Как сделать детектор для приемника

Делаем детекторный приемник более совершенным

Детекторный радиоприемник. Многие десятилетия он является одной из первых самостоятельных конструкций, выполняемой начинающими радиолюбителями. С него начинается знакомство с интересным миром радиоприемных устройств.

Он позволяет юным энтузиастам радиотехники проводить разнообразные и увлекательные эксперименты по приему сигналов местных радиостанций. Казалось бы, что можно усовершенствовать в этом давно известном устройстве? Тем не менее, как утверждает автор предлагаемой статьи, резервы для улучшения работы детекторного приемника еще не исчерпаны.

В простейших приемниках (рис. 1,а) колебательный контур сильно нагружается детектором. Хотя при этом громкость и чувствительность остаются вполне прие лемыми.

Рис 1. Схемы простейших детекторных радиоприеников.

В то же время входное сопротивление детектора принято считать равным половине сопротивления нагрузки, в качестве которой используют высокоомные головные телефоны с полным сопротивлением на звуковых частотах всего 10.. 15 кОм (полное сопротивление телефонов больше указанного на их корпусе из за индуктивности телефонных капсюлей).

Нетрудно заметить, как значительно шунтируется контур, а его реальная добротность оказывается менее 10 (отношение сопротивления нагрузки к реактивному сопротивлению элементов контура) Ослабляя связь контура с детектором, можно повысить добротность, а следовательно и селективность.

Раз уж мы регулируем связь, целесообразно оптимизировать и контур. В 1 было показано, что максимальный КПД антенной цепи достигается при полном включении антенны в контур и отсутствии контурного конденсатора.

Настройку ведут изменением индуктивности катушки, а контурной емкостью в этом случае служит емкость антенны. Если же антенна велика и ее емкость значительна, конденсатор настройки нужно включить последовательно с антенной (рис 1,6).

Такой приемник работает лучше предыдущего и обладает большей селективностью, но. регулировать связь детектора с контуром не очень удобно, поскольку для этого потребуется изготовить катушку со множеством отводов. Да и регулировка все равно происходит скачками

Но конденсатор связи разрывает цепь детекторного диода по постоянному току. Чтобы устранить этот недостаток, можно поставить второй диод (рис. 2).

На первый взгляд, получим детектор с удвоением напряжения.

Рис. 2. детекторный приемнки с двумя диодами.

Чем меньше емкость конденсатора С2, тем меньше заряд и соответственно энергия, отбираемая из контура. Цепь связи вносит в контур и небольшое реактивное (емкостное) сопротивление, которое автоматически компенсируется при настройке контура в резонанс с принимаемыми колебаниями сигнала

В качестве L1 в экспериментальной конструкции этого приемника была использована длинноволновая катушка магнитной антенны, содержащая 240 витков провода ПЭЛ 0,2, намотанных в один слой виток к витку на каркасе диаметром 12 мм. При настройке в каркас катушки вдвигался стержень диаметром 10 мм из феррита 400НН от той же антенны.

Диапазон перестройки получился от 200 кГц (при замкнутом конденсаторе С1 и полностью вдвинутом стержне) до 1400 кГц (при удалении стержня и уменьшении емкости конденсатора С1).

В домашних условиях с небольшой антенной (около 7 м) и заземлением на трубы отопления приемник показал отличные результаты, принимая все без исключения московские ДВ и СВ радиостанции. Регулируя связь подстроечным конденсатором С2, удавалось получить достаточную селективность при нормальной громкости звучания.

Кстати, о полезности токового питания детектора сообщалось еще в [4 В нашем же приемнике кремниевые диоды (с порогом 0,5 В) работают почти так же хорошо, как германиевые (с порогом 0,15 В).

Высокая чувствительность описанного детектора к слабым сигналам навела на мысль испытать простейший бесконтурный вариант приемника (рис. 3).

Рис. 3. Простейший бесконтурный вариант детекторного приемника.

Противовесом (вместо заземления) был шнур телефонов, имеющий некоторую емкость С на слушателя и далее на землю. Даже в таком примитивном варианте удалось прослушать работу ряда наиболее мощных радиостанций.

Рис. 4. Правильная схема детекторного приемника.

Похожий приемник уже был описан в [6], но, к сожалению, его автор неверно трактовал принцип работы приемника. Правильная схема приемника приведена в настоящей статье на рис. 4.

Она отличается от авторской лишь наличием паразитной емкости Спар между телефонами и землей, которая играет роль конденсатора связи и согласует контур с детектором.

По счастливому стечению обстоятельств емкость Спар оказалась близка к оптимальной. Но ее-то автор и не учел! Что же касается экспериментальных результатов, то они, как это и следует из публикации в [6], оказались прекрасными.

В заключение хотелось бы вернуться к схеме на рис. 2 и привлечь к ней внимание радиолюбителей. Этот детекторный приемник показал отличные результаты. Эксперименты с ним ничуть не менее интересны и увлекательны, чем с более сложными электронными устройствами.

В. Поляков, г. Москва. Р2001, 1.

Источник

Детекторные приемники для УКВ (FM) диапазона

Понятие детекторный приемник прочно ассоциируется с громадными антеннами и радиовещанием на длинных и средних волнах. В публикуемой статье автор приводит экспериментально проверенные схемы детекторных УКВ приемников, предназначенных для прослушивания передач УКВ ЧМ станций.

Прямой видимости антенн радиоцентра не было. Как же передача с ЧМ могла приниматься на амплитудный детектор? Последующие расчеты и эксперименты показывают что это вполне возможно и совершенно не зависит от самого приемника.

Простейший портативный детекторный УКВ приемник делается точно так же, как индикатор поля, только вместо измерительного прибора надо включить высокоомные головные телефоны Имеет смысл предусмотреть и регулировку связи детектора с контуром, чтобы подбирать ее по максимальной громкости и качеству приема

Простейший детекторный УКВ приемник

Схема приемника, отвечающего этим требованиям, показана на рис. 1 Она очень близка к той, по которой был выполнен приемник, упоминавшийся выше и позволивший обнаружить саму возможность детекторного приема. Добавлен лишь контур УКВ диапазона.

Рис. 1. Принципиальная схема простейшего детекторного УКВ приемника.

Устройство содержит штыревую телескопическую антенну WA1, непосредственно связанную с контуром L1 С1, настраиваемым на частоту сигнала. Антенна здесь также является элементом контура, поэтому для выделения максимальной мощности сигнала надо регулировать как ее длину, так и частоту настройки контура. В ряде случаев, особенно при длине антенны, близкой к четверти длины волны, ее целесообразно подключить к отводу контурной катушки, а положение отвода подобрать по максимальной громкости.

Связь с детектором регулируется подстроечным конденсатором С2. Собственно детектор выполнен на двух высокочастотных германиевых диодах VD1 и VD2. Схема полностью тождественна схеме выпрямителя с удвоением напряжения, однако продетектированное напряжение удваивалось бы лишь при достаточно большой емкости конденсатора связи С2, но нагрузка на контур была бы чрезмерной, а его добротность низкой. В результате понизились бы напряжение сигнала в контуре и громкость звука

В нашем же случае емкость конденсатора связи С2 невелика и удвоения напряжения не происходит. Для оптимального согласования детектора с контуром емкостное сопротивление конденсатора связи должно равняться среднему геометрическому между входным сопротивлением детектора и резонансным сопротивлением контура. При этом условии в детектор отдается максимальная мощность высокочастотного сигнала, соответствующая и максимальной громкости.

Катушка L1 бескаркасная, она содержит 5 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,6-1 мм, намотанных на оправке диаметром 7. 8 мм. Подобрать необходимую индуктивность можно, растягивая или сжимая витки при настройке.

Конденсатор переменной емкости (КПЕ) С1 лучше всего использовать с воздушным диэлектриком, например, типа 1КПВМ с двумя-тремя подвижными и одной-двумя неподвижными пластинами. Его максимальная емкость невелика и может составлять 7-15 пФ. Если пластин больше (соответственно и емкость больше), целесообразно либо удалить часть пластин, либо включить последовательно с КПЕ постоянный или подстроечный конденсатор, уменьшив, таким образом, максимальную емкость. В качестве С1 подойдут также малогабаритные конденсаторы “плавной настройки’’ от транзисторных приемников с КВ диапазоном.

Диоды VD1 и VD2, кроме указанных на схеме, могут быть типов ГД507Б, Д18, Д20 Блокировочный конденсатор С3 керамический, емкость его некритична и может иметь значение колебаться от 100 до 4700 пФ.

Налаживание приемника несложно и сводится к настройке контура конденсатором С1 на частоту станции и регулировке связи конденсатором С2 до получения максимальной громкости. Настройка контура при этом неизбежно изменится, поэтому все операции надо провести последовательно несколько раз, одновременно выбирая и наилучшее место для приема.

Оно, кстати, совсем необязательно должно совпадать (и скорее всего, не будет) с тем местом, где максимальна напряженность поля. Об этом следует поговорить подробнее и объяснить, наконец, почему вообще этот приемник может принимать сигналы с ЧМ.

Интерференция и преобразование ЧМ в АМ

Если контур L1С1 нашего приемника настроить так, чтобы несущая ЧМ сигнала попала на скат резонансной кривой, то ЧМ будет преобразовываться в АМ Посмотрим, какова для этого должна быть добротность контура. Полагая полосу пропускания контура равной удвоенной девиации частоты, получаем Q = fo/2*f = 700 как для верхнего, так и для нижнего УКВ диапазонов.

Реальная добротность контура в детекторном приемнике будет, вероятно, меньше из-за невысокой собственной добротности (порядка 150. 200) и шунтирования контура и антенной, и входным сопротивлением детектора. Тем не менее слабое преобразование ЧМ в АМ возможно, и, таким образом, приемник будет еле-еле работать, если его контур слегка расстроить вверх или вниз по частоте.

Даже в зоне прямой видимости кроме прямого луча к антенне приходит несколько отраженных. Суммарный сигнал зависит как от амплитуд, так и от фаз складывающихся компонент.

Два сигнала складываются, если они в фазе, т. е. разность их путей кратна целому числу длин волн, и вычитаются, если они в противофазе, когда разность их путей составляет то же число длин волн плюс еще пол волны. Но ведь длина волны, как и частота, изменяется при ЧМ! Будет изменяться и разность хода лучей, и их относительный сдвиг фаз. Если разность хода велика, то даже небольшое изменение частоты приводит к значительным сдвигам фаз. Элементарный геометрический расчет приводит к соотношению:

Теперь легко сосчитать, что для получения полной АМ двухлучевого ЧM сигнала достаточна разность хода лучей около километра. Если разность хода меньше, то пропорционально уменьшится и глубина АМ. Ну, а если больше?

Тогда за один период модулирующего звукового колебания суммарная амплитуда интерферирующего сигнала несколько раз пройдет через максимумы и минимумы, и искажения при преобразовании ЧM в АМ окажутся чрезвычайно сильными, вплоть до полной неразборчивости звукового сигнала при приеме на АМ детектор.

Всегда лучше использовать направленную антенну, поскольку она увеличивает прямой сигнал и ослабляет отраженные, приходящие с других направлений.

Лишь в нашем случае самого простого детекторного приемника интерференция сыграла полезную роль и позволила прослушать передачу, но передача может быть слышна слабо или с большими искажениями не везде, а лишь в отдельных местах. Этим и объясняются периодические изменения громкости приема в Терлецком парке.

Детекторный с частотным детектором

Радикальный способ улучшения приема состоит в использовании частотного детектора вместо амплитудного. На рис. 2 показана схема портативного детекторного УКВ приемника с простым частотным детектором, выполненным на одном высокочастотном германиевом транзисторе УТ1.

Применение германиевого транзистора обусловлено тем, что его переходы открываются при пороговом напряжении около 0,15 В, что позволяет детектировать довольно слабые сигналы. Переходы кремниевых транзисторов открываются при напряжении около 0,5 В, и чувствительность приемника с кремниевым транзистором получается значительно ниже.

Рис. 2. Детекторный УКВ приемник с частотным детектором.

Колебания в нем, благодаря индуктивной связи, сдвинуты по фазе на 90° относительно колебаний во входном контуре. С отвода катушки L2 сигнал подается на эмиттер транзистора. В коллекторную цепь транзистора включены блокировочный конденсатор С3 и высокоомные телефоны BF1.

Транзистор открывается, когда на его базе и эмиттере действуют положительные полуволны сигнала, причем мгновенное напряжение на эмиттере больше. При этом в его коллекторной цепи через телефоны проходит продетектированный и сглаженный ток. Но положительные полуволны перекрываются лишь частично при сдвиге фаз колебаний в контурах на 90°, поэтому продетектированный ток не достигает максимального значения, определяемого уровнем сигнала.

При ЧМ, в зависимости от отклонения частоты, сдвиг фазы также изменяется, в соответствии с фазочастотной характеристикой (Ф4Х) контура L2С2. При отклонении частоты в одну сторону сдвиг фазы уменьшается и полуволны сигналов на базе и эмиттере перекрываются больше, в результате чего продетектированный ток возрастает.

При отклонении частоты в другую сторону перекрытие полуволн уменьшается и ток падает. Так происходит частотное детектирование сигнала.

Так же, как и предыдущий, приемник собран в небольшом корпусе, из которого кверху выдвигается телескопическая антенна, а снизу расположены гнезда телефонов. На переднюю панель выведены ручки обоих КПЕ. Эти конденсаторы не следует объединять в один блок, поскольку, настраивая их раздельно, удается получить и большую громкость, и лучшее качество приема.

Индуктивность катушек подбирается сжиманием и растягиванием витков так, чтобы хорошо слышимые УКВ станции оказались в середине диапазона перестройки соответствующего КПЕ. Расстояние между катушками в пределах 15. 20 мм (оси катушек параллельны) подбирают подгибанием их выводов, припаянных к КПЕ.

С описанным приемником можно провести массу занимательных экспериментов, исследуя возможность детекторного приема на УКВ, особенности прохождения волн в условиях городской застройки и т. д. Не исключены и эксперименты по дальнейшему усовершенствованию приемника.

Однако качество звука при приеме на высокоомные головные телефоны с жестяными мембранами оставляет желать лучшего. В связи со сказанным, был разработан более совершенный приемник, обеспечивающий лучшее качество звука и позволяющий использовать различные наружные антенны, соединенные с приемником фидерной линией.

Приемник с питанием от энергии поля

Экспериментируя с простым детекторным приемником, неоднократно пришлось убеждаться, что мощность продетектированного сигнала достаточно велика (десятки и сотни микроватт) и могла бы обеспечить довольно громкую работу телефонов.

Вообще говоря, несимметричное подключение фидера ко входному контуру уменьшает помехоустойчивость антенно-фидерной системы, но, учитывая низкую чувствительность приемника, здесь это не имеет особого значения.

Есть общеизвестные способы симметричного подключения фидера с использованием катушки связи или симметрирующего трансформатора. В условиях автора петлевой диполь был выполнен из обычного монтажного провода в изоляции и размещен на балконе, в месте с максимальной напряженностью поля. Длина фидера не превышала 5 м. При столь незначительных длинах потери в фидере пренебрежимо малы, поэтому с успехом можно применить телефонный провод.

Входной контур L1С1 настроен на частоту сигнала, и выделяющееся на нем высокочастотное напряжение выпрямляется амплитудным детектором, выполненным на высокочастотном диоде VD1. Поскольку при ЧМ амплитуда колебаний неизменна, требований к сглаживанию выпрямленного постоянного напряжения практически никаких нет.

Тем не менее чтобы снять возможную паразитную АМ сигнала при многолучевом распространении (см. выше рассказ об интерференции), емкость сглаживающего конденсатора С4 выбрана значительной. Выпрямленное напряжение служит для питания транзистора VT1, а для контроля потребляемого тока и одновременной индикации уровня сигнала служит стрелочный индикатор РА1.

Рис. 3. Схема УКВ приемника с питанием от энергии поля.

В коллекторную цепь транзистора включена первичная обмотка выходного трансформатора Т1, служащего для согласования высокого выходного сопротивления транзистора с низким сопротивлением телефонов. С приемником можно использовать высококачественные стереотелефоны ТДС-1 или ТДС-6. Оба телефона (левого и правого каналов) соединяют параллельно.

Конструкция приемника может быть самой разной, но необходима передняя панель с установленными на ней КПЕ С1 и С2 (их снабжают отдельными ручками настройки) и кнопкой SB1. Чтобы движения рук не влияли на настройку контуров, панель желательно сделать металлической или из фольгированного материала.

Она же может служить и общим проводом приемника. Роторы КПЕ должны иметь хороший электрический контакт с панелью. Разъемы антенны и телефонов Х1 и Х2 можно установить как на той же передней панели, так и на боковых или задней стенках корпуса приемника. Его размеры целиком зависят от имеющихся в распоряжении деталей Скажем несколько слов о них.

Катушки L1 и L2 бескаркасные, намотаны на оправках диаметром 8 мм и содержат 5 и 7 витков соответственно. Длина намотки 10. 15 мм (регулируют при настройке).

Провод ПЭЛ 0,6. 0,8 мм, но лучше использовать посеребренный, особенно для катушки L2. Отводы сделаны от 1 витка к электродам транзистора и от 1,5 витков к антенне.

В качестве VT1 подойдет любой германиевый транзистор с граничной частотой не ниже 400 МГц. При использовании р-п-р транзистора, например, ГТ313А полярность включения стрелочного индикатора и диода следует изменить на обратную. Диод может быть любым германиевым, высокочастотным.

Для приемника годится любой индикатор с током полного отклонения 50-150 мкА, например, стрелочный индикатор уровня записи от магнитофона.

Налаживание приемника сводится к настройке контуров на частоты хорошо слышимых радиостанций, подбору положения отводов катушек по максимальной громкости и качеству приема, а также связи между катушками. Полезно подобрать и резистор R1, тоже по максимальной громкости.

С описанной антенной на балконе приемник обеспечивал высококачественный прием двух станций с наиболее мощным сигналом при расстоянии до радиоцентра не менее 4 км и при отсутствии прямой видимости (загораживали дома). Коллекторный ток транзистора составлял 30. 50 мкА.

Разумеется, возможные конструкции детекторных УКВ приемников не ограничиваются описанными. Напротив, их следует рассматривать лишь как первые опыты в этом интересном направлении. Если применить эффективную антенну, вынесенную на крышу и направленную на интересующую радиостанцию, можно получить достаточную мощность сигнала даже на значительном удалении от радиостанции.

Это открывает весьма заманчивые перспективы высококачественного приема на головные телефоны, а в некоторых случаях, возможно, удастся получить и громкоговорящий прием. Усовершенствование самих приемников возможно при использовании более эффективных схем детектирования и высокодобротных объемных, в частности, спиральных резонаторов в качестве колебательных контуров.

Источник