Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 03
Цилиндры, приготовленные из желатина и воды, погружаются в глицерин, а цилиндры из воды и глицерина — в холодную воду. Глицерин нужно временами мешать, так как слои вбирают в себя вытесненную воду.
Через четверть часа процесс достаточно подвинется в своем развитии, глицерин постепенно диффундирует в желатин, вытесняя из него воду, и вода тоже постепенно вытеснит глицерин. Желатин, содержащий глицерин, имеет больший показатель преломления, чем желатин, содержащий воду; вследствие этого цилиндры, набухшие в глицерине, действуют как вогнутые, а цилиндры, набухшие в воде, — как выпуклые линзы. Фокусное расстояние получается от 8 до 10 см; пользуясь такими цилиндрами, можно получать очень резкое изображение нитей лампы накаливания и газового пламени». Практического применения желатиновые линзы не нашли. Однако по сходной технологии делают градиентные линзы — стержни из стекла и полимеров. В некоторых отраслях они совершили настоящий переворот.
Градиентную линзу можно получить и с помощью нагрева. Если, например, стержень из оргстекла начать равномерно разогревать снаружи, то показатель преломления его внешних слоев будет ниже, чем на оси, и он станет вести себя как собирающая линза.
На одном из первых советских разведывательных спутников кварцевый иллюминатор, через который фотоаппарат производил съемку, был неравномерно разогрет от действия солнца на спутник. В результате четкого изображения деталей земной поверхности не удавалось получить, пока этот дефект не был устранен.
Градиентную линзу можно получить даже из воздуха. В 1964 году было показано, что, продувая газ через трубу с нагретыми стенками (рис. 4), можно добиться того, что более горячие слои, обладающие меньшим показателем преломления, окажутся у стенок, а холодные — с более высоким — у оси, и такое устройство будет вести себя как собирающая линза.
Рис. 4. Газовая линза, образованная нагретым потоком воздуха:
1 — нихромовая проволока; 2 — слюда; 3 — латунная трубка; 4 — стекло; 5 — хлорвиниловый трубопровод.
В конце 80-х годов в ЮАР попытались сделать телескоп, основанный на этом эффекте. Холодный воздух продували через нагретую вращающуюся трубу. Однако качество изображения пока получается невысоким.
Еще один вариант газовой линзы основан на использовании двух газов с равными показателями преломления воздуха (n = 1,00029) и этана (n = 1,00076). В этой линзе газ с более высоким показателем движется внутри трубки с пористыми стенками (рис. 5).
Через ее поры в нее продавливается газ с низким показателем преломления. Градиент преломления хорошо получается при таком подборе скоростей подачи газов, когда у стенок трубы не образуются завихрения.
Различного рода газовые линзы очень удобны для фокусировки особо мощных потоков лазерного излучения. Обычная оптика под их действием разрушается. Любопытно, что причиной разрушения является малейшее, порою незаметное на глаз, загрязнение стекла. Газовые линзы в этом отношении идеальны, там просто нечему разрушаться. Пока мы рассказывали о первых шагах и некоторых экзотических путях градиентной оптики. Современный ее этап основан на оптических приборах, в которых используются твердые вещества с созданным в них распределением показателя преломления.
Пионерами в этой области с 1969 года оказались японцы. Технология изготовления таких сред основана на диффузии специально подобранных веществ в стекло либо полимеры и в общем принципиально схожа с методом изготовления линз Роберта Вуда. Сегодня градиентная оптика порою входит в конструкцию фотоаппаратов и телекамер, и мы об этом даже не подозреваем. В других случаях на ее основе делаются приборы, которые никаким иным методом изготовить нельзя. Но об этом мы расскажем в следующий раз.
Р.ИЛЬИНСКИЙ, кандидат технических наук
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Детектор-умножитель
Если пройтись щупами милливольтметра по каскадам радиоприемника от входа к выходу, заметим постоянный рост показаний прибора, пока не перешагнем диодный детектор. За ним напряжение сигнала падает раз в десять. И хотя понимаешь, что перед детектором прибор показывает напряжение радиочастотной несущей, а за ним — напряжение продетектированного сигнала звуковой частоты, все равно «провальная» разница обескураживает.
А нельзя ли изменить конструкцию детектора и получить более высокое напряжение?
Тут же возникла подсказка в виде диодно-емкостного каскадного выпрямителя, дающего высокое напряжение для анодов кинескопов. У таких умножителей в зависимости от числа каскадов напряжение повышается с каждым новым полупериодом переменного напряжения на входе. Идея умножить напряжение сигнала, не затрачивая энергии батареи питания, показалась заманчивой. Но тут же возникло сомнение — ведь колебания звуковой частоты за детектором должны повторять огибающую амплитудно-модулированного радиосигнала (рис. 1); при многократном умножении в каскадном детекторе происходит некоторое запаздывание амплитудного значения «ступенчатых» полусинусоид.
Рис. 1
Вместе с тем, поскольку «звуковое» колебание образовано огромным числом радиоколебаний, можно было рассчитывать, что подобная погрешность не скажется на точности воспроизведения звуковых сигналов, по крайней мере, для диапазонов средних волн, а коротких тем более.
Для опытной проверки замысла была собрана «радиоустановка», схема которой показана на рисунке 2.
Радиочастотный тракт состоял из настраиваемого контура магнитной антенны WA1 и двух каскадов прямого усиления на транзисторах VT1, VT2. Переключатель А1 позволял присоединять к УРЧ обычный детектор, собранный по схеме удвоения (VD1, VD2, С7, R9), и детектор с многократным умножением (VD3…VD6, С9…С11, R10).
Тем же переключателем выходы детекторов присоединялись ко входу «звукового» усилителя заводского приемника, имевшему сопротивление порядка 100 кОм.
Сравнение сразу же оказалось в пользу каскадного детектора — с ним уровень звукового сигнала был существенно выше. Заметно улучшилась избирательность приема, обычно невысокая у одиночных контуров магнитной антенны.
Полезные эффекты могут возрасти при увеличении количества ступеней каскадного детектора. Но, вероятно, имеется оптимальное число, далее которого их количество увеличивать не стоит. В варианте, изображенном на рисунке 2, использовались диоды Д9В и конденсаторы КЛС. Обратим также внимание, что резистор R10 — нагрузка каскадного детектора — имеет соответственно повышенное сопротивление; ему отвечает достаточно высокое входное сопротивление УЗЧ. Конечно, может возникнуть вопрос — стоит ли создавать специфическую конструкцию детектора, если дополнительное «подрастание» сигнала и улучшение избирательности можно получить традиционным путем, с введением дополнительных транзисторов? Но не стоит забывать, что последние потребуют дополнительного расхода энергии батареи. Во всяком случае, в простых «карманных» конструкциях приемников детектор нового типа может оказаться весьма эффективным.
Еще более перспективным кажется использование каскадных детекторов там, где проблема электропитания является решающей. По этой причине до сих пор в стационарных условиях успешно применяют детекторные приемники, вообще обходящиеся без питания (точнее, черпая его в самом радиосигнале).
Полезно вспомнить старый опыт — двухполупериодное детектирование, дающее параллельное сложение обеих продетектированных полуволн радиосигнала. Сочетая его с каскадными детекторами Д1, Д2 в каждом плече (рис. 3), резонно ожидать вместе удвоение тока и умножение напряжения сигнала.
Подходящим головным телефоном с высоким сопротивлением (20 кОм) мог бы стать телефон пьезоэлектрического типа, например, ТПК-571. Поскольку пьезоэлементы имеют емкостный характер сопротивления, для пропуска постоянной составляющей сигнала их следует шунтировать высокоомным резистором. Иногда такой резистор встраивается в конструкцию самого телефона.
Уходя, не гасите свет…
…это сделает за вас несложный автомат. Он отключит электричество, как только помещение опустеет. И если вы не слишком аккуратны, получите за счет новшества до 50 % экономии электроэнергии.
Принципиальная схема автомата приведена на рисунке 1.
При закрытой двери, пока в помещение не входили, контакты связанного с дверью микровыключателя SB1 находятся в положении, показанном на рисунке. Собранный на логических ячейках DD1.3, DD1.4 триггер самоустанавливается благодаря конденсатору С3 (при подаче питания) в положение, когда на выходе DD1.4 присутствует сигнал низкого уровня — транзисторы VT1, VT2 заперты, осветительная лампа ELI не горит. Входящий, открывая дверь, замыкает нижний (см. рисунок) контакт микровыключателя SB1, посылая через конденсатор С2 импульс тока на триггер. Ячейки последнего переключаются, и появившийся на выходе DD1.4 сигнал высокого уровня отпирает транзисторы, заставляя светиться лампу ELI.
