От детекторного приёмника к супергетеродину. Самодельный радиоконструктор. Часть 1.

                                                                                                Практикум для начинающих.

      Это введение, вводная часть, её можно пропустить, детектив перед сном лучше. Предлагаю начать собирать самый простой приёмник прямого усиления, который будет усовершенствоваться, усложняться, разрастаться, увеличиваться в размерах до тех пор, пока не превратится в полноценный супергетеродинный приёмник. Такой практикум очень удобен для начинающих, ведь на каждой ступени изготовления мы будем иметь образец радиоприёмника, который лучшим образом будет отличаться от предыдущего. Цель практикума – понять все преимущества супергетеродина, и, в конце концов, сделать завершённый самодельный с неплохими параметрами приёмник своими руками.

 Начинающим радиолюбителям бывает порой тяжело осилить всю схему сразу, для некоторых она кажется сложной, монтажная ошибка в целиком собранной схеме приводит порой к непреодолимым трудностям, к тупиковому состоянию,  если никого не окажется рядом, кто смог бы помочь, отыскать неисправность…

Фото 1. Из самодельных модулей я буду собирать приёмник.

  Мы будем собирать радиоприёмник по этапам (своего рода турнир), и каждый этап или тур – это законченный функционирующий блок. Подобное мы уже проходили, когда делали «Детектор из сетевого удлинителя и тазика для варенья», а затем к нему сделали простой усилитель для наушников «Высокоомный телефон для детекторного приёмника».

На первом этапе тоже начнём с амплитудного детектора

(АМ детектора). На базе этого детектора построим  простой приёмник прямого усиления, работающий в диапазоне средних или длинных волн. Как будут развиваться события дальше, я и сам не знаю. Возможно превратим супергетеродин в инфрадин и подойдём к изготовлению приёмника ДВ, СВ, КВ с двойным преобразованием частоты или соберём простой приёмник с частотной модуляцией FM. Время покажет, думаю, вы сами подскажете по какому пути идти дальше.

Рис.1 Один из первых моих приёмников из журнала "Горизонты техники для детей"..

 Моим первым учителем  в области радиотехнике был инженер Конрад Видельский. На тонких, но цветных нестареющих журналах «Горизонты техники для детей» (перевод с польского), он знакомил меня с простыми приёмниками на транзисторах, с подробнейшим описанием их конструкций, с электрическими схемами, которые превращались в объёмные, с тщательным описанием сборки. Как сейчас помню радиоприёмник  малютку умещающийся в пачке сигарет. Для середины 60-х годов для меня это было неожиданностью, всего несколько радиодеталей и готовый приёмник. По сравнению с малюткой промышленный супергетеродинный радиоприёмник «Сокол», который в то время был у нас, казался сверхсложным устройством. Любопытство, любознательность, побудила меня начать собирать простейшие приемники, и определило в дальнейшем моё призвание.

 Для того, чтобы сборка приёмника не повлияла на бюджет, лучше использовать зарубежные радиокомпоненты: транзисторы, микросхемы, конденсаторы и резисторы. В настоящее время они доступнее, дешевле, надёжней. Налаженная технология производства, позволяющая выпускать их большими партиями,  обеспечивает хорошую повторяемость изделий.

  Все данные, параметры, тестовые схемы проверки на использованные мной микросхемы и транзисторы находятся по адресу WWW.ALLDATASHEET.COM

 Все схемы были собраны на макетах, проверены по измерительным приборам, прослушаны и даже прошли испытания в разных частях города.

 Для быстроты я использую планарные элементы: чип конденсаторы и чип резисторы, они паяются проще и быстрее, не надо формовать выводы. Эти радиокомпоненты специально сделаны для автомонтажа, за ними будущее, но прежде, чем запустить партию печатных плат, опытный образец паяют вручную. В тоже время, при ручном изготовлении платы и монтажа, сама конструкция может получиться меньше, чем её сделает робот.

                              О рабочем месте радиолюбителя – монтажника.

 Когда я серьёзно занялся радиолюбительством, то моё рабочее место занимало половины комнаты, в рассказе «Правильный выбор или про кишки», есть упоминание о нём. Со временем теория не менялась, менялась только элементная база, она становилась мельче, а с элементной базой менялось и моё рабочее место, теперь оно умещается за крышкой секретера. У других рабочее место умещается на жестком диске в виде программ, из которых можно брать уже готовые схемы и подключать необходимые измерительные приборы. Сам я не сторонник виртуального радиолюбительства, я должен всё собрать, проверить, посмотреть, послушать…

 В настоящий момент без микроскопа и маломощных паяльников 6 - 12 – 36 вольт уже не обойтись. Согласен, дорого, но можно приобрести подержанный микроскоп или микроскоп попроще, непрофессиональный. Паяльник на 6 вольт у меня до сих пор самодельный, нихром намотан на трубчатый керамический конденсатор, а источником питания служит накальный трансформатор для питания радиоламп. Дешевенькая паяльная станция, оказалась подделкой под знаменитую фирму и больше года не проработала. На фото 1.1 и фото 1.2 - конструкция самодельного паяльника.

Фото 1.1.

Фото 1.2.

                            
                                                    Выбираем детектор.

                   Детектор амплитудно модулированного сигнала.

 Забудем про германиевые диоды, поскольку они давно уже перешли в разряд ретро, как и германиевые транзисторы. Простейший детектор на кремниевом диоде уже будет с питанием, так как без делителя, для установки смещения, будет работать с искажениями. Его коэффициент передачи очень мал, составляет 0,2.  Если заговорили про питание, то лучше собрать детектор на активном элементе, на транзисторе или микросхеме и не будем вспоминать про простейший детектор на полупроводниковом диоде, пусть он войдёт в историю.

Рис. 2. Детекторный приёмник.

На рисунке (Рис.2.) приведена схема детектора на транзисторе ВС850. Для экзотики на первых порах вместо катушки индуктивности L и переменного конденсатора можно использовать: сетевой удлинитель и тазик для варенья, керосиновую лампу для подсветки шкалы приёмника, штук двадцать лимонов вместо источника питания или двадцать сетевых удлинителей с диодами, настроенных на мощную радиостанцию для получения постоянного напряжения питания или…

 Хватит, хватит экзотики, найдите хотя бы два элемента питания, разберите фонарик на солнечных батарейках. Схема потребляет ничтожно мало.

 При 3-х вольтах питания 270 микроампер.

 Измеренное входное сопротивление детекторного каскада составляет 25 кОм на частоте 0,5 МГц и 13 кОм на частоте 1 МГц. Это позволило полностью подключить входной контур, без отводов и обмотки связи.

Коэффициент передачи составил 0,6 –  в несколько раз лучше, чем у детектора на полупроводниковом диоде.

Рис.3 Монтажная плата детекторного приёмника.

Вариант 1. Вместо высокоомного телефона можно подсоединить низкоомный от плеера через согласующий трансформатор. Аналогичные трансформаторы находятся в абонентском громкоговорителе. Сетевой трансформатор на 12 вольт нуждается в доработке, необходимо будет домотать вторичную обмотку или намотать полностью, добившись сопротивления около 50 Ом.

 Вариант 2.  Вместо высокоомного телефона добавить резистор с конденсатором и выход подключить ко входу активной компьютерной колонки.

 Вариант 3. А теперь немного усложним приёмник, добавив к нему  усилитель низкой частоты (УНЧ) и усилитель высокой частоты (УВЧ).  На УНЧ останавливаться не будем, о нём много сказано в разделе «Высокоомный телефон для детекторного приёмника», но благодаря нему теперь можно забыть про высокоомные наушники и подключать теперь можно любые с сопротивлением головок более 30 Ом.

                                                                   

Рис.4.  Приёмник прямого усиления. Т1 - УВЧ, Т2 - детектор, ТДА7050 - УНЧ.
1 - 0 - 1

Фото 2. Временные диаграммы на входе приёмника и на выходе.

Фото 3.  Временные диаграммы на выходе детектора и после фильтра.

  Составной частью микросхем является эмиттерный детектор на транзисторе, такие схемы обладают малым коэффициентом гармоник или малыми нелинейными искажениями, на выходе имеем чистую ровную синусоиду. Для серьёзного приёмника это важно. Эмиттерный детектор на транзисторе ничто иное, как эмитттерный повторитель со смещенной рабочей точкой, за счёт этого и происходит преобразование амплитудно модулированного сигнала, транзистор пропускает только положительный сигнал, а конденсатор  фильтра успевает пропустить только медленно меняющуюся огибающую, то есть звук. Для более высокой частоты, той частоты, на которой ведётся передача, конденсатор имеет маленькое сопротивление и она замыкается на нём. За счёт глубокой отрицательной  обратной связи получаются минимальные искажения.  Но есть недостаток – отсутствует коэффициент усиления, мало того, он меньше единицы, но это легко поправимо - к детектору добавляю каскад усилителя высокой частоты, чтобы услышать радиостанцию. Этому каскаду усилителя  сильно повезло, так как его нагрузкой является большое входное сопротивление эмиттерного повторителя, а это обеспечит высокий коэффициент передачи тракта.

                 Усилитель высокой частоты (УВЧ) апериодический, широкополосный,

на транзисторе Т1, его  задача усилить амплитудно модулированный сигнал без нелинейных искажений, он же должен обеспечить хорошее соотношение полезного сигнала к шуму, от усиления этого транзистора зависит чувствительность приёмника.

  На входе этого транзистора включена магнитная антенна от старого китайского приёмника средних волн.

Фото 4. Входная цепь.

 Контурная катушка (L 200 мкГн), содержит 80 витков провода, намотанного в три эмалированных жилки, каждая диаметром 0,1 мм. Такой провод называют литцендрат. Если такой провод найти невозможно, то можно намотать катушку  эмалированным проводом с диаметром 0,2 мм. Катушка связи 10 витков проводом диаметра 0,2 – 0,3 мм, намотал поверх контурной катушки.  Такой приёмник без стационарной антенны и заземления хорошо работать не будет. В городских условиях антенну и заземление лучше не использовать, так как будет много помех, которые забьют принимаемую радиостанцию.                  

   Получился простой приёмник 1 – V -1.  

При питании от 3-х вольт, и уровне звукового сигнала на выходе детектора 30 мВ, чувствительность тракта 1,8 мВ, а при 6 вольтах питания – чувствительность составляет 

900 мкВ.( измерено на частоте 1 мГц).

Рис. 5. Вариант монтажной платы.

                                                           О ретро антенне.

 Вспоминая о былом, не могу не рассказать о комическом случае, произошедшем в детстве, когда я, наконец-то, в наушниках услышал радиостанцию из своего самодельного радиоприёмника, но слышна она была только тогда, когда включённый в сеть паяльник касался схемы. Припаяно, что ли плохо, думал я, и всё пытался припаять данное место лучше. С работы пришёл отец и объяснил причину моего замешательства. Хорошей тогда антенной оказалась электрическая сеть, через ёмкость образуемую жалом паяльника и его намоткой, подсоединённая к входу моего приёмника. Потом уже я нашёл в радиолюбительских книжках, что действительно через конденсатор 200 пФ  можно антенный вход подсоединить к одной (думаю к нулевой) фазе сети. Сейчас этого делать не стоит, блоки питания всех бытовых приборов сильно изменились и забивают сетевые провода помехами.

                            Детектор на операционном усилителе.

Рис. 6. УВЧ и детекторный каскад на операционном усилителе.

 Тоже неплохая схема, хотя и выглядит немного сложнее предыдущей, но у неё есть преимущество, она обладает коэффициентом передачи. Эффективное значение низкой частоты на выходе детектора равное 30 мВ, соответствуют чувствительности 1 мВ на частоте 455 кГц.

 Я выполнил этот детектор на операционном усилителе LMH 6642.его граничная частота 130 МГц, это означает, он работоспособен до 10 МГц, может захватывать короткие волны.   Диапазон напряжений от 3 -9 вольт, потребляет 3 мА. 

Фото 5. Детектор на ОУ.

  Если к этой схеме добавить усилитель  высокой частоты на одном транзисторе и усилитель низкой частоты получится готовый приёмник прямого усиления, которому внешняя антенна и заземление уже не понадобятся. Такая самоделка легко поместится в грудном кармашке.

 Возвращаясь к эмиттерному детектору, хочу продолжить его усовершенствование.

Фото 6. УВЧ.

Рис. 7 УВЧ.

  

Чтобы схема на эмиттерном детекторе работала также эффективно, то есть, без внешней антенны и заземления ей надо добавить ещё один каскад усилителя высокой частоты (УВЧ). Теперь изменённая схема выходит в лидеры – принимает 6 радиостанций в диапазоне средних волн, а схема с детектором на операционном усилителе - только 5.

 Чтобы найти причину, по очереди подсоединяю каждую схему к измерительным приборам и прихожу к выводу, что схема с детектором на операционном усилителе обладает большим коэффициентом шума при одинаковом коэффициенте усиления, из-за этих шумов часть радиостанций не слышно. Видимо схема на операционном усилителе требует доработки, карты в руки, мне она уже не нравится из-за своей громоздкости,

 (а если бы видели, сколько транзисторов внутри самой микросхемы).

 Поэтому останавливаемся на первой схеме детектора, как более простой и обладающей лучшей чувствительностью.  Получился вполне законченный приёмник прямого усиления, неплохо работающий в диапазоне средних волн.

Рис. 8. Эскиз монтажной платы двухкаскадного усилителя высокой частоты и эмиттерного детектора (2 - V - 0).         С 1 - переменный конденсатор. DD 1 - усилитель низкой частоты. L1, L2 - катушки на ферритовом сердечнике.

  Похожий приёмник с диапазоном ДВ и СВ. я смастерил лет 30 назад, назвал свою конструкцию "Микро", она была размером, чуть меньше спичечного коробка, и подарил радиоприёмник девушке, с которой встречался, как самый дорогой подарок, потому как сделал его сам. Да, чуть не забыл, с этой девушкой, в дальнейшем моей женой, мы живём вместе 30 лет, с детьми и с внуками.

            Интересный приёмник, длинноволнового  диапазона. получился на операционных усилителях (ОУ), выполненных на микросхемах

            LMV 821, их   граничная частота 5 МГц, значит до 500 кГц, они вполне работоспособны.

Рис. 9. УВЧ и детектор ДВ.

Фото 7. Монтаж УВЧ на ОУ.

 Особенностью данных микросхем – это маленькие шумы и низкое потребление (0,22 мА). А особенностью самих  ОУ – это большое входное сопротивление, что упрощает подключение катушек индуктивностей и хорошие линейные характеристики, что  обеспечивает отсутствие нелинейных искажений при больших уровнях сигнала. Вообще не ожидал, вспоминая детектор на ОУ, что получится хорошо, просто попытался сложить несколько каскадов усиления промежуточной частоты  455 кГц для будующего супергетеродинного приёмника. Чувствительность на этой частоте получилась 300 микровольт, а на частоте 100 кГц – 30 микровольт! Такая чувствительность приемлема сёрьёзным супергетеродинам. На средних волнах эти микросхемы бесполезно использовать, так как с ростом частоты усиление их резко падает и уже на 1 МГц чувствительность всего 5 милливольт. Но за счёт ограниченной полосы пропускания усилитель высокой частоты (его же можно в дальнейшем использовать как усилитель промежуточной частоты в супергетеродинном приёмнике) пропускает меньше помех, своего рода полосовой фильтр для длинноволнового диапазона. Не задумываясь, наматываю катушку для длинноволнового диапазона, 320 витков провода диаметром 0,1 (отвод от 120 витка) на малогабаритном ферритовом сердечнике и две станции длинноволнового диапазона чётко ловятся в отсутствии шумов между ними, правда, такое отсутствие шума обеспечилось благодаря автотрансформаторному включению катушки магнитной антенны. По уровню приёма качество не отличается от качественного связного супергетеродинного приёмника, если сравнивать их в условиях городских помех.  Преимущество в простоте и в микроминиатюризации данной конструкции. Если делать приёмник на одну станцию, то операционные усилители можно преобразовать в активные полосовые фильтры и попробовать отказаться от магнитной антенны или ещё уменьшить её габариты.

 Внимание, питание от 2,2 до 5 вольт, в этом интервале громкость и чувствительность не меняется, при большем значении напряжения питания, микросхема LMV821 выходит из строя.

 Вторую часть турнира я начну с описанием простых усилителей низкой частоты.

Попробую улучшить параметры приёмника прямого усиления.

Расскажу о достоинствах и недостатках данного приёмника.
Приведу окончательную схему средневолнового приёмника прямого усиления.
Пройти на вторую часть можно здесь "Самодельный радиоконструктор. Часть 2."