موجات الراديو.. وعصا ماركوني السحرية

موجات الراديو.. وعصا ماركوني السحرية





كان العالم الإيطالي "ماركوني" صاحب العصا السحرية الذي أدهش العالم بها التي أرسلت ذلك الموج الساحر، فعبرت المحيط الأطلنطي، وكان ذلك الموج الجديد" اللاسلكي" تعهده العلماء بالرعاية والعناية فأصبح كما في عصرنا الحالي يفعل الأعاجيب، فامتد من التلغراف إلى اللاسلكي، فقام بنقل الإشارات، ثم تطور إلى أن نحج في نقل الكلمات، ومن ثم تطور حتى استطاع أن ينقل الأغاني والموسيقى في الإذاعات، ثم تطور لنقل الصور مع الصوت عن طريق التلفزيون.

وتنتشر أمواج اللاسلكي بأكبر سرعة معروفة في العالم وتقدر بـ 300.000 كيلو متر في الثانية. وتختلف موجات اللاسلكي في الطول فمنها القصيرة ومنها الطويلة. وقد كانت أول إذاعة منظمة في إنكلترا عام 1922م عندما تكونت شركة الإذاعة البريطانية. وقد تطورت محطات الإذاعة وأجهزة الراديو وتقدمت بصورة مذهلة حتى أن العالم أصبح قرية صغيرة فأي حدث أو خبر ينتقل من موقع حدوثه إلى أي مكان في العالم بسرعة كبيرة. وينتقل الصوت من الإذاعة عن طريق الخطوات التالية:

1- الخطوة الأولى
وتبدأ من الأستوديو حيث يتحدث المذيع أمام الميكرفون، فيتردد قرص الميكرفون حسب الذبذبات الصوتية الصادرة من فم المذيع ويترتب على ذلك تغير في الساحة المغناطيسية التي تنتج تيارا كهربائيا ضعيف جداً، ومن ثم يسري هذا التيار عبر الأسلاك إلى محطة الإرسال التي قد تكون بعيدة عن الأستوديو.

2- الخطوة الثانية
تكبر الذبذبات الصوتية في جهاز الإرسال وبعد تكبيرها تتولد ذبذبات أخرى عالية التردد، وتسمى بالموجات الحاملة، ثم ترسل هذه الموجات خلال الأثير عن طريق هوائي كبير يقوم ببث تلك الذبذبات إلى جميع أنحاء العالم.

3- الخطوة الثالثة
يجب أن نعلم أن هناك محطات إذاعة أخرى تذيع بالطريقة نفسها على موجات مختلفة ويمكن التقاط هذه المحطات بجهاز الاستقبال إذا ضبط هذا الجهاز على إحدى هذه الموجات، ولنعلم كذلك أن موجة المحطة التي ضبطت عليها جهازك، وهي التي تدخل فقط إلى الجهاز دون غيرها من الموجات.

4- الخطوة الرابعة
إن التيار الكهربائي الذي يسري خلال الهوائي إلى جهاز الاستقبال هو تيار ضعيف، وهو مركب من تيارين أحدهما يمثل الموجات الحاملة التي مهمتها فقط توصيل الموجات المنخفضة أي الذبذبات الصوتية.
وتكبر هذه الذبذبات خلال صمامات تكبير إلكترونية تلتقط الذبذبات الصوتية دون الموجات الحاملة.

5- الخطوة الخامسة
وبعد أن يسري تيار الذبذبات المنخفضة خلال ملف سماعة جهاز الاستقبال" الراديو" يتحرك قرص السماعة إلى الأمام وإلى الخلف بنفس النسبة التي يتحرك بها قرص الميكرفون في الأستوديو، وينتج عن ذلك نفس الصوت الذي تسمعه في جهاز الراديو مطابقاً تماما لصوت المذيع في محطة الإذاعة.
كيف يعمل جهاز الراديو
الموجات اللاسلكية كما سبق وان ذكرنا هي في الأساس موجات كهرومغناطيسية تتكون من مجالين كهربي ومغناطيسي متعامدين على بعضهما البعض وعموديان على اتجاه انتشار الموجه؛وقد قال العالم ماكسويل أن الموجات الكهرومغناطيسية لها طبيعة مماثلة لطبيعة الضوء, وأن الموجات الضوئية هي على صورة الموجات الكهرومغناطيسية وتختلف الأمواج حسب ترددها واليك الصورة التى توضح الأمواج المختلفة وخصائصها.

إن عمليه الإرسال ما هي إلا تحويل الصوت أو الصورة إلى مجال كهربائي ومن ثم تحميله في دائرة تسمى بالمكسر على موجه أخرى ترددها أعلى بكثير ، ونتيجة علو هذا التردد فان موجه الصوت ذات التردد المنخفض تركب فوق الموجه الأخرى ذات التردد العالي فيما يعرف باسم التعديل في سعه الإشارة ويعرف باسم AM ويعرف الصوت هنا باسم الموجه المحمولة والتردد العالي باسم الموجه الحاملة وهناك نوع آخر من التعديل يتم بتعديل تردد الإشارة نفسه من تضاغط وتخلخل وهو تعديل التردد ويعرف باسم FM

تعديل AM
وفى النهاية كلا التعديلين يقوم بحمل الصوت من مكان إلى آخر. وهذه الإشارة تكون ضعيفة جدا بالمايكرو فولت ,شيء لا يقارن وان زادت عن الحد لا تلفت أجهزة الاستقبال وهذه هي فكره القنبلة الكهرومغناطيسية فهي تعتمد في الأساس على إنتاج مجال كهرومغناطيسي كبير ومن ثم يسبب هذا المجال تيارات كهربائية كبيره في الأجهزة الكهربائية ويؤدى إلى تلفها

فكره الاستقبال
الإشارة عبارة عن مجال كهرومغناطيسي متغير ونعلم انه لو قطع مجال مغناطيسي ملف فسيتكون في الملف كهرباء , يتم التقاط هذه الكهرباء بملف آخر ونظرا لضعفها فيتم تكبيرها بمكبرات (ترانسيستور) ومن ثم كشف الإشارة ثم تكبير الصوت ثم سماعه وهذه هي المرحلة النهائية.
كيف يقوم الراديو باستقبال المحطات....؟
1- لو صممنا دائرة رنين ومن ثم عملنا كشف مباشره للإشارة بواسطة ثنائي جرمانيوم ووضعنا سماعه إذن ويفضل تكون ذات ممانعة عاليه لأصبح لدينا راديو.
2- راديو أكثر تقدما وسنعمل مثلما سبق وان عملنا نستقبل الإشارة بدائرة الرنين ثم نلتقطها بملف آخر .

لاحظ دائرة رنين ومكثف متغير في البداية ومتغير ليغير محطات الاستقبال ثم ملف آخر لالتقاط الإشارة من ملف الرنين وهو بمثابة محول خافض للجهد رافع للتيار ليتأثر به الترانسيستور الذى يليه ويستخدم هنا مكثف للربط وهو C2 وذلك حتى لا يصبح الملف شورت على دائرة دخل الترانسيستور والإشارة الخارجة من التراسيستور تعطى مباشره إلى ثنائي الجرمانيوم وهي مازالت تردد عالي حامل للصوت يقوم ثنائي الجرمانيومD1 بفصل الإشارة الصوتية عن الموجه الحاملة ويعرف ذلك باسم عمليه الكشف وتقوم المقاومة المتصلة بثنائي الجرمانيوم R3 بإعطاء الثنائي تحيز تقدمي ثابت وبالتالي يحسن من خصائص الكشف اللاسلكي والمكثف C3 المتصل على طرفي هذه المقاومة هو فقط مكثف ترشيح للتردد العالي فقط بافتراض وجود ترددات عاليه هربت من الكاشف فيقوم بإمرارها إلى الأرض مباشره بالتالي التخلص منها وتسلم الإشارة الصوتية من المكثف C4 إلى الترانسيستور الآخر والذي يقوم هنا بدور مكبر صوتي ورقم هذا الترانسيستور هو BC109 ثم بعد ذلك إلى سماعه الأذن مباشره أو إلى سماعه عاديه ذات ممانعة كبيره و هذه هي الفكرة الأصلية للراديو ,ولكن بعد ذلك حدث ما هو احدث من ذلك وظهر نظام استقبال أكثر تعقيدا عرف باسم السيوبر هترو دين (التردد المستنبط) IF وظهرت محولات التردد المتوسط وفوليوم الصوت وميكانيزم من اجل العمل كتسجيل.

