Как Сделать Простой Радиоприемник Своими Руками Создание заземления

В статье будет полностью изучен детекторный приемник, его основные компоненты и возможности модернизации этого простейшего устройства. Для нормального функционирования этого приемника требуется тщательный подбор элементов по параметрам. Но он очень требователен к конструкции антенны и заземления, так как у приемника нет источника питания. Работает он исключительно за счет электромагнитного поля, создаваемого радиопередатчиком. Это является как преимуществом, так и недостатком радиоприемника, собранного по такой схеме. Работать он может практически вечно, пока будут вещать радиостанции. Но чувствительность у него крайне низкая, способен принимать только очень мощные сигналы.

Конструкция антенны

Особое требование предъявляется к конструкции антенны. Именно она выполняет в детекторном радиоприемнике функцию источника питания. Отсюда можно сделать и вывод о том, что использовать детекторный приемник как источник питания довольно просто. Но имеется ряд недостатков, от которых не получится избавиться. В частности, напряжение на выходе очень низкое, даже если радиоприемник настроен на частоту передатчика сигнала. Другими словами, не соберешь с антенны большой потенциал. Но она должна обеспечивать стабильную работу устройства. Для этой цели применяется несколько типов антенн, но самым популярным и простым является «длинный луч».

На высоте не меньше трех метров нужно подвесить отрезок провода. Его длина должна быть не менее десяти метров. Причем желательно использовать медный провод в изоляции из лака (примечание: такой точно впоследствии необходимо применить в катушке индуктивности). Толщина проволоки свыше одного миллиметра. Как вы понимаете, подвешиваться она будет в двух местах, причем края обязательно должны быть заизолированы. В противном случае вся энергия будет уходить в землю. Проводить изоляцию лучше всего при помощи керамических элементов. Провод снижения делается от одного из краев антенны, надежно припаивается к полотну на расстоянии 30-50 см от конца.

Ограничитель и счетный детектор

Последний каскад УПЧ — ограничитель, от первых двух его отличает пониженное напряжение питания и малое напряжение смещения на управляющей сетке 1 В. Из-за такого режима и достаточно сильного сигнала, приходящего на вход (до нескольких вольт), каскад работает практически в ключевом режиме с сеточным током. Наличие последнего нам удобно как источник отрицательного напряжения, пропорционального величине сигнала, которое используется для индикатора настройки и АРУ.

То есть при наличии сеточного тока происходит отсечка положительных полуволн сигнала и с сетки можно снять отрицательное напряжение. А ключевой режим дает практически меандр на выходе с амплитудой примерно 70 В. Ограничитель, помимо прочего, позволяет подавить паразитную амплитудную модуляцию, что положительно сказывается на качестве звучания.

Затем следует формирователь импульсов. Он состоит из конденсатора и двух диодов. Через один диод конденсатор заряжается, а через второй идет разряд на резистор. Так как емкость конденсатора мала, то за время одного импульса конденсатор успевает полностью зарядиться (восходящий фронт), а затем полностью разрядиться (нисходящий фронт). За счет этого и достигается формирование импульсов примерно одинаковой длительности. Форма этих импульсов, конечно, далека от меандра и больше похожа на пилу, которую я завсегда смогу отличить от сойки, когда ветер южный, а погода — ясная.

Если усложнить схему, можно получить импульсы более приглядной формы, но профит от этого небольшой. Далее эти импульсы поступают на RS ФНЧ, похожий на тот, что был на выходе смесителя, только у этого фильтра частота среза ниже. И на его выходе мы имеем желанный аудиосигнал, а остаточные пульсации с частотой ПЧ отфильтруются полосой пропускания первого каскада УЗЧ. Во всяком случае, на осциллограммах сигнала на сетке оконечного каскада УЗЧ их не видно.

УЗЧ

Особо расписывать УЗЧ не вижу смысла, так как он выполнен по типичной схеме, которых в интернете великое множество. Схема совершенно обычная: предусилитель на триодной части 6Ф5П и оконечный каскад на пентодной части ее же. Почему именно 6Ф5П? Потому что у меня был трансформатор ТВЗ-1-9, который рассчитан на работу с лампами 6П14П и 6Ф5П. В сущности, усилитель может быть любой, детектор на выходе дает сигнал до нескольких вольт, а этого вполне достаточно, чтобы раскачать УЗЧ. Ориентировочная мощность моего усилителя составляет 3 Вт, этого хватает для наглядной демонстрации работы приемника.

Заземление для детекторного радиоприемника

В данном разделе тоже можно много говорить, так как если антенна – это «плюсовой» провод питания, то заземление – «минусовой». И без него работать детекторный приемник, своими руками собранный, попросту не будет. Конечно, за неимением качественного заземления, можно использовать водопроводные трубы (если у вас они не пластиковые), отопительные, даже нулевой вывод в розетке. Но с последним будьте аккуратны, лучше семь раз проверьте, где находится фаза, иначе поражения током не избежать. Но позволит способ включения в «ноль» розетки сделать детекторный приемник с высокой чувствительностью и избирательностью, так как качество заземления очень хорошее.

Вполне рабочая конструкция заземления для такого приемника – это отрезок трубы длиной около метра, забитый в землю. С таким же успехом можно использовать арматуру (с ней даже проще будет работать). Неплохие результаты показывает железная плита, закопанная на глубину в пару штыков лопаты. При этом чем больше площадь металлической поверхности плиты, тем лучше. Другими словами, можно использовать любой металлический предмет, который надежно закрепить в земле. Обратите внимание на то, что в жаркую погоду нужно поливать водой место, в котором находится штырь заземления. Это улучшит контакт металла с землей. Напрашивается еще одна конструкция – обсадные металлические трубы в скважинах могут применяться в качестве заземления.

Как сделать колебательный контур

Теперь о том, как детекторный приемник своими руками изготовить за короткое время. Когда у вас есть антенна и заземление, можно начинать изготовление устройства. В первую очередь нужно сделать колебательный контур. Это катушка индуктивности и конденсатор, включенные параллельно. С помощью этих элементов настраивается приемник в резонанс с антенной. Обратите внимание на то, что конденсатор должен быть переменным. Можно использовать как с воздушным диэлектриком, так и с бумажным.

Катушка наматывается тем же проводом, какой использовался в антенне. Нужно сделать не менее ста витков на оправке с диаметром 3-5 см. Чтобы впоследствии был больший диапазон принимаемых частот, от каждого 25-го витка делаете отводы. Простым изменением числа витков вы добиваетесь смещения частоты в нужную сторону. Следует намотку проводить виток к витку, при этом натяжение провода должно быть достаточным, чтобы нормально работал впоследствии детекторный приемник. Катушка должна быть намотана проволокой, которая прочно закрепляется на оправке. Ее концы надежно фиксируются, при необходимости можно покрыть слоем лака или эпоксидной смолой. Вот и все, теперь к изготовлению и модернизации радиоприемника нужно перейти.

Принцип работы радиоприёмников

В самом общем виде радиоприёмники СССР работали по следующей схеме:

1. Из-за колебаний электромагнитного поля в антенне появляется переменный ток.
2. Колебания фильтруются (селективность) для отделения информации от помех, т. е. из сигнала выделяется его важная составляющая.
3. Полученный сигнал преобразуется в звук (в случае радиоприёмников).

По схожему принципу появляется изображение на телевизоре, передаются цифровые данные, работает радиоуправляемая техника (детские вертолёты, машинки).

Первый приёмник был больше похож на стеклянную трубку с двумя электродами и опилками внутри. Работа осуществлялась по принципу действия зарядов на металлический порошок. Приёмник обладал огромным по современным меркам сопротивлением (до 1000 Ом) из-за того, что опилки плохо контактировали между собой, и часть заряда проскакивала в воздушное пространство, где рассеивалась. Со временем эти опилки были заменены колебательным контуром и транзисторами для сохранения и передачи энергии.

В зависимости от индивидуальной схемы приёмника сигнал в нём может проходить дополнительную фильтрацию по амплитуде и частоте, усиление, оцифровку для дальнейшей программной обработки и т. д. Простая схема радиоприёмника предусматривает единичную обработку сигнала.

Сборка устройства

Вот все элементы, из которых состоит схема детекторного приемника:

1. Катушка индуктивности.
2. Переменный конденсатор (емкостью 4-495 пФ).
3. Постоянный конденсатор (емкость свыше 3000 пФ). Желательно использовать те, которые изготовлены из фольги и бумаги. Керамические работать не будут.
4. Полупроводниковый диод типа Д9. Конечно, сегодня такой вряд ли получится достать, поэтому можно заменить на любой другой. Главное, чтобы он был высокочастотным и на основе кристалла кремния. Например, КД502 с любым буквенным окончанием.
5. Для начала высокоомные наушники. Советской промышленностью выпускались ТОН-2, сопротивление обмотки у них 1600 Ом, они идеально подходят для применения в детекторном радиоприемнике. Впоследствии будет изготовлен небольшой усилитель НЧ, поэтому слушать приемник можно через динамик.
6. И средства коммутации – зажим типа «крокодил», гнезда и штекеры для них.

Пожалуй, на этом сбор всех элементов окончен, поэтому можно смело сделать радиоприемник по схеме. Она проста и может изготавливаться без пайки.

Что делать, если нет нужного диода?

Полупроводниковый диод выполняет функции детектора, поэтому его заменить проблематично. Но есть конструкции, которые способны взять на себя роль детектора. И речь идет не про радиолампы или микросхемы. Сделать можно детекторный приемник из лезвия и карандаша, они ставятся вместо диода. Все остальные элементы остаются на своих местах. Вам еще потребуется булавка, ее нужно вставить в заднюю часть карандаша. При этом два элемента должны быть жестко связаны. Карандаш устанавливается к лезвию под углом в 30-45 градусов.

Недостаток такого «детектора» – нужно часто затачивать конец карандаша. А с тупым он работать не будет. Но эта конструкция лишь для общего развития, да на случай апокалипсиса, намного проще окажется использовать диод. За неимением подходящего с легкостью можно установить транзистор. Использовать в нем нужно лишь один p-n-переход. Если вы читаете эту статью, то, скорее всего, знаете, что существуют транзисторы p-n-p и n-p-n типа. Отсюда и нужно отталкиваться, на базу подаете сигнал с колебательного контура, с коллектора снимаете продетектированный. Замена полупроводникового диода найдена, теперь можно начать усовершенствование конструкции радиоприемника.

Историческая справка

7 мая 1895 года считается днём рождения радиоприёмника. В этот день российский учёный А. С. Попов продемонстрировал свой аппарат на заседании Русского физико-химического общества.

В 1899 году была построена первая линия радиосвязи длиной 45 км между островом Гогланд и городом Котка. Во время Первой мировой войны получили распространение приёмник прямого усиления и электронные лампы. Во время военных действий наличие радио оказалось стратегически необходимым.

В 1918 году одновременно во Франции, Германии и США учёными Л. Левви, Л. Шоттки и Э. Армстронгом был разработан метод супергетеродинного приёма, но из-за слабых электронных ламп широкое распространение этот принцип получил только в 1930-х годах.

Транзисторные устройства появились и развивались в 50-х и 60-х годах. Первый широко используемый радиоприёмник на четырёх транзисторах Regency TR-1 был создан немецким физиком Гербертом Матаре при поддержке промышленника Якоба Михаэля. Он поступил в продажу в США в 1954 году. Все старые радиоприёмники работали на транзисторах.

В 70-х начинается изучение и внедрение интегральных микросхем. Сейчас приёмники развиваются с помощью большой интеграции узлов и цифровой обработки сигналов.

Усовершенствованная схема детекторного радиоприемника

Небольшое усовершенствование – это внедрение в схему простого усилителя низкочастотного сигнала. Для нормального прослушивания радиостанций через головные телефоны энергии, создаваемой антенной, недостаточно, поэтому нужно применить схему простейшего усилительного каскада на одном транзисторе с общим эмиттером. Для ее реализации вам нужно обзавестись транзистором типа КТ315, а также несколькими резисторами и конденсаторами. Конечно, немного усложнится схема детекторного приемника. С помощью какого элемента производится усиление в данном случае? Речь идет о транзисторе, вкратце схема его подключения описана ниже.

На базу необходимо подавать низкочастотный сигнал (с выхода радиоприемника). Между коллектором и плюсовым проводом питания включается резистор. Его сопротивление следует подобрать экспериментально, но отталкиваться стоит от значения около 10 кОм. Но базу транзистора нужно запитать от минуса и плюса. Поэтому от плюса подается питание через резистор около 200 кОм сопротивлением (также подбирается экспериментально). Между базой и эмиттером включается резистор около 5 кОм. Наушники подключаются к минусовому проводу питания и к коллектору транзистора.

Настройка

Приемник достаточно неприхотлив и при правильной сборке начинает работать сразу. Тем не менее есть ряд общих рекомендаций по его настройке.

1. После включения проверяют наличие накала ламп. Если накала нет, то следует проверить исправность лампы или искать обрыв/замыкание в цепи накала. Нити подогревателей прогретой лампы должны светиться оранжевым.
2. Следует проверить наличие анодных напряжений. Некоторые напряжения указаны на схеме.
3. Проверь режим работы ламп, установив требуемые напряжения в катодной цепи. Если отклонения существенны (больше 50%), следует подобрать соответствующие резисторы.
4. Проверь работу УНЧ: при прикосновении к движку резистора пальцем должен слышаться характерный шум в динамике. Проверить работу УПЧ без осциллографа сложнее, но, если напряжения установлены верно и ошибок при сборке нет, он будет работать.
5. Проверь работу смесителя. Когда вращаешь ручку управления режимом работы смесителя в месте начала генерации, должен появляться шум в динамиках.
6. Проверь работу УВЧ: при касании антенного входа отверткой в динамиках раздаются характерные щелчки.

Прикасаться к элементам схемы, находящейся под напряжением, категорически не рекомендуется, это может привести к поражению электрическим током! Это опасно для жизни и здоровья.

Если все работает, то ручкой регулировки режима смесителя получаем появление шума в динамиках, после чего переменным конденсатором настраиваемся на радиостанцию. Затем более точной подстройкой режима смесителя и частоты добиваемся наилучшего качества приема. В этом помогает индикатор настройки. Все! Можно наслаждаться теплым ламповым звуком. Качество звучания этого приемника оказалось достаточно хорошим, во всяком случае, с качеством звучания сверхрегенератора оно не сравнится.

Ну и напоследок самое интересное, то, ради чего все и затевалось, — осциллограммы сигнала в разных точках схемы. Осциллограмм работ смесителя у меня нет по причине того, что щупы осциллографа сильно влияют на режим его работы, поэтому начнем с УПЧ.

РЕКОМЕНДУЕМ: Прием и декодирование сигналов из космоса

Рассмотрим сигнал на входе и выходе первого каскада УПЧ. На осциллограмме входного (снизу) сигнала видно, что из смесителя, кроме сигнала ПЧ, проходит высокочастотный шум, и его амплитуда даже больше амплитуды нужного сигнала. Но это не страшно, так как он отфильтруется полосой пропускания каскада. И действительно, в осциллограмме выходного сигнала виден только сигнал ПЧ с амплитудой около 200 МВ. Обрати внимание, что у осциллограмм разный масштаб. Из этих осциллограмм можно увидеть, что реальный коэффициент усиления каскада составляет около 30 против расчетных 80.

Уже в этом месте с помощью осциллографа можно увидеть настройку на станцию, что выглядит как повышение амплитуды сигнала и пульсирующее изменение его частоты (частотная модуляция).

Далее посмотрим на работу второго каскада УПЧ. Тут все просто и понятно, входной сигнал усиливается примерно в 30 раз, и на выходе мы получаем уже около 5 В.

После второго каскада сигнал попадает в ограничитель, в котором он дополнительно усиливается и амплитуда ограничивается на уровне 70 В. Здесь хорошо видно подавление паразитной амплитудной модуляции и почти меандр на выходе.

