Кристаллды радио қабылдағыш: Қуатсыз AM радиосы

Кіріспе

Кристалл радиоқабылдағышы, сондай-ақ кристалл жиынтығы деп аталады, радионың алғашқы күндері танымал болған қарапайым радиоқабылдағыш. Ол дыбыс шығару үшін тек алынған радиосигналдың қуатын пайдаланады, сыртқы қуат көзі қажет емес. Оның ең маңызды бөлігі – бастапқыда галена сияқты кристалды минералдан жасалған кристалл детектор. Бұл компонент қазір диод деп аталады. Кристалл радиолары – радиоқабылдағыштардың ең қарапайым түрі және оларды антеннаға арналған сым, сым орамасы, конденсатор, кристалл детектор және құлаққаптар сияқты бірнеше арзан бөлшектерден жасауға болады (өйткені кристалл жиынтығында динамик үшін жеткілікті қуат жоқ). Дегенмен, олар пассивті қабылдағыштар, ал басқа радиолар батареядан немесе розеткадан қуат алатын күшейткішті пайдаланады, бұл радиосигналды күшейтуге мүмкіндік береді. Сондықтан кристалл жиынтықтары өте әлсіз дыбыс шығарады, оларды сезімтал құлаққаптармен тыңдау керек, және тек таратушының шектеулі радиусы ішіндегі станцияларды ғана қабылдай алады. Минерал мен металл арасындағы контактінің тоқ түзету қасиеттерін 1874 жылы Карл Фердинанд Браун ашқан. Кристаллдарды алғаш рет 1894 жылы Джагадиш Чандра Боз өзінің микротолқынды оптикалық тәжірибелерінде радиотолқындарды анықтау үшін қолданды. Олар алғаш рет 1902 жылы Г.В. Пикард радиобайланыс қабылдау үшін демодулятор ретінде пайдаланды. Кристалл радиолары – ең көп таралған радиоқабылдағыштардың бірі және сымсыз телеграфия дәуірінде кеңінен қолданылды. Миллиондаған дана сатылып, өздігінен жасалған арзан және сенімді кристалл радиосы радионың халыққа таралуына үлкен үлес қосты, 1920 жылдар шамасында радиохабар таратудың дамуына жағдай жасады. Шамамен 1920 жылы кристалл жиынтықтары вакуумдық лампаларды пайдаланатын алғашқы күшейткіш қабылдағыштармен ығыстырылды. Осы технологиялық жетістіктердің арқасында кристалл жиынтықтары коммерциялық мақсатта қолданудан шығып, негізінен радио технологиясын оқып үйрену құралы ретінде қалды. Олар әлі де білім беру мақсатында сатылады және оларды құрастыруға құмар адамдардың тобы бар. Кристалл радиолары амплитудалық модуляцияланған (AM) сигналдарды қабылдайды, бірақ FM схемалары да жасалған. Оларды кез келген радиожиілік диапазонында жұмыс істеуге бейімдеуге болады, бірақ көбінесе AM хабар тарату диапазонын қабылдайды. Аз ғана бөлігі қысқа толқынды диапазондарды қабылдай алады, бірақ күшті сигналдар қажет. Алғашқы кристалл жиынтықтары 20 кГц жиіліктегі ұшқынды таратушылар арқылы таратылатын сымсыз телеграфия сигналдарын қабылдады.

Simple radio receiver circuit for AM reception
unpowered radio receivers

A crystal radio receiver, also called a crystal set, is a simple radio receiver, popular in the early days of radio. It uses only the power of the received radio signal to produce sound, needing no external power. It is named for its most important component, a crystal detector, originally made from a piece of crystalline mineral such as galena. This component is now called a diode. Crystal radios are the simplest type of radio receiver and can be made with a few inexpensive parts, such as a wire for an antenna, a coil of wire, a capacitor, a crystal detector, and earphones (because a crystal set has insufficient power for a loudspeaker). However they are passive receivers, while other radios use an amplifier powered by current from a battery or wall outlet to make the radio signal louder. Thus, crystal sets produce rather weak sound and must be listened to with sensitive earphones, and can receive stations only within a limited range of the transmitter. The rectifying property of a contact between a mineral and a metal was discovered in 1874 by Karl Ferdinand Braun. Crystals were first used as a detector of radio waves in 1894 by Jagadish Chandra Bose, in his microwave optics experiments. They were first used as a demodulator for radio communication reception in 1902 by G. W. Pickard. Crystal radios were the first widely used type of radio receiver, and the main type used during the wireless telegraphy era. Sold and homemade by the millions, the inexpensive and reliable crystal radio was a major driving force in the introduction of radio to the public, contributing to the development of radio as an entertainment medium with the beginning of radio broadcasting around 1920. Around 1920, crystal sets were superseded by the first amplifying receivers, which used vacuum tubes. With this technological advance, crystal sets became obsolete for commercial use mainly as a way of learning about the technology of radio. They are still sold as educational devices, and there are groups of enthusiasts devoted to their construction. Crystal radios receive amplitude modulated (AM) signals, although FM designs have been built. They can be designed to receive almost any radio frequency band, but most receive the AM broadcast band. A few receive shortwave bands, but strong signals are required. The first crystal sets received wireless telegraphy signals broadcast by spark gap transmitters at frequencies as low as 20 kHz.

Тарих

Кристалл радиосы 19 ғасырдың соңындағы ұзақ және толыққанды түсініксіз ашылулар тізбегі арқылы ойлап табылды, ол 20 ғасырдың басында одан әрі тиімді радио қабылдағыштарға дамыды. Кристалл радиосының алғашқы пайдалы қолданылуы – ертедегі радио әуесқойларының ұшқыш тізбектерінен жіберілген Морзе кодымен берілген радиосигналдарды қабылдау болды. Электрониканың дамуы радио арқылы дауыс сигналдарын жіберуге мүмкіндік берді, бұл шамамен 1920 жылы бүгінгі радио хабар тарату индустриясына айналған технологиялық өрбуге себеп болды.

Алғашқы жылдар

Ертедегі радиотелеграфияда радиожиіліктерде жұмыс істейтін ұтқыр орталық және доғалық таратушылар, сондай-ақ жоғары жиілікті генераторлар қолданылды. Когерер радиосигналды анықтаудың алғашқы құралы болды. Дегенмен, олар әлсіз сигналдарды анықтауға жеткіліксіз болды. 20 ғасырдың басында түрлі ғалымдар галена сияқты кейбір металл минералдарды радиосигналдарды анықтау үшін пайдалануға болатынын анықтады. Бенгал физигі Джагадиш Чандра Бос радиотолқын детекторы ретінде алғаш рет кристаллды қолданды, 1894 жылдан бастап галена детекторларын микротолқындарды қабылдау үшін пайдаланды. 1901 жылы Бос «Электрлік бұзылыстарды анықтау құрылғысы» үшін АҚШ-та патентке өтініш берді, онда галена кристаллын пайдалану туралы айтылды; ол 1904 жылы #755840 ретінде тіркелді. 1906 жылдың 30 тамызында Гринлиф Уиттер Пикард кремний кристалды детекторына патент алды, ол 1906 жылдың 20 қарашасында тіркелді. Кристалл детекторға кристалл, әдетте кристаллмен жанасатын жұқа сым немесе металл зонд, сондай-ақ осы компоненттерді ұстап тұратын тұғыр немесе корпус кіреді. Ең көп қолданылатын кристалл – кішкентай галена; пирит те жиі қолданылды, себебі оны оңай реттеуге және тұрақтандыруға болады, сонымен қатар қалалық сигнал күшіне жеткілікті. Тағы бірнеше минералдар да детектор ретінде жақсы жұмыс істеді. Кристаллдардың тағы бір артықшылығы – олар амплитудалық модуляцияланған сигналдарды демодуляциялай алады. Бұл құрылғы радиотелефонды және дауыстық хабар таратуды халыққа жеткізді. Кристаллдық жиынтықтар радио хабарларын тарату индустриясы дамып келе жатқан кезде осы сигналдарды қабылдаудың арзан және технологиялық тұрғыдан қарапайым тәсілін ұсынды.

1920-шы және 1930-шы жылдар

1922 жылы (сол кездегі атауы) Америка Құрама Штаттарының Стандарттар бюросы «Жай үйде жасалған радио қабылдағыш жиынтығының құрылысы және жұмыс істеуі» деген басылымды жариялады. Бұл мақалада кез келген отбасының қарапайым құралдарды қолдана білетін мүшесі радио жасап, ауа райы, егін бағасы, уақыт, жаңалықтар және операны қалай тыңдай алатынын көрсетті. Бұл үлгі радионы көпшілікке таратуда маңызды рөл атқарды. NBS одан кейін кристалл детекторлы екі контурлы радио қабылдағыш жабдығының құрылысы мен жұмыс істеуі туралы, екі контурлы нұсқасын жариялады, ол сол жылы шықты және бүгінгі күнге дейін хоббишілер жиі жасайды. 20 ғасырдың басында радионың коммерциялық қолданысы аз болды, радиомен тәжірибе жасау көптеген адамдар үшін хобби еді. Кейбір тарихшылар 1920 жылдың күзінен бастап ойын-сауық мақсатында коммерциялық радио хабарларын тарату басталды деп санайды. Питтсбургтегі KDKA станциясы, Вестингхаусқа тиесілі, Хардинг-Кокс президенттік сайлау нәтижелерін хабарлау үшін АҚШ Сауда министрлігінен лицензия алды. Радионың алғашқы күндерінде ерекше оқиғалар туралы хабарлаумен қатар, фермерлерге егін бағасы туралы хабар тарату маңызды қоғамдық қызмет болды. 1921 жылы зауытта жасалған радиолар өте қымбат болды. Аз қамтылған отбасылар оны сатып ала алмағандықтан, газеттер мен журналдарда қолжетімді заттардан кристалл радио қалай жасауға болады деген мақалалар жарияланды. Құны төмендету үшін көптеген жоспарларда, үйде жасалған радиолардың кең таралған негізіне айналған, мәйес қораптары сияқты бос картон контейнерлеріне орамды орау ұсынылды.

Кристадин

1920 жылдардың басында Олег Лосев Ресейде радиодетекторлар жасау үшін әртүрлі кристалдарға кернеутік жағдайларды қолданумен тәжірибе жасады. Нәтижесі таң қалдырды: цинкит (цинк оксиді) кристаллы арқылы ол күшейтуге қол жеткізді. Бұл – теріс кедергі құбылысы еді, туннельді диодтың дамуына ондаған жыл бұрын ашылған. Алғашқы тәжірибелерден кейін Лосев регенеративті және супергетеродин қабылдағыштар, тіпті хабар тарату құрылғыларын жасады. Кристадин примитивті жағдайларда жасалуы мүмкін; вакуумдық түтіктер мен қазіргі жартылай өткізгіш құрылғылардың айырмашылығы, оны ауылдық ұстаханада да жасауға болады. Бірақ бұл жаңалық билік тарапынан қолдау таппады және көп ұзамай ұмытылды; зерттеу үшін жасалған бірнеше данадан басқа, көптеп өндірілген құрылғылар жоқ.

"Фоксхоль радиолары"

Минералдық кристалдардан басқа, көптеген металл беттерінің оксидтік қаптамалары түзетуге қабілетті жартылай өткізгіштер (детекторлар) ретінде әрекет етеді. Кристалл радиолары тот басқан шегелерден, тозған тиындардан және көптеген басқа да қарапайым заттардан жасалған детекторларды қолданып, далалық жағдайда жасалынды. 1944 жылдың көктемінде Анцио, Италия маңында одақтас әскерлер тоқтаған кезде, қуатпен жұмыс істейтін жеке радио қабылдағыштарына қатаң тыйым салынды, себебі немістерде супергетеродин қабылдағыштардың жергілікті генераторының сигналын анықтайтын құралдар болды. Кристалл жиынтықтарында қуатпен жұмыс істейтін жергілікті генераторлар болмағандықтан, оларды анықтау мүмкін емес еді. Кейбір тапқыр сарбаздар жаңалықтар мен музыка тыңдау үшін қолдан келген материалдардан "кристалл" жиынтықтарын құрастырды. Бір түрі детектор ретінде көк болаттан жасалған қырғыш және қалам ұшын пайдаланды. Қалам ұшының жартылай өткізгіш оксидтік қаптамаға (магнетит) жанасуы шикі нүктелік контактты диодты құрады. Қалам ұшын қырғыштың бетінде сақтап реттеу арқылы түзетуге қабілетті нүктелерді табуға болатын еді. Бұл құрылғыларды халық баспасөзі "оқшаулау орнындағы радиолар" деп атады және олар Екінші дүниежүзілік соғыстың халық ауыз әңгімесінің бір бөлігіне айналды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Германия басып алған кейбір елдерде азаматтардан радио жиынтықтары кеңінен тәркіленді. Бұл белді тыңдаушыларды өздерінің құпия қабылдағыштарын жасауға итермеледі, олар көбінесе қарапайым кристалл жиынтығынан асып түспеді. Мұндай әрекет жасаған адам ұсталған жағдайда түрмеге қамалуы немесе тіпті өліміне себеп болуы мүмкін еді, ал Еуропаның көп бөлігінде BBC (немесе басқа одақтас станциялар) сигналдары мұндай жиынтықпен қабылдауға жеткілікті күшті емес еді.

"Ракеталық радио"

1950 жылдардың соңында Жапониядан импортталған, ракета пішіндес шағын "ракета радиосы" пайда болды және орташа дәрежеде танымалдылыққа қол жеткізді. Ол пьезоэлектрлік кристалл құлақаспапты (осы мақалада кейінірек сипатталған), тюнинг катушкасының өлшемін кішірету үшін феррит өзекшені (кейін де сипатталатын), және реттеуді қажет етпейтін кішкентай германийді тұрақты диодты қолданды. Станцияларды іздеу үшін пайдаланушы ракетаның мұрын бөлігін жылжытатын, ол өз кезегінде катушка ішіндегі феррит өзекшені жылжытып, баптау тізбегіндегі индуктивтілікті өзгертетін. Бұрынғы кристалл радиолары құлақаспаптың немесе құлақаспаптың электрлік жүктемесінен туындаған Q көрсеткішінің күрт төмендеуінен және нәтижесінде селективтіліктің нашарлауынан зардап шекті. Сонымен қатар, тиімді құлақаспабының арқасында "ракета радиосы" жеткілікті сигнал алу үшін үлкен антенна қажет етпеді. Q көрсеткіші жоғары болғандықтан, ол әдетте бірнеше күшті жергілікті станцияларды баптауға мүмкіндік берді, ал бұрынғы радио бір станцияны ғана қабылдауы мүмкін, ал қалған станциялар фондық шу ретінде естілуі мүмкін. Электр желісіне қосылу мүмкін болмайтын жерлерде тыңдау үшін "ракета радиосы" сол кездегі қымбат және ауыр батареяларды қажет ететін вакуумдық портативтік радиоларға балама болды. Балалар "ракета радиоларын" жамылғының астына жасырып, ата-аналары ұйықтап жатыр деп ойлағанда радио тыңдайтын. Балалар радионы қоғамдық бассейндерге алып барып, судан шыққаннан кейін тыңдайтын, жерге қосылған сымды бассейнге айнала қоршаған тізбекті қоршауға бекітетін. "Ракета радиосы" сондай-ақ төтенше жағдайларда қолданылатын радио ретінде де пайдаланылды, өйткені оған батареялар немесе электр желісі қажет болмады. "Ракета радиосы" бірнеше ракета пішіндес түрлерінде, сондай-ақ бірдей негізгі схеманы қолданатын басқа да пішіндерде қол жетімді болды. Ол кезде транзисторлық радиолар да қол жетімді болды, бірақ олардың бағасы жоғары еді. Алайда, транзисторлық радиолардың бағасы төмендегеннен кейін, "ракета радиосының" танымалдылығы азайды.

Кейінгі жылдар

Бұрынғыдай кең таралмаса да, кристаллды радио схемасы әлі де қолданылуда. Скауттар 1920 жылдан бері радио құрастыруды бағдарламаларында сақтап келеді. 1950-1960 жылдары көптеген дайын жаңалықтар мен қарапайым жиынтықтарды табуға болады, сондай-ақ электроникаға қызығушылық танытқан көптеген балалар осындай радио жасады. Кристаллды радио жасау 1920 жылдары және қайта 1950 жылдары үлкен қызығушылық тудырды. Соңғы кезде хобби талғандар бұл ертедегі құрылғылардың үлгілерін жасап шығаруға кірісті. Бұл радиолардың сыртқы түрі де, жұмыс істеуі де көп күш жұмсауды қажет етеді. Жыл сайынғы кристаллды радионың "DX" (алыс қашықтықтан сигнал қабылдау) және құрастыру байқаулары осы радионың иелеріне бір-бірімен жарысуға және осы тақырыпқа қызығушылық танытқан қауымдастық құруға мүмкіндік береді.

Негізгі қағидалар

Кристалл радиосын радио қабылдағыш ретінде қарастыруға болады. Ол кем дегенде мынадай компоненттерден тұрады:

Радио толқындарының әсерінен электр тогының туындайтын антенна. Антенна арқылы алынған барлық радиосигналдардың ішінде қажетті радиостанцияның жиілігін іріктейтін резонанстық тізбек (күйілген тізбек). Күйілген тізбек – сымнан оралған (индуктор деп аталады) және қосылған конденсатордан тұрады. Тізбектің резонанстық жиілігі болады, ол осы жиіліктегі радио толқындарының детекторға өтуіне мүмкіндік береді, ал басқа жиіліктегі толқындарды тосқауылдайды. Тізбектің катушкасы немесе конденсаторының біреуі немесе екеуі де реттеледі, бұл тізбекті әртүрлі жиіліктерге күйлеп баптауға мүмкіндік береді. Кейбір тізбектерде конденсатор қолданылмайды және антенна осы функцияны атқарады, себебі радио толқындарын қабылдауға арналған антеннаның толқын ұзындығынан төрттен бірі кем болса, ол сыйымдылыққа ие болады. Аудиосигналды алу үшін радиосигналды демодуляциялайтын жартылай өткізгіш кристалл детекторы (модуляция). Кристалл детекторы квадрат заң бойынша жұмыс істейді, радиожиіліктің айнымалы тогын оның аудиожиіліктік модуляциясына түрлендіреді. Детектордың аудиожиіліктік шығысы құлаққап арқылы дыбысқа айналады. Алғашқы жиынтықтарда "мысыққырылған детектор" қолданылған, ол галена сияқты кристалл минералдың кішкентай бөлігінен және оның бетіне тиетін жұқа сымнан тұрады. Кристалл детекторы – кристалл радиоларына ат берген компонент. Қазіргі жиынтықтарда заманауи жартылай өткізгіш диодтар қолданылады, бірақ кейбір хоббистер әлі де кристалл немесе басқа детекторлармен тәжірибе жүргізеді. Аудиосигналды дыбыс толқынына айналдыратын құлаққап. Кристалл қабылдағышының аз қуаты динамикті қоректендіруге жеткіліксіз, сондықтан құлаққаптар қолданылады. Кристалл радиосында қуат көзі болмағандықтан, құлаққаптан шығатын дыбыс қуаты тек қабылданып жатқан радиостанцияның таратушысынан, антенна ұстаған радио толқындары арқылы келеді. Тіпті қуатты коммерциялық хабар тарату станциясы үшін, егер ол қабылдағыштан бірнеше шақырымнан артық болса, антенна алған қуат өте аз болады, әдетте микроваттармен немесе нановаттармен өлшенеді. Кристалл радиолары мұндай әлсіз сигналдарды күшейткішсіз қабылдай алады, себебі адамның есту қабілеті өте сезімтал, ол 10−16 Вт/см2 интенсивтілікпен дыбыстарды анықтай алады. Сондықтан кристалл қабылдағыштары радио толқындарынан алынған энергияны дыбыс толқынына мүмкіндігінше тиімді түрлендіру үшін жасалуы керек. Дегенмен, олар көбінесе AM хабар тарату станциялары үшін шамамен 25 шақырым қашықтықтағы станцияларды ғана қабылдай алады, бірақ сымсыз телеграф дәуірінде қолданылған радиотелеграф сигналдарын жүздеген шақырым қашықтықта қабылдауға болады.

An antenna in which electric currents are induced by radio waves. A resonant circuit (tuned circuit) which selects the frequency of the desired radio station from all the radio signals received by the antenna. The tuned circuit consists of a coil of wire (called an inductor) and a capacitor connected together. The circuit has a resonant frequency, and allows radio waves at that frequency to pass through to the detector while largely blocking waves at other frequencies. One or both of the coil or capacitor is adjustable, allowing the circuit to be tuned to different frequencies. In some circuits a capacitor is not used and the antenna serves this function, as an antenna that is shorter than a quarter wavelength of the radio waves it is meant to receive is capacitive. A semiconductor crystal detector that demodulates the radio signal to extract the audio signal (modulation). The crystal detector functions as a square law detector, demodulating the radio frequency alternating current to its audio frequency modulation. The detector's audio frequency output is converted to sound by the earphone. Early sets used a "cat whisker detector" consisting of a small piece of crystalline mineral such as galena with a fine wire touching its surface. The crystal detector was the component that gave crystal radios their name. Modern sets use modern semiconductor diodes, although some hobbyists still experiment with crystal or other detectors. An earphone to convert the audio signal to sound waves so they can be heard. The low power produced by a crystal receiver is insufficient to power a loudspeaker, hence earphones are used. As a crystal radio has no power supply, the sound power produced by the earphone comes solely from the transmitter of the radio station being received, via the radio waves captured by the antenna. Even for a powerful commercial broadcasting station, if it is more than a few miles from the receiver the power received by the antenna is very small, typically measured in microwatts or nanowatts. Crystal radios can receive such weak signals without using amplification only due to the great sensitivity of human hearing, which can detect sounds with an intensity of only 10−16 W/cm2. Therefore, crystal receivers have to be designed to convert the energy from the radio waves into sound waves as efficiently as possible. Even so, they are usually only able to receive stations within distances of about 25 miles for AM broadcast stations, although the radiotelegraphy signals used during the wireless telegraphy era could be received at hundreds of miles,

Дизайн

Коммерциялық пассивті қабылдағыштарды дамыту 1920 жылдар шамасында сенімді вакуумдық лампалардың пайда болуымен тоқтатылды, ал кейінгі кристалл радио зерттеулері көбінесе радио әуесқойлары мен хоббистер жүргізді. Көптеген әртүрлі тізбектер қолданылған. Келесі бөлімдерде кристалл радионың құраушы бөліктері егжей-тегжейлі қарастырылады.

Антенна

Антенна электромагниттік радио толқындардағы энергияны антеннадағы ауыспалы электр тогына айналдырады, ол тюнингтік орамға қосылады. Кристалл радиодағы барлық қуат антеннадан түсетіндіктен, антенна радио толқынынан мүмкіндігінше көп қуат жинауы маңызды. Антенна неғұрлым үлкен болса, соғұрлым көп қуатты қабылдай алады. Кристалл радио жиынтықтарымен жиі қолданылатын антенналар, қабылдайтын радио толқындарының төрттен бір толқын ұзындығының есесіне жақын болғанда ең тиімді болады. Кристалл радиода қолданылатын толқындардың ұзындығы өте ұзын болғандықтан (AM тарату жолағындағы толқындар 182–566 м немесе 597–1857 фут ұзындығында) антенна, қазіргі радиоларда қолданылатын қамшы антенналарынан немесе ферриттік орамдық антенналардан айырмашылығы, ұзын сымнан мүмкіндігінше ұзын жасалады. Кристалл радиомен шұғылданатын хоббистер "кері L" және "T" типтес антенналарды қолданады, олар ғимараттар немесе ағаштар арасында мүмкіндігінше биікке керілген жүздеген метрлік сымнан тұрады, ал ортасында немесе бір шетінде қабылдағышқа дейін төмен түсетін қоректендіру сымы болады. Дегенмен, көбінесе терезеден кездейсоқ ұзындықта аспалы сымдар қолданылады. Ерте заманда (әсіресе пәтерде тұратындар арасында) кең таралған практика – төсек серіппелері сияқты ірі металл заттарды пайдалану еді.

Жер

Кристалл қабылдағыштармен қолданылатын сым антенналар – шығу кернеуін жерге қатысты дамытатын монопольдік антенналар. Қабылдағышқа токтың қайтарым тізбегі ретінде жерге (жерге) қосылу қажет. Жерге түсірілген сым радиаторға, су құбырына немесе жерге қазылған металл тіреуге бекітіледі. Алғашқы кезде, егер жермен байланыс орнатылмаса, кейде қарсы салмақ қолданылатын. Кристалл жиынтығы үшін жақсы жер, қуатты қабылдағыштарға қарағанда маңыздырақ, себебі кристалл жиынтықтары антеннадан қуатты тиімді беру үшін қажетті кіріс кедергісіне ие. Жерге қосылудың төмен кедергісі (көбінесе 25 Ом-нан төмен) қажет, себебі жердегі кез келген кедергі антеннадан алынатын қуатты азайтады. Радио толқындарының әсерінен антеннадағы электр заряды, катушка арқылы конденсатор пластиналары арасында жылдам алға-артқа ағып тұрады. Тізбектің қажетті радиосигнал жиілігінде жоғары кедергісі бар, бірақ барлық басқа жиіліктерде төмен кедергісі бар. Сондықтан, қажетсіз жиіліктегі сигналдар реттелген тізбек арқылы жерге өтеді, ал қажетті жиілік детекторға (диодқа) жіберіліп, құлаққапты қоздырады және естіледі. Қабылданған станцияның жиілігі – конденсатордың C сыйымдылығы және катушканың L индуктивтілігімен анықталатын реттелген тізбектің резонанстық жиілігі f: Тізбекті индуктивтілікті (L), сыйымдылықты (C) немесе екеуін де өзгертіп, әртүрлі радиостанциялардың жиіліктеріне «тұрақтай» отырып, әртүрлі жиіліктерге бейімдеуге болады. Кейбір заманауи кристалл жиынтықтары феррит өзекті катушканы қолданады, онда феррит магниттік өзегі катушкаға кіріп-шығып, магниттік өткізгіштікті өзгертіп индуктивтілікті өзгертеді (бұл сенімсіз механикалық байланысты жояды). Антенна – реттелген тізбектің ажырамас бөлігі және оның реактансы тізбектің резонанстық жиілігін анықтауға әсер етеді. Антенналар әдетте сыйымдылық ретінде әрекет етеді, өйткені толқын ұзындығының төрттен бір бөлігінен қысқа антенналар сыйымдылық реакциясына ие. және сым антеннасына тән сыйымдылыққа (катушкадағы маңызды паразиттік сыйымдылыққа қосымша) сүйенеді. Алғашқы кристалл қабылдағыштарда ешқандай реттелген тізбек болмаған, олар тек антенна мен жердің арасында қосылған кристалл детектордан және оның үстінде құлаққаптан тұратын. Максималды қуат тізбектің бір бөлігінен екіншісіне, егер бір тізбектің кедергісі екіншісінің күрделі конъюгаты болғанда беріледі; бұл екі тізбектің тең кедергіге ие болуын білдіреді. Алайда, кристалл жиынтықтарында антеннаның жер жүйесінің кедергісі (шамамен 10–200 Ом) және жерге қосылу сапасына, антеннаның ұзындығына және қабылдағыштың реттелген жиілігіне байланысты өзгереді. Резонанстық жиілікті және бұрылу қатынасын реттеу қажет. Сонымен қатар, катушкадағы крандарды таңдау үшін көп позициялық қосқыш қолданылды. Бұл реттегіштер құлаққап арқылы станция ең қатты естілгенше реттелді. [[Файл:Crystal radio with impedance matching.svg|thumb|left|Кедергіні сәйкестендіру үшін крандары бар тікелей байланыстырылған тізбек]] Көптеген тізбектерде селективтілікті жақсарту үшін детектор және құлаққап тізбегі тек катушканың бұрылыстарының бір бөлігіне қосылған. Бұл бір-бірімен магниттік байланысқан сым катушкаларынан тұрады, біреуі (бірінші) антеннаға және жерге, ал екіншісі (екінші) тізбектің қалған бөлігіне қосылған. Антеннадан келетін ток бірінші катушкада ауыспалы магнит өрісін жасайды, ол екінші катушкада ток тудырады, содан кейін түзетіліп, құлаққапқа қуат береді. Әр катушка реттелген тізбек ретінде жұмыс істейді; бірінші катушка антеннаның (немесе кейде басқа конденсатордың) сыйымдылығымен резонансқа келеді, ал екінші катушка реттелген конденсатормен резонансқа келеді. Бастапқы және екінші катушкалар станцияның жиілігіне реттелген. Екі тізбек өзара әрекеттесіп, резонанстық трансформатор құрайды. Катушкалар арасындағы байланысты азайту, оларды физикалық түрде бөліп, бірінің магнит өрісінің азын екіншісімен қиылыстыру арқылы, өзара индуктивтілікті азайтады, жолақтықты тарылтады және бір рет реттелген тізбекпен алынғаннан гөрі әлдеқайда өткір, таңдамалы күйге келтіреді. Алайда, байланыстың әлсіреуі екінші тізбекке берілген сигналдың қуатын да азайтады. Трансформатор реттелген байланыспен жасалған, бұл тыңдаушыға әртүрлі параметрлермен эксперимент жасап, ең жақсы қабылдауды алуға мүмкіндік береді. Ертеде кең таралған бір конструкция «бос біріктіргіш» деп аталды, ол үлкен бірінші катушканың ішінде кішігірім екінші катушкадан тұрады. Кішігірім катушка үлкен катушкаға немесе одан тысқары жылжыту үшін тіреуге орнатылған. Егер радиокедергі пайда болса, кішігірім катушка үлкенінен әрі жылжытылып, байланыс әлсіретіліп, жолақтық тарытылып, кедергілі сигналдар жойылды. Антенна байланыс трансформаторы сонымен қатар кедергіні сәйкестендіру трансформаторы ретінде де жұмыс істеді, бұл антенна кедергісін тізбектің қалған бөлігімен жақсы сәйкестендіруге мүмкіндік берді. Бір немесе екі катушканың әдетте бірнеше крандары болды, оларды қосқышпен таңдауға болады, бұл сол трансформатордың бұрылыстарының санын реттеуге мүмкіндік береді. Коэффициенттерді реттеу қиын болды, себебі үш реттегіш – бірінші тізбектің күйге келтірілуі, екінші тізбектің күйге келтірілуі және катушкалардың байланысы – өзара байланысты болды және біреуін өзгерту басқаларын әсер етеді.