الآن وبعد المرحلة السابقة والتي تعلمنا فيها بعض أساسيات استقبال الراديو ننتقل إلى مرحله جديدة وهذه المرحلة تتمثل في فهم الأساس الهندسي الذى تبنى عليه أجهزة الراديو الحديثة وذلك مع ظهور نظام السيوبر هترودين او التردد المستنبط، أن أجهزة الراديو العادية ينقسم تصميمها إلى عده مراحل مختلفة وذلك لتامين الحصول على إشارة نقيه وذات جوده عاليه ومن هنا وجدت انه من الأهمية عرضها في صوره رسم صندوقي أولا ثم نتعرض لكل مرحله من المراحل على حده , تابع هذه الدائرة الهندسية.

إن عمليه استقبال الردايو تلزمنا بعمل دائرة رنين TUNNING CIRCUIT في مقدمه الجهاز وتكون مؤلفة على تردد مقداره يغطى الموجه المتوسطة MV وذلك في الأساس ويمكن عمل ملف آخر ليغطى موجه الـ FM ويمكن أيضا إضافة ملف آخر ليغطى أيضا مدى الـ SW وآخر ليغطى ال VHF ليستطيع الراديو التقاط أمواج التلفاز كل ذلك يمكن تصميمه نظريا وعملياً، نعود معا إلى موضوع جهازنا الذى سيغطى ال MV ولتغطيه هذا الباند BAND لابد من عمل دائرة رنين من ملف ومكثف متغير السعة ولابد أن يكون متغير السعة ليغطى النطاق ما بين 500 إلى 1500 كيلو هيرتز وبعرض نطاق تردد BAND WIDTH يساوى المدى الصوتي المسموع وهي من 33 هيرتز إلى 20 كيلو هيرتز تقريبا وتصمم دائرة الرنين .

وبالتالي نحصل على دائرة تستقبل الموجه المتوسطة , لاحظ هنا وجود المكثف المتغير والذي بواسطته يمكننا انتقاء و اختيار محطات الاستقبال وفى واقع الأمر أنت تقوم بتغير تردد دائرة الرنين ومن ثم يتغير تردد الاستقبال , هذا بالنسبة لفكرة أول مرحله من مراحل الجهاز وهي دائرة الرنين ، ومن المفترض انه توجد دائرة رنين واحده لكن مع ظهور نظام السيوبر هترودين ظهرت الحاجة إلى وجود دائرتي رنين في جهاز الراديو الواحد بخلاف دوائر ال fm-SW-VHF وتكون هذه الدائرة مؤلفه لتردد أعلى من الدائرة الأولى بمقدار 450 كيلو هيرتز وان كانت الأولى مؤلفه على 500 إلى 1500 فان الدائرة الأخرى تولف على تردد مقداره من 950 إلى 1950 كيلو هيرتز والسؤال الآن لماذا توجد دائرتين من دوائر الرنين.....؟

إن الدائرة الأولى نعلم جميعا سبب وجودها وهي موجودة لاستقبال الإشارة من محطة الإذاعة ثم قيام الملف المتصل بقاعدة الترانسيستور بالتقاطها من الدائرة بالنظام التاثيرى ومن ثم توصيلها إلى اول مرحله من مراحل التكبير والمزج ،،،،

أما الدائرة الثانية فهي تعرف بوظيفتها هنا ، ووظيفتها هي توليد تردد محلى مقداره أعلى من تردد الإشارة المستقبلة بمقدار 450 كيلو هيرتز وبالتالي فان اسمها دائرة رنين المذبذب المحلى LOCAL OSCILATOR وهنا قد يوجد ترانسيستور مستقل يقوم بوظيفة المذبذب المحلى مع هذه الدائرة ثم ترانسيستور آخر يقوم بدور يعرف باسم الميكسر MIXER اى المازج وقد يوجد ترانسيستور واحد فقط يقوم بدور الاثنين معا رسمت لكم دائرة تحتوى على ترانسيستور يقوم بدور المذبذب المحلى والمازج ومكبر تردد عالي في نفس الوقت

