لامپ های رادیو ، ترانزیستورها

به طور خیلی ساده امواج رادیو را در ذهن خود مجسم می‌کنیم که موجی است با فرکانس کم که سوار امواج حامل با فرکانس و سرعت بیشتری شده و همه جا را زیرپا می‌گذارد و در هر کجا که موقعیت مناسب باشد می‌تواند پیاده شود اما هنگام خروج از هواپیما خیلی ضعیف است و باید حتما تقویت شود.
و حالا راجع به تقویت این مسافر فکر می‌کنیم: در ذهن خود ابتدا یک منحنی با دامنه نوسان کوچک مجسم می‌کنیم و بعد یک منحنی دیگر مانند همان منحنی اما با دامنه نوسان بیشتر که از اولی قویتر است. اما چگونه این امواج تقویت می‌شوند و اصولاً آمپلی فایر از چه تشکیل شده است؟

لطفا به ادامه مطلب توجه بفرمایید...

به طور خیلی سطحی خوانده‌ایم که لامپهای رادیو و همچنین ترانزیستورها می‌توانند امواج را تقویت کنند اما آنها چگونه‌اند؟ لامپ رادیو در سال 1906 بوسیلۀ لی دوفورست آمریکائی و ترانزیستور به سال 1948 اختراع شده است، هر دوی آنها را می‌توانیم به شیرآب تشبیه کنیم از این لحاظ که معمولاً ما کوشش کمتری برای چرخاندن شیر به کار می‌بریم با وجود این تغییر قابل ملاحظه‌ای در شدت جریان آن به وجود می‌آوریم.

پیدایش لامپ رادیو ، ترانزیستور و تاریخچه آن

اساس رادیو را به طور خیلی خلاصه در فیزیک دبیرستانی خوانده‌ایم و تا حدودی می‌‌دانیم که به چه طریق یک میدان متغیر در یک هادی مجاور می‌تواند جریان القائی به وجود آورد و نیز یاد گرفته‌ایم که فرستنده رادیو جریان متغیری بوسیله میکروفون و متناسب با صدا ایجاد می‌کند و میکروفون طوری ساخته شده است که امواج صوتی را که در هوا ایجاد می‌کنیم تبدیل به جریانهای متغیر الکتریکی می‌سازد و آنها احتمالاً تقویت شده و به آنتن پخش کننده فرستاده می‌شوند و بالاخره امواج صوتی به صورت امواج الکتریکی در فضا به حرکت درمی‌آیند. وقتی این امواج به گیرنده رادیوئی می‌رسند در آنجا به وسیله هستۀ خیلی قابل نفوذ از جنس آهن جریانهائی مشابه با جریان فرستنده در سیم پیچی دور هسته خلق می‌کنند که به طور مناسب تقویت شده و به کمک بلندگوها تبدیل به امواج صوتی خواهند گشت. این بود اساس فرستنده و گیرنده رادیوئی.
مطالبی که فوقاً گفتیم تقریباً صحیح اما ناقصند زیرا میدان مغناطیسی حاصله بوسیله جریانی با فرکانس آکوستیک (صوتی) برد خیلی ضعیف خواهند داشت و تعداد ارتعاشات در ثانیه اصوات قابل شنیدن از 16 تا 20000 هرتز است از طرف دیگر با معلوماتی که ذکر شد هرگز موفق نخواهیم شد امواج یک فرستنده را از بین امواج مختلفی که از فرستنده‌های متعدد ارسال می‌شود بگیریم. بلی ارتباطات رادیوئی هرگز به کمک میدانهای مغناطیسی حاصله از جریان متغیر به دست نمی‌آید. جریان متغیری که از فرکانس جریانهای میکروفونیک حاصل می‌شوند!
باید گفت که موجهای رادیوئی از نوع امواج الکترومانیتیک بوده و مانند امواج نورانی با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه پخش می‌شوند. اما با طول موج بیشتر یعنی فرکانس پائین‌تر، برای تجسم سرعت امواج الکترومانیتیک کافی است بگوئیم که طول خط استوا را می‌تواند در کمتر از یک هشتم ثانیه دور بزند.
این امواج بوسیله جریانهای متناوب با فرکانس بیشتر در آنتن فرستنده جریان می‌یابند. این جریانها در حقیقت حرکت الکترونها هستند که طول این هادی عمودی (آنتن) را می‌پیمایند و در فرستنده از آن بالا می‌روند و درگیرنده از آن پائین می‌آیند. فاصله بین دو موجی که متعاقب هم منتشر می‌شوند موسوم به طول موج است و با حرف یونانی لاندا سمبولیزه شده است. و حالا که سرعت امواج الکترومانیتیک را دانستیم می‌توانیم طول موج را با تقسیم کردن سرعت بر فرکانس بدست آوریم مثلاً در صورتی که فرکانس را یک میلیون فرض کنیم طول موج از تقسیم 300000 کیلومتر بر یک میلیون به دست خواهد آمد. یعنی 2/0 خواهد بود که برحسب کیلومتر می‌باشد اما برحسب متر معمولتر است بدین ترتیب با واحد اخیر خواهیم گفت طول این موج 300 متر است.

اما تشریح لامپ رادیو

- لامپ آمپلی فیکاتور معمولاً سه قطبی است که آن را لامپ تریود می‌گوئیم. هوای داخل لامپ را تقریباً خالی کرده و فشار را به چند دهم سانتیمتر جیوه رسانده‌اند. یکی از قطب‌ها را کاتد تشکیل می‌دهد و آن عبارت از یک فیلامان (رشته) است که دو سر آن به جریان برق مربوط بوده و به شدت گرم می‌شود و در این حالت الکترونهائی در فضای خلأ اطراف خود می‌فرستد.
(علت ایجاد خلأ در لامپهای رادیو این است که الکترونها با مولکولهای هوا تصادم نکنند).
الکترونهائی که بدینگونه در خلأ منتشر می‌شوند توسط صفحه‌ای به نام پلاک می‌توانند جذب گردند، به شرطی که این پلاک به یک پتانسیل مثبت نسبت به کاتد برده شود و بالاخره بین فیلامان و پلاک شبکه قرار دارد و همانطور که گفتیم رل شیر آب را بازی می‌کند.
- کار اصلی بعهدۀ همین شبکه است. زیرا در صورتی که این شبکه به پتانسیل منفی برده شود به سادگی ازعبور الکترونها جلوگیری می‌کند ودر صورتی که کمتر منفی شود بالکترونها آزادی عبور خواهد داد و بالاخره می‌توانگفت که تغییرات کوچک در ولتاژ منفی شبکه تغییرات مشابه و زیادی را در جریان صفحه سبب می‌شود.
اما چرا می‌گوئیم که شبکه نسبت به کاتد کمتر یا بیشتر منفی شود؟ و چرا هرگز میزان منفی بودن آن را به صفر نمی‌رسانیم و بالاخره چرا آنرا مثبت نمی‌کنیم که بیشتر الکترونها را جلب کند و اجازۀ عبور بیشتری به آنها بدهد؟
- هرگز نباید شبکه را به پتانسیل مثبت برد زیرا در این صورت رقابت نابجائی بین شبکه و آند برقرار خواهد شد و همین شبکه الکترونهای دفع شده از کاتد را به خود جلب خواهد کرد، در صورتی که ما می‌خواهیم تغییرات کوچک جریانی که امواج ضعیف ما به وسیله القا می‌تواند روی شبکه ایجاد کنند به کمک این دستگاه در مدار پلاک آنقدر قوی سازیم که مثلاً بتوانند بلندگوئی را بکار اندازند. و بطور خلاصه کار هر کدام از الکترودها در لامپ سه قطبی چنین است:
کاتد الکترونها را پخش می‌کند. شبکه به شدت فلوی آنها را منظم می‌سازد و پلاک الکترونها را جذب می‌کند.
و حالا بد نیست ساختمان واقعی لامپ تریود را هم برای شما شرح دهیم: معمولاً فیلامان به صورت رشته هادی مقاومت داری به خط مستقیم وسط صفحه قرار دارد. شبکه به صورت فنری آن را احاطه کرده است و مجموع این دو در داخل صفحه استوانه‌ای که همان پلاک را تشکیل داده قرار گرفته‌اند. لامپ تریود دارای چهارپایه فلزی است که دو تا از آنها بدو سر فیلامان مربوط بوده و یک پایه متعلق به شبکه ودیگری مخصوص پلاک است.
