Приемник прямого усиления своими руками
Всем доброго времени суток! Я, Вячеслав Юрьевич, или просто В.Ю. приглашаю Вас в свой блог. Почему блог так называется? Я дедушка и, как все деды, люблю поговорить о былом и поучить молодёжь. Читайте мои посты с советами обо всём, а особенно о здоровье. До новых встреч!
Статьи по темам
четверг, 19 сентября 2013 г.
Детекторные и прямого усиления приёмники УКВ (FM) диапазона.
Так получилось, что 3-я часть радиолюбительского конструктора, которая была посвящена УКВ приёмникам, вырвалась вперёд, так как была факультативным занятием. Поэтому я уберу этот пробел и в этом посту расскажу о самых простых детекторных и прямого усиления приёмниках УКВ ( FM ) диапазона.
В Москве радиовещательные станции работают в двух диапазонах. УКВ 1 занимает частоту 65,9 -74 МГц и в УКВ 2 радиостанции работают в интервале частот 87,5 – 108 МГц. В двух диапазонах используется частотная модуляция (ЧМ) и на всех приёмниках иностранного производства этот вид модуляции сокращённо обозначается FM (frequency modulation – частотная модуляция). В переводе встречается и такое сочетание букв ФМ.
С 90-х годов импортные радиоприёмники с диапазоном УКВ 2 ( FM ) основательно заполонили рынок, и в настоящий момент эфир полностью освоен радиовещательными компаниями и на этом участке волн уже работают более 40 станций. |
| Рис. 1. Детекторный УКВ (FM) приёмник. |
Простота конструкции детекторного УКВ приёмника соблазняет. Соединяете вместе тройку - четвёрку деталей, и несколько радиовещательных станций слышны в наушниках. В городских условиях, где много помех этот приёмник будет работать лучше, чем выполненный на средних или длинных волнах, правда при условии, что радиовещательный УКВ передатчик или ретранслятор находится недалеко от вашего дома. В моём случае дальность уверенного приёма составила шесть километров.
Нужен ли такой приёмник? Детекторный, самый простой, сделанный по классической схеме? Чтобы ответить на эти вопросы соберите эту конструкцию, а когда соберёте, то поймёте, что не зря провели время. Много интересных опытов можно провести с простым приёмником. Возможно, вам захочется усовершенствовать его, добавить каскад усиления, улучшить селективность, сделать антенну с большим коэффициентом усиления и т. д. То, что вы не остановитесь на достигнутом - уже хорошо.
Это было нечто похожее на старинный фрегат. Его корпус, объёмный резонатор, длиной 0,75метров (4-я часть длины волны = 3-м метрам, что соответствует 100МГц), свинченный из двух оцинкованных корыт, с мачтами направленных антенн типа волновой канал, поднимался на верёвках, переброшенных через блоки на крышу загородного дома. Я бы отнёс этот эпизод к первоапрельской шутке, но в городе эта груда металла будет работать, стоит только подсоединить к ней германиевый диод с высокоомными наушниками. |
| Рис. 2 Детекторный УКВ (FM) приёмник с УНЧ, 0 - V - 1. |
Самый простой УКВ ЧМ детекторный приёмник по схеме не отличается от амплитудного детектора диапазонов: ДВ, СВ, КВ, но по конструкции он будет отличаться катушкой индуктивности, она будет иметь всего несколько витков провода. Такой контур с конденсатором переменной ёмкости около 30 пФ перекрывает сразу 2 диапазона с запасом от 65 до 108 МГц.
С целью повышения добротности, учитывая, что токи ВЧ текут по поверхности проводов, я выбрал диаметр 2 мм, используя медный провод для электропроводки, сняв с него изоляцию и намотав 4 витка на оправке диаметром 1,2 см.
Детектирование ЧМ сигнала в звуковую частоту происходит в два этапа. ЧМ сигнал сначала преобразуется в АМ, благодаря тому, что настройка на радиостанцию происходит на скате частотной характеристики контура, что приводит к изменению амплитуды ЧМ сигнала (чем выше частота или плотность заполнения, тем больше меняется амплитуда сигнала и наоборот). Преобразованный, АМ сигнал превращается в звуковую частоту амплитудным детектором на диоде.
Теория здесь!
Практически я впервые собирал такой простой радиоприёмник на эту частоту для ЧМ сигнала.
 |
| Рис. 3. Детекторный УКВ приёмник ЧМ. Схема удвоения напряжения (по Вильярду), 0 - V - 1. |
 |
| Рис. 4. УКВ (FM) приёмник с эмиттерным детектором. 0 - V - 1. Схема детектора на транзисторе обладает большим коэффициентом передачи. |
 |
| Фото 2. Детекторный УКВ радиоприёмник с УНЧ для подключения головных телефонов. |
Игрушка оказалась забавной. Мне удалось насчитать до пяти радиостанций. Конечно, они мешали друг другу, музыка одной накладывалась на речь другой станции, но в целом приёмник принимал эфир, и даже можно было найти участок в диапазоне, когда мощная радиостанция, подавляя более отдалённые, звучала комфортно. А лучшей антенной в городских условиях оказалось строительное правило, такая алюминиевая планка для выравнивания стен. Её длина 1,5 метра, чем не линейный неразрезной вибратор для диапазона УКВ 2. В заземлении УКВ детектор уже не нуждался, и это было преимуществом по сравнению с АМ приёмником, если сравнивать его по тому же количеству деталей.
Фото 3. В качестве антенн я также использовал раздвижной разрезной вибратор, строительное правило, проволочный разрезной вибратор от компьютерной радио приставки. Последняя антенна тоже показала неплохие результаты. Такой простой приёмник является хорошим индикатором в определении качества антенн.
| Фото 4. С помощью конденсатора настройки (пластмассовой трубки со слоем фольги сверху, соединённой с тазиком), одетого на алюминиевую трубку, настроился на 56 МГц. Расстояние между двумя настройками на скатах, которое составило 2 МГц, принял за полосу контура. Но вещательный канал 1-ой программы телевидения принять не удалось. Приёмник принимал только сигнал с генератора, хотя без конденсатора станции УКВ диапазона были слышны, но до них ещё надо пилить и пилить трубку. |
 |
| Фото 5. К колебательному контуру, выполненному в виде трубки, с помощью хомутов подсоединяется антенна, эмиттерный детектор с УНЧ. С помощью хомутов удобно подбирать согласование с катушкой (трубкой), добиваясь максимальной громкости и селективности. Проводки, подсоединяющие монтажную плату, необходимо сделать как можно короче, а наушники подключить через дросселя с индуктивностью 1,5 мкГн. |
Была ещё идея пристроить к тазику направленную спиральную антенну с высоким коэффициентом усиления, используя медную водопроводную трубу с диаметром витка 0,5 метров и длиной шаговой намотки до 5 метров, но в период резкого спада спроса на алкоголь в результате растущих на него цен, такая конструкция напоминала бы самогонный аппарат производственного масштаба. От затеи пришлось отказаться.
Применение. Несколько десятков таких приёмников, состоящих из с вибраторов в виде отрезков проводов, направленных на ближайший передатчик, колебательные контура, настроенные на мощную радиостанцию, и такое же количество диодов, и - готов неиссякаемый источник энергии, который займёт намного меньше места, чем аналогичные детекторы-накопители ДВ и СВ диапазонов.
Я попробовал избавиться от назойливых соседей и поставил ещё один перестраиваемый резонансный каскад усиления перед детектором, сделав, таким образом,
приёмник УКВ ( FM ) прямого усиления 1 – V – 1. |
| Рис. 5. Приёмник УКВ (FM) прямого усиления с УВЧ (Т1), детектором (Т2), УНЧ DD1. 1 - V - 1 |
В конструкции приёмника использован двухсторонний фольгированный стеклотекстолит. А края платы пропаяны медной лентой, обеспечивающий двухсторонний контакт проводящего слоя. Катушки расположены с двух сторон печати, а сама плата является экраном между контурами. Таким образом, убираются паразитные связи (положительная обратная связь), которые способны на этих частотах превратить данный приёмник в регенеративный, то есть, работающий на грани самовозбуждения. В этой части желательно позаботиться об устойчивом усилении резонансного каскада, а регенеративный приёмник - это отдельная тема для творчества.
 |
| Фото 6. Конструкция УКВ приёмника прямого усиления по схеме 1 - V - 1. |
При использовании 2-х резонансных контуров полоса должна сузиться в 1,4 раза, а подавление соседнего канала увеличиться в 2 раза, что и получилось на практике, но оставшаяся довольно широкая полоса (3,5 МГц) захватывала по две станции. Такая конструкция работала только в городе, а в дачной местности, в 70 км от города и в 20 км от ретранслятора, я не смог поймать ни одной станции, только ровный белый шум УНЧ. Правда, стоило мне подсоединиться к телевизионной антенне с усилителем, что-то стало проявляться на уровне шумов, но для качественного функционирования устройства было ещё далеко. Для нормальной работы такого приёмника мне необходимо было вернуться в 50-е годы прошлого столетия и позаимствовать схему телевизора КВН-49, приёмный тракт этого устройства был сделан по схеме прямого усиления. Приёмник имел только два канала. Это была линейка ламп с контурами, которые переключались рычажком-переключателем, замыкающим контактные лепестки по всей длине шасси. А всего 20 лет назад, когда FM диапазон ещё не был освоен, такой самодельный приёмник оказался бы вполне приемлемым в использовании, по крайней мере, в городских условиях. Возвращаться в прошлое с целью усложнения схемы не хотелось.
Применение. Приведённая схема перестраиваемого резонансного усилителя (Рис. 5) прошла испытание временем и довольно успешно применяется по сей день в качестве преселектора в супергетеродинных приёмниках. В более серьёзных аппаратах все подстроечные и переменные конденсаторы заменяются варикапами, а настройка на станцию осуществляется с помощью микропроцессора.
Неперестраиваемый резонансный усилитель ВЧ находит применение для сверхдальней связи, будучи использован в качестве антенного усилителя, установленного непосредственно в антенне. Благодаря узкой полосе приёма, он будет обладать меньшим коэффициентом шума, лучшей защитой от помех по сравнению с широкополосным апериодическим каскадом, который в основном используется в стандартных антенных усилителях.
Возвращаясь к теме простых приёмников УКВ прямого усиления, я, пожалуй, откажусь от наращивания контуров с целью сужения полосы пропускания, а соберу сверхрегенеративный детекторный каскад для диапазона УКВ-2
Не видел человека счастливее в момент, когда он демонстрировал работу своего сверхрегенеративного приёмника. Всего три транзистора на картонке, штыревая антенна и несколько сверхдальних станций захлёбываясь иностранной речью, перебивают друг друга.
Я тоже собирал аналогичные приёмники КВ диапазона для радиоуправляемых моделей и простеньких переговорных устройств. Этот вид детектирования сигнала подкупает своей простотой, но в настоящий момент переходит в разряд ретро, уступая место супергетеродинному приёмнику, который благодаря современной элементной базе будет иметь преимущество.
Но надо отдать должное этому устройству, ибо собрав его, вы не сможете от него оторваться, крутя подстроечные конденсаторы, подбирая режимы, добиваясь согласования с контурами и т. д. в попытке получить от этого радиоприёмника нечто сверхъестественное, как и следует из его названия. Не буду никого разочаровывать, так как сам собрал такой приёмник на диапазон УКВ – 2 (88 – 108 МГц) и уже не один вечер колдую над ним.
 |
| Рис. 6. УКВ (FM) приёмник со сверхрегенеративным детектором. 1 - V - 1 |
У этого приёмника лучше селективность по соседнему каналу, практически переехал в отдельную квартиру. Лучше чувствительность, я уже могу слушать его на даче. Но про остальные параметры мне лучше помолчать. А то пропадёт весь интерес к нему и счастливое лицо, демонстрирующее работу приёмника, никому не суждено будет увидеть.
Конструкция приёмника аналогична предыдущей, но у вас появится непреодолимое желание экранировать сверхрегенеративный детектор ибо, уже поднося руку к катушке демодулятора, его настройка меняется, ведь он включает в себя генератор высокой частоты, излучающий высокочастотную генерацию вспышками благодаря второму генератору, более низкой частоты, и всё это выполнено на одном транзисторе. Я специально немного изменил предыдущую схему, превратив резонансный каскад УВЧ в апериодический, чтобы такую конструкцию легко можно было переделать. Изменению в основном подвергается детектор. Однако лучшую развязку с антенной обеспечит каскодный УВЧ. О нём всё написано в 3-й части радиолюбительского конструктора.