Также тут можно посмотреть на частотную модуляцию.

Теперь взглянем на осциллограммы работы счетного детектора. Видно, что на каждом восходящем фронте сигнала из ограничителя регенерируется импульс примерно одинаковой длительности и амплитуды.

Также здесь отчетливо видна частотная модуляция. Например, изменение частоты входного сигнала меняет частоту следования импульсов на выходе детектора.

Затем импульсы идут на интегрирующую RC-цепочку, что приводит к формированию низкочастотного сигнала на выходе. На осциллограмме отчетливо видно влияние частотной модуляции на выходной сигнал.

Суммарно работа детектора выглядит так, как показано на рисунках ниже. Здесь видно, что аудиосигнал несколько запаздывает относительно модулированной ПЧ, это связано с интегрирующей RC-цепочкой.

C детектора сигнал идет на первый каскад УЗЧ, где он усиливается, а кроме того, отфильтровываются остаточные шумы из детектора.

На этом можно и остановиться.

Конструкция катушки на ферромагнетике

Вместо громоздкой катушки индуктивности, описанной выше, можно использовать более мелкую. Правда, ее нужно намотать на ферритовом стержне. Найти такой можно в любом старом радиоприемнике, хоть отечественного, хоть импортного производства. По этой причине нужно упомянуть и о том, как сделать детекторный приемник с магнитной антенной (с катушкой на ферритовом стержне). Провод можно использовать намного тоньше, отводы от витков делать не придется, так как изменить индуктивность катушки можно путем перемещения витков на стержне. Диаметр провода 0,1-0,15 мм, количество витков – около ста. Если приемник изготавливается для прослушивания фиксированной частоты, то обмотку можно закрепить на стержне при помощи лака.

Характеристики приборов

Как старые радиоприёмники, так и современные обладают определёнными характеристиками:

1. Чувствительность — способность принимать слабые сигналы.
2. Динамический диапазон — измеряется в Герцах.
3. Помехоустойчивость.
4. Селективность (избирательность) — способность подавлять посторонние сигналы.
5. Уровень собственных шумов.
6. Стабильность.

Эти характеристики не меняются в новых поколениях приёмников и определяют их работоспособность и удобство эксплуатации.

Сборка дополнительного усилителя НЧ

Выше была рассмотрена схема простейшего усилителя низкой частоты для радиоприемника, но с ее помощью можно прослушивать станции только на наушники. Но если нужен громкоговорящий детекторный приемник, придется применять современные элементы. Конечно, можно без проблем установить разъем 3,5 мм на выходе радиоприемника, к нему подключать штекер колонок для компьютера. Это, пожалуй, самый хороший выход из ситуации. Но если нет колонок, то проще сделать небольшой усилитель на микросхеме. Усилительные сборки TDA2003, 2005, прекрасно подойдут. Выбирать только стоит из тех, у которых питание однополярное.

Они прекрасно работают с четырех- и восьмиомной нагрузкой, позволяют обеспечить широкий диапазон воспроизводимых частот, а самое главное – достаточная громкость будет у приемника. Конечно, они воспринимают на своем входе даже самые слабые сигналы. Но есть один недостаток – они греются, поэтому нужно использовать дополнительный радиатор для охлаждения. Стоит отметить, что намного легче сделать простейший детекторный приемник с усилителем НЧ на микросхеме, так как такие конструкции намного эффективнее оказываются, нежели УНЧ на лампах или транзисторах. Первые нуждаются в питании анодов (а это минимум 150 Вольт), а вторые просто сложны в изготовлении. И качество не всегда достойное.

Частотно-импульсный детектор

Теперь остановимся подробнее на детекторе. Из его названия следует, что частотная модуляция подразумевает изменение частоты несущего сигнала под действием модулирующего сигнала. Продемонстрировать это можно следующим графиком.

Суть частотной модуляции

Для обратной процедуры, то есть выделения аудиосигнала, и используется ЧМ-детектор. Существует много видов частотных детекторов, но особняком среди них стоит так называемый счетный детектор.

Принцип работы счетного детектора достаточно прост для понимания. Частотно-модулированный сигнал пропускают через ограничитель, получая на выходе меандр переменной частоты. После этого по восходящему или нисходящему сигналу генерируют импульс постоянной ширины. Таким образом, из сигнала переменной частоты мы получили импульсы с изменяющимся периодом следования, а так как ширина импульсов постоянна, то коэффициент заполнения тоже меняется. То есть мы получили ШИМ-сигнал. Полученный ШИМ-сигнал интегрируют, что дает на выходе аудиосигнал.

В общем, частотно-импульсный детектор работает точно так же, как ЦАП, на ШИМ-генераторе. Однако у такого детектора есть некоторые ограничения, и это прежде всего частота входного сигнала, которая должна быть ниже 1 МГц (при условии, что отклонение частоты составляет 50 кГц, характерное для широкополосной FM-модуляции), так как на больших частотах начинает падать эффективность детектора. Впрочем, в нашем случае это, наоборот, преимущество.

Есть замечательное видео, где разбирается работа счетного детектора с осциллограммами.

Интересно отметить, что в отечественной радиолюбительской литературе данный детектор упоминается редко, а ламповых конструкций в рунете и вовсе не сыскать, тогда как в Европе и Австралии эти схемы достаточно популярны. Например, одним из самых известных приемников с частотно-импульсным детектором был Sinclair Micro FM. Да, это тот самый Синклер, который разработал ZX Spectrum.

Повышение чувствительности приемника

Но вот как улучшить качество самого сигнала, который принимает радиоприемник? А если быть точнее, то как увеличить количество радиостанций, которые вы можете прослушивать? Немного времени и вы сделаете детекторный приемник с высокой чувствительностью и избирательностью. Для этого нужно установить дополнительный усилитель высокой частоты. С его помощью проводится увеличение амплитуды сигнала без потери его формы. Изготовить его можно по аналогии с УНЧ на одном транзисторе. Причем в таких конструкциях эффективнее оказываются полевые транзисторы. В общем, если использовать биполярные, схема очень похожа на усилитель низкой частоты.

Супергетеродин

Супергетеродинный приемник, в отличие от приемника прямого усиления, предполагает преобразование принимаемого сигнала в промежуточную частоту, на которой выполняется селекция. Такое решение позволяет сократить количество перестраиваемых элементов, что значительно облегчает задачу.

На схеме хорошо видно, что принимаемый сигнал усиливается и поступает в смеситель, туда же подается выход с гетеродина (вспомогательного генератора). В результате сигнал смесителя содержит биения, частота которых равна разности принимаемого сигнала и сигнала гетеродина. Из смесителя поток попадает в полосовой фильтр, который выделяет сигнал промежуточной частоты.

Именно в этом месте выполняется селекция. Далее промежуточная частота усиливается и поступает в детектор, выделяющий аудиосигнал. Последний преобразовывается УНЧ и подается на динамик или наушники. Схема в целом достаточно сложная, но зато она выигрывает с точки зрения стабильности работы.

Можно ли в этой схеме что-нибудь упростить? Да, можно! Если сделать промежуточную частоту достаточно низкой (~200 кГц), то полосовой фильтр можно заменить фильтром низких частот, что существенно упрощает конструкцию (собственно, так работает микросхема К174ХА34). А еще упростить схему можно? Конечно! Можно совместить смеситель с гетеродином, подобные приемники еще называют автодинами.

Подробнее прочитать про принцип работы супергетеродинного приемника можно в Википедии.

Установка блока питания

Когда надоест менять батарейки, вы поймете, что необходим источник питания от сети. Если есть в наличии солнечная батарея, то ее можно использовать для подзарядки аккумуляторов, но если же нет таковой, то придется взять готовый блок питания от какого-нибудь бытового прибора. Питание детекторного приемника можно осуществить, например, взяв блок от антенного усилителя телевизора, от DSL-модема. Только не стоит использовать зарядчики от телефонов, так как они импульсные. Если уж совсем все плохо, то питание 5 Вольт без труда можно взять с USB-разъема ноутбука или компьютера (два крайних вывода в штекере).