طرز کارکرد رادیو و طرز کار فرستنده (امواج رادیویی) چهارشنبه بیست و پنجم خرداد 1390 20:6

طرز كار رادیو

طرز کار رادیو

رادیو را روی ایستگاهی تنظیم كنید و به صدای آن گوش دهید. در ایستگاه رادیویی، صداها بوسیله میكروفون یا لوازم صوتی ایجاد می شود. این وسایل سیگنال های الكتریكی بوجود می آوردند كه توسط ایستگاه به صورت امواج رادیویی ارسال می شود. امواج با سرعت بسیار زیاد منتشر می شوند و به دستگاه رادیوی شما می رسند. رادیو این امواج را به سیگنال های الكتریكی تبدیل می كند. این سیگنال ها بلندگوی رادیو را فعال می كنند، و در آنجا الكتریسیته به صدا تبدیل می شود.

 

پخش برنامه

ایستگاه رادیویی سیگنال الكتریكی "صدا" ( كه توسط میكروفون، دستگاه پخشCD، ضبط صوت ایجاد می شود) را با سیگنال الكتریكی "حامل" ( كه با بسامد زیاد است) تركیب می كند. در مدولاسیون دامنه (AM)، سیگنال صوتی دامنه سیگنال حامل را تغییر می دهد. در مدولاسیون بسامد (FM)، سیگنال صوتی بسامد سیگنال حامل را تغییر می دهد. سیگنال تركیب شده (یا مدوله شده) به امواج رادیویی تبدیل شده و از فرستنده ارسال می شود. این موج رادیویی در حال تغییر، یك سیگنال الكتریكی در حال تغییری را در آنتن رادیو ایجاد می كند. البته در هر رادیویی كه در محدوده و معرض این امواج رادیویی قرار گیرد این سیگنال بوجود می آید. یك مدار در رادیو، سیگنال حامل (با بسامد زیاد) را از سیگنال صوتی (با بسامد كم) جدا می كند، و در پایان سیگنال صوتی به بلندگو فرستاده می شود.

 

از ایستگاه رادیویی تا دستگاه رادیو

 

طرز كار رادیو

 

یك فرستنده یا امواج رادیوییAM یاFM ارسال می كند.

 

تنظیم كننده رادیو

هر ایستگاه رادیویی، موج رادیویی را با پهنای بسامد كم ارسال می كند. وقتی موج به آنتن هوایی می رسد، الكترون های آنتن هوایی را با همان بسامد موج به نوسان در می آورد. بر اثر حركت الكترون در آنتن، سیگنال الكتریكی ایجاد می گردد. اما آنتن در هر لحظه صدها سیگنال را دریافت می كند، به همین دلیل بایستی رادیو مداری داشته باشد كه سیگنال های ناخواسته را حذف نماید.

با تنظیم رادیو روی یك ایستگاه خاص، الكترون های مدار فقط تحت یك محدوده فركانسی می توانند نوسان كنند. در این حالت، فقط یك سیگنال با این محدوده فركانسی می تواند الكترون ها را در مدار تنظیم به نوسان درآورد، و بدین ترتیب سیگنال از مدار تنظیم عبور داده می شود.

به مدل سازی زیر توجه کنید. همانطور كه مشاهده نمودید امواج رادیویی با طول موج‏های مختلف به آنتن می‏رسد. ترانسفورمر و خازن متغیّر كه به صورت موازی به هم وصل شده اند این توانایی را دارند كه یكی از فركانسها و یا طول موج‏ها را جدا و دریافت كنند. این مدار بخش مهمی از رادیو را تشكیل می دهد.

 

 

در زیر با انجام آزمایشی چگونگی این فرآیند نشان داده می شود. در اینجا آونگ ها نشانگر الكترون ها هستند. یك آونگ فقط توسط آونگ دیگری كه همان بسامد را دارد به نوسان در می آید.

 

وسایل مورد نیاز

میز، نخ، ١ تكه موم قرمز و ٤ تكه موم سبز، نخ را به طول های ١٣، ٢٥، ٦٥و دو تكه ٤٥ سانتیمتری تقسیم كنید.

 

١- ٥ تكه موم را به انتهای پنج تكه نخ (كه از قبل بریده اید) وصل كنید و بدین ترتیب پنج آونگ بسازید. یك نخ بین دو میز وصل كنید و پنج آونگ فوق را (در فواصل مساوی) روی آن نصب نمایید. به ترتیب هر كدام از آونگ های سبز رنگ را به نوسان در آورید. از آنجا كه طول آنها متفاوت است بنابراین با بسامدهای متفاوت نوسان می كنند.

 

طرز كار رادیو

٢- آونگ های سبز نشانگر الكترون هایی هستند كه در آنتن توسط سیگنال های مختلف به نوسان در می آیند. آونگ قرمز نشانگر الكترون هایی است كه مدار رادیو روی آن تنظیم شده است. همان طور كه در آزمایش مشاهده كردید، فقط یك آونگ سبز (كه هم طول آونگ قرمز است) می تواند حركتش را به آونگ قرمز منتقل نموده و باعث حركت آن شود. در ضمن بسامد این آونگ برابر آونگ قرمز نیز می باشد.

طرز كار رادیو

طرز كار فرستنده

اوسیلاتور را به یك سر سیم آنتن وصل كنید. اوسیلاتور ولتاژ متناوبی را به آنتن اعمال می كند، و یك میلیون بار در هر ثانیه، ولتاژ از ٠ تا ٩ ولت و مجدداً از ٩ ولت به ٠ ولت تغییر می كند.

 

در فرستنده، بار الكتریكی در سیم آنتن بالا و پایین می رود، و باعث می شود امواج رادیویی از سیم آنتن ارسال شود. این امواج رادیویی توسط رادیو AM دریافت شده و تقویت می گردد، و در نهایت به بلندگو فرستاده می شود تا صفحه آن به جلو و عقب حركت نموده، و در نتیجه صدایی تولید گردد.

 

از طرف دیگر، منبع صدا (مثلاً ضبط صوت یا پخشCD) معمولاً به بلندگو یا گوشی وصل می شود. این دستگاه ها برقی را به بلندگو ارسال می كنند كه متناسب صدای ضبط شده است، و در نتیجه بلندگو متناسب این برق به حركت در آمده و هوا را به حركت در می آورد و بدین ترتیب امواج صوتی بازسازی می گردد.

در شكل زیر نمودار موج صدا را مشاهده می كنید.

 

طرز كار فرستنده

 

 

در فرستنده ما، منبع صدا به جای بلندگو به ترانسفورمر وصل شده است.

 

طرف دیگر ترانسفورمر به منبع ولتاژ اوسیلاتور وصل است. منبع صدا باعث می گردد ترانسفورمر ولتاژی را به اوسیلاتور اضافه یا كم نماید (به همان شكل كه می توانست صفحه بلندگو را به جلو و عقب براند)

 

وقتی ولتاژ منبع برق اوسیلاتور كم و زیاد می شود، شدت برق ارسالی به آنتن نیز زیاد و كم می گردد. در این صورت نوسان ولتاژ، دیگر ٩ ولت نخواهد بود. در این حالت ولتاژ بین ٠ ولت تا ١٠ ولت تغییر می كند، زیرا ولتاژ ترانسفورمر به ولتاژ باتری اضافه و كم گردیده است.

در تصویر زیر شكل برق ارسالی به آنتن را مشاهده می كنید.

طرز كار فرستنده

برق در حال تغییر در آنتن امواج رادیویی را ارسال می كند. امواج رادیویی، شكلی همانند امواج آنتن را دارند. در هر حال، از آنجا كه فرستنده و گیرنده مستقیماً به یكدیگر وصل نیستند، بنابراین گیرنده نمی داند چه مقداری را به عنوان مقدار صفر در نظر گرفته است. آنچه كه گیرنده می بیند امواج رادیویی است كه دامنه اش دائماً در حال تغییر می باشد. در گیرنده، صفر، برابر متوسط برق امواج دریافتی است. بدین ترتیب امواج دریافتی توسط گیرنده چیزی شبیه شكل زیر می باشد.

طرز كار فرستنده

اگر ما این موج را به گوشی بفرستیم، چیزی نمی توانیم بشنویم، زیرا متوسط ولتاژ، صفر است. به همین دلیل در سر راه ولتاژ ارسالی به گوشی دیود (ژرمانیم) قرار داده شده است.

دیود كلك جالبی می زند! در واقع دیود فقط اجازه عبور برق در یك جهت را می دهد. به عبارت دیگر، قسمتی از نمودار ولتاژ كه بالای صفر است می تواند از دیود عبور كند، اما قسمتی كه ولتاژ كمتر از صفر است متوقف شده و از دیود عبور نمی كند.

در شكل زیر نمودار ولتاژی بعد از دیود را می بینید.

طرز كار فرستنده

تمام قله های جزئی برق، یك میلیون بار در ثانیه روی می دهد، و این خیلی سریع تر از آن است كه گوش ما بتواند بشنود، و حتی خیلی سریع تر از آن است كه صفحه بلندگو بتواند متناسب آن به حركت در آید. اما از آنجا كه همه آنها صفحه بلندگو را هل می دهند، تمام هل های كوچك جمع شده و صفحه بلندگو را به حركت در می آورند. از آنجا كه برخی از هل های جزئی قوی تر از دیگران است (ستون های آبی بلندتر در نمودار بالا) بنابراین می توانند صفحه بلندگو را بیشتر از آنهایی كه ضعیف ترند حركت دهند.

در شكل زیر نمودار موج دریافتی را می بینید.

طرز كار فرستنده

صدای دریافتی یك كپی معتبر از موج صدای در فرستنده است.

 

جرقه و صدای تق تق

امواج رادیویی بسازید و آن را ارسال كنید. ابتدا دو سیم را به باتری وصل كنید، سپس انتهای یكی از سیم ها را به قسمت فلزی سوهان وصل نمایید. در پایان سر آزاد سیم دیگر را روی سطح سوهان بكشید تا جرقه هایی ایجاد گردد. در هر جرقه جریان وصل و قطع می گردد و بدین ترتیب امواج رادیویی ایجاد می شود. اینها نشانگر امواج رادیویی هستند كه از ایستگاه رادیویی ارسال می شوند. آنتن رادیو امواج ارسالی از سوهان را دریافت نموده و صدای تق تق تولید می كند. شما به جای صدای انسان یا موسیقی، صدای تق تق می شنوید زیرا در اینجا امواج رادیویی (همانند آنچه كه از ایستگاه رادیویی می آید) مدوله نشده اند.

 

وسایل مورد نیاز

باتری ٤.٥ولتی ، سیم ، سیم لخت كن، چسب نواری، قیچی، رادیو، سوهان

 

طرز كار فرستنده

 

١- به كمك سیم لخت كن، انتهای دو سیم ٣٠ سانتیمتری را لخت كنید. با نوار چسب، انتهای هر یك از سیم ها را به پایانه های باتری بچسبانید.

طرز كار فرستنده

 

٢- انتهای آزاد یكی از سیم ها را (فرق نمیكند مربوط به كدام سر باتری باشد) به قسمت فلزی دسته سوهان بچسبانید (با نوار چسب)، تا اتصال الكتریكی خوبی با آن برقرار شود.

 

طرز كار فرستنده

 

٣- كلید رادیو را رویAM یا FM تنظیم كنید و سوهان را در نزدیكی آن قرار دهید. انتهای آزاد سیم را به شكل افشان در آورید، سپس انتهای افشان شده را روی سوهان بكشید.

 

طرز كار فرستنده

لوج و ماركونی

هاینریش هرتز، دانشمند آلمانی (٩٤-١٨٥٧)، به كمك جرقه وجود امواج رادیویی را در سال ١٨٨٨ كشف كرد. شش سال پس از آن، اولیور لوج، دانشمند انگلیسی (١٩٤٠-١٨٥١) بر اساس كشف هرتز، اولین پیغام رادیویی را بر اساس كدهای مرس فرستاد. این ارتباط بین دو ساختمان مبادله شد. گاگیلو ماركونی، مخترع ایتالیایی (١٩٣٧-١٨٧٤) تصمیم گرفت رادیو را به عنوان ابزاری برای ارتباطات گسترش دهد. وی كارش را در سال ١٨٩٥ شروع كرد و در سال ١٩٠١ موفق شد پیغامی را از یك سوی اقیانوس اطلس طرف به مقابل آن ارسال كند. در سال ١٩٠٦، مدولاسیون (كه اجازه می دهد صدا بوسیله امواج رادیویی ارسال گردد) توسط رجیناند فیسندن، مهندس كانادایی (١٩٣٢-١٨٦٦)، اختراع شد.

 

راديو چگونه كار مي‌كند؟

امواج راديويي اطلاعات را بطور نامرئي به هزاران كيلومتر آنطرفتر ارسال مي‌كنند. با اين كه اين امواج قابل ديد نيستند ولي جامعه بشري را كاملاً‌ متحول ساخته‌اند. امروزه ما درباره تلفن همراه، دوربين‌هاي كنترلي، راديو FM سيستم‌هاي كنترل از راه دور ـGPS ـ ارتباطات ماهواره‌اي و هزارات تكنولوژي ديگر صحبت مي‌كنيم كه همه آنها از امواج راديويي استفاده مي‌كنند. امروزه تكنولوژي‌هاي رادار و امواج كوتاه كاملاً به امواج راديويي وابسته‌اند و بدون اين امواج سفر به فضا و پرواز هواپيماها غير ممكن بود. داستان از يك موضوع بسيار ساده و مضحك شروع شد و سپس دنيا را متحول ساخت!

سيستم كار راديو چقدر ساده است؟
بياييد با هم يك آزمايش ساده انجام دهيم. يك باطري 9 ولتي – يك سكه و يك راديوي AM پيدا كنيد. موج راديو را روي طول موجي كه سكوت راديويي است ، تنظيم كنيدسپس باطري را نزديك آنتن راديو ببريد و آن را به سكه بزنيد (طوريكه هر دو سر باطري به سكه برخورد كند) . به اين طريق يك مدار الكتريكي بوجود مي‌آوريد و با هربار زدن باطري به سكه يك صداي تق از راديو مي‌شنويد.



باطري و سكه شما يك فرستنده راديويي را تشكيل مي‌دهند.البته آنها چيز مفيدي را منتقل نمي‌كنند و تاثير شان فقط چند سانتي‌متر خواهد بود. ولي از همين سيستم مي‌توانيد بعنوان فرستنده علائم مورس استفاده كنيد! حال اگر بخواهيد استادانه‌تر عمل كنيد، دو تكه سيم را به دوسر باطري وصل كنيد و سپس آن را در تاريكي بهم بزنيد. حتما به هنگام اتصال جرقه‌اي خواهيد ديد. حال اگر آن را نزديك آنتن راديو ببريد، صداي شديدتري خواهيد شنيد. جرقه‌هايي كه در ولتاژهاي زياد (حدود 20 هزار ولتي) ايجاد مي‌شوند، امواجي تا مسافت‌هاي طولاني مي‌توانند ارسال كنند . اين روش تا اين اواخر براي برقراري ارتباط مورس مرسوم بود ولي امروزه بخاطر ايجاد نويز در طيف راديويي ديگر بكار نمي رود و استفاده از آن غير قانوني است.

فهم مطلب پايه:
امروزه امواج راديويي مي‌توانند داده، صوت و تصوير را انتقال دهند. اين امواج در تلويزيون ، راديو، ارتباطات پليس شهري و ارتباطات ماهواره‌اي استفاده مي شوند. هركدام از اين سيستم‌ها از يك محدوده فركانسي خاصي براي ارتباط استفاه مي‌كنند. براي مثال يك فرستنده و گيرنده تلفن همراه داراي مشخصات زير است:
مدولاسيون: FM
محدوده فركانسي: 800 مگاهرتز
قدرت ارسال: 3 وات
(نگران نباشيد، درمورد مدولاسيون، فركانس و ... در ادامه توضيح خواهم داد)

راديو از دو بخش اساسي تشكيل شده است :
فرستنده و گيرنده كه هر دو براي ارسال و دريافت پيام از آنتن استفاده مي‌كنند.

يك فرستنده ساده:
شما مي‌توانيد با آزمايش زير ايده خوبي درمورد نحوه كار فرستنده راديويي بدست آوريد.
مطابق شكل زير ، دوسر يك باطري را از طريق سيم به يك كليد وصل كنيد ( مدار اوليه ) و در نزديكي آن يك رشته سيم را به يك ولت‌سنج حساس وصل كنيد ( مدار ثانويه ). با عبور جريان در مدار اوليه ، يك ميدان مغناطيسي حول سيم تشكيل مي شود .
در حالت بعدي ( دوم ) با قطع مدار توسط كليد اين ميدان حول سيم تغيير مي كند ( از بين مي رود ). با تغيير ميدان در مدار اوليه ، ميدان القايي در مدار دوم تشكيل مي شود . همانطور كه مي دانيد طبق قوانين الكترومغناطيس با تفيير ميدان مغناطيسي حول يك سيم ، جريان الكتريكي در سيم القا مي‌شود. بنابراين يك لحظه جريان در مدار ثانويه القا مي شود و آمپر ولت سنج ناگهان جابجا مي شود. ( البته فقط يك لحظه )



نكته مهم در اين آزمايش اين است كه ميدان مغناطيسي سبب ايجاد جريان در مدار نمي‌شود بلكه تغيير ميدان مغناطيسي روي مدار تاثير مي گذارد . حال اگر بخواهيد جريان بطور دائم در مدار ديگر القا شود ، مي بايست با روشي بطور مرتب و سريع مدار اوليه را قطع و و صل كنيد.

