pusty pusty pusty
pusty
pusty pusty forum szukaj książki linki artykuły
home pusty c c c c c c c c c
teoria dla początkujących schematy elektronika retro mikrokontrolery pusty
na dół

Elektronika w stylu retro

Lampowy bateryjny odbiornik z detektorem kryształkowym

Prezentowany tutaj Lampowy odbiornik bateryjny z detektorem kryształkowym jest kolejnym projektem z serii elektroniki w stylu retro, który dla młodych elektroników pewnie będzie czymś zupełnie archaicznym i nieprawdopodobnym, ale kiedyś czyli na początku XX wieku były to odbiorniki radiowe, które zdobiły niejeden salon.
   Jest to projekt polecany wszystkim, którzy chcą poznać budowę odbiornika detektorowego z prawdziwym kryształkiem, a jednocześnie poczuć smak początków radiofonii.
   W tabelce poniżej umieszczam schemat ideowy i przydatny program do niezbędnych obliczeń wspomagających zaprