Ламповые радиоприемники — это не просто источник теплого лампового (в прямом смысле) звука, но и отличное развлечение для энтузиастов и техногиков, которое позволяет эффективно избавляться от избытков свободного времени. Поскольку с эпохи расцвета ламповых приемников прошло уже очень много лет, такие устройства можно осовременить и сделать более высокотехнологичными. В этой статье я подробно расскажу как.
info
Год назад я уже собирал ламповый FM-приемник со счетным детектором, и работает он вполне прилично. Прочитать об этой истории можно в статье «Ламповый сигнал. Собираем FM-радиоприемник на лампах».
Предыдущий приемник я слушал на протяжении всего коронавирусного карантина. Однако аппетит приходит во время еды, и однажды мне надоело крутить две ручки для настройки на станцию и ориентироваться на пометки, пытаясь поймать нужную частоту. Захотелось удобства: на дворе XXI век. Где индикация частоты, где электронная перестройка, где вот это всё? И тут мне как раз попались под руку индикаторы Z5900!
Приемник в сборе
Постановка задачи
О стабилизации частоты и индикации я уже написал, это понятно. Но есть еще один важный момент: у приемников с низкой ПЧ имеется трудноизлечимая проблема — зеркальный канал. А проявляет себя эта проблема, когда надо принять слабую станцию, рядом с которой находятся две сильные. В результате мы слышим сигнал сильной станции, задевающий зеркальный канал.
Эффективно бороться с этим можно только повышением ПЧ, например до стандартного значения 10,7 МГц, а с такой ПЧ уже следует использовать дробный детектор. На том и порешим. В итоге вырисовывается приемник с цифровым гетеродином, индикацией и классическим (почти) ламповым трактом.
Устройство радиоприемника.
Пространство буквально набито электромагнитными колебаниями разной длины и силы. Первоочередной задачей радиоприема является выделение из этой массы сигнала определенной радиостанции. Входные цепи приемника содержат в себе селектор, на основе колебательного контура. Настроенный на определенную частоту он хорошо пропускает сигнал радиостанции, на этой частоте транслирующей.
Дальнейшим этапом идет усиление полученого радиочастотного сигнала и выделение (детектирование) из него полезной информационной составляющей. В зависимости от вида модуляции принимаемого сигнала применяются различные схемы амплитудных и частотных детекторов. Причем,большинство существующих схем частотного детектора разработаны для приемников с преобразованием частоты —
супергетеродинов.
Конструкция
Так как будет использована достаточно высокая ПЧ, конструкции следует уделить особое внимание. Монтаж производится на алюминиевом шасси размерами 260 × 70 × 50 мм. Впрочем, корпус можно сделать и побольше, тогда будет меньше возни с плотным монтажом. Корпус наборный и состоит из пяти алюминиевых панелей толщиной 1,2 мм. Панели соединяются между собой алюминиевыми уголками на винтах M3. Лучше, конечно, согнуть из цельного листа п‑образное шасси и прикрутить к нему боковинки, будет и прочнее, и симпатичней, но у меня под рукой не оказалось листогиба.
Мое любимое оргстекло, к несчастью, для аналоговой части совершенно неприменимо, так как лампы греются, а ВЧ‑блоки требуют экранирования. Весь монтаж должен быть выполнен по возможности жестко с минимальной длиной соединений. И самый простой способ выполнить эти требования — манхэттенский монтаж.
Данный вид монтажа напоминает наши макетные платы и методику Жутяева. Детали монтируются на «пятачках», вырезанных из фольгированного гетинакса и приклеенных к шасси, все делается быстро и работает вполне надежно. В качестве «пятачков» я использовал квадратики размером 5 × 5 мм и 10 × 10 мм. Нарезать такие квадратики удобно циркуляркой с фрезой по металлу, ей же можно нарезать алюминий.
warning
Человеческие кости по твердости не слишком отличаются от алюминия. Его циркулярка режет достаточно легко, поэтому, если зазеваться, можно укоротить пару пальцев. Будь внимателен и осторожен.
Сам корпус используется как общий провод, а для более удобной пайки к нему прикручены полосы из медной фольги. Конденсаторы в цепях питания и разделительные конденсаторы должны быть рассчитаны минимум на 200 В при напряжении питания 180 В, а лучше взять еще больший запас.
Отдельного упоминания заслуживают контурные конденсаторы. Дело в том, что при работе лампы заметно нагреваются, а с ними — корпус приемника и, соответственно, конденсаторы в контурах. Из‑за этого частота уплывает. Чтобы такого не происходило, надо использовать конденсаторы с малым температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), к таким относятся конденсаторы с диэлектриком NP0. В эту категорию можно отнести и SMD-конденсаторы.
Контурные катушки
Контурные катушки в ламповом супергетеродине — это самый проблемный вопрос. Особенно сейчас, когда электроника отошла от резонансных схем в пользу широкополосных. Тем не менее на Али можно найти каркасы с подстроечниками по очень демократичной цене, и я их уже использовал раньше в КВ‑приемнике.
Поэтому, чтобы не изобретать велосипед, мы их применим и здесь. Что же касается экранов, то их мы изготовим самостоятельно, благо это несложно. Катушка впаивается на небольшую платку из гетинакса, из жести делается небольшая коробочка, и в нее впаивается платка с катушкой. Вместо жести лучше взять медь, но и жесть работает вполне себе неплохо, а главное, она более доступна. В верхней части экрана проделывается отверстие для подстройки катушки.
Контур ПЧ и экран
Если есть возможность взять каркасы контуров ПЧ от лампового телевизора или приемника, то это тоже очень хороший вариант. Подробнее о катушках мы поговорим при обсуждении УПЧ и детектора. В результате должно получиться что‑то вроде того, что ты можешь увидеть на картинках ниже.
Вид сверху
Вид сбоку
Вид снизу
Как устроен радиопередатчик?
Основой любого радиопередатчика является — задающий генератор несущей частоты.
Эта схема генератора,сама вполне может служить маломощным передатчиком(при наличии антенны). Электромагнитные колебания генерируемой им частоты, сами по себе не несут никакой полезной информации. Что бы появилась возможность ее передачи, необходимо изменить несущую частоту, промодулировав ее полезным сигналом.
Применяются три вида модуляции — амплитудная, частотная и фазная. При амплитудной модуляции меняется амплитуда несущей частоты, в такт с амплитудой информационного сигнала. Частотная модуляция обуславливает девиацию (отклонения) несущей частоты в такт с амплитудой полезного сигнала. При фазной модуляции, подобное происходит соответственно, с фазой колебаний несущей частоты.
Процесс модуляции осуществляется с помощью различных электронных схем. Например, для частотной модуляции необходимо воздействовать на такие параметры задающего генератора, как емкость или индуктивность его колебательного контура. Если подать на переход база — эмиттер транзистора переменное напряжение низкой частоты, это вызовет изменение его емкости, с периодом поданной частоты. Соответственно, произойдет частотная модуляция задающего генератора.
Если собрать подобную схему, используя самые распостраненные высокочастотные транзисторы (например кт315), микрофон динамического типа, можно получить простейший радиомикрофон. С катушкой L1, состоящей из одного витка одножильного провода диаметром 1-1,5 см, он будет перекрывать радиовещательный диапазон FM.
Сигнал от такого устройства можно принимать на расстоянии от 50, до 150 метров, в зависимости от чувствительности используемого приемника. Точная подстройка осуществляется конденсатором С5. Устройства для прослушки — жучки, собирают по схожим схемам. Если требуется большая дальность передачи, сигнал задающего генератора необходимо дополнительно усилить, с помощью выходного усилителя мощности и подать на передающую антенну.
Простейшей передающей антенной может служить отрезок провода, с длиной в четверть длины излучаемой волны. Для амплитудной модуляции необходимо, что бы выходная мощность передатчика менялась согласно с периодом колебаний частоты полезного сигнала. Для этого используется воздействие усиленного полезного сигнала, на выходной усилитель мощности.
Схема
Блок‑схему супергетеродина мы уже обсудили ранее вдоль и поперек и даже выяснили, почему он «супер». Здесь все будет примерно так же: УВЧ, смеситель, УПЧ, детектор, УНЧ. Ниже представлена схема УКВ‑блока и УПЧ.
УКВ‑блок и УПЧ
УКВ-блок
Исторически сложилось, что в ламповых приемниках УВЧ‑смеситель и гетеродин выполнялся отдельным блоком. Это связано с тем, что УКВ‑часть приемника нуждалась в тщательном экранировании и требовала более качественного монтажа, поэтому промышленности так было удобнее.
Кроме того, там применялся ряд специфических схемотехнических решений, направленных на подавление паразитного излучения в антенну. В нашем случае все проще, поскольку мы используем в качестве гетеродина синтезатор.
УПЧ и преобразователь собраны на лампе 6Н3П, промышленные УКВ‑блоки обычно на ней и собирались. Применение триодов обусловлено их низким уровнем шумов, вместо лампы 6Н3П можно применить 6Н23П или, на худой конец, другой двойной триод. В сети есть примеры использования 6Н1П и даже 6Н2П.
Выход синтезатора 50-омный, поэтому его сигнал удобно подавать в катодную цепь. Для этого катодное сопротивление автосмещения разбивается на две части — 47 Ом для подключения синтезатора и 1 кОм для обеспечения необходимого смещения.
Верхняя часть делителя шунтируется конденсатором. Перестройка контура ПЧ выполняется варикапом BB910. Катушка контура бескаркасная, намотана проводом диаметром 1,5 мм на оправке диаметром 12 мм и содержит четыре витка. Выходной контур ПЧ служит для выделения частоты ПЧ и согласования сопротивления с керамическим фильтром. Контурная катушка содержит двадцать витков провода диаметром 0,2 мм, катушка связи мотается поверх контурной и содержит десять витков того же провода.
В преобразователе для приема необходимого сигнала теоретически можно использовать две частоты гетеродина, выше сигнала на величину ПЧ и ниже на частоту ПЧ. В данном случае инъекция снизу работает гораздо эффективнее, поэтому ее и будем использовать. При приеме мощной станции на выходе преобразователя получается сигнал в несколько милливольт.
Монтаж высокочастотной части выглядит следующим образом.
Монтаж высокочастотной части
УПЧ
УПЧ — это главный блок приемника. Большая часть характеристик определяется именно УПЧ. И в случае ЧМ‑приемника к УПЧ предъявляются противоречивые требования. С одной стороны, нужна полоса пропускания порядка 300 кГц, а с другой стороны, нужны достаточно крутые скаты АЧХ.
Классически эту проблему решали схемами с распределенной селекцией, где в каждом каскаде стоял полосовой фильтр, состоящий из двух слабосвязанных контуров, и это лучший вариант. Однако оказалось, что создать такой фильтр, используя имеющиеся у меня каркасы, достаточно сложно. И главная проблема здесь — регулировка связи между контурами, которая очень сильно влияет на АЧХ. Собственно, из‑за проблемы с плавной регулировкой связи я и отказался от этого решения в пользу схемы с сосредоточенной селекцией, что считается более современным решением. Говоря конкретнее, мы поставим на вход УПЧ керамический фильтр на 10,7 МГц. Этим мы решим проблему крутизны скатов АЧХ и с ходу получим требуемую избирательность по соседнему каналу.
К несчастью, у керамического фильтра низкое входное сопротивление, поэтому его необходимо согласовать с выходным сопротивлением преобразователя частоты. Для этого мы используем индуктивную связь с выходным контуром преобразователя. С согласованием выходного сопротивления проблем нет. Конечно, у керамического фильтра неидеальная АЧХ и достаточно большое затухание сигнала, но это небольшая плата за простоту.
Схема с одиночными контурами — не самое хорошее решение, но она вполне работоспособна. Еще одна проблема связана со склонностью усилителя к самовозбуждению, особенно это касается УПЧ, представленного выше. Из‑за этой неприятной особенности, даже когда самовозбуждение не наблюдалось, АЧХ усилителя менялась в зависимости от прогрева и силы входного сигнала (росло усиление, но заужалась полоса). И это все отражалось на звучании.
Лечилось это тщательной настройкой в прогретом состоянии. Поэтому от схемы с емкостной связью я отказался, и финальная модификация содержит УПЧ с индуктивной связью. В нем получается несколько ниже усиление, зато он гораздо стабильнее в работе.
Схема УПЧ с индуктивной связью
Собственно, фундаментальная проблема с постройкой лампового УПЧ по схеме с сосредоточенной селекцией заключается в том, что на частотах выше пары мегагерц нерезонансные (апериодические) ламповые усилители не работают. И именно поэтому такая проблема у нас не возникала при постройке приемника с низкой ПЧ. Там мы, не мудрствуя лукаво, использовали апериодические каскады.
Здесь такой номер не прокатит, поэтому от контуров уйти не получится. Проще всего собирать резонансный УПЧ на пентодах, это позволит нам не столкнуться с особенностями триодов на высоких частотах. Упрощенная формула расчета коэффициента усиления резонансного каскада на пентоде выглядит как
K = SrQ
где S — крутизна лампы (МA/В), r — характеристическое сопротивление контура, Q — добротность контура.
Реально измеряемый коэффициент усиления выходит заметно ниже, чем предсказывает это выражение. Но для наших прикидок ограничимся лишь этой формулой, из которой очевидно, что лампу лучше взять с крутизной побольше и характеристическое сопротивление побольше. А вот с добротностью сложнее, так как с ростом добротности падает полоса пропускания, поэтому большая добротность нам будет только мешать. Впрочем, ее можно снизить, зашунтировав контур резистором, или использовать взаимно расстроенные контуры.
В итоге после ряда экспериментов я пришел к катушке ПЧ‑контура, содержащей 45 витков провода 0,12 мм и к емкости контурного конденсатора 10 пФ. Характеристическое сопротивление такого контура около 700 Ом, а при шунтировании его резистором в 15 К добротность получается около 10. С таким контуром от одного каскада на лампе 6AU6 (6Ж4П) можно получить усиление около 20 и полосу пропускания около 1 МГц.
Это для УПЧ с емкостной связью. В УПЧ с индуктивной связью катушка мотается в два провода и ее индуктивность оказывается меньше при том же количестве витков (тут мы упираемся в размеры каркаса). Поэтому контурные конденсаторы уже требуются на 33 Р, а характеристическое сопротивление около 400 Ом. Усиление такого каскада получается около 12.
В УПЧ применены японские лампы 6AU6 от NEC, но их смело можно заменить на наши 6Ж4П. Похожих результатов можно достичь с лампами 6Ж1П, 6Ж1Б, 6К4П, 6Ж5П, чуть хуже с 6Ж2П, но надо подобрать номиналы деталей, чтобы выставить паспортный режим.
Если взять лампу покруче, типа 6Ж52П, можно догнать усиление каскада до сотни, но она попалась мне под руку слишком поздно, да и ест она электричества, как три 6AU6. Заморачиваться с АРУ я тоже не стал, особенно учитывая скромный коэффициент усиления УПЧ, а вот ограничитель придется очень даже к месту.
Ограничитель и дробный детектор
Дробный детектор — штука достаточно хитрая, и просто объяснить на пальцах его работу не выйдет. Но этот самый принцип основан на изменении фазы колебаний в двух связанных контурах. Так, при настройке в резонанс во втором контуре фаза смещена на 90°, а при расстройке сдвиг фазы изменяется в большую или меньшую сторону в зависимости от частоты.
Таким образом, складывая исходный (синфазный) сигнал с сигналом, сдвинутым по фазе на угол, пропорциональный изменению частоты исходного сигнала, мы переходим от частотной модуляции к амплитудной. А остальная часть схемы — уже вопрос конкретной реализации. Подробнее об этом можно почитать тут или тут.
На этом принципе работают частотный дискриминатор и дробный детектор. Дробный детектор имеет некоторое преимущество, так как он менее чувствителен к паразитной амплитудной модуляции. Именно его я и применил в приемнике. На рисунке ниже представлена схема ограничителя и дробного детектора.
Дробный детектор и ограничитель
Вообще говоря, ограничитель для дробного детектора необязателен, но с ним получается лучше. Конструктивно детектор выполнен в виде отдельного блока и целиком помещен в экран, в котором имеются отверстия для подстройки контуров. Большинство деталей — в SMD-исполнении, что помогло уменьшить габариты.
Детектор почти в сборе
Плата детектора
Экран
Катушки выполнены на упоминавшихся ранее сердечниках L4 и содержат 20 витков эмалированного провода 0,2 мм. Катушка L5 мотается поверх L4 и содержит пять витков того же провода. Катушка L6 мотается на отдельном каркасе двойным проводом и содержит 12 + 12 витков. Сами каркасы размещены друг от друга на расстоянии 10 мм.
Диоды 1N34 можно заменить на более аутентичные Д2 или Д9. Как ни странно, несмотря на мои ожидания, с дробным детектором не возникло никаких проблем в настройке, главное — попасть в нужный частотный диапазон, что решается подбором конденсаторов С6 и C7.
Что же касается ограничителя, то он — от обычного усилительного каскада пониженным напряжением на ускоряющем электроде и низким анодным током, что ограничивает амплитуду в анодном контуре. Кроме того, каскад работает без смещения и несколько ограничивает амплитуду входного сигнала за счет сеточного тока.
УЗЧ и блок питания
Усилитель звуковой частоты выполнен по совершенно типовой однотактной схеме на лампе 6Ф5П и полностью повторяет УЗЧ ранее упомянутого приемника с низкой ПЧ. Больше тут, пожалуй, и обсуждать нечего, на тему ламповых однотактных усилителей в сети информации даже больше, чем нужно. Единственное, о чем стоит упомянуть, — это заземление накальной цепи через резисторы: такое решение позволяет подавить фон в 50 Гц.
УЗЧ и БП
Блок питания выполнен на трансформаторе ТАН-3, схема совершенно типовая.
Различные радиоволновые диапазоны.
Радиоволны делятся на различные радиодиапазоны, в зависимости от их длины. Что такое — длина радиоволны? Радиоволны распостраняются со скоростью света(который сам по себе является одним из диапазонов электромагнитных колебаний). За секунду, они распостраняются на расстояние около 300000 километров. Разделив это расстояние на частоту электромагнитных колебаний можно узнать их длину волны.
Например, колебания частотой от 3 до 30 Кгц. порождают радиоволны сверхдлинного диапазона. Соответственно, длина сверхдлинных радиоволн лежит в пределах от 10 до 100 километров. Передача информации на большие расстояния, в этом диапазоне возможна, с применением очень больших передающих антенных устройств(более километра) и очень мощных передатчиков. Сверхдлинные волны применяют для дальней подводной связи.
Колебания частотой от 30 до 300 Кгц вызывают радиоволны длинноволнового диапазона. Их длина от 1 до 10 километров. Они способны огибать земную поверхность, за счет явления — дифракции. Дифракцией радиоволн называют их способность огибать в той или иной степени препятствия, лежащие на пути распостранения — выпуклость земного шара, горы, строения и. т. д.
Дифракция возникает в результате возбуждения радиоволной высокочастотных колебаний на поверхности препятствий. Эти колебания вызывают в свою очередь вторичное излучение радиоволн, проникающих в области пространства затененные от передающей антенны радиопередатчика. Часть энергии радиоволн при этом неизбежно теряется — на нагрев поверхности.
Передающие антенны длинноволнового диапазона довольно велики, как и мощность передатчика.
Главным достоинством длинных волн, является возможность очень устойчивой связи, на большое расстояние — без ретранслятора.
Частоты от 0,3 до 3Мгц — принадлежат средневолновому диапазону, от 3 до 30Мгц — коротковолновому. Волны этих диапазонов способны отражаться от различных слоев ионосферы, что способствует сверхдальней связи, при относительно невысокой мощности передатчика и небольших размерах передающей антенны.
Распостранение радиоволн на большие расстояния за счет пространственных волн объясняется отражением в ионосфере. Наряду с отражением имеет место частичное поглощение, возрастающее с увеличением длины волны.
Отражение и поглощение в ионосфере также связано с концентрацией электронов — величиной непостоянной. Ее изменения носят циклический характер — суточные, сезонные и связанные с 11-летним солнечным циклом, но нередко случаются и внезапные изменения — из за вспышек на солнце и падения метеорных потоков.
Частоты от 30Мгц до 3Ггц — радиоволны ультрокороткого(метрового и дециметрового) диапазона. Радиоволны этого диапазона хорошо поглощаются земной поверхностью и проходят через ионосферу — устойчивая связь возможна до линии горизонта. Плюсом здесь является качественная связь, при крайне малой мощности передатчика — и сответственно,возможности миниатюризации его размеров.
Сверхвысокочастотный диапазон 3 — 30Ггц(сантиметровый) используется для космической связи. Электромагнитные колебания такой частоты по своим свойствам вплотную приближаются к свету. Их можно легко фокусировать с помощью сферических отражателей, для передачи на очень большие расстояния.
Приемник прямого преобразования.
Существует однако, еще один вид приемников, способных вести прием сигнала во всех диапазонах и любой модуляции — без детектора.
Речь идет о приемниках прямого преобразования — гетеродинных или синхродинов, как их еще называют. Схема синхродина содержит в себе смеситель, гетеродин и усилитель звуковой частоты. Прием осуществляется следующим образом — полезный сигнал попадает из антенны на смеситель, куда постоянно подаются высокочастотные колебания от гетеродина(его частоту можно менять).
Как только частоты полезного сигнала и гетеродина совпадают — на выходе смесителя возникают биения с частотой модуляции, — т. е. низкочастотная информативная составляющая. Полученный сигнал можно возпроизвести, после достаточного усиления. Несмотря на свою простоту и эффективность, схема прямого преобразования получила лишь ограниченное распостранение — из-за недостаточно высокого качества передачи музыки и речи.
На главную страницу В начало
Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».
Детекторный приемник.
Детекторный приемник самое простое устройство, позволяющее произвести прием радиовещательных радиостанций, использующих амплитудную модуляцию. Классический детекторный приемник рассчитанный на прием в диапазоне длинных и средних волн состоит из колебательного контура, амплитудного детектора, собранного на одном диоде и высокоомных головных телефонов (наушников, говоря по-просту). Рисунок иллюстрирующий принцип работы амплитудного детектора
На рисунке диод «обрезает» отрицательную составляющую радиосигнала. Затем, фильтрующая емкость производит выделение огибающей выпрямленного сигнала высокой частоты — получается сигнал низкой частоты. Вот так, может выглядеть схема реального детектороного приемника.
В качестве колебательного контура можно использовать конденсатор переменной емкости(C1), от любого неисправного промышленного приемника и магнитную антенну от него же. Наушники — старинные головные телефоны ТОН-2.
У такого приемника нет усилителя, поэтому радиосигнал на его входе должен быть достаточно силен. Отсюда — обязательно подключение протяженной (не менее 10 метров) внешней антенны и заземления.
Супергетеродин.
Супергетеродин, приемник с преобразованием частоты — это наиболее распостраненная схема. Она содержит в себе маломощный генератор колебаний промежуточной частоты — гетеродин.
Частота генерации гетеродина меняется одновременно с изменением настройки входной частоты. Для этого применяется двухсекционный конденсатор переменной емкости — одна секция использована в входном колебательном контуре, вторая — в контуре гетеродина.
Причем, гетеродин настроен так, что разница между собственной его частотой и частотой радиосигнала остается примерно неизменной на протяжении всего перестраевомого диапазона. Это и есть промежуточная частота, которая выделяется в смесителе — каскаде где обе частоты встречаются. Причем, полученная таким образом промежуточная частота оказывается промодулированой полезным сигналом.
Далее, происходит усиление промежуточной частоты каскадами усилителя промежуточной частоты. Такие каскады имеют повышенный коэффициент усиления только на этой частоте, что исключает самовозбуждение усилителя. После усиления промежуточной частоты, происходит детектирование и окончательное усиление полезного сигнала. Супергетеродин обеспечивает высокую селективность и достаточную чувствительность для работы во всех радиовещательных диапазонах.
Кроме того, появляется возможность приема и детектирования частотно — модулированных сигналов на частотах УКВ, что значительно улушает качество воспроизведения звука. Самая распостраненная схема частотного детектора — балансная, содержит в себе два контура, настроенных на несущую частоту с некоторым отклонением — слегка рассогласоваными. Частота первого из них настраивается несколько выше, а второго — несколько ниже промежуточной частоты.
Модулированная промежуточная частота отклоняясь от своего среднего значения наводит колебания(может быть — звуковые) полезного сигнала выделяемые на резисторах R1 и R2.
