводимостью: он пропускает ток только в одном направлении. В результате он "срезает" отрицательные полуволны сигнала, превращая переменный ток в пульсирующий ток одного направления. Огибающая этих пульсаций повторяет форму исходного низкочастотного (звукового) сигнала, которым была модулирована несущая волна.

4. Фильтрация. После диода стоит фильтр нижних частот, состоящий из конденсатора (6) и резистора (7). Конденсатор (6) сглаживает высокочастотные пульсации тока. Он быстро заряжается во время импульсов и медленно разряжается через резистор (7) в паузах между ними. В результате высокочастотная составляющая (несущая частота) отфильтровывается, и через нагрузку (резистор 7) протекает ток, изменяющийся в соответствии с низкочастотным звуковым сигналом.

5. Воспроизведение звука. Выделенный и отфильтрованный сигнал звуковой частоты с резистора (7) подается на усилитель (блок с треугольником), а затем на громкоговоритель (динамик), который преобразует электрические колебания в слышимые звуковые волны.

Ответ: Принцип действия радиоприемника заключается в приеме электромагнитных волн антенной, настройке на частоту нужной станции с помощью колебательного контура, преобразовании (детектировании) высокочастотного модулированного сигнала в низкочастотный (звуковой) с помощью диода, фильтрации несущей частоты и последующем усилении и преобразовании электрического сигнала в звук.

Назначение каждого элемента

1 - Антенна: Предназначена для приема электромагнитных волн и преобразования их энергии в энергию переменного электрического тока высокой частоты.

2 - Катушка индуктивности: Является индуктивным элементом входного колебательного контура. Вместе с конденсатором (4) образует резонансную систему для выбора частоты радиостанции.

3 - Заземление: Служит вторым полюсом для антенной цепи, обеспечивая путь для тока в землю. Улучшает эффективность работы антенны и качество приема.

4 - Переменный конденсатор: Вместе с катушкой индуктивности (2) образует настраиваемый колебательный контур. Изменение его емкости позволяет изменять резонансную частоту контура и, таким образом, настраивать приемник на разные радиостанции.

5 - Диод (детектор): Выполняет функцию демодуляции (детектирования) амплитудно-модулированного сигнала. Он выпрямляет высокочастотный переменный ток, выделяя из него низкочастотную (звуковую) огибающую.

6 - Конденсатор (фильтрующий): Является частью фильтра нижних частот. Он сглаживает пульсации выпрямленного диодом тока, отфильтровывая остатки высокочастотной несущей частоты.

7 - Резистор (нагрузка): Является нагрузкой детектора, на нем выделяется напряжение звуковой частоты. Вместе с конденсатором (6) он образует RC-фильтр.

Блок с треугольником и последующий блок: Это условные обозначения усилителя звуковой частоты (УЗЧ) и громкоговорителя (динамика) соответственно. Усилитель повышает мощность слабого звукового сигнала до уровня, достаточного для работы громкоговорителя, который преобразует электрический сигнал в звуковые волны.

Ответ: Элементы схемы выполняют следующие функции: 1 (антенна) - прием волн; 2 (катушка) и 4 (переменный конденсатор) - настройка на станцию (колебательный контур); 3 (заземление) - опорный потенциал для антенной цепи; 5 (диод) - детектирование сигнала; 6 (конденсатор) и 7 (резистор) - фильтрация несущей частоты и формирование нагрузки; последующие блоки - усиление и воспроизведение звука.