УКВ FM-радиоприёмник на двух лампах
Точнее даже на одной, потому что вторая служит выходным усилителем звуковой частоты.
Привет, Хабр! Сегодня продолжаем играть с электронными лампами. На этот раз попробуем построить настоящий ламповый радиоприёмник.
Любительские регенеративные приёмники на одной электронной лампе (вторая лампа могла быть усилителем мощности звуковой частоты, третья — кенотрон-вакуумным выпрямительным диодом для трансформаторного питания от осветительной электросети переменного тока), стали популярными около ста лет назад.
Из постановления Совнаркома СССР от 28 июля 1924 года «О частных приёмных радиостанциях»:
В целях более широкого использования населением радиосвязи для хозяйственных, научных и культурных потребностей, содействия развитию радиопромышленности и насаждения радиотехнических знаний в стране Совет Народных Комиссаров Союза ССР постановляет:
1. Предоставить частным организациям и лицам на основах настоящего Постановления право устройства и эксплуатации приёмных радиостанций…
3. Право устройства и эксплуатации частных приёмных радиостанций предоставляется гражданам Союза ССР по получении ими соответствующего разрешения от подлежащих органов Народного Комиссариата Почт и Телеграфов, по определению последнего. Лицо, желающее получить разрешение на устройство и эксплуатацию радиостанции, должно подать в ближайшее почтово-телеграфное учреждение заявление по установленной Народным Комиссариатом Почт и Телеграфов форме.
Примечание. Выдача разрешений на устройство и эксплуатацию частных приёмных радиостанций в пограничных районах производится в особом порядке.
4. С владельцев частных приёмных радиостанций взимается ежегодная абонементная плата по таксам, утверждённым Советом Народных Комиссаров Союза ССР.
Примечание. Внесение абонементной платы не освобождает владельцев частных приёмных радиостанций от установленного налогового обложения в тех случаях, когда радиостанция используется.
Из постановления Совнаркома СССР от 27 января 1931 года «О радиоустановках и трансляционных устройствах»:
1. Право установки радиоприёмников принадлежит всем учреждениям, предприятиям, организациям и гражданам Союза ССР.
2. Детекторные радиоприёмники не подлежат регистрации. Все ламповые приёмники подлежат обязательной регистрации.
3. Без предварительного разрешения Народного комиссариата почт и телеграфов не допускается:
а) установка радиоприёмников (детекторных и ламповых) иностранными гражданами и иностранными учреждениями, предприятиями и организациями, находящимися на территории Союза ССР;
б) установка ламповых радиоприёмников на пространстве шириной в сто километров от сухопутной границы или берега морской границы вглубь территории Союза ССР.
Дипломатические представители, члены дипломатических представительств и консульские представители иностранных государств получают указанные разрешения Народного комиссариата почт и телеграфов через Народный комиссариат по иностранным делам.
Из постановления Совнаркома СССР от 7 марта 1933 года «О введении абонентской платы за пользование приёмниками для радиослушания»:
В целях укрепления собственной финансовой базы радиофикации и радиовещания и обеспечения их дальнейшего развития Совет народных комиссаров Союза ССР постановляет:
1. Ввести с 1 января 1933 г. абонементную плату за пользование приёмниками для радиослушания…
3. Абонементная плата взимается с детекторных приёмников в размере 3 руб. в год.
4. Абонементная плата взимается за ламповые приёмники в следующих размерах:
а) за ламповые приёмники на переменном токе индивидуального пользования — 24 руб. в год и с питанием от постоянного тока — 18 руб. в год;
б) за ламповые приёмники коллективного пользования (без узла) — 36 руб. в год;
в) за ламповые приёмники общественно-публичного пользования (без узла) — 50 руб. в год».
Из постановления Совета Министров СССР от 18 августа 1961 года «Об отмене регистрации в предприятиях связи радиоприёмников и телевизоров и взимания абонентской платы за пользование ими»:
1. Отменить с 1 января 1962 г. регистрацию радиоприёмников и телевизоров в предприятиях связи, а также взимание абонементной платы за пользование радиоприёмниками и телевизорами, зарегистрированными в предприятиях связи до 1 января 1959 г.
Взимание абонементной платы за пользование радиоприёмниками и телевизорами, зарегистрированными в предприятиях связи в период с 1 января 1959 г. до 1 января 1962 г., производится до истечения трёхлетнего срока со дня их первичной регистрации в предприятиях связи; по истечении этого срока взимание абонементной платы за пользование этими радиоприёмниками и телевизорами прекращается.
