Простейший кристальный радиоприёмник: схема и принцип работы

Введение

Простая схема радиоприемника для AM-приема
Радиоприемники без питания

Кристаллический радиоприемник, также называемый кристальным набором, – это простой радиоприемник, популярный в первые годы развития радио. Он использует только энергию принимаемого радиосигнала для воспроизведения звука, не требуя внешнего источника питания. Название он получил по своему важнейшему компоненту – кристаллическому детектору, изначально изготовленному из куска кристаллического минерала, такого как галенит. Этот компонент теперь называется диодом. Кристальные радиоприемники – самый простой тип радиоприемников, который можно собрать из нескольких недорогих деталей, таких как провод для антенны, катушка провода, конденсатор, кристальный детектор и наушники (поскольку кристального набора недостаточно для питания громкоговорителя). Однако это пассивные приемники, в то время как другие радиоприемники используют усилители, питаемые от батареи или сети, для усиления радиосигнала. Таким образом, кристальные наборы воспроизводят довольно слабый звук и требуют использования чувствительных наушников, а также способны принимать станции только в пределах ограниченного радиуса действия передатчика. Ректифицирующее свойство контакта между минералом и металлом было открыто в 1874 году Карлом Фердинандом Брауном. Кристаллы впервые были использованы в качестве детектора радиоволн в 1894 году Джагадишем Чандрой Бозе в его экспериментах по микроволновой оптике. В 1902 году Г. В. Пикард впервые применил их в качестве демодулятора для приема радиосвязи. Кристальные радиоприемники были первым широко распространенным типом радиоприемника и основным типом, использовавшимся в эпоху беспроводной телеграфии. Миллионы экземпляров продавались и изготавливались своими руками; недорогое и надежное кристаллическое радио сыграло важную роль в популяризации радио, способствуя развитию радио как средства развлечения с началом радиовещания около 1920 года. Около 1920 года кристальные наборы были вытеснены первыми усилительными приемниками, использующими вакуумные лампы. С этим технологическим прогрессом кристальные наборы устарели для коммерческого использования, сохранив свою ценность в основном как средство изучения технологии радио. Они по-прежнему продаются в качестве учебных пособий, и существуют сообщества энтузиастов, занимающихся их сборкой. Кристальные радиоприемники принимают сигналы с амплитудной модуляцией (AM), хотя были разработаны и FM-модели. Их можно спроектировать для приема практически любого диапазона радиочастот, но большинство из них принимают AM-диапазон. Некоторые принимают коротковолновые диапазоны, но для этого требуются сильные сигналы. Первые кристальные наборы принимали сигналы беспроводной телеграфии, передаваемые искровыми передатчиками на частотах до 20 кГц.

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.

История

Кристальное радио было изобретено благодаря долгой, отчасти неясной цепочке открытий в конце XIX века, которая постепенно привела к созданию всё более практичных радиоприёмников в начале XX века. Первым практическим применением кристаллического радио было приём радиосигналов азбукой Морзе, передаваемых ранними радиолюбителями с искровых передатчиков. С развитием электроники возможность передачи голосовых сигналов по радио вызвала технологический взрыв примерно в 1920 году, который и положил начало современной индустрии радиовещания.

Ранние годы

Ранние радиотелеграфные станции использовали искровые и дуговые передатчики, а также высокочастотные генераторы, работающие на радиочастотах. Когерер был первым устройством для обнаружения радиосигнала. Однако они не обладали достаточной чувствительностью для обнаружения слабых сигналов. В начале XX века различные исследователи обнаружили, что определенные металлические минералы, такие как галена, могут использоваться для детектирования радиосигналов. Бенгальский физик Джагадиш Чандра Боз первым использовал кристалл в качестве детектора радиоволн, применяя детекторы галены для приема микроволн, начиная примерно с 1894 года. В 1901 году Бозе подал заявку на патент США на "Устройство для обнаружения электрических возмущений", в котором упоминалось использование галенового кристалла; патент был выдан в 1904 году под номером #755840. 30 августа 1906 года Гринлиф Уиттер Пикард подал заявку на патент на детектор кремниевых кристаллов, который был выдан 20 ноября 1906 года. Детектор кристаллов включает в себя кристалл, обычно тонкую проволоку или металлический щуп, контактирующий с кристаллом, и подставку или корпус, удерживающие эти компоненты. Наиболее распространенным кристаллом был небольшой кусочек галены; пирит также часто использовался, поскольку он был более легко настраиваемым и стабильным минералом, и вполне достаточным для силы сигнала в городских условиях. Ряд других минералов также хорошо подходили для использования в качестве детекторов. Еще одним преимуществом кристаллов было то, что они могли демодулировать амплитудно-модулированные сигналы. Это устройство сделало радиотелефонию и голосовое вещание доступными для широкой публики. Кристальные приемники представляли собой недорогой и технологически простой способ приема этих сигналов в период становления и развития радиовещательной индустрии.

1920-е и 1930-е годы

В 1922 году (тогда еще называвшееся) Бюро стандартов Соединенных Штатов выпустило публикацию под названием «Строительство и эксплуатация простого домашнего радиоприемного устройства». В этой статье было показано, как почти любая семья, в которой был член, умеющий обращаться с простыми инструментами, могла собрать радиоприемник и настроиться на прогнозы погоды, цены на сельскохозяйственную продукцию, время, новости и оперу. Эта конструкция имела большое значение для распространения радио среди широкой публики. NBS последовала за ней более селективной двухконтурной версией под названием «Строительство и эксплуатация двухконтурного радиоприемного оборудования с кристаллическим детектором», которая была опубликована в том же году и до сих пор часто собирается энтузиастами. В начале XX века радио имело ограниченное коммерческое применение, и эксперименты с радио были хобби для многих людей. Некоторые историки считают, что осень 1920 года стала началом коммерческого радиовещания в развлекательных целях. Питтсбургская станция KDKA, принадлежащая компании Westinghouse, получила лицензию от Министерства торговли США как раз вовремя, чтобы транслировать результаты президентских выборов между Гардингом и Коксом. Помимо освещения важных событий, передача фермерам отчетов о ценах на урожай была важной общественной услугой в первые дни радио. В 1921 году заводские радиоприемники стоили очень дорого. Поскольку менее обеспеченные семьи не могли себе их позволить, газеты и журналы публиковали статьи о том, как из подручных материалов собрать кристаллический радиоприемник. Чтобы минимизировать затраты, во многих схемах предлагалось наматывать катушку настройки на пустые картонные коробки, например, из-под овсяных хлопьев, которые стали распространенным основанием для самодельных радиоприемников.

Кристодин

В начале 1920-х годов в России Олег Лосев экспериментировал с применением напряжения смещения к различным видам кристаллов для создания радиодетекторов. Результат оказался поразительным: с кристаллом цинкита (оксида цинка) ему удалось добиться усиления сигнала. Это было явление отрицательного сопротивления, за десятилетия до изобретения туннельного диода. После первых экспериментов Лосев создал регенеративные и супергетеродинные приемники, а также передатчики. Кристадин можно было изготовить в самых простых условиях – даже в деревенской кузнице, в отличие от вакуумных ламп и современных полупроводниковых приборов. Однако это открытие не получило поддержки властей и вскоре было забыто; серийное производство устройств не было налажено, и было изготовлено лишь несколько экземпляров для исследовательских целей.

"Радио-приёмники Фоксхола"

Помимо минеральных кристаллов, оксидные покрытия многих металлических поверхностей действуют как полупроводники (детекторы), способные к ректификации. Радиоприемники из кристалла изготавливались кустарным способом с использованием детекторов из ржавых гвоздей, окисленных монет и многих других обычных предметов. Когда войска союзников были остановлены близ Анцио, Италия, весной 1944 года, использование персональных радиоприемников с питанием было строго запрещено, поскольку у немцев было оборудование, способное обнаруживать сигнал гетеродина супергетеродинных приемников. Кристаллические приемники не содержат питаемых гетеродинов, поэтому их невозможно было обнаружить. Некоторые находчивые солдаты конструировали "кристаллические" приемники из бросового материала, чтобы слушать новости и музыку. Один из типов использовал бритвенное лезвие из синей стали и грифель карандаша в качестве детектора. Контакт грифеля с полупроводниковым оксидным покрытием (магнетитом) на лезвии формировал примитивный точечный диод. Аккуратно перемещая грифель по поверхности лезвия, они могли находить участки, способные к ректификации. Пресса прозвала эти приемники "радио в окопах", и они стали частью фольклора Второй мировой войны. В некоторых странах, оккупированных Германией во время Второй мировой войны, широко практиковалась конфискация радиоприемников у гражданского населения. Это побудило решительных слушателей строить собственные подпольные приемники, которые зачастую представляли собой не более чем базовый кристаллический приемник. Любой, кто это делал, рисковал тюремным заключением или даже смертью в случае поимки, и в большинстве стран Европы сигналы BBC (или других союзных станций) были недостаточно сильными для приема на таком приемнике.

Ракетная радиостанция

В конце 1950-х годов появилось компактное "ракетное радио" в форме ракеты, обычно импортируемое из Японии, и оно получило умеренную популярность. В нём использовался пьезоэлектрический кристаллический наушник (описанный далее в статье), ферритовый сердечник для уменьшения размера настроечной катушки (также описанный далее) и небольшой германиевый фиксированный диод, не требующий регулировки. Для настройки станций пользователь перемещал носовой обтекатель ракеты, который, в свою очередь, перемещал ферритовый сердечник внутри катушки, изменяя индуктивность колебательного контура. Более ранние кристаллические радиоприёмники страдали от значительного снижения добротности (Q) и, как следствие, избирательности из-за электрической нагрузки наушников. Кроме того, благодаря эффективному наушнику, "ракетное радио" не требовало большой антенны для приёма достаточного сигнала. Благодаря гораздо более высокой добротности, оно обычно могло принимать несколько сильных местных станций, в то время как более ранний радиоприёмник мог принимать только одну станцию, возможно, с фоновыми помехами от других станций. Для прослушивания в местах, где не было электрической розетки, "ракетное радио" служило альтернативой ламповым переносным радиоприёмникам того времени, которые требовали дорогих и тяжёлых батарей. Дети могли прятать "ракетные радиоприёмники" под одеялом, чтобы слушать радио, когда родители думали, что они спят. Дети брали радиоприёмники с собой в общественные бассейны и слушали радио, выходя из воды, подключая заземляющий провод к металлической сетке, окружающей бассейн. "Ракетное радио" также использовалось как аварийный радиоприёмник, поскольку не требовало батарей или подключения к сети переменного тока. "Ракетные радиоприёмники" были доступны в различных вариантах оформления в виде ракет, а также в других стилях с той же базовой схемой. В то время транзисторные радиоприёмники уже появились в продаже, но были дорогими. Когда их цена снизилась, популярность "ракетного радио" пошла на спад.

Поздние годы

Хотя кристаллическая радиосхема так и не вернула себе ту популярность и широкое распространение, которыми пользовалась в начале своего существования, она до сих пор используется. Скауты поддерживают традицию конструирования радиоприемников в своей программе с 1920-х годов. В 1950-х и 1960-х годах можно было найти множество готовых новинок и простых наборов для сборки, и многие дети, увлекающиеся электроникой, собирали их. В 1920-х и снова в 1950-х годах создание кристаллических радиоприемников было настоящей страстью. В последнее время энтузиасты вновь начали проектировать и строить образцы этих ранних устройств. Много внимания уделяется не только производительности, но и внешнему виду этих приемников. Ежегодные конкурсы на лучший прием на дальние расстояния ("DX") и конкурсы по конструированию позволяют владельцам таких приемников соревноваться друг с другом и объединяться в сообщество единомышленников.

Основные принципы

Кристальный радиоприемник можно рассматривать как радиоприемник, сведенный к своим основным элементам. Он состоит как минимум из следующих компонентов:

Антенна, в которой радиоволнами индуцируются электрические токи. Резонансный контур (настроенный контур), который выбирает частоту желаемой радиостанции из всех радиосигналов, принимаемых антенной. Настроенный контур состоит из катушки проволоки (называемой индуктивностью) и конденсатора, соединенных вместе. Контур имеет резонансную частоту и пропускает к детектору радиоволны на этой частоте, в то же время в значительной степени блокируя волны на других частотах. Одна или обе – катушка или конденсатор – могут быть регулируемыми, что позволяет настраивать контур на разные частоты. В некоторых контурах конденсатор не используется, и антенна выполняет эту функцию, поскольку антенна, длина которой меньше четверти длины волны принимаемых радиоволн, обладает емкостью. Полупроводниковый кристаллический детектор, который демодулирует радиосигнал для извлечения аудиосигнала (модуляции). Кристаллический детектор функционирует как детектор по квадратичному закону, демодулируя радиочастотный переменный ток до звуковой частоты модуляции. Выходной аудиосигнал детектора преобразуется в звук наушниками. В ранних конструкциях использовался "детектор кошачьими усами", состоящий из небольшого кусочка кристаллического минерала, такого как галенит, с тонкой проволокой, касающейся его поверхности. Именно кристаллический детектор дал кристальным радиоприемникам их название. Современные приемники используют современные полупроводниковые диоды, хотя некоторые любители по-прежнему экспериментируют с кристаллами или другими детекторами. Наушники для преобразования аудиосигнала в звуковые волны, чтобы их можно было услышать. Низкая мощность, выдаваемая кристальным приемником, недостаточна для питания громкоговорителя, поэтому используются наушники. Поскольку кристальный радиоприемник не имеет источника питания, мощность звука, производимая наушниками, поступает исключительно от передатчика принимаемой радиостанции через радиоволны, улавливаемые антенной. Даже для мощной коммерческой вещательной станции, если она находится на расстоянии более нескольких миль от приемника, мощность, принимаемая антенной, очень мала и обычно измеряется в микроваттах или нановаттах. Кристальные радиоприемники могут принимать такие слабые сигналы без усиления только благодаря высокой чувствительности человеческого слуха, который способен воспринимать звуки интенсивностью всего 10−16 Вт/см². Поэтому кристальные приемники должны быть спроектированы таким образом, чтобы максимально эффективно преобразовывать энергию радиоволн в звуковые волны. Тем не менее, они обычно могут принимать станции на расстоянии около 25 миль для станций AM-вещания, хотя радиотелеграфные сигналы, использовавшиеся в эпоху беспроводной телеграфии, могли приниматься на расстоянии сотен миль.

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

Разработка коммерческих пассивных приемников была прекращена с появлением надежных вакуумных ламп около 1920 года, а дальнейшие исследования кристаллических приемников в основном проводились радиолюбителями и энтузиастами. Было использовано множество различных схем. В следующих разделах компоненты кристаллических приемников будут рассмотрены более подробно.

Антенна

Антенна преобразует энергию электромагнитных радиоволн в переменный электрический ток в антенне, которая подключена к настроечному контуру. Поскольку в радиоприемнике на кристаллах вся энергия поступает от антенны, важно, чтобы антенна собирала как можно больше энергии от радиоволны. Чем больше антенна, тем больше энергии она способна улавливать. Антенны, обычно используемые с кристаллическими приемниками, наиболее эффективны, когда их длина близка к целому числу четвертей длины волны принимаемых радиоволн. Так как длина волн, используемых в кристаллических радиоприемниках, очень велика (волны AM-диапазона имеют длину от 182 до 566 м, или от 597 до 1857 футов), антенна делается максимально длинной, из длинного провода, в отличие от штыревых или ферритовых антенн, применяемых в современных радиоприемниках. Серьезные любители кристаллических радиоприемников используют антенны типа "перевернутая L" и "T", состоящие из сотен футов провода, подвешенного как можно выше между зданиями или деревьями, с подводящим проводом, прикрепленным в центре или на одном конце, ведущим вниз к приемнику. Однако чаще всего используются куски проволоки произвольной длины, свисающие из окон. Распространенной практикой в первые годы (особенно среди жителей квартир) было использование существующих крупных металлических предметов, таких как пружины кроватей.

Земля

Проводные антенны, используемые с кристаллическими приемниками, являются монопольными антеннами, которые развивают свое выходное напряжение относительно земли. Таким образом, приемник требует подключения к земле (земле) в качестве обратной цепи для тока. Заземляющий провод прикрепляли к радиатору, водопроводной трубе или металлическому столбу, вбитому в землю. В первые дни, если не удавалось обеспечить адекватное заземление, иногда использовался противовес. Хорошее заземление более важно для кристаллических приемников, чем для приемников с питанием, поскольку кристаллические приемники рассчитаны на низкий входной импеданс, необходимый для эффективной передачи энергии от антенны. Необходимо заземление с низким сопротивлением (желательно ниже 25 Ом), поскольку любое сопротивление в земле уменьшает доступную мощность антенны. Электрический заряд, индуцированный в антенне радиоволнами, быстро перемещается взад и вперед между пластинами конденсатора через катушку. Цепь имеет высокий импеданс на частоте желаемого радиосигнала, но низкий импеданс на всех остальных частотах. Следовательно, сигналы на нежелательных частотах проходят через настроенную цепь к земле, в то время как желаемая частота вместо этого передается на детектор (диод), стимулирует наушники и слышится. Частота принимаемой станции – это резонансная частота f настроенной цепи, определяемая емкостью C конденсатора и индуктивностью L катушки:

Цепь может быть настроена на различные частоты путем изменения индуктивности (L), емкости (C) или обоих параметров, "настраивая" цепь на частоты различных радиостанций. Некоторые современные кристаллические приемники используют настраивающие катушки с ферритовым сердечником, в которых ферритовый магнитный сердечник перемещается внутрь и наружу катушки, тем самым изменяя индуктивность путем изменения магнитной проницаемости (это устраняет менее надежный механический контакт). Антенна является неотъемлемой частью настроенной цепи, и ее реактивное сопротивление способствует определению резонансной частоты цепи. Антенны обычно действуют как емкость, поскольку антенны короче четверти длины волны имеют емкостное реактивное сопротивление, и вместо этого полагались на емкость, присущую проводной антенне (в дополнение к значительной паразитной емкости в катушке), чтобы сформировать настроенную цепь с катушкой. Самые ранние кристаллические приемники вообще не имели настроенной цепи и состояли просто из кристаллического детектора, соединенного между антенной и землей, с наушником, подключенным к нему. Максимальная мощность передается из одной части цепи в другую, когда импеданс одной цепи является комплексно сопряженным импедансу другой; это подразумевает, что две цепи должны иметь равное сопротивление. Однако в кристаллических приемниках импеданс антенной системы заземления (около 10–200 Ом) также варьируется в зависимости от качества заземления, длины антенны и частоты, на которую настроен приемник. Это требует регулировки как резонансной частоты, так и коэффициента трансформации. В качестве альтернативы для выбора отводов на катушке использовался многопозиционный переключатель. Эти элементы управления регулировались до тех пор, пока станция не звучала громче всего в наушниках. [[Файл:Crystal radio with impedance matching.svg|thumb|left|Схема с прямой связью с отводами для согласования импеданса] Она состоит из двух магнитно связанных катушек проволоки, одна (первичная) подключена к антенне и земле, а другая (вторичная) – к остальной части схемы. Ток от антенны создает переменное магнитное поле в первичной катушке, которое индуцирует ток во вторичной катушке, который затем выпрямляется и питает наушники. Каждая из катушек функционирует как настроенная цепь; первичная катушка резонирует с емкостью антенны (или иногда другого конденсатора), а вторичная катушка резонирует с настраивающим конденсатором. И первичная, и вторичная катушки были настроены на частоту станции. Две цепи взаимодействовали, образуя резонансный трансформатор. Уменьшение связи между катушками, физическое разделение их так, чтобы меньше магнитного поля одной пересекало другую, уменьшает взаимную индуктивность, сужает полосу пропускания и приводит к гораздо более четкой и избирательной настройке, чем та, которую обеспечивает одна настроенная цепь. Однако более слабая связь также снижала мощность сигнала, передаваемого во вторую цепь. Трансформатор был сделан с регулируемой связью, чтобы позволить слушателю экспериментировать с различными настройками для достижения наилучшего приема. Одна конструкция, распространенная в ранние дни, называемая "слабой связью", состояла из меньшей вторичной катушки внутри большей первичной катушки. Меньшая катушка была установлена на стойке, чтобы ее можно было линейно выдвигать или вдвигать в большую катушку. Если возникали радиопомехи, меньшая катушка выдвигалась дальше из большей, ослабляя связь, сужая полосу пропускания и тем самым подавляя мешающий сигнал. Трансформатор антенной связи также функционировал как трансформатор для согласования импеданса, который позволял лучше согласовать импеданс антенны с остальной частью схемы. Одна или обе катушки обычно имели несколько отводов, которые можно было выбрать с помощью переключателя, что позволяло регулировать количество витков этого трансформатора и, следовательно, "коэффициент трансформации". Трансформаторы связи было трудно настроить, поскольку три регулировки – настройка первичной цепи, настройка вторичной цепи и связь между катушками – были взаимосвязаны, и изменение одной влияло на другие.

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.

Использование в качестве источника энергии

Кристаллическое радио, настроенное на мощный местный передатчик, может использоваться в качестве источника питания для второго усиленного приемника удаленной станции, которую невозможно услышать без усиления. Существует долгая история неудачных попыток и неподтвержденных утверждений о восстановлении энергии в несущей частоте принимаемого сигнала. Традиционные кристаллические приемники используют полуволновые выпрямители. Поскольку модуляционный коэффициент AM-сигналов составляет всего 30% по напряжению в пиковых значениях, не более 9% мощности принимаемого сигнала приходится на фактическую аудиоинформацию, а 91% – на выпрямленное постоянное напряжение. <коррекция> Значение 30% является стандартом, используемым для радиотестирования, и основано на среднем коэффициенте модуляции для речевых сигналов. Правильно спроектированные и управляемые AM-передатчики могут работать с 100% модуляцией в пиках, не вызывая искажений или "разброса" (избыточной энергии боковых полос, излучаемой за пределы полосы пропускания сигнала). Учитывая, что аудиосигнал вряд ли постоянно находится на пиковом уровне, соотношение энергии на практике еще больше. Было предпринято немало усилий для преобразования этого постоянного напряжения в звуковую энергию. Некоторые ранние попытки включают однотранзисторный усилитель, разработанный в 1966 году. Иногда попытки восстановления этой энергии путают с другими усилиями, направленными на повышение эффективности детектирования. Эта история продолжается и сегодня, с разработками, столь сложными, как "инвертированный двухволновой переключатель питания".