HELLORADIO.RU — интернет-магазин средств связи
EN FR DE CN JP

Детекторный радиоприемник

Детекторный радиоприемник

Исполнитель: учащийся 9А класса Львов Андрей Олегович
Руководитель: Климов Александр Юрьевич, (Ведущий инженер СУНЦ УрГУ), optek (at) mail.ru

Словарь сокращений и обозначений

А - Ампер, единица измерения силы тока.
В - Вольт, единица измерения напряжения.
Вт – Ватт, единица измерения мощности.
Гн – Генри, единица измерения индуктивности.
ДРП – детекторный радиоприемник.
Др.- другие.
КПД – коэффициент полезного действия.
КПЕ – конденсатор переменной емкости.
УГО – условное графическое обозначение.
Ф - Фарада
ЭАП - электроакустический преобразователь.
Е - напряженность электрического поля радиостанции в месте приема.
m - коэффициент модуляции.
Q - добротность колебательного контура.
W – мощность.

Введение

В настоящее время известно множество типов радиоприемников: детекторный, прямого усиления, регенеративный, сверхрегенеративный, супергетеродинный и прямого преобразования. Из перечисленных, детекторный радиоприемник (далее по тексту - ДРП), имеет наихудшую чувствительность и селективность, но, несмотря на невысокие параметры, он представляет интерес для начинающих радиолюбителей и специалистов.

Простота конструкции, недефицитность деталей и отсутствие источников питания (именно поэтому ДРП изучается в средних учебных заведениях в наше время) способствовали его популярности в 20-40гг 20в. Дадим определение ДРП: это приемник, работающий за счет энергии радиоволн и не имеющий усилителя. Следует заметить, что приемник прямого усиления – это тот же детекторный с каскадами усиления сигнала низкой частоты.

1. Классическая схема ДРП

1. Классическая схема ДРП

Рис.1. Типовая схема ДРП

Существует два основных варианта классических схем ДРП. Первый вариант изображен на рис.1. Второй вариант отличается от первого только тем, что детекторный диод подключен не к части контура, а к контуру полностью.

1.1. Функциональная схема ДРП

Рис. 2. Функциональная схема классического ДРП.

Радиотракт включает в себя входные цепи приемника: антенна, заземление, колебательный контур. Детектор - каскад детектирования на точечном диоде и сглаживающий конденсатор С2. Электроакустический преобразователь (ЭАП) служит для преобразования электрического сигнала в звуковой. В качестве ЭАП используются: наушники, электродинамические громкоговорители («динамики»).

1.2. Принцип работы ДРП

Настроив контур на частоту принимаемой радиостанции, выделяем высокочастотный АМ - сигнал. Частота его колебаний велика (более 100 кГц), и в наушниках он слышен не будет. Сигнал нужно продетектировать (преобразовать ВЧ электрические колебания, в колебания НЧ). Для этого служит диод VD 1 (рис.1). Он обладает свойством проводить ток только в одном направлении, от анода, обозначенного треугольником, к катоду. Положительные полуволны колебаний в контуре вызовут ток через диод, а отрицательные закроют его, и тока не будет. При отсутствии конденсатора C 2 через наушники будет протекать пульсирующий ток. Он содержит постоянную составляющую, которая изменяется со звуковой частотой. Такой ток уже вызовет в наушниках звук. Процесс детектирования улучшается при подсоединении блокировочного конденсатора C 2. он заряжается положительными полуволнами почти до амплитудного значения колебаний, а в промежутках между ними сравнительно медленно разряжается током через наушники.

2. Компоненты ДРП

2.1. Колебательный контур

Классическая схема ДРП изображена на рис. 1. Она повторяется во многих популярных книжках и журналах. Антенна WA 1 и заземление присоединены к колебательному контуру (катушка L 1 и КПЕ C 1). Колебательный контур служит для выделения из всей массы принимаемых сигналов лишь одного, желаемого. Если частота сигнала совпадает с частотой настройки контура, напряжение на нем максимально. Для настройки в пределах диапазона изменяют емкость (используют КПЕ), для переключения диапазонов изменяют индуктивность катушки L 1.

2.2. Диод

По применению полупроводниковые диоды разделяются на группы: выпрямительные, высокочастотные, туннельные и некоторые другие (рис.2).

Рис. 3. Диоды.