2. Для покрытия расходов по организации программ радиовещания и телевидения установить с 1 января 1962 г. надбавки к розничным ценам: на радиовещательные приёмники, радиолы, радиомагнитофоны и другие радиоустановки, имеющие в своём составе радиовещательные приёмники, — в размере 15 процентов и на телевизоры, телерадиолы и другие телевизионные установки, имеющие в своём составе телевизоры, — в размере 20 процентов».
Регенератором называется радиоприёмник, в котором усилитель высокой частоты (УВЧ) охвачен положительной обратной связью (ПОС, не путайте с припоем оловянно-свинцовым). Это позволяет значительно повысить коэффициент усиления.
Иными словами, в регенеративном приёмнике один из каскадов УВЧ представляет собой генератор, работающий за гранью срыва колебаний. Или на грани, тогда это сверхрегенератор. При неправильной настройке такой радиоприёмник превращается в передатчик шумов, мешающий слушать радио соседям.
Особенно актуальным это было в те годы, когда радиодетали и химические источники тока были редкостными предметами роскоши, а большинство людей жили в одноэтажных и двухэтажных домах, что вдохновляло строить роскошные огромные антенны, значительно усиливавшие радиосигнал как на приём, так и на передачу, чем компенсировали малое число и скромные характеристики ламп и остальных компонентов.
Какой прок может быть нам сегодня от старинных схем радиоприёмников? Ведь сегодня вещание с использованием амплитудной модуляции на средних и длинных волнах практически не ведётся. Практически все коммерческие широковещательные радиостанции перешли на частотную модуляцию на ультракоротких волнах, УКВ ЧМ или просто FM (frequency modulation).
Как выясняется, именно архаичный регенеративный приёмник способен осуществлять частотную демодуляцию. Сегодня мы изучим этот вопрос и попробуем построить и испытать опытный образец.
▍ Немного истории
В Соединённых Штатах Америки ЧМ-радиовещание началось в конце 1930-х годов, в Великобритании в 1955 году, в большинстве остальных стран, включая СССР, в 1960-х годах.
Интересно, что в Нидерландах широковещательная станция Dutch Concerts, она же PCGG, использовала частотную модуляцию, хотя и узкополосную, с 1919 года. Как ни странно, её сигналы можно было принимать на обычные радиоприёмники с амплитудной демодуляцией. Каким образом это осуществлялось, мы узнаем ниже.
▍ Модуляция и детекторы
При амплитудной модуляции посредством усилителя, управляемого напряжением (voltage controlled amplifier, VCA), сигнал звуковой частоты изменяет амплитуду несущего сигнала более высокой частоты.
При этом возникают две боковые полосы частот — верхняя, чья частота равна сумме несущей и сигнальной, и нижняя, равная их разности.
Боковые полосы хорошо видно на спектрограмме радиосигнала. Спектрограммы можно посмотреть в реальном времени, а также послушать радио на сайтах онлайн SDR. Такие сайты созданы энтузиастами, предоставившими доступ к веб-интерфейсам своих цифровых радиоприёмников.
Чтобы сэкономить частотную полосу, в АМ-сигнале подавляют несущую частоту и одну из боковых полос. Так получается SSB-SC (single-sideband suppressed-carrier) модуляция, она же просто SSB, которая, в свою очередь, подразделяется на USB (upper sideband, не путайте с универсальной последовательной шиной, она же стандарт разъёма питания радиоэлектронной аппаратуры), где сохраняется верхняя боковая полоса, и LSB (lower sideband), где подавляют верхнюю и оставляют нижнюю полосу.
Ещё одно преимущество SSB-модуляции состоит в том, что энергия передатчика сосредотачивается в одной частотной полосе вместо двух, благодаря чему эффективная мощность сигнала возрастает вдвое.
Что-то подобное на базе кольцевого модулятора, скорее всего, разрабатывалось для Сталина, в «шарашке» под руководством заключённого Льва Сергеевича Термена, что описал Александр Солженицын в романе «В круге первом».
Демодулировать АМ-сигналы проще всего детектором огибающей, представляющим собой выпрямитель с интегратором. Конденсатор C2 на известной со школьной скамьи схеме простейшего радиоприёмника выполняет как раз функцию интегратора. Он же фильтр низких частот.
Точно так же происходит в импульсных блоках питания и DC-DC-конвертерах, большинство которых используют индуктивности, однако существуют и схемы на переключаемых конденсаторах. Проще говоря, умножители напряжения.
Пример использования повышающего преобразователя на переключаемых конденсаторах — гитарный эффект Klon Centaur, в котором такой преобразователь обеспечивает высокое напряжение питания операционного усилителя для достижения паспортной скорости нарастания выходного сигнала (slew rate). Что необходимо для получения богатого тембра звучания в области высоких частот.
Частотная модуляция, в отличие от амплитудной, осуществляется генератором, управляемым напряжением, ГУН, или VCO (voltage controlled oscillator). Здесь мгновенное значение управляющего сигнала определяет не амплитуду, а частоту несущего. Это делает радиосвязь гораздо более помехуостойчивой и качественной.
▍ Изучаем схему
Итак, каким образом превратить в звук сигнал ЧМ-радиовещания с помощью амплитудного детектора? Очень просто — воспользовавшись устройством, в котором амплитуда электрических колебаний зависит от частоты входных колебаний.
Таким устройством является полосовой фильтр, который в радиоприёмнике представлен входным колебательным контуром.
Энтузиасты ухитряются принимать сигналы FM-радиостанций даже на детекторный приёмник, но это уже ближе к экстремальному спорту, чем к радиотехническим опытам.
Зато регенеративный приёмник является для такой задачи прекрасным решением. В нём генерация будет тем сильнее, чем частота входного сигнала ближе до частоты колебательного контура.
Схема для сегодняшней поделки взята от конструктора с народной площадки Алиэкспресс. Здесь генерация регулируется переменным резистором в цепи анода приёмной лампы. Этот же резистор превращает колебания анодного тока в напряжение звуковой частоты, которое усиливается выходным лучевым тетродом. Таким образом осуществляется детектирование сигнала.
Заказывать набор и ждать его доставки мне не захотелось, потому я решила переделать в радиоприёмник усилитель звуковой частоты, о котором рассказывала в одной из прошлых статей. Те же две лампы, тот же трансформатор, нужно только добавить несколько деталей.
Катушки контура и связи с антенной бескаркасные, намотаны вокруг элемента питания типоразмера АА. Контурная катушка содержит 3-5 витков, антенная катушка — 1-2 витка. Шаг витков и взаимное расположение катушек следует подобрать в процессе наладки приёмника.
Схема чувствительна к качеству дросселя, подключённого к аноду приёмной лампы. Иногда приходится перебрать несколько дросселей, чтобы аппарат заработал.
▍ Результаты
Приёмник работает. Качество приёма и звука хуже, чем у копеечных китайских полупроводниковых. Перемещение людей и предметов вблизи приёмника приводит к его расстройке.
Если собрать устройство более капитально, на металлическом шасси, с конденсатором переменной ёмкости, имеющим две половины с заземлением посередине, выйдет радиоприёмник, пригодный для использования.
Напишите в комментариях и при возможности приведите фото и ссылки на видео, какие радиоприёмники вы собирали. И какие, может быть, хотите собрать.
Схема FM приемника
FM приемник, который Вы можете собрать своими руками по схеме на рисунке 1, предназначен для приема радиовещательных станций работающих на частотах 87,5 — 108 МГц.
Рисунок 1, схема FM приемника
Схема FM приемника построена на микросхеме К174ХА34. Сигнал принятый антенной WA1 поступает на входной контур который выполнен на элементах L1, С2, С3 и поступает на вход микросхемы приемника. Элементами контура гетеродина являются катушка L2, конденсатор С14 и варикап VD1. Настройка на нужную радиостанцию производится переменным резистором R4.
Сигнал звуковой частоты снимается с вывода 14 микросхемы IC1 и через регулятор, переменный резистор R5, поступает на усилитель мощности звуковой частоты который выполнен на микросхеме IC2.
Катушки L1 и L2 бескаркасные с внутренним диаметром 5 мм. L1 содержит 9 витков, L2 — 6 витков провода ПЭВ-0,9.
Простой транзисторный FM приёмник своими руками
Мы уже в нескольких статьях показывали, как можно самому сделать FM радиоприёмник всего на 1 транзисторе своими руками, представляю ещё одну схему подобного простого УКВ приёмника на одном транзисторе (если не учитывать узел УНЧ, который может быть собран как на ещё одном транзисторе так и на микросхеме). Сделать этот самодельный приёмник (DIY FM radio) сможет каждый, так как он очень простой и собрать его можно на макетной плате.
Простой транзисторный FM приёмник своими руками
Детали для самодельного ФМ приёмника:
- Транзистор 2N3904 или 2N2222 – http://ali.pub/4se18u;
- Транзистор BC547 — http://ali.pub/4gdqnh;
- Переменный конденсатор 10-30 пФ;
- Медная проволока в лаковой изоляции 0,6 — 0,7 мм;
- Электролитический конденсатор 22 мкФ х 16В;
- Керамические и плёночные конденсаторы: 1 нФ, 220 нФ, 4,7 пФ – 2шт., 2,2 нФ, 22 нФ, 100 нФ;
- Резисторы: 3,3 кОм – 2 шт., 47 кОм, 10 кОм, 22 кОм, 100 кОм, 1 мОм, 4,7 кОм (большой набор резисторов разных номиналов — https://alii.pub/6q2ccy).
- Дроссель 10 мкГн.
Как сделать простой ФМ приёмник своими руками, пошаговая инструкция:
Для начала соберу приёмник коммерческого диапазона 88-108 FM на фольгированном стеклотекстолите с разрезанными на площадки контактами, это можно сказать макетная отладочная плата. Можете повторять мои действия или сразу развести и вытравить нормальную плату. Схему этого ФМ приёмника привожу ниже, узел низкой частоты я разведу на отдельной плате, так как не знаю точно какой усилитель буду использовать окончательно, можно подключить вместо него компьютерные колонки где уже есть свой УНЧ.
Простой транзисторный FM приёмник своими руками
Схема простого транзисторного FM радиоприёмника
Катушку намотал на сверле диаметром 7 мм (можно взять 6 мм), делаем 4 витка проводом в лаковой изоляции диаметром 0,6-0,7 мм. В будущем, чтобы точнее войти в нужный нам диапазон нужно растягивать или стягивать витки катушки.
Простой транзисторный FM приёмник своими руками
Сам радиоприёмник основан на транзисторе 2N3904 (я поставил 2N2222), а УНЧ на BC547 но усилитель можно как писалось выше не собирать, а подключить внешний или же собрать на маломощной специализированной микросхеме, например, 8002B, LM386N или TDA2822M.
Простой транзисторный FM приёмник своими руками
Настройка в моём радиоприёмнике на FM станцию осуществляется подстроечным конденсатором, так как он малогабаритный, но это подходит в том случае, если Вы планируете настроить его на любимую станцию и больше не перестраивать. Или же просто для проверки работоспособности ФМ приёмника но для нормальной и удобной настройки лучше припаять переменный конденсатор 10-30 пФ и перестраиваться по диапазону с помощью него. В качестве антенны подпаян кусок провода.
Простой FM-приемник своими руками
Что такое FM-приемник? Радиоприемник — это электронное устройство, которое принимает радиоволны и преобразует информацию, переносимую ими, в полезную для восприятия человеком. Приемник использует электронные фильтры, чтобы отделить нужный сигнал радиочастоты от всех других сигналов, улавливаемых антенной, электронный усилитель для увеличения мощности сигнала для дальнейшей обработки, и, наконец, восстанавливает нужной информации посредством демодуляции.
Из радиоволн, FM является наиболее популярным. Частотная модуляция широко используется для FM-радиовещания. Преимущество частотной модуляции заключается в том, что она имеет большее отношение сигнал/шум и, следовательно, излучает радиочастотные помехи лучше, чем сигнал амплитудной модуляции равной мощности (AM). Звук из радиоприёмника мы слышим чище и насыщенней.
Частотные диапазоны FM
УКВ (УльтраКороткоВолновый) диапазон с ЧМ (Частотная Модуляция) по английски FM (Frequency Modulation) имеет длину от 10 м до 0,1 мм — это соответствует частотам от 30 МГц до 3000 ГГц.
Для приема вещательных радиостанций актуален сравнительно небольшой участок:
УКВ 64 — 75 МГц. Это наш советский диапазон. На нем много УКВ станций, но только в нашей стране.
Японский диапазон от 76 до 90МГц. В этом диапазоне ведется вещание в стране восходящего солнца.
FM — 88 — 108МГц. — это западный вариант. Большинство ныне продаваемых приемников обязательно работает именно в этом диапазоне. Часто сейчас приёмники принимают и наш совковый диапазон, и западный.
УКВ радиопередатчик имеет широкий канал — 200 кГц. Максимальная звуковая частота, передаваемая в FM, составляет 15 кГц по сравнению с 4,5 кГц в AM. Это позволяет передавать намного более широкий диапазон частот. Таким образом качество передачи FM значительно выше, чем АМ.
Теперь поговорим о FM приёмнике…
Описание схемы FM приемника
Ниже, представлена схема простого FM-приемника на одном транзисторе (её ёще называют — схема Захарова). Минимум компонентов для приема местной FM станции.
Транзистор (Т1), вместе с резисторами R1 и R2, катушками L1 и L2, переменным конденсатором (C5)22pF и конденсаторами С2,3,4,6 составляют ВЧ генератор (Colpitts oscillator), настроенный на вторую гармонику принимаемых станций ( 44 — 54МГц).
Резонансная частота этого генератора устанавливается триммером C5. Входной контур настраивается, путём раздвигания и сжимания витков на частоту передающей станции, которую мы хотим принять. То есть, он должен быть настроен между 88 и 108 МГц FM диапазона.
Информационный сигнал, снимаемый с конденсатора С10 можно подать на любой усилитель НЧ, например на LM386 (см. схему ниже).
Микросхема LM386 представляет собой НЧ аудио усилитель мощности. Он обеспечивает от 1 до 2 Вт, чего достаточно для любого малогабаритного динамика. При приеме близкой и мощной FM станции вместо усилителя можно использовать высокоомный наушник, но громкость все равно будет тише, чем через УНЧ.
FM приемник принципиальная электрическая схема
Принципиальная электрическая схема FM приемника
Перестройка на другую станцию осуществляется изменением ёмкости переменного конденсатора С 5 (4 — 45 пФ). Лучше используете какой-либо малогабаритный конденсатор, для меньшего возбуждения.
большую ёмкость, то попробуйте уменьшить количество витков катушки L чтобы настроиться на диапазон FM (88-108 МГц).
Катушка L1 имеет 5 витков эмалированного медного провода, диаметром 0,7 мм. Катушка наматывается на оправке диаметром 7 мм. Её можно намотать на любом цилиндрическом предмете (карандаш, ручка, сверло с диаметром 7 мм).
Если Вы хотите принимать сигнал станций УКВ диапазона (64-75 МГц), то нужно намотать 6 витков катушки.
Когда необходимое количество витков намотаете, катушка снимается с цилиндра и немного растягивается так, чтобы витки не касались друг друга.
Приемник с УНЧ можно запитать от батареи 6 — 9V.
К данному УНЧ на микросхеме LM386 можно также собрать похожие схемы FM приемников.
При питании 9 В нужно увеличить сопротивление R3 до 1 — 1,5 кОм.
Антенна
Антенна используется, чтобы поймать высокочастотную волну. В качестве антенны Вы можете использовать телескопическую антенну любого неиспользуемого устройства. Хороший прием можно также получить с куска изолированной медной проволоки длинной около 80 см. Оптимальную длину медной проволоки можно найти экспериментально. Лучше начинать настройку с длинной антенной (2-3 метра).
Настройка FM приемника на одном транзисторе
При использовании годных и соответствующих номиналу в схеме радиодеталей приемник работает, но требуется очень тонкая настройка контуров. При малейших изменениях приемник начинает возбуждаться. Чувствительность данной схемы приёмника очень низкая, при настройке рекомендую использовать сначала антенну 2-3 метра, затем можно оставить 80см. Лучше результаты работы приемника, когда передающая станция находится рядом и у неё большая мощность. Я настраивал на станции, расположенные в нескольких километрах с мощность около 100Вт. При первичной настройке для антенны припаивал провод, длиной около 2м.
Для наглядности работы схемы печатную плату не делал, а распечатал на обычном листе схему и приклеил на картонку.
Почти все радиодетали взял с плат старых радиоприёмников.
Катушки тоже взял с плат, провод у них немного потолще, чем указан в схеме. (диаметр не мерил, примерно L1 — 1mm., L2 — 0,8mm).
Для демонстрации работы к приёмнику подключил уже имеющийся у меня стерео усилитель на TDA2030, закоротив по входу левый и правый каналы.
Транзистор поставил C1417 выпаял с платы FM приемника.
Характеристики SC1417
Характеристики SS9018
Питание я подал +5В через резистор 680 Ом. На схему пошло 4 В. На схеме указаны замеры напряжений по постоянному току.
При питании схемы во избежание помех лучше не использовать импульсные БП, можно обычные трансформаторные или АКБ.
При поднесении алюминиевой проволоки или раздвигания витков — частота сдвигается вверх, при поднесении ферритового стержня или сжимания витков катушки — частота уменьшается.
Видео работы FM приемника
Ниже, ссылка на видео работы и подстройки уже настроенной схемы данного FM приёмника