Статьи
Приёмники с питанием "свободной энергией"
Опубликовано: 27.08.2018
Популярная электроника, 1973, Октябрь.
Уже давно у многих радиолюбителей и экспериментаторов вызывают интерес приёмники, для работы которых не нужны батареи питания. И хотя за последнее время в этих конструкциях удалось заметно улучшить чувствительность и селективность, их характеристики всё равно будут ограниченны, если не применять новых схемотехнических решений. Описанные в этой статье три безбатарейных приёмника имеют повышенное усиление, полученное за счёт применения простых транзисторных усилителей, питаемых "свободной энергией". Эти схемы просты и они обеспечивают более громкий приём, чем детекторные приёмники.
Получаем енергию с радиоволн)
Рис. 1.
Q1 - 2N3391; D1, D2 - 1N459; C1 - 365 пФ; C2 - 5 мкФ х 50 В, тантал; C3 - 2 нФ, керамика; C4 - 5 нФ, керамика; L1, L2 - магнитная антенна СВ диапазона с отводом от примерно 1/3..1/4 витков; R1 - 10 мОм; R2 - 470 кОм; Во всех схемах применяется пьезокристаллический наушник.Передача электроэнергии по одному проводу.
Первая схема (рис. 1.) является приёмником радиовещательных станций средневолнового диапазона, состоящим всего из нескольких деталей. Другая схема, изображённая на рисунке 2, тоже является радиовещательным приёмником, но она имеет повышенное усиление за счёт более эффективной схемы. На рисунке 3 изображена схема с повышенной селективностью и чувствительностью, полученных за счёт регенерации, эта схема предназначена для приёма как коротких, так и средних волн.
Рис. 2.
Q1 - 2N3391; D1...D4 - 1N459; C1 - 365 пФ; C2 - 5 мкФ х 50 В, тантал; C3 - 2 нФ, керамика; C4, C5 - 5 нФ, керамика; L1 - магнитная антенна СВ диапазона; L2 - 15..20 витков провода ПЭЛ-0,5, намотанных поверх катушки L1; R1 - 10 мОм; R2 - 470 кОм.В этих схемах разводка является некритичной, но рекомендуется оставлять как можно короче выводы компонентов. Выводы антенны и заземления могут быть разной длины, они сделаны из многожильного изолированного медного провода, к концам которого подсоединены зажимы типа "крокодил", что бы можно было подключать приёмник к массивным металлическим объектам.
Рис. 3.
Q1 - 2N3391; D1, D2 - 1N459; C1, C5 - 365 пФ; C2 - 5 мкФ х 50 В, тантал; C3 - 2 нФ, керамика; C4 - 5 нФ, керамика; L1, L2 - см. рис. 4; RFC1 - ВЧ дроссель 2.5 мкГн; R1 - 10 мОм; R2 - 470 кОм; R3 - 10 кОм; Обмотки L1 и L2 должны быть подсоединены в противофазе.В схемах приёмников некоторые детали могут быть заменены аналогичными, со схожими характеристиками. Например, танталовый конденсатор С2 может быть заменён электролитическим с теме же параметрами. Диод 1N459 можно заменить любым маломощным кремниевым диодом с малым обратным током. Так же вместо транзистора 2N3391 можно использовать любой кремниевый малосигнальный транзистор структуры n-p-n с большим коэффициентом передачи тока базы. В схеме на рисунке 3 дроссель RFC1 можно заменить сопротивлением 4,7К. Пьезонаушник можно заменить высокоомными электромагнитными головными телефонами, последовательно с которыми следует включить конденсатор ёмкостью несколько микрофарад.
Принцип работы схем.
Шум эфира и сигнал принимаемой радиостанции разделяются с помощью последовательного резонансного контура L2C3, индуктивно связанного с параллельным резонансным контуром L1C1. Такое включение контуров работает как полосовой фильтр, позволяя сигналам принимаемой радиостанции попадать на резонансный контур L1C1, при этом шум эфира оказывается на контуре L2C3. При настройке контура L1C1 на частоту какой-нибудь радиостанции, на контуре появляется амплитудно-модулированная несущая частота. С контура ВЧ сигнал проходит через разделительный конденсатор С4 на переход база-эмиттер транзистора Q1, включённого по схеме с общим эмиттером.
Напряжение смещения подаётся на транзистор через высокоомный резистор R1, стоящий в цепи отрицательной обратной связи. Нагрузочный резистор R2 так же имеет высокое сопротивление. Такое включение выполняет несколько функций. Во-первых, падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора достаточно мало. Это позволяет детектировать сигнал, поступающий на базу транзистора. Резистор в цепи ООС снижает входное сопротивление каскада на транзисторе Q1, но в связи с тем, что эмиттерный ток этого транзистора очень мал, входное сопротивление этого каскада достаточно велико и оно не сильно нагружает входной контур.
Во-вторых транзистор смещён в область нелинейности, где его усиление максимально. Нелинейность работает в некоторой степени как автоматическая регулировка усиления, при сильных сигналах усиление каскада падает.
Питающее напряжение в приёмнике извлекается из шумов эфира через контур L2C3. Для питания в основном используются наводки электросети частотой 50/60 Гц, но если в эфире есть сигналы мощных близлежащих радиостанций, то их энергия так же используется. Эти сигналы выпрямляются диодами D1..D4, пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором С2. На усилитель напряжение питание подаётся через токоограничительный резистор R2.
В основном принцип работы всех трёх приёмников примерно одинаков, однако имеются некоторые различия. В первых двух схемах выпрямленное напряжение появляется на конденсаторе С3. В первой схеме (рис. 1) для уменьшения числа деталей используется выпрямитель с удвоением напряжения. На второй схеме (рис. 2) применяется мостовой выпрямитель, обеспечивающий повышенную эффективность, но его применение требует дополнительных компонент - конденсатора C5, обмотки L2, и двух дополнительных диодов. Конденсатор C5 используется для заземления контура L1C1 по высокой частоте, что увеличивает амплитуду сигнала и снижает фон переменного тока, слышимый в наушниках.
В третьей схеме (рис. 3) используется выпрямитель, выполненный по схеме удвоения напряжения, он подключён параллельно последовательному контуру L2C3 через резистор R3. Такое включение позволяет эффективно использовать как высокочастотные, так и низкочастотные шумы и уменьшить шум фона, слышимый в наушниках. Если применить в этой схеме мостовой выпрямитель, то низкочастотные помехи от электрической сети через конденсатор C5 попадут в наушники, создавая в них фон сети. Возможное решение этой проблемы заключается в том, что бы добавить ещё одну обмотку обратной связи, но она может нагрузить резонансный контур, что приведёт к ухудшению чувствительности и избирательности.
В схеме этого приёмника так же используются сменные катушки для разных диапазонов. Часть усиленного сигнала с коллектора транзистора Q1 подаётся во входную цепь через конденсатор C5 и обмотку L2. В результате образующаяся положительная обратная связь позволяет существенно увеличить усиление приёмника.
Настройка.
К собранному и настроенному приёмнику можно добавить шкалу настройки. Калибровку шкалы можно произвести принимая сигналы радиостанций, частота которых известна, или можно подключить к антенне приёмника высокочастотный сигнал-генератор. Если диапазон частот приёмника отличается от требуемого, то в первых двух схемах необходимо отрегулировать сердечник катушек L2, а в третьей схеме домотать или отмотать несколько витков от катушки L1.
В схеме регенеративного приёмника (рис. 3) регенерацию настраивают вращением переменного конденсатора С6, ротор которого поворачивают до тех пор, пока в наушниках не появится тихое шипение. Положение конденсатора С6 зависит от длины антенны, параметров катушки индуктивности, и положения конденсатора настройки C1. Регенерация может не работать на высоких частотах, но конденсатор С6 всё равно будет улучшать параметры приёмника. Приём коротких волн возможен при использовании сменной катушки индуктивности (рис. 4, табл. 1).
Рис. 4. Намотка катушки индуктивности для схемы изображённой на рисунке 4.
Намотка ведётся медным эмалированным проводом на каркасе с низкими диэлектрическими потерями диаметром 28 мм и длиной 90 мм. В качестве каркаса можно использовать пластиковый контейнер из-под таблеток или сделать каркас из тонкостенного картона.| Диапазон | Витки | Провод |
| 540-1500 кГц | L1: 149,6 L2: 41,3 Виток к витку | ПЭЛ-0,32 |
| 1,5-4,0 мГц | L1: 49,2 равномерно на длине 50 мм. L2: 11,2 равномерно на длине 11 мм. | ПЭЛ-0,51 |
| 4,0-11,0 мГц | L1: 18,4 равномерно на длине 50 мм. L2: 4,2 равномерно на длине 11 мм. | ПЭЛ-0,64 |
Таблица 1.
Для получения оптимальных параметров приёма необходимо использовать хорошее заземление и длинную антенну. Заземлением могут служить водопроводные трубы, проложенные под землёй. Антенную клемму можно подключить к металлическим жалюзям или к металлической противомоскитной сетке окна, к водосточному жёлобу (если он не заземлён), к холодильнику или какому-нибудь аналогичному объекту. Иногда бывает достаточно просто коснуться вывода антенны рукой, что бы приёмник заработал. Улучшить приём можно подключив батарею напряжением 9 вольт параллельно конденсатору С2, соблюдая при этом полярность.
Для приёма слабых сигналов сделайте головные телефоны - соедините параллельно два пьезонаушника. Местные радиостанции могут создавать помех при приёме удалённых радиостанций, в этом случае между антенной и приёмником можно включить последовательный LC контур, состоящий из стандартной магнитной антенны и конденсатора переменной ёмкости номиналом 365 пФ. При настройке этой LC цепи на частоту мешающей радиостанции её сигнал будет подавлен. Катушку индуктивности этого контура необходимо расположить подальше от катушки L1 приёмника, а шасси конденсатора переменной ёмкости следует заземлить.
Терри Л. Лайон