Przez długi czas radia znajdowały się na szczycie listy najważniejszych wynalazków ludzkości. Pierwsze tego typu urządzenia zostały teraz zrekonstruowane i zmienione w nowoczesny sposób, jednak niewiele zmieniło się w ich schemacie montażu - ta sama antena, to samo uziemienie i obwód oscylacyjny do odfiltrowania niepotrzebnego sygnału. Niewątpliwie schematy stały się znacznie bardziej skomplikowane od czasów twórcy radia Popowa. Jego zwolennicy opracowali tranzystory i mikroukłady, aby odtwarzać lepszy i bardziej energochłonny sygnał.
Dlaczego lepiej zacząć od prostych wzorów?
Jeśli rozumiesz prosty obwód radiowy, możesz być pewien, że większość drogi do sukcesu w dziedzinie montażu i eksploatacji została już opanowana. W tym artykule przeanalizujemy kilka schematów takich urządzeń, historię ich występowania i główne cechy: częstotliwość, zasięg itp.
Tło historyczne
7 maja 1895 jest uważany za urodziny radia. W tym dniu rosyjski naukowiec A. S. Popow zademonstrował swój aparat na spotkaniu Rosyjskiej Fizyki i Chemiispołeczeństwo.
W 1899 r. zbudowano pierwszą linię radiokomunikacyjną o długości 45 km między wyspą Hogland a miastem Kotka. Podczas I wojny światowej szeroko rozpowszechniono odbiornik ze wzmocnieniem bezpośrednim i lampy próżniowe. Podczas działań wojennych obecność radia okazała się strategicznie niezbędna.
W 1918 r. jednocześnie we Francji, Niemczech i USA naukowcy L. Levvy, L. Schottky i E. Armstrong opracowali metodę odbioru superheterodynów, ale ze względu na słabe lampy próżniowe zasada ta była powszechnie stosowana tylko w lata 30. XX wieku.
Urządzenia tranzystorowe pojawiły się i rozwinęły w latach 50-tych i 60-tych. Pierwszy szeroko stosowany czterotranzystorowy odbiornik radiowy, Regency TR-1, został stworzony przez niemieckiego fizyka Herberta Matare przy wsparciu przemysłowca Jacoba Michaela. W 1954 roku trafił do sprzedaży w USA. Wszystkie stare radia używały tranzystorów.
W latach 70. rozpoczęto badania i wdrażanie układów scalonych. Odbiorniki ewoluują teraz dzięki doskonałej integracji węzłów i cyfrowemu przetwarzaniu sygnału.
Specyfikacje instrumentu
Zarówno stare, jak i nowoczesne radia mają pewne cechy:
- Czułość - zdolność do odbierania słabych sygnałów.
- Zakres dynamiczny - mierzony w hercach.
- Odporność na hałas.
- Selektywność (selektywność) - zdolność do tłumienia obcych sygnałów.
- Poziom hałasu wewnętrznego.
- Stabilność.
Te cechy nie sązmiany w nowych generacjach odbiorników i określenia ich wydajności i łatwości obsługi.
Jak działają radia
W najbardziej ogólnej formie odbiorniki radiowe ZSRR działały według następującego schematu:
- Z powodu wahań pola elektromagnetycznego w antenie pojawia się prąd zmienny.
- Oscylacje są filtrowane (selektywność) w celu oddzielenia informacji od szumu, tj. jego ważny składnik jest wyodrębniany z sygnału.
- Odebrany sygnał jest zamieniany na dźwięk (w przypadku radia).
Zgodnie z podobną zasadą obraz pojawia się na telewizorze, przesyłane są dane cyfrowe, działa sprzęt sterowany radiowo (śmigłowce dziecięce, samochody).
Pierwszy odbiornik przypominał raczej szklaną rurkę z dwiema elektrodami i trocinami w środku. Prace prowadzono zgodnie z zasadą działania ładunków na proszek metalowy. Odbiornik miał ogromną rezystancję jak na współczesne standardy (do 1000 omów) ze względu na to, że trociny miały ze sobą słaby kontakt, a część ładunku przedostała się w przestrzeń powietrzną, gdzie uległa rozproszeniu. Z biegiem czasu trociny te zostały zastąpione obwodem oscylacyjnym i tranzystorami do przechowywania i przenoszenia energii.
W zależności od indywidualnego obwodu odbiornika, znajdujący się w nim sygnał może zostać dodatkowo przefiltrowany według amplitudy i częstotliwości, wzmocnienia, digitalizacji w celu dalszego przetwarzania programowego itp. Prosty obwód odbiornika radiowego zapewnia jednokrotne przetwarzanie sygnału.
Terminologia
Obwód oscylacyjny w swojej najprostszej postaci nazywa się cewką ikondensator zamknięty w obwodzie. Za ich pomocą ze wszystkich przychodzących sygnałów można wybrać żądany ze względu na naturalną częstotliwość oscylacji obwodu. Na tym segmencie oparte są odbiorniki radiowe ZSRR, a także nowoczesne urządzenia. Jak to wszystko działa?
Z reguły odbiorniki radiowe są zasilane bateriami, których ilość waha się od 1 do 9. W urządzeniach tranzystorowych powszechnie stosuje się baterie 7D-0,1 i Krona o napięciu do 9 V. Im więcej baterii a wymaga prostego obwodu odbiornika radiowego, tym dłużej będzie działał.
Zgodnie z częstotliwością odbieranych sygnałów urządzenia dzielą się na następujące typy:
- Longwave (LW) - od 150 do 450 kHz (łatwo rozproszone w jonosferze). Fale naziemne mają znaczenie, których intensywność maleje wraz z odległością.
- Fale średnie (MW) - od 500 do 1500 kHz (łatwo rozpraszane w jonosferze w ciągu dnia, ale odbijane w nocy). W ciągu dnia zasięg określają fale przyziemne, w nocy - fale odbite.
- Krótkofalowe (HF) - od 3 do 30 MHz (nie lądują, są odbijane wyłącznie przez jonosferę, więc wokół odbiornika znajduje się strefa ciszy radiowej). Przy niskiej mocy nadajnika krótkie fale mogą pokonywać duże odległości.
- Ultra krótkie fale (VHF) - od 30 do 300 MHz (mają wysoką zdolność penetracji, z reguły są odbijane przez jonosferę i łatwo omijają przeszkody).
- Wysoka częstotliwość (HF) - od 300 MHz do 3 GHz (używana w komunikacji komórkowej i Wi-Fi, działa w zasięgu wzroku, nie omijaj przeszkód ipropagować prostoliniowo).
- Ekstremalnie wysoka częstotliwość (EHF) - od 3 do 30 GHz (używana do komunikacji satelitarnej, odbijana od przeszkód i działająca w zasięgu wzroku).
- Hiper wysoka częstotliwość (HHF) - od 30 GHz do 300 GHz (nie omijaj przeszkód i są odbijane jak światło, są używane w bardzo ograniczonym zakresie).
W przypadku korzystania z HF, MW i LW, nadawanie może odbywać się z dala od stacji. Pasmo VHF odbiera sygnały dokładniej, ale jeśli stacja obsługuje tylko to, to słuchanie innych częstotliwości nie będzie działać. Odbiornik może być wyposażony w odtwarzacz do słuchania muzyki, projektor do wyświetlania na odległych powierzchniach, zegar i budzik. Opis obwodu odbiornika radiowego z takimi dodatkami stanie się bardziej skomplikowany.
Wprowadzenie mikroprocesora do odbiorników radiowych pozwoliło znacznie zwiększyć promień odbioru i częstotliwość sygnałów. Ich główną zaletą jest stosunkowo niskie zużycie energii oraz niewielki rozmiar, który jest wygodny w przenoszeniu. Mikroukład zawiera wszystkie niezbędne parametry do próbkowania sygnału i czytelności danych wyjściowych. W nowoczesnych urządzeniach dominuje cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Radioodbiorniki ZSRR były przeznaczone wyłącznie do przesyłania sygnału audio, dopiero w ostatnich dziesięcioleciach urządzenie odbiorników rozwinęło się i stało się bardziej skomplikowane.
Schematy najprostszych odbiorników
Schemat najprostszego odbiornika radiowego do montażu domu został opracowany jeszcze w czasach ZSRR. Wtedy, tak jak teraz, urządzenia podzielono na detektor, bezpośrednie wzmocnienie, bezpośrednią konwersję,typ superheterodynowy, odruchowy, regeneracyjny i superregeneracyjny. Najprostsze w odbiorze i montażu są odbiorniki detektorowe, z których można uznać, że rozwój radia rozpoczął się na początku XX wieku. Najtrudniejsze do zbudowania były urządzenia oparte na mikroukładach i kilku tranzystorach. Jeśli jednak zrozumiesz jeden schemat, inne nie będą już problemem.
Prosty odbiornik detektora
Obwód najprostszego odbiornika radiowego składa się z dwóch części: diody germanowej (wystarczą D8 i D9) oraz telefonu głównego o dużej rezystancji (TON1 lub TON2). Ponieważ w obwodzie nie ma obwodu oscylacyjnego, nie będzie on w stanie wychwycić sygnałów określonej stacji radiowej nadawanej na danym obszarze, ale poradzi sobie ze swoim głównym zadaniem.
Do pracy potrzebujesz dobrej anteny, którą możesz rzucić na drzewo oraz przewodu uziemiającego. Dla pewności wystarczy przymocować go do masywnego metalowego fragmentu (np. do wiadra) i zakopać kilka centymetrów w ziemi.
Opcja obwodu oscylacyjnego
W poprzednim obwodzie, aby wprowadzić selektywność, możesz dodać cewkę indukcyjną i kondensator, tworząc obwód oscylacyjny. Teraz, jeśli chcesz, możesz złapać sygnał określonej stacji radiowej, a nawet go wzmocnić.
Zaworowy odbiornik krótkofalowy regeneracyjny
Radia zaworowe, których obwód jest dość prosty, są przystosowane do odbioru sygnałów ze stacji amatorskich na krótkich dystansach - na zakresach VHF(ultrakrótka fala) do LW (długa fala). W tym obwodzie działają lampy akumulatorowe typu palcowego. Generują najlepiej na VHF. A rezystancja obciążenia anodowego jest usuwana przez niską częstotliwość. Wszystkie szczegóły pokazano na schemacie, tylko cewki i dławik można uznać za domowe. Jeśli chcesz odbierać sygnały telewizyjne, cewka L2 (EBF11) składa się z 7 zwojów o średnicy 15 mm i drutu 1,5 mm. W przypadku odbiornika amatorskiego wystarczy 5 obrotów.
Bezpośrednie wzmocnienie radiowe z dwoma tranzystorami
Obwód zawiera antenę magnetyczną i dwustopniowy wzmacniacz basowy - jest to strojony wejściowy obwód oscylacyjny odbiornika radiowego. Pierwszym etapem jest detektor sygnału modulowanego RF. Cewka jest nawinięta na 80 zwojów drutem PEV-0,25 (od szóstego zwoju jest odczep od dołu zgodnie ze schematem) na pręcie ferrytowym o średnicy 10 mm i długości 40.
Taki prosty obwód radiowy jest przeznaczony do rozpoznawania silnych sygnałów z pobliskich stacji.
Supergeneratywne urządzenie FM
Odbiornik FM, zmontowany zgodnie z modelem E. Solodovnikova, jest łatwy w montażu, ale ma wysoką czułość (do 1 μV). Takie urządzenia są używane do sygnałów o wysokiej częstotliwości (powyżej 1 MHz) z modulacją amplitudy. Ze względu na silne dodatnie sprzężenie zwrotne wzmocnienie stopnia wzrasta do nieskończoności, a obwód przechodzi w tryb generowania. Z tego powodu dochodzi do samowzbudzenia. Aby tego uniknąć i używać odbiornika jako wzmacniacza wysokiej częstotliwości, ustaw poziomwspółczynnika, a gdy osiągnie tę wartość, ostro zredukować do minimum. Do ciągłego monitorowania wzmocnienia możesz użyć generatora impulsów piłokształtnych lub możesz to zrobić łatwiej.
W praktyce sam wzmacniacz często działa jako generator. Za pomocą filtrów (R6C7), które podświetlają sygnały o niskiej częstotliwości, ogranicza się przechodzenie drgań ultradźwiękowych na wejście kolejnej kaskady ULF. W przypadku sygnałów FM 100-108 MHz cewka L1 jest przetwarzana na półobrotowy o przekroju 30 mm i liniową część 20 mm o średnicy drutu 1 mm. Cewka L2 zawiera 2-3 zwoje o średnicy 15 mm i drut o przekroju 0,7 mm wewnątrz półobrotu. Wzmocnienie odbiornika dostępne dla sygnałów od 87,5 MHz.
Urządzenie na chipie
Radio HF, które zostało zaprojektowane w latach 70., jest obecnie uważane za prototyp Internetu. Sygnały krótkofalowe (3-30 MHz) pokonują duże odległości. Odbiornik można łatwo skonfigurować do słuchania audycji w innym kraju. W tym celu prototyp otrzymał nazwę światowego radia.
Prosty odbiornik HF
Prostszy obwód odbiornika radiowego jest pozbawiony mikroukładu. Obejmuje zakres częstotliwości od 4 do 13 MHz i do 75 metrów długości. Jedzenie - 9 V z baterii Krona. Jako antena może służyć drut. Odbiornik działa na słuchawkach z odtwarzacza. Traktat o wysokiej częstotliwości jest zbudowany na tranzystorach VT1 i VT2. Dzięki kondensatorowi C3 powstaje dodatni ładunek wsteczny, regulowany przez rezystor R5.
Nowoczesneradia
Nowoczesne urządzenia są bardzo podobne do odbiorników radiowych ZSRR: używają tej samej anteny, na której występują słabe oscylacje elektromagnetyczne. W antenie pojawiają się drgania o wysokiej częstotliwości z różnych stacji radiowych. Nie są wykorzystywane bezpośrednio do transmisji sygnału, ale wykonują pracę kolejnego obwodu. Teraz ten efekt osiąga się za pomocą urządzeń półprzewodnikowych.
Odbiorniki były szeroko rozwijane w połowie XX wieku i od tego czasu są stale ulepszane, pomimo zastąpienia ich telefonami komórkowymi, tabletami i telewizorami.
Ogólny układ odbiorników radiowych zmienił się nieznacznie od czasów Popowa. Można powiedzieć, że obwody stały się znacznie bardziej skomplikowane, dodano mikroukłady i tranzystory, stało się możliwe odbieranie nie tylko sygnału audio, ale także osadzenie projektora. Tak więc odbiorniki przekształciły się w telewizory. Teraz, jeśli chcesz, możesz wbudować w urządzenie wszystko, czego dusza zapragnie.
