| 《我的少年無線電往事》(一)從木工玩意到礦石收音機 |
| 送交者: 愚人 2004年02月25日18:44:10 於 [茗香茶語] 發送悄悄話 |
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少年時期有過不同的愛好,曾經為這些愛好着過迷,但是,最吸引我的,也最能保持長久愛好的,還是業餘無線電製作。 現在已經記不清楚了,是什麼機遇讓我愛上這門活動的,那是1954年的冬天,我進入小學第二學年不久。 上一學年,我的愛好是製作木工玩具,那學期期中一次學校舉行的兒童業餘製作展覽上,我的作品—一列小火車,受到老師們的表揚。說老實話,這件作品並不完全是我的勞動,其中至少有父親一半的功勞。也記不清楚為什麼我會想起去做木工玩意,也許是父親為了鼓勵我多思考才為我想出的愛好,我能記住的,是那一本如何做木工玩具的書,書上有各種插圖,把一件件玩具剖分成不同的部件,然後讓製作者依樣畫葫蘆,把每個部件按照上面註明的尺寸,用鋸子鋸成大致的大小,然後用銼刀粗打磨一陣,再用砂紙磨光,最後,主要用鐵釘和熬好的牛皮膠把各部件固定或者粘和在一起,便大功告成。父親是個謙和、極耐心的人,他捨得花時間來和我一起玩,自己做一部分,讓我做另外的一部分,也許我比較細心,各部件打磨得中規中矩,這件作品放在其他作品之間,更顯得“專業化”,也就贏得了學校的獎狀。 還沒有上小學的時候,父母就讓我練習寫大鍇字和小鍇字,後來又買了《芥子園畫譜》讓我聯繫,這些啟蒙藝術訓練也許幫助了我日後在少年科技製作活動里,保持一種認真和追求美學外觀的精神。童年,是一個精力極其充沛的年代,幾樣愛好同時進行一點都不會感到厭煩和疲倦,何況那個時代的孩子並沒有更多的遊戲去分心。下午四點回家以後,家庭作業布置得不算多,有些甚至在課間休息時就完成了。到了晚上,家裡沒有安電燈(直到1956年,家裡才安上電燈),也不會到別家去玩,雖然院子裡還有別的孩子,但大家不過在黑暗裡玩一陣藏貓貓,便被各家大人喊回了家。一直到九點過才上床,這麼長的時間裡自然得有法子來打發。練字,包括磨墨,最多不過半小時,有時寫得興起,也就一個小時的時間,所以父親為我選擇業餘愛好也是讓我過剩的精力有個正當的發泄渠道。 初期的無線電製作活動是從礦石收音機做起,當我開始把興趣從木工製作轉向這個領域的時候,班上還沒有一個同學想到這樣干,當然,高年級里已經有人在這上面下工夫了。礦石收音機雖然結構簡單,但對一個稚氣未脫的男孩子說來,畢竟還是艱深了一些,尤其是對我這樣愛刨根問底的頑童,在不知道簡單原理的情況下,很難讓我能夠沉下心去熱愛它,好在有父親的循循善誘。 父親因為在舊政府當過職員,解放初期被政府遣散失了業,在一家無線電修理店打工,他在金陵大學學的是電化教育,基本的電工學知識還是具備的。當他知道我打算做礦石收音機這樣的宏圖時,積極鼓勵我把它付諸實現。修理收音機和擴音機本來是他正在干的工作,向一個還沒有學過《自然》課程的小學生作最簡單的原理培訓卻也不是那麼容易,然而父親做到了。 礦石收音機的主要結構分四個部分,一個是天線,天線接收傳播在空中的電磁波;一個是調諧電路,由線圈和電容器並聯的LC迴路,它的目的是使LC迴路的固有振盪頻率正好調諧到所要接受的無線電信號的頻率(更準確的說,是一個10KC帶寬頻譜的中心頻率),為了保持靈活變動的調諧,電容器(電容C)要活動可變的,或者線圈(電感L)圈數要能夠改變,這樣在調諧過程里,乘積LC才能變化,由此其固有頻率也相應變化。