Такой простой УКВ радиоприёмник целесообразно сделать в виде макета в стиле ретро, который может быть использован на школьной выставке творчества в качестве практического задания на каникулы. Как демонстрационный радиоприёмник он будет более работоспособен в городских условиях, где много помех, по сравнению с диапазонами СВ и ДВ.
Приемники прямого усиления были очень популярны у радиолюбителей до90-х годов, когда было много радиовещательных станций на средних и длинных волнах. Потом уже не так, - весь интерес перешел на УКВ-диапазон, а там схема прямого усиления не так эффективна.
Сейчас из AM диапазонов интерес может представлять коротковолновый, потому что там возможна очень большая дальность приема на весьма простой приемник, и это позволяет принимать радиостанции зарубежных стран, что, например, может быть очень полезным в практических занятиях по изучению иностранных языков.
Обычно для приема радиовещания на КВ применяется супергетеродинная схема, но здесь предлагается поэкспериментировать со схемой прямого усиления.
И так, приемник построен по схеме прямого усиления. Принимает радиостанции в диапазоне 25-52 метра, перекрывая основную часть радиовещательного КВ-диапазона.
Схема радиотракта всего на двух транзисторах, но благодаря регулируемой ПОС в радиотракте можно достигнуть весьма неплохой чувствительности и избирательности, несмотря на настройку всего одним контуром.
Принципиальная схема
Рабочая точка транзистора задается соотношением сопротивлений резисторов R2 и R3, определяющих напряжение на его базе. Усиленный сигнал с коллектора через катушку связи L1 поступает на контур L2-C4, который является средством настройки приемника на станцию. В контуре используется переменный конденсатор от супергетеродинного приемника.
У этого конденсатора есть две секции по 6-240 пФ. Данные секции включены параллельно. В результате получается переменный конденсатор с перекрытием емкости 12-480 пФ.
Этого достаточно для перекрытия вышеуказанного диапазона, но можно использовать конденсатор и с меньшей максимальной емкостью, в этом случае перекрытие ограничится со стороны НЧ части КВ диапазона.
Рис. 1. Схема самодельного приемника прямого усиления на двух транзисторах КТ3102 и микросхеме УН14.
С контура ВЧ сигнал поступает на базу VT2. Через катушку L2 на базу VT2 так же поступает и постоянное напряжение смещения, полученное с делителя R4-R5. Диод VD1, включенный в эмиттерной цепи VT2 является детектором.
Более того, благодаря тому, что через данный диод протекает постоянный ток эмиттера VT2, точка детектирования смещена в более крутой участок ВАХ диода.
Продетектированный НЧ сигнал снимается с коллектора VТ2 и поступает через регулятор громкости R7 на УНЧ выполненный на микросхеме А1 типа К174УН14, и далее на динамик В1.
Теперь о ПОС (положительная обратная связь). Происходит она с эмиттера VТ2 на его базу через контур. Сигнал с эмиттера VТ2 через R6 и С4 поступает на коллектор VТ1, то есть, на катушку связи L1. Глубина ПОС регулируется переменным резистором R6.
Этим резистором можно регулировать состояние приемника от минимальной чувствительности, соответствующей обычному усилительному каскаду, до возникновения генерации.
Оптимальный режим с точки зрения максимальной чувствительности и селективности получается на границе у порога самовозбуждения приемника.
Детали и монтаж
Катушки L1 и L2 намотаны на каркасе, склеенном из ватмана. Это пустая гильза диаметром 20 мм и длиной 40 мм. Сначала наматывают катушку L2. Она содержит 12 витков намоточного провода диаметром около 0,5 мм (например, ПЭВ 0,47).
Затем на поверхность L2 нужно намотать L1, тем же проводом, 5 витков. Обе катушки намотаны в одном направлении.Начала обмоток отмечены на схеме точками.
L3 - дроссель, намотанный на ферритовом кольце диаметром 7 мм из материала 400НМ, 400НН, 600 НН, 600НМ. В нем 200 витков тонкого намоточного провода (например, ПЭВ 0,12).