The wire antennas used with crystal receivers are monopole antennas which develop their output voltage with respect to ground. The receiver thus requires a connection to ground (the earth) as a return circuit for the current. The ground wire was attached to a radiator, water pipe, or a metal stake driven into the ground. In early days if an adequate ground connection could not be made a counterpoise was sometimes used. A good ground is more important for crystal sets than it is for powered receivers, as crystal sets are designed to have a low input impedance needed to transfer power efficiently from the antenna. A low resistance ground connection (preferably below 25 Ω) is necessary because any resistance in the ground reduces available power from the antenna. Electric charge, induced in the antenna by the radio waves, flows rapidly back and forth between the plates of the capacitor through the coil. The circuit has a high impedance at the desired radio signal's frequency, but a low impedance at all other frequencies. Hence, signals at undesired frequencies pass through the tuned circuit to ground, while the desired frequency is instead passed on to the detector (diode) and stimulates the earpiece and is heard. The frequency of the station received is the resonant frequency f of the tuned circuit, determined by the capacitance C of the capacitor and the inductance L of the coil:

The circuit can be adjusted to different frequencies by varying the inductance (L), the capacitance (C), or both, "tuning" the circuit to the frequencies of different radio stations. Some modern crystal sets use a ferrite core tuning coil, in which a ferrite magnetic core is moved into and out of the coil, thereby varying the inductance by changing the magnetic permeability (this eliminated the less reliable mechanical contact). The antenna is an integral part of the tuned circuit and its reactance contributes to determining the circuit's resonant frequency. Antennas usually act as a capacitance, as antennas shorter than a quarter wavelength have capacitive reactance. and relied instead on the capacitance inherent in the wire antenna (in addition to significant parasitic capacitance in the coil) to form the tuned circuit with the coil. The earliest crystal receivers did not have a tuned circuit at all, and just consisted of a crystal detector connected between the antenna and ground, with an earphone across it. The maximum power is transferred from one part of a circuit to another when the impedance of one circuit is the complex conjugate of that of the other; this implies that the two circuits should have equal resistance. However, in crystal sets, the impedance of the antenna ground system (around 10–200 ohms and also varies depending on the quality of the ground attachment, length of the antenna, and the frequency to which the receiver is tuned. adjustment of both the resonant frequency and the turns ratio. Alternatively a multiposition switch was used to select taps on the coil. These controls were adjusted until the station sounded loudest in the earphone. [[File:Crystal radio with impedance matching. svg|thumb|left|Direct coupled circuit with taps for impedance matching In many circuits, the selectivity was improved by connecting the detector and earphone circuit to a tap across only a fraction of the coil's turns. This
consists of two magnetically coupled coils of wire, one (the primary) attached to the antenna and ground and the other (the secondary) attached to the rest of the circuit. The current from the antenna creates an alternating magnetic field in the primary coil, which induced a current in the secondary coil which was then rectified and powered the earphone. Each of the coils functions as a tuned circuit; the primary coil resonated with the capacitance of the antenna (or sometimes another capacitor), and the secondary coil resonated with the tuning capacitor. Both the primary and secondary were tuned to the frequency of the station. The two circuits interacted to form a resonant transformer. Reducing the coupling between the coils, by physically separating them so that less of the magnetic field of one intersects the other, reduces the mutual inductance, narrows the bandwidth, and results in much sharper, more selective tuning than that produced by a single tuned circuit. However, the looser coupling also reduced the power of the signal passed to the second circuit. The transformer was made with adjustable coupling, to allow the listener to experiment with various settings to gain the best reception. One design common in early days, called a "loose coupler", consisted of a smaller secondary coil inside a larger primary coil. The smaller coil was mounted on a rack so it could be slid linearly in or out of the larger coil. If radio interference was encountered, the smaller coil would be slid further out of the larger, loosening the coupling, narrowing the bandwidth, and thereby rejecting the interfering signal. The antenna coupling transformer also functioned as an impedance matching transformer, that allowed a better match of the antenna impedance to the rest of the circuit. One or both of the coils usually had several taps which could be selected with a switch, allowing adjustment of the number of turns of that transformer and hence the "turns ratio". Coupling transformers were difficult to adjust, because the three adjustments, the tuning of the primary circuit, the tuning of the secondary circuit, and the coupling of the coils, were all interactive, and changing one affected the others.

Қуат көзі ретінде пайдалану

Кристалл радиосы күшті жергілікті хабар таратушыға келтірілгенде, күшейтусіз естілмейтін алыс станцияның екінші күшейткіш қабылдағышы үшін қуат көзі ретінде қолданылуы мүмкін. Қабылданған сигналдың тасымалдағыш қуатын қалпына келтіруге жасалған сәтсіз әрекеттер мен расталмаған мәлімдемелердің ұзақ тарихы бар. Кәдімгі кристалл жиынтықтары жарты толқынды түзетушілерді пайдаланады. АМ сигналдарының модуляциялық коэффициенті шыңдағы кернеудің 30% ғана болғандықтан, алынған сигнал қуатының 9% - дан астамы нақты дыбыстық ақпаратты құрайды, ал 91% - ы түзетілген тұрақты ток кернеуі ғана. <түзету> 30% көрсеткіші – радио тестілеуде қолданылатын стандартты көрсеткіш және ол сөйлеудің орташа модуляциялық коэффициентіне негізделген. Дұрыс жобаланған және басқарылатын АМ таратушыларды бұрмалауға немесе "сплэттерге" (көзделген сигналдың жолақтығынан тысқары таралатын артық жақ сыртқы энергия) себеп болмай, шыңдағы 100% модуляциямен жұмыс істеуге болады. Аудиосигналдың үнемі ең жоғары деңгейде бола қоймағандықтан, энергияның арақатынасы іс жүзінде одан да жоғары. Бұл тұрақты ток кернеуін дыбыс энергиясына айналдыруға көп күш жұмсалды. Алғашқы әрекеттердің бірі – 1966 жылғы бір транзисторлы күшейткіш. Кейде осы қуатты қалпына келтіру әрекеттері тиімдірек анықтауға бағытталған басқа әрекеттермен шатастырылады. Бұл тарих қазір "қайта қарастырылған екі толқынды ауыстыру қуат блогы" сияқты күрделі жобалармен жалғасуда.