Рис. 1.
ГЕНЕРАТОРЫ РАДИОЧАСТОТЫ. Почти с самого начала развития электротехники сильных токов стали обнаруживаться преимущества переменных токов при решении вопроса о передаче и распределении электрической энергии в случаях значительного района потребления ее. К концу 19 в. большая электротехника перешла почти исключительно на переменный ток; соответственно этому в общее употребление вошли альтернаторы как генераторы переменной электродвижущей силы (эдс). Нек-рые условия практики требовали повышения частоты переменного тока (электрическое освещение), другие, наоборот, заставляли останавливаться на возможно малом числе периодов в секунду (электродвигатели — затруднения при передаче по проводам быстро-переменного тока). Техника сильного тока остановилась как на компромиссе на частоте в 40—50 периодов в сек. В то же время техника слабого тока в одной своей области (телефония) по необходимости имела дело с токами более высоких частот, до нескольких тысяч пер. в сек., при чем трудности передачи их по проводам до последнего времени ограничивают прямую телефонную связь расстоянием меньшим, чем, напр., телеграфную проволочную связь. Генератором эдс такой повышенной частоты в телефонии служит микрофон, когда он находится под действием звуковых волн. Обычная схема этого устройства (рис. 1): в цепь JBM, питаемую генератором постоянного тока B, включен микрофон M; под действием звука его сопротивление изменяется с частотами, заключающимися в этом звуке, вследствие чего изменяется и ток J; эти изменения тока можно рассматривать как перем. токи соответствующих частот, налагающиеся на пост, ток J. Переменные токи через индукцию передаются вторичной обмотке трансформатора T, к-рая и дает, т. о., переменную эдс в телефонную линию LL, питающую на своем дальнем конце телефонный приемник.
С возникновением радиотехники в практику сразу вошли переменные токи очень высоких частот: первые шаги радио были сделаны на частотах до ста миллионов пер. в сек. В начале 20 в. радио стало пользоваться частотами, в тысячи раз меньшими, а за последнее время радиотехники возвращаются опять к своим первым частотам и даже переходят к миллиардам пер. в сек. Произошло это потому, что, с одной стороны, радио — та область электротехники, к-рая не связана с затруднениями передачи переменного тока по проводам, с другой стороны — эл.-магн. излучение, на к-ром основано радио, происходит с бо́льшим коэффициентом полезного действия при повышении частоты. Все искусство техники было направлено к достаточно устойчивому и мощному генерированию токов этих огромных частот. Выработанные радиотехникой Г. р. нашли себе применение в других областях техники: в особом способе телефонирования по проводам токами радиочастоты с использованием явления резонанса; в технике получения мощных звуковых волн высокой частоты, какие употребляются для подводной сигнализации (Ланжевен) и для возбуждения явлений ультразвуковых колебаний (Вуд); в этом случае быстро-перем. ток, возбуждаемый Г. р., преобразовывается в механические колебания, напр. кварцевой пластинки. Далее Г. р. применяются для питания индукционных печей в металлургии, а также диатермических аппаратов в медицине; в этих последних случаях токи высокой частоты ценны своей способностью вызывать индукционные токи, эдс к-рых всегда зависит от частоты (т. н. «производной тока по времени»), наряду с зависимостью от амплитуды индуктирующего тока. В новом музыкальном инструменте, терменвоксе (Л. С. Термен), также применен Г. р.; здесь использована особо высокая чувствительность провода, по к-рому проходят токи радиочастоты, к малейшим изменениям окружающей его геометрической обстановки. Во всех перечисленных случаях применяются ламповые (см. ниже) Г. р.; только в диатермии медики пользуются еще и более старыми искровыми (см. ниже) устройствами. Г. р. получили большое применение в лабораторной методике; так, например, искровые передатчики, дающие частоты до 1012 пер. в сек., позволяют на непосредственных опытах убедиться в истинности великой идеи 19 в. об электромагнитной природе света: эл.-магн. волны при таких частотах вызывают те же самые явления, что и свет в своей инфракрасной области, т. е. области наиболее длинных световых волн.
Рис. 2.
I. Искровой Г. р. Источник эдс U (рис. 2) заряжает конденсатор C, подводя к его обкладкам противоположные заряды по вум проводам kLA и mNB; заряды увеличиваются, конденсатор заряжается до тойэдс, какую может дать U. К проводам присоединен «искровой промежуток», шарики a и b; они электризуются одновременно с A и B, расстояние между шариками подбирается таким, чтобы при той эдс, какая достигается на конденсаторе и шариках, между шариками проскочила искра; она подготовляется ионизацией воздуха в промежутке ab, все увеличивающейся с увеличением заряда на шариках. За то короткое время, когда искра осуществляется, контур ALabNB можно считать замкнутым; он действует тогда как вибратор (см.) со своей радиочастотой, и вся система является Г. р. Энергия колебаний зависит от емкости конденсатора и эдс источника, которую легче получить большою, если питание производится от индуктория или трансформатора T (рис. 3); в последнем случае вся система питается генератором переменного тока обычной, низкой частоты, и следовательно энергия подается к вибратору через известные промежутки времени, 100—1.000 раз в сек. Колебания вибратора, происходящие через искру, продолжаются более короткое время, чем эти промежутки времени, и он сравнительно долго остается в бездействии. Ход его колебаний изображается на рис. 4. Такие колебания называются затухающими. Искровой Г. р. при достаточно малых размерах вибратора может дать,
Рис. 3. Рис. 4.
как сказано выше, световую частоту. С частотами, не столь большими, он сыграл большую роль в радиотехнике (см. Беспроволочный телеграф), употребляется в ней и по настоящее время под названием «искрового передатчика» в тех случаях, когда требуются малые мощности и допустимы затухающие колебания.
II. Альтернатор высокой частоты (см.) производит незатухающие колебания до значительной мощности; большая частота производится в нем механическим способом, а потому не может превышать нескольких десятков тысяч пер. в сек. Для дальнейшего повышения ее присоединяется трансформатор частоты (участитель), составляющий в таком случае вместе с альтернатором Г. р., называемый в радиотехнике «машинным передатчиком».
Типичнейшими видами участителей являются два: 1) основанный на том свойстве насыщенного железа (насыщение достигается достаточно сильным постоянным током, протекающим по его обмотке), что оно может размагничиваться, но не может намагничиваться. Переменный ток данной частоты одной половиной своего периода размагничивает железо, другой не производил бы никакого действия; но благодаря особой обмотке и вторая половина его производит размагничивание; таким обр., железо в течение одного периода два раза размагничивается и столько же раз возвращается к прежнему состоянию, т. е. совершает два периодических изменения; помощью индукции в особой обмотке они выразятся как ток удвоенной частоты, который может быть послан во второй такой же участитель с целью вторичного удвоения частоты, и т. д. 2) Способ, основанный на том, что, если переменный синусоидальный ток искажен, обращен в несинусоидальный, то это равносильно введению обертонов, т. е. различных частот, значительно бо́льших, чем частота данного тока, на каждую из которых, помощью резонансного контура, может быть переведена мощность основного тока. Искажение его получается легко и разнообразными методами.
III. Дуговой передатчик (см.) основан на особом свойстве вольтовой дуги, по к-рому она требует меньшего напряжения при большем токе и наоборот. Если мы в схеме рис. 5 параллельно дуге B включим конденсатор C, ток i частью своей пойдет на зарядку
Рис. 5. Рис. 6.
конденсатора и следовательно ток через дугу уменьшится; напряжение между полюсами бв поднимется, что причинит дальнейшее заряжение конденсатора. Этот процесс несколько продолжится по инерции, для увеличения к-рой в цепь включается дроссель D. Затем C начнет разряжаться (рис. 6), при чем через дугу пойдет не только весь ток i, но и ток разряда C; напряжение бв сильно понизится, что послужит причиной дальнейшего разряжения конденсатора. Когда инерция этого явления иссякнет, C окажется вновь очень мало заряженным и электричество потечет в него, напряжение бв упадет, и т. д. В дуговом Г. р. энергия источника пост. тока Б превращается в энергию перем. тока с частотой, определяемого вибратором CбBв. Этот Г. р. может обладать значительной мощностью, но частота его не превышает 300.000 периодов в секунду и весьма трудно поддерживается постоянной.
Рис. 7.
Рис. 8.
IV. Ламповый Г. р. (см. Беспроволочная связь) основан на появлении электронов, но не тех одиночных, появление к-рых случайно и потому капризно, к-рые ионизируют искровой промежуток (рис. 2), а выделяемых в большом числе накаленным катодом. Для осуществления колебательного режима включается вибратор, напр. в анодную цепь (рис. 7), который обычно в самый момент пуска в ход лампы получает слабый толчок к колебаниям. Эти колебания через индукцию производят колебательный процесс в проводе, ведущем к сетке, которая вследствие этого переменно, с частотой колебаний вибратора, заряжается электричеством противоположных знаков. Схема устраивается так, что положительный заряд сетки, вызывающий усиление электронного потока с нити, возникает в тот момент, когда для поддержания колебаний вибратора нужно пустить больший ток от батареи Б, и отрицательный — когда меньший. Этими толчками электронного потока на постоянный ток от батареи накладывается переменный с частотой, равной частоте вибратора, сначала усиливающий его колебания, первоначально очень слабые, а затем поддерживающий их при постоянной амплитуде. В результате ламповый Г. р. преобразовывает постоянную эдс источника Б в переменную эдс, к-рая обладает частотой, задаваемой вибратором; поэтому здесь, как и в Г. p. II и III, вибратор получает толчки в известный момент каждого периода своих колебаний, к-рые оказываются вследствие этого незатухающими. Мощность этих колебаний определяется вольтажем генератора Б и электронным потоком с катода. При мощностях в десятки kW вольтаж Б доводится до нескольких тысяч вольт, а поток достигает десятков ампер; поверхность катода должна быть достаточно развита, чтобы давать соответственно огромное количество электронов в секунду. В таком случае источником Б служит выпрямитель (см.), превращающий переменный вольтаж от центральной электрической станции, повышенной соответственно трансформатором, в гладкий постоянный вольтаж. В радиотелефонных ламповых передатчиках нередко оказывается необходимым заключить схему еще ламповым усилителем. Вся цепь (рис. 7) этих преобразователей и представляет тогда ламповый Г. р. С целью предотвращения малейших уклонений всей системы от ее основной частоты, к ней прибавляется еще стабилизатор (см.). Такой Г. р. может дать примерно 3.000.000 пер. в сек. Для дальнейшего повышения частоты приходится настолько уменьшать емкость C (рис. 8), что начинают играть роль внутренние емкости лампы, определяемые ее конструкцией, напр. между A и K. В этом случае стабилизующее устройство совершенно необходимо, так как малые внутренние емкости лампы изменяются не только от малейших случайных передвижений ее частей, но и от ничтожных изменений тока накала и т. п. Так доходят до частот в несколько десятков миллионов пер. в сек. (см. Короткие волны). Для получения ультрарадиочастот пользуются особым свойством ламп генерировать колебания без всякого внешнего вибратора, частота к-рых (до 109 пер. в сек.) определяется током накала, вольтажем источника Б, и т. п. Мы видим, что все же в отношении частоты этот современнейший Г. р. значительно уступает самому старому — искровому. Ламповый Г. р. нередко употребляется при приеме по радио (см. Гетеродин). Особым типом Г. р. является кристадин (см. Генерирующий кристалл).
Лит.: Фрейман И. Г., Курс радиотехники, 2-е изд., М. — Л., 1928; Ollendorf F., Grundlagen d. Hochfrequenztechnik, B., 1926.