براي اينكه بتوانيد يك فرستنده ساده توليد كنيد، بايد جريان الكتريكي را بتوانيد به سرعت قطع و وصل كنيد هربار كه مدار بسته باشد، ولتاژ مدار به 1.5 ولت مي‌رسد و هرگاه مدار قطع باشد، ولتاژ به 0 تنزل مي‌يابد. در اين حالت شما نوعي امواج مربعي توليد كرده‌ايد.



راه بهتر، ايجاد يك جريان الكتريكي پيوسته در سيستم است. ساده‌ترين نوع موج پيوسته، موج سينوسي است.



به كمك چند قطعه الكترونيكي ساده مثل خازن و بوبين (سيم پيچ ) مي‌توانيد يك موج سينوسي ايجاد كنيد و توسط يك ترانزيستور اين امواج را تقويت كنيد. با ارسال اين امواج به آنتن، شما يك فرستنده ساخته‌ايد. يك مشخصه امواج، فركانس آن است. فركانس يك موج تعداد نوسانات (بالا و پائين رفتن) آن را در يك ثانيه گويند كه با واحد هرتز بيان مي‌شود. براي مثال اگر فركانس يك موج 1 مگاهرتز يعني اين موج در هرثانيه، يك‌ميليون‌ بار نوسان دارد !

مدولاسيون (تلفيق موج سينوسي با اطلاعات) :
با داشتن يك موج سينوسي و يك فرستنده ، مي‌توانيد موج را توسط آنتن به فضا ارسال كنيد. ولي اين موج شما حامل هيچ اطلاعاتي نيست. حالا بايد به نوعي اين موج را با اطلاعات مثلاً صداي گوينده ، تركيب ( رمز گذاري ) كنيد. به اين روش مدولاسيون ناميده مي‌شود.

سه روش براي مدولاسيون وجود دارد :
1- مدولاسيون پالس:
اين روش بصورت ارسال و قطع موج سينوسي است و يك روش ساده براي ارسال كدهاي مورس به حساب مي‌آيد. شكل زير اين روش را توصيف مي‌كند:




2- مدولاسيون دامنه:
ايستگاه‌هاي راديوي AM از اين شيوه استفاده مي‌كنند. در اين روش دامنه موج توليدشده توسط صداي گوينده با موج سينوسي تلفيق مي‌شود و سپس از طريق فرستنده ارسال مي‌شود. شكل زير اين روش را توصيف مي‌كند:




3- مدولاسيون فركانس:
ايستگاه‌هاي راديويي FM و صدها وسيله كه با تكنولوژي بي‌سيم كار مي‌كنند (مثل موبايل و تلفن‌هاي بي‌سيم) از اين روش براي ارسال اطلاعات استفاده مي‌كنند. در اين روش فركانس موج توليدشده توسط گوينده با موج سينوسي تلفيق مي‌شود و سپس از طريق فرستنده ارسال مي‌گردد. شكل زير اين روش را توصيف مي‌كند.




دريافت سيگنال AM:
گيرنده شما به كمك آنتن، امواج راديويي در فضا را مي‌گيرد. در راديوي شما وسيله‌اي بنام تيونر (پيچ ميزان راديو) وجود دارد كه به كمك آن مي‌توانيد فركانس گيرنده را تغيير دهيد. با ميزان كردن فركانس گيرنده با فرستنده مي‌توانيد امواج پخش‌شده توسط فرستنده ايستگاه راديويي خاص را دريافت كنيد.



اين امواج سپس به يك جداساز امواج فرستاده مي‌شوند تا امواج اطلاعاتي از موج سينوسي تركيب‌شده ، جدا شوند. سپس اين امواج توسط آمپلي‌فاير تقويت شده و به بلندگو ارسال مي‌شود. راديوهاي FM شبيه راديوهاي AM كار مي‌كنند و فقط قسمت جداساز امواج آن از روشي ديگر براي جداسازي موج اطلاعاتي با موج سينوسي استفاده مي‌كند.
حالا برويد و به موسيقي دلخواه خود از راديو گوش دهيد و لذت ببريد!

نوشته شده توسط علی ذبیحی  | لینک ثابت |