اما مثل اینکه امروزه غالب رادیوها ترانزیستوری هستند و رفته رفته احتیاج به رادیوهای لامپی کمتر می‌گردد. این ترانزیستور کوچولو چگونه می‌تواند این کارهای بزرگ را انجام دهد؟ شاید با زمینه ذهنی که از لامپ رادیو دارید چنین حدس بزنید که در ترانزیستور نیز سه الکترود وجود دارد که یکی از آنها رل شیر را بازی می‌کند یعنی می‌تواند کم و بیش راه عبور الکترونها را باز و بسته سازد در صورتی که موضوع باین سادگی نیست. هرچند که بین ترانزیستور و لامپ یک تشابه قطعی وجود دارد همینقدر برایتان بگویم که ترانزیستور از اتصال سه کریستال نیمه هادی ژرمانیوم درست می‌شود که خصوصیات الکتریکی آنها متفاوت است. یکی را امیتر (پخش کننده) گویند ودیگر بیس (پایه) و سومی کولکتور (جمع کننده) نام دارد. در ترانزیستور جریانهای ضعیف مدار پایه باعث شدت کافی جریان از پخش کننده به پایه می‌شود، در ترانزیستور تحت تأثیر جریانهای ضعیف که بین پخش کننده و پایه وجود دارد جریانهائی با شدت بیشتر بین پخش کننده و جمع کننده (امیتر و کلکتور) به وجود می‌آید.
- به طور خلاصه اگر بگوئیم که پخش کننده درترانزیستور مانند کاتددر لامپ سه قطبی است و پایه رل شبکه را بازی می‌کند و کلکتور به جای آند به کار رفته است این تشبیه می‌تواند قابل قبول باشد؟
بلی و نه! زیرا هرچند که این تشابه قطعی است اما خیلی محدود می‌باشد. زیرا تیپ‌های مختلفی ازترانزیستور داریم که در بعضی از آنها الکترونها بین امیتر و کلکتور جریان می‌یابند ودر بعضی دیگر از پخش کننده به پایه، اما باین سادگی امکان ندارد که بتوانیم مکانیسم صحیح پدیده‌های مربوط به ترانزیستور را شرح دهیم و این کاراز عهدۀ اینمقاله خارج است.
از مسیر امواج صحبت کنیم: حال که ارتباط‌های رادیوئی بوسیله امواج الکترومانیتیک برقرار شده‌اند دانستیم که این امواج از نوع امواج نورانی هستند. اما ما در کتابهای دبیرستانی خوانده‌ایم که امواج نورانی به خط راست انتشار می‌یابند و زمین هم که کروی است پس چگونه گیرنده‌ای می‌تواند امواج منتشره از فرستنده‌ای را اخذ کند که با هم در امتداد یک خط مستقیم نیستند. و ما از گیرنده رادیوئی صدای فرستنده‌هائی را می‌شنویم که به طور قطع یک خط مستقیم نمی‌تواند ما را با آنها مربوط سازد. چگونه این کار ممکن است؟
- این امواج هرچند که مانند امواج نورانی هستند و فقط طول موجشان خیلی بزرگتر از آنهاست اما همین بزرگ بودن طول موج آنها باعث می‌شود که خصوصیات فیزیکی‌شان کمی با آنها فرق داشته باشد. ما امواجی با طول موج چند دسی متر تاچند متر داریم که از هر لحاظ خیلی شبیه بامواج نورانی هستند. این امواج هرگز نمی‌تواننددر مسیرمنحنی شوند و هیچ وقت در پشت خط افق نسبت بفرستنده قابل اخذ شدن نیستند و به همین جهت انتشارات تلویزیونی که روی امواج خیلی کوتاه قراردارند فقط در دایره‌ای به شعاع تقریباً صد کیلومتر از فرستنده می‌توان آنها را اخذ نمود و در فواصل زیادتر نمی‌توان این امواج را گرفت مگر به کمک یک آنتن خیلی طولانی که انتهای آن با آنتن فرستنده روی خط مستقیمی واقع باشد اما در مورد امواج بلندی که طول موج آنها حدود یک کیلومتر و بیشتر از آن هستند باید گفت که این امواج قادرند با پیشروی در سطحکره زمین یک مسیر منحنی به موازات صفحه کروی آن طی کنند. فقط می‌ماند موجهای متوسط که طول آنها چند صد متر است و همچنین امواج کوتاه به طول چند دهمتر بر حسب طول موجشان. اینها نیز تا حدودی انعطاف‌پذیر هستند وتا اندازه‌ای معین در انحنای کره زمین پیش می‌روند ولی وقتی فواصل زیادی مطرح است ارتباط رادیوئی با انعکاس امواج در یونسفر عملی است.
می‌دانیم که یونسفر طبقه‌ای از اتمسفر زمین است که فاصله سطح پائین آن از زمین 80 کیلومتر و سطح بالائی آن 1000 کیلومتر است که تحت اثر اشعه خورشید هادی الکتریسیته می‌شود و همین طبقه یونسفر است که رل مهمی را در رادیو بازی می‌کند زیرا مانند آئینه‌ای امواج را به طرف زمین منعکس می‌سازد. اما زمین نیز قادر بانعکاس امواج است، بدین ترتیب که موجهای کوتاه و متوسط چندین بار از زمین یونسفر و بالعکس انعکاس یافته و در یک گیرنده رادیوئی اخذ می‌شوند و شما می‌توانید در ذهن خود توپهای تنیسی را مجسم سازید که مرتباً از زمین به آسمان رفته و به زمین منعکس می‌شوند تا مجدداً به فضا انعکاس یابند. در اینجا یک سئوال نیز باقی می‌ماند: آیا امواج منتشره از یک فرستنده را می‌توان از دو مسیر اخذ نمود؟ این کار ممکن است؟ بلی در اغلب موارد امواج یک فرستنده را از روی خط سیرهای متفاوت دریافت می‌کنیم و ساده‌ترین آن عبارت است از اخذ توام دو موج که یکی از آنهامستقیماً به گیرنده می‌رسد یعنی فقط سطح زمین را پیموده است و دومی از یونسفر انعکاس یافته است.
سئوال دیگر اینکه آیا در این مورد ما با پدیدۀ تلاقی اشعه مواجه نخواهیم بود؟ یعنی وقتی که آنها به طور هم فاز به گیرنده برسند یکدیگر را تشدید و بالعکس وقتی در فاز مخالف باشند همدیگر را تضعیف نخواهند کرد؟ بلی این مطلب در این مورد نیز صادق است و وقتی دو موج غیرهم فاز از یک فرستنده به گیرنده رادیو برسند محوشدگی امواج بوقوع خواهد پیوست. از طرف دیگر یونسفر کاملاً شبیه آئینه نیست و شرایط دریافت و انعکاس در آن به آرامی یا به سرعت تغییر می‌یابد و باین جهت بارها اتفاق میافتد انتشاری که به سخنی دریافت کرده‌ایم لحظه‌ای بعد غیرقابل اخذ می‌گردد و بالعکس چند دقیقه بعد صدای همان ایستگاه روشن‌تر می‌گردد. شاید شما بگوئید: با وجود این به ندرت اتفاق می‌افتد که در گیرندۀ رادیوئی ما همچو تغییرات شدید در امواج دریافتی از یک ایستگاه بوجود آید.
علتش این است که در تمام گیرنده‌های کنونی یک رگولاتور به نام آنتی فادینک کار گذاشته شده است تا وقتی امواج ضعیف‌تر می‌رسند آمپلی فیکاتور به طور خودکار آن را بیشتر تقویت کند و بالعکس....
و روی این اصل است که در رادیوهای امروزی ما کمتر به این اشکار برخورد می‌کنیم مگر اینکه امواج در یونسفر بیش ازحد ضعیف شوند.

***