بالنظر إلى هذه الدائرة الهندسية نجد إن قاعدة الترانسيستور يدخل لها إشارة الموجه المستقبلة +إشارة المذبذب المحلى ونتيجه لدخول ترددين مختلفين إلى قاعدة الترانسيستور (أي ترانسيستور) فانه لابد من حدوث مزج للإشارات وهذا هو المازج ونتيجها هنا المزج , فانه لابد من وجود عدد من الترددات المختلفة عند مجمع الترانيسيستور وهذه الإشارات هي :

إشارة بتردد الموجه المستقبلة ، وإشارة أخرى بتردد المذبذب المحلى ، وإشارة أخرى بمجموع الاثنين(المذبذب المحلى الإشارة المستقبله)، وإشارة أخرى بالفرق بينهم وهذه الإشارة هي الأهم (هذا هو نظام السيوبر هيترودين) حيث ان سبب كل هذا المشوار هو الحصول على الفرق بين الإشارتين لان هذا الفرق كما ستعرف فيما بعد سيكون ثابت المقدار وبالتالي عندما يضبط الجهاز على تردد واحد فقط في مراحل تكبير التردد المتوسط فان ذلك يزيد جدا من كفاءة الاستقبال وبالتالي من كفاءة الجهاز وغلو ثمنه،،، ونظر الآن مكثف دائرة المذبذب متصل مع مكثف دائرة الرنين بنفس اليد فانه يتغير معه كلما تغير ومن ثم يظل الفرق بين تردد الإشارة المستقبلة وإشارة المذبذب المحلى ثابت المقدار دائما وهو يساوى 450 كيلو سيكل.

بواسطة محول التردد المتوسط IF الموجود كما بالرسم أعلاه عند مجمع الترانسيستور والذي يكون تردد رنينه مضبوطا على تردد مقداره يساوى الفرق أي 450 كيلو سيكل وهي ما تعرف باسم إشارة التردد المتوسط حيث تذهب هذه الإشارة وبواسطة هذا المحول إلى ترانسيستور آخر يعرف بوظيفته أيضا باسم ترانسيستور تكبير التردد المتوسط IF AMP يقوم هذا الترانسيستور بتكبير الإشارة القادمة له ومقدارها 450 كيلو هيرتز ثم بعد ذلك يسلمها إلى مرحله أخرى وهذا ما يعرف باسم 2 SATGE IF AMPLIFIER أي مرحلتين من مكبر التردد المتوسط ويمكن ان تزيد لتصل إلى ثلاث مراحل وفى اغلب الأحوال تتكون عمليه تكبير التردد المتوسط من مرحلتين تشمل اثنين ترانسيستور + ثلاث محولات تردد متوسط , ثم بعد ذلك تصل إلى مرحله الكاشف DETECTING وهو في واقع الأمر ثنائي جرمانيوم وهو وعمليات التحكم الأوتوماتيكي في الإشارة AGC . وهذا كله طبعا مجرد عرض لفكره عمل هذا الجهاز.

1-ما هي عمليه الكشف detecting ؟؟
2- ما هو التحكم الأوتوماتيكي في الإشارة AGC وكيف يعمل؟؟
3- ما هي الفائدة التى نجنيها من نظام السيوبر هترودين؟؟
4-مراحل التردد المتوسط if amp
نظام السيوبر هترودين وفوائده
تعرضنا فيما سبق إلى نظام السيوبر هترودين وعرفنا انه تردد ناتج عن فرق بين ترددين أحداهما تردد المذبذب المحلى LOC OSC وثانيهما تردد الإشارة المستقبلة RECIEVED SIGNAL , ولنعرف الفائدة لابد من أن نعرف أن محطات الراديو هي في واقع الأمر عبارة عن ترددات مختلفة فإحداها ذات تردد كبير وأخرى اقل وثالثها اكبر وهكذا..., إذن هناك اختلاف في التردد وبذلك ستكون استجابة دوائر التكبير(نسب التكبير) مختلفة لكل تردد عن الآخر وبذلك سنجد إحدى المحطات مثلا ذات إشارة اكبر من الأخرى في القوه وذلك لتوافقها مع ممانعة الترانسيستور والــ FREQUENCY RESPONCE الخاص به وبدائرته الخارجية مما يسبب اختلافا في نسب التكبير للإشارات المختلفة , لذلك كان لابد من وجود تردد واحد تتعامل معه الدوائر ويكون ثابت القيمة ولا يتغير لضمان توافق ثابت ونسب ثابتة في التكبير لجميع الإشارات ومن هنا جاءت فكره نظام السيوبر هترودين (التردد المستنبط) .
مراحل التردد المتوسط