В качестве полупроводникового материала в диодах используется германий, кремний и арсенид галлия (в туннельных диодах).

Первые диоды стали известны с начала 20в (1906-1908 гг). Тогда же и появились первые ДРП. В 20-40гг 20в радиолюбители изготавливали детекторные диоды из кристаллов цинкита или пирита. В России пионерные работы по диодам проводил О.Лосев, который помимо детекторных диодов изготовил и первые светодиоды (он наблюдал свечение кристалла карборунда при подключении к нему батареи питания). В классических ДРП используются германиевые диоды Д2, 18,20, как самые дешевые и широко распространенные.

2.3. Конденсаторы

В классической схеме ДРП два конденсатора. С1 – переменный керамический или воздушный, предназначен для настройки приемника на частоту радиостанции (5-300 пФ). С2 нужен, чтобы убрать ВЧ – составляющую и повысить качество звука (2000 – 6800 пФ).

2.4. Головные телефоны

В России первым в приемнике высокоомные головные телефоны использовал П.Н.Рыбкин в 1899 г. За рубежом работами по усовершенствованию ДРП в эти же годы занимался Г.Маркони.

Последний элемент разбираемой схемы ДРП – головные телефоны. Для ДРП подходят только высокоомные телефоны (ТА-4, ТОН-2, ТОН-2М, ТАГ-1, ТГ-1), абсолютно не подходят низкоомные или наушники от плейера. Параметры некоторых из них приведены в Приложении 1.

Для телефонов ТОН-2 сопротивление на частоте 1000 Гц составляет 12000 Ом. Минимальная амплитуда сигнала 1000 Гц, слышимая человеком в наушниках ТОН-2 составляет 5 мВ. В классическом ДРП амплитуда сигнала на наушниках достигает 20 мВ (достаточно громко и разборчиво слышна речь и музыка), что соответствует электрической мощности 0,02 мкВт.

3. Недостатки классической схемы детекторного приемника

а) Для согласования сопротивлений колебательного контура и диода используется катушка связи (обычно 1/5-1/10 от числа витков катушки).

Следовательно, на диод поступает ВЧ напряжение в 5-10 раз меньшее, чем наводится в контуре, то есть, с большими потерями мощности (в 25-100 раз).

б) Используется энергия одного полупериода сигнала.

в) Головные телефоны сильно искажают сигнал и имеют низкий КПД (из-за металлической мембраны). Головные телефоны малоэффективны при работе на низких частотах, из-за жесткой мембраны не работают на высоких звуковых частотах. Рабочий диапазон частот наушников 300-3500 Гц. Получить качественный звук в этом случае просто невозможно.

4. Применение классического ДРП.

ДРП, выполненный по классической схеме, и в наше время находит применение для: настройки радиолюбительских передатчиков и настройки передатчиков систем электронного дистанционного управления. В любительской литературе описано успешное применение ДРП для поиска маломощных шпионских закладок (в просторечии именуемых «жучками»). В этих случаях нагрузкой ДРП работает микроамперметр постоянного тока на 10-100 мкА, шунтированный конденсатором.

5. Совершенствование ДРП

Если посмотреть на функциональную схему ДРП, можно прийти к следующим выводам: классическая схема свои возможности усовершенствования исчерпала. Кардинальное улучшение параметров ДРП возможно при полной переделке всех функциональных узлов ДРП, собранного по классической схеме.

5.1. Громкоговорящий ДРП

Добиться увеличения громкости и улучшения качества сигнала можно модернизацией всех узлов классического ДРП. В качестве колебательного контура выступает катушка индуктивности на ферритовом стержне. Эта катушка имеет межвитковую емкость, а настройка на радиостанцию производится перемещением катушки на сердечнике. Более оптимальное согласование детектора с контуром производится конденсатором связи С1 (сопротивление контура сотни килоом, а детектора 5-20 кОм). Замена одного диода диодным мостом позволяет увеличить громкость ЭАП, так как теперь в ДРП используется энергия обоих полупериодов ВЧ сигнала. Диодный мост выполнен на диодах типа Д310, так как у них меньше сопротивление и меньше потери, чем у диодов Д2, 18, 20.

Рис.4 Прибор для выбора детекторного диода

О качестве диода позволяет судить параметр - «прямой ток при напряжении 1 В», чем он больше, тем лучше.

Рис.5 Усовершенствованный классический ДРП

В качестве ЭАП используется динамик мощностью 1-8 Вт и сопротивлением катушки 4-8 Ом. Для согласования сопротивлений детектора и ЭАП служит понижающий трансформатор (~220 В/9-12 В). Для увеличения отдачи динамик устанавливается на отражательный экран. Модернизированный ДРП дает выигрыш по мощности относительно классической схемы ДРП в 140-400 раз.

5.2. Применение модернизированного ДРП.

Улучшенный ДРП является практически вечным источником бесплатной энергии «из воздуха». Он питает светильник на сверхъярком светодиоде (белом или желтом) и способен подзарядить аккумулятор, часовую батарейку или пальчиковую (типа АА или ААА) из будильника или пейджера. Он может найти применение в местах, где нет электричества, например, в коллективных садах (в доме и овощной яме), в горах. Если от него запитать светильник на сверхъярком красном светодиоде (2-10 кд), он заменит медицинский аппарат светотерапии «Дюна-Т». Также от него можно питать «серебряный ионатор» - прибор для серебрения воды.

Рис.6 ДРП – источник электрической энергии.

Накопительный конденсатор С2 рассчитан на рабочее напряжение 25-60 В при минимальном токе утечки. Приемник настраивается на самую мощную СВ или ДВ радиостанцию в этом регионе.

5.3. ДРП, питаемый «свободной энергией поля»

Для более полного использования энергии несущей, модернизированный ДРП дополняется каскадом усиления на германиевом транзисторе. И данный приемник работает громче. Теперь он стал приемником прямого усиления.

Рис.7 ДРП (приемник прямого усиления) с увеличенным КПД.

Транзистор в усилителе приемника низкочастотный и маломощный: МП39-42. Сигнал ЗЧ на базу подается через разделительный конденсатор С3. ЭАП приемника состоит из динамика ВА1, включенного через согласующий трансформатор Т1.

Настройка этого приемника сводится к настройке входного контура на частоту мощной радиостанции и одновременной подстройке емкости С1, а затем подбору сопротивления R 1 по максимальной громкости звучания.

6. Экспериментальная часть

6.1. Сборка и наладка модернизированного ДРП.

Для собранного по рис.5 модернизированного ДРП и настроенного перемещением катушки по стержню на радиостанцию «Радио России» (длина волны 260 кГц – диапазон ДВ) вольтметр на выходе приемника показал напряжение 0,25 В. После согласования сопротивлений контура и детектора согласующим конденсатором вольтметр показал 2,35 В. Затем был подключен ЭАП: динамик 6ГД-3. Полоса воспроизводимых частот 6ГД-3: 100-10000 Гц. Громко и с высоким качеством слышна музыка и речь. Антенна: медный провод диаметром 0,5 мм и длиной 8 метров. В качестве заземления использована батарея центрального отопления. Если вместо ЭАП включали сверхъяркий желтый светодиод, то наблюдали его яркое свечение!

Таким образом, все мои предположения подтвердились. Улучшенный ДРП может работать в качестве практически вечного источника энергии. Громкость звучания этого приемника можно дополнительно увеличить при использовании рупора, установленного на ЭАП.

При замене ДВ катушки на более высокодобротную на выходе приемника было получено напряжение 5,30 В и громкость приемника значительно возросла. Дальнейшее увеличение громкости приемника можно получить за счет применения более эффективной антенны.

6.2. Сборка и наладка ДРП с каскадом усиления на транзисторе (питаемый энергией электромагнитной волны).

Приемник собранный по рис.7 работал значительно громче, чем модернизированный ДРП. И это естественно, так как транзисторный усилитель НЧ питается постоянной составляющей сигнала, а она в 3-10 раз выше, чем НЧ составляющая, вдобавок транзистор усиливает слабый НЧ сигнал.

Приложение

Таблица 1 Электрические параметры высокоомных телефонов типа ТОН-2

Основные параметры

Значение параметра

Модуль полного электрического сопротивления переменному току одного телефонного капсюля на частоте 1000 Гц, не менее, Ом

6000

Неравномерность частотной характеристики отдачи капсюля в диапазоне частот 300-3000 Гц, не более, дБ

35

Таблица 2 Электрические параметры детекторных диодов

Тип диода

 

Назначение

Среднее значение выпрямленного тока, мА

Прямой ток при напряжении 1 В, мА

Обратный ток не более, мА (при напряжении, В)

Наибольшее допустимое обратное рабочее напряжение, В

Наименьш. амплитуда обратного пробивного напряжения , В

Д2А

Выпрямление переменных напряжений

50

>50

0,25 (7)

10

15

Д310

Импульсный

500

>500

0,02 (20)

-

-

* Диоды Д2 предназначены для работы в различных схемах. Оформлены в стеклянном корпусе. Предельная рабочая частота 150 МГц при температуре окружающей среды от –60 до +70 О С. Емкость между выводами при обратном напряжении на диоде – 1 пФ.

Таблица 3 Параметры громкоговорителей

Тип громкоговорителя

Отдача, Па

Треб. W сигнала для громкости 60дБ, мВт

0,025ГД-2

0,075

3,6

0,05ГД-1

0,15

1,8

1ГД-5, 1ГД-28, 1ГД-36

0,2

1,0

1ГД-4, 3ГД-1, 4ГД-5

0,3

0,45

5ГД-1, 6ГД-1, 6ГД-3

0,4

0,25

8ГД-1 РРЗ

0,45

0,2

Словарь терминов

АНТЕННА (от лат. antenna — мачта, рей), в радио — устройство, предназначенное (обычно в сочетании с радиопередатчиком или радиоприемником) для излучения или (и) приема радиоволн.

ДИОД [от ди... и (электр)од ], 2-электродный электровакуумный, полупроводниковый или газоразрядный прибор с односторонней проводимостью. Применяется в электро- и радиоаппаратуре для выпрямления переменного тока, детектирования, преобразования частоты, переключения электрических цепей.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ, устройство для электрического соединения с землей аппаратов, машин, приборов и др.; предназначено для защиты от опасного действия электрического тока, а в ряде случаев для использования земли в качестве проводника тока или одного из плеч несимметрического вибратора (антенны).

КОНДЕНСАТОР электрический, система из двух или более подвижных или неподвижных электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (бумагой, слюдой, воздухом и др.). Обладает способностью накапливать электрические заряды. Применяется в радиотехнике, электронике, электротехнике и т. д. в качестве элемента с сосредоточенной электрической емкостью.

ПИРИТ – медный минерал (в основном содержащий дисульфид меди)

СЕЛЕКТИВНОСТЬ (избирательность) радиоприемника, его способность выделять полезный радиосигнал на фоне посторонних электромагнитных колебаний (помех). Параметр, характеризующий эту способность количественно. Наиболее распространена частотная селективность.

ТРАНЗИСТОР (от англ. transfеr — переносить и резистор), полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника (преимущественно из кремния или германия), содержащего не менее трех областей с различной — электронной и дырочной — проводимостью.

ТРАНСФОРМАТОР (от лат. transformo — преобразую), устройство для преобразования каких-либо существенных свойств энергии (напр., электрический трансформатор, гидротрансформатор).

Именной указатель

Лосев Олег Владимирович (1903-42), российский радиофизик. Создал (1922) полупроводниковый радиоприемник (кристадин). Открыл ряд явлений в кристаллических полупроводниках («свечение Лосева», фотоэлектрический эффект и др.).

Маркони Гульельмо (1874-1937), итальянский радиотехник и предприниматель. С 1894 в Италии, а с 1896 в Великобритании проводил опыты по практическому использованию электромагнитных волн; в 1897 получил патент на изобретение способа беспроводного телеграфирования. Организовал акционерное общество (1897). Способствовал развитию радио как средства связи. Нобелевская премия (1909, совместно с К. Ф. Брауном).

Поляков Владимир Тимофеевич – известный советский и российский радиотехник, специалист по радиоприемным устройствам

Попов Александр Степанович (4 (16) марта 1859, пос. Турьинские Рудники Верхотурского уезда Пермской губернии, ныне Краснотурьинск Екатеринбургской области – 31 декабря 1905 (13 января 1906), Санкт-Петербург), российский физик и электротехник, один из пионеров применения электромагнитных волн в практических целях, в том числе для радиосвязи.

Рыбкин Петр Николаевич – ассистент А. С. Попова, первый использовал в радиоприемнике высокоомные телефоны.

Другие схемы в этом разделе

Детектор холода Домино 20м - простой приемник прямого преобразования

Партнеры

eXTReMe Tracker
Рейтинг@Mail.ru