固有頻譜呈現出一個“鐘形”曲線,其峰值處的頻率如果和所接收的電波頻率一致,則所得到的電波強度最大,反之亦然;一個是檢波器,也就是礦石收音機的核心,它是由方鉛礦石,或者一種銅礦石構成,礦石是半導體,它將調製在高頻無線電波上的聲波解調;最後一個部分是發音器,在礦石收音機里,為了高效率地獲取無線電波,通常採用的是高阻抗耳機,這是因為,礦石收音機不對所接收的電波進行放大,也就是沒有自身能源的無線電接收裝置,放音設備必須十分靈敏。今天,我對礦石收音機各部分的原理當然是懂得的,甚至對其中一些過程,比方LC迴路的微分方程式及其解也背得下來,然而在那個時候,要想讓我理解,肯定花去了父親一番腦力。 父親把LC部分的功能解釋成電波在LC迴路里來回運動,得以壯大!父親沒有像麥克斯韋當初在引入電容C在電磁場方程式里所起到的“虛”位移作用來糊弄我 (父親確實也不懂麥克思韋方程組),如果那樣的話,也許我將永遠與無線電絕緣。父親解釋的礦石檢波原理也頗為形象,他說它只讓單向的電流流動,結果電流雖然“壯大”了,卻不能順暢地通過電容器,只好“被迫”讓單方向電流流過礦石檢波器,然後流過耳機的線圈。由於耳機的線圈是繞在一個馬蹄形磁鐵上的,電波產生的忽強忽弱的磁場於是便忽強忽弱地吸引着安裝在磁鐵端口的薄鐵片,使之振動而發聲。父親說,假如沒有半導體檢波器的話,那麼,一個方向的電流剛把耳機上的鐵片在某點處吸下去,另一方向的電流立即就趕到,它正好把那地方的鐵片推出去,結果鐵片在那一點還是不動,所以仍然發不出聲來。 許多年以後,當我讀到十九世紀末俄國發明家波波夫在構想和設計他的第一架無線電接收裝置(注1)的科學史記載時,驚異地發現,父親和波波夫都用了相當形象化與簡明的解釋來構思無線電磁波解調的過程,特別地,波波夫把解調過程理解成分布電荷逐漸被“擠”到裝置的尖端,在那裡,一個金屬粉末檢波器把信號抽取了出來。其實,理論都是因為數量在精密化以後,被放在精細的符號邏輯體系裡才發展出來的,而在其初,在沒有精密,完備的符號邏輯體系以前,往往科學家們都是用直觀的形象思維來進行思考的,研究麥克斯韋爾方程組解的人未必能夠發明出無線電裝置,事實也是如此。父親的形象解釋培養了我一種寶貴的思維方法,使我後來在從事科學研究,包括抽象的數學研究中受益匪淺。 注釋 1.世界上第一架無線電接受裝置是赫茲的發明(1888),但靈敏度非常低,是用來接受幾米外電火花發生器產生的電磁波。其後,英國人洛奇的接收器比赫茲的稍微改進一些。波波夫的發明是無線電接收(也包括發送)技術上第一個有實際意義的裝置(1895),這台裝置並沒有LC部件,當然,由於電路里潛在的分布LC參數(包括天線和地線之間的分布電感與電容),使得它同樣具有一個固有的振盪頻率,由於該設備被用來接收頻帶非常寬的電火花信號,所以仍然能夠接收落入固有頻率那一部分電波。而且,這架接收機也不用高效率礦石檢波器,用的是低效率的金屬粉末檢波器。第二年,波波夫用改進了的接收裝置首次發送莫耳斯電碼,傳播距離達250米。稍後,意大利人馬可尼將可接收人造無線電信號的距離提高到2.7公里(1896)。
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