إن إشارة التردد المتوسط ومقدارها 450 كيلوهيرتز تتواجد عند مخرج ترانسيستور المازج والذي سيصبح مدخلا لأول مرحله تكبير تردد متوسط وهذه الإشارة ثابتة مهما تغير أو اختلف تردد المحطة المستقبلة لان مكثف رنين المذبذب المحلى يتحرك بنفس اليد التى تحرك مكثف رنين الهوائي فأنت عندما تقوم بعمليه انتقاء المحطات تغير الاثنين معا وليس واحد فقط بذلك يظل الفرق ثابت القيمة دائما.

يتم عمل محول يسمى باسم IFT أي (INTER MEDIAT FREQUENCY TRANSFORMER) محول تردد متوسط ذو قلب من الفيرايت ويضبط مرة واحدة فقط وهي ساعة خروجه من المصنع و هذا لا يمنع العبث به بواسطة الفنين ولكن ذلك يؤثر طبعا على التردد المضبوط عليه المحول حيث يكون مضبوط هو الآخر على تردد مقداره 450 كيلوهيرتز مع المكثف المتصل معه على التوازي كما بالرسم أعلاه ويجب عدم العبث به حتى لا يختل التردد المضبوط عليه ومن ثم خلق عدم تكافؤ في تكبير الترانسيستورات.

ما هو التحكم الأوتوماتيكي agc automatic gain control ؟
أن السبب الذى أدى إلى وجود تحكم أوتوماتيكي للإشارة AGC،،AUTOMATIC GAIN CONTROL هو طبيعة الإشارة نفسها فنظرا لعوامل الطبيعة المختلفة وكذلك البعد بين محطة الإرسال وجهاز الاستقبال, كل هذا يؤدى إلى ارتفاع وانخفاض فولت الإشارة ومن ثم تصل إلى الكاشف إشارة غير مستقره ولذلك كان لابد من وجود طريقه للتحكم الأوتوماتيكي في فولت الإشارة , فان وصلت قويه أضعفناها وان وصلت ضعيفة تمت تقويتها وكل هذا لابد من حصوله أوتوماتيكيا و بدون تدخل أي احد , وأساس الفكرة أننا نضع جهد انحياز على قاعد أول ترانسيستور مكبر للتردد العالي يكون متناسبا ومستنبطاً من الإشارة نفسها.

لكي نفهم هذه الفكرة جيدا لابد أن نعرف أن الكاشف ليس سوى موحد نصف موجه فقط, فهو يمرر نصف الموجه الداخلة إليه ويمنع مرور النصف الآخر, فالموجة المستقبلة ليست سوى تردد حامل معدل بتردد صوتي بنظام AM أو FM وهنا نتحدث عن الـ AM وهذه الإشارة تصل من المازج إلى أول ترانسيستور لتكبير التردد المتوسط ثم الثاني والثالث ان وجد ثم الكاشف الذى يعتبر موحد HAFE WAVE RECTIFIERS نحصل من بعده على تردد صوتي راكبا على موجهة شبه مستمرة ترشح بواسطة مقاومه ومكثف تماما كما ترى في الرسم أعلاه لتذهب إلى أول ترانسيستور لتكبير التردد المتوسط كفولت انحياز أساسي له BIAS وبالتالي يتم التحكم في فولت انحيازه من خلال فولت الإشارة المستقبلة نفسها.

مزيدا من الابداع والتالق معلومات قيمة جزاك الله خيرا