Питается приемник от батареи напряжением 9V, но можно использовать и сетевой блок питания напряжением от 6 до 12V. Приемник был сделан с чисто экспериментальными целями, потому он собран на макетной плате, и печатная плата для него не разрабатывалась (только УНЧ собран на печатной плате, потому что он был сделан задолго до этого приемника, как отдельный модуль, и использовался с этим приемником уже в готовом виде.
Ничего не мешает использовать другой УНЧ, сделанный на другой микросхеме или по схеме на транзисторах. Налаживание заключается в установке тока коллектора транзистора VТ2 в пределах 0,6-0,7 мА подбором сопротивления резистора R5.
В крайне нижнем по схеме положении R6 схема должна переходить на самовозбуждение, то есть, в режим генерации. Если этого не происходит - значит неправильно распаяна катушка L2 (поменяйте местами точки подключения её выводов).
На КВ диапазоне радиостанции занимают малые, в процентном отношении, участки шкалы, поэтому настройка получается очень острая.
На ось переменного конденсатора нужно надеть пластмассовый шкив желательно большего диаметра, и вращать его очень и очень медленно.
Либо сделать верньерное устройство с большим коэффициентом замедления (или использовать готовое верньерное устройство). В противном случае возможна ситуация, когда вы просто будете проскакивать радиостанции, не замечая их, и создастся впечатление, что приема нет.
Налаживание
В процессе настройки работают два органа - С4 и R6, конденсатором перестраиваете по диапазону, а резистором выбираете оптимальный режим.
Поэтому процесс настройки на радиостанцию получается довольно сложным, но весьма интересным. Мне удавалось на данный аппарат, пользуясь антенной в виде монтажного провода, натянутого по диагонали комнаты, принимать станции Северной Америки и Западной Европы, и даже Австралии.
Конечно, качество приема, мягко говоря, странное. Особенно на пороге генерации, но разборчивость вполне нормальная.
В прошедшие выходные собрал в кучу пару КПЕ от китайских магнитол, несколько тумблеров, намотал катушки входного антенного и детекторного контуров. В качестве корпуса использовал выпотрошенный и опиленный старый свинцовый аккумулятор 7Ач от бесперебойников.
Схема, нарисованная Виктором RW4CMG. А вот такой двухконтурный приемник-набор CR-1 Crystal Radio выпускался фирмой Heathkit.
Конденсатор С1 и катушка L1 образуют входной антенный настраиваемый контур. Переключателем S1 этот контур можно преобразовывать из последовательного в параллельный. К параллельному контуру удобно подключать укороченные антенны длиной несколько метров. Для расширения диапазона перестройки входного контура параллельно С1 выключателем S2 можно подключить дополнительный конденсатор постоянной емкости. Установил еще один переключатель (на схеме не показан), которым можно подключить детектор к отводу детекторного контура (для повышения избирательности) или к полному контуру (для большей чувствительности).
В результате получился такой приемник.
Чтобы поэкспериментировать с этим приемником для сменных детекторов сделана разъемная колодка. Планирую сделать несколько сменных микроплат: с диодным детектором, транзисторным, на полевом транзисторе, одно-двухкаскадном УНЧ с маленькой батарейкой. Что получится, буду описывать здесь.
Пробное включение приемника с детектором на двух диодах из книги Владимира Тимофеевича "Простые приемники АМ сигналов" показало неплохую избирательность при подключении антенны длинный луч 42-метра.
Сделал два разных детектора на отдельных микроплатках. В первом детекторе используется диод Шоттки ВАТ42 и RC-цепь для выравнивания сопротивления нагрузки детектора. Второй детектор с емкостной связью из схемы "Универсального ДП" Владимира Полякова. Подстроечного конденсатора С3 под рукой не оказалось, впаял постоянной емкости 20 пФ. Вместо двух диодов впаял smd-сборку из двух диодов Шоттки (не помню наименования, брал в радиомагазине специально для детекторов или смесителей схем прямого преобразования).
Наушники подключал и высокоомные ТА-56М, и самодельные, сделанные из телефонных капсюлей ВП-1 (аналог дифференциальных ДЭМ-4М). Самодельные наушники подключал через понижающий звуковой трансформатор от старой УКВ радиостанции. В журнале CQ-QRP подробная статья Владимира Тимофеевича об использовании наушников в связном деле - Какая чувствительность у ваших телефонов? На моих капсюлях указано сопротивление 600 Ом (на переменном токе). Измеренное омметром сопротивление постоянному току составило около 70 Ом у каждого капсюля. Последовательно-соединенные даже без согласующего трансформатора звучат громче чем высокоомные ТА-56М. А с трансформатором еще лучше.
При первом включении в вечернее время услышал с хорошим уровнем "Всемирную службу радиовещания Украины" в высокочастотном участке средних волн. Интернет подсказывает частоту 1431 кГц. Слышно Международное радио Китая и еще несколько восточных станций. Включил бытовой супергетеродин с магнитной антенной Panasonic. Фактически все станции, принятые на Panasonic, услышал и на ДП. Порадовала селективность ДП с детектором с емкостной связью. Станции практически не мешали друг другу, можно было без труда отстроится. Конденсатор связи уменьшил с 20 до 6 пФ. Где-то в закромах лежит собранный несколько лет назад универсальный детекторный приемник в качестве катушки с переменной индуктивностью используется вариометр от автомобильного приемника Былина. Выходил с таким приемником в полевые условия и подключал короткую антенну из нескольких метров провода. Одну самую громкую станцию тихо но услышал. Надо повторить эксперимент.
Еще одна детекторная платка - статья Владимира Тимофеевича "Суперпростой и сверхэкономичный радиоприемник" в журнале Юный Техник, 2013 г. №2. В одном из журналов "Радио" эта схема тоже была напечатана. Два транзистора (КТ361Б-КТ315Б) с питанием от "пуговичной" часовой батарейки, ток потребления получился 0.3 мА.
В темное время суток (после 15.00 UTC) начинают появляться станции на средних волнах. На луч 42 метра длиной слышно много станций, Китай, Иран. Громко. Становится слышно на лежащие на столе наушники или подключенный динамик, негромко но отчетливо. При отключенной антенне (работа только на встроенную магнитную) слышно присутствие самой мощной станции. Не так давно у нас работала радиостанция "Радио России" на СВ, но её закрыли. Днем не слышно ничего даже на бытовой супергетеродин Panasonic. Но ближе к ночи диапазон оживает!
Сегодня вечером выходил в поле испытать детекторный приемник на работу с короткой антенной. В качестве антенны подвесил на шестиметровой удочке в виде наклонного луча четвертьволновый сороковочный противовес от полевой КВ-антенны. Противовесом для этой антенны послужил отрезок провода длиной 7 метров. На диодный детектор с емкостной связью ничего не услышал, а вот на двух-транзисторную платку диапазон зазвучал. Опять же Китай и еще станция с Востока. "Восток - дело тонкое!"
Таким образом, вечером в наших краях на небольшую короткую антенну в полевых условиях можно услышать станции при использовании активных элементов и источника питания. А когда еще работала местная станция "Радио России", я как-то раз выбрался в поле (в году эдак 2009-м) с простейшим детекторным приемником и антенной метров 5 длиной и эту станцию слышал.
R5 - регулятор громкости. Далее, обычный двухкаскадный УНЧ с двухтактным выходом на VT3-VT5. Динамик В1 -да, практически любой!
Катушка L1 для СВ содержит 90 витков любого намоточного провода диаметром от 0,2 до 0,5 мм. L1 для ДВ - 240 витков шестью секциями внавал, любого намоточного провода от 0,1 до 0,3 мм.
L2 примерно 10% от L1.
О налаживании и заменах деталей ничего писать не буду, не хочу портить Вам удовольствие дойти до всего самому. Намекну только, что базовые резисторы отвечают за режим каскадов по постоянному току.
Если нет мощных местных СВ и ДВ радиостанций, - это и к лучшему, сделайте KB-приемник прямого усиления. L1 и L2 намотайте на каркасе с подстроечным ферритовым сердечником (например, от модуля цветности или ПЧ старого телевизора). L1 - 30 витков, L2 - 10 витков. А через конденсатор на 5-10 пФ подключите к верхней, по схеме, обкладке С1 внешнюю антенну, - длинный провод, протянутый под потолком из угла в угол.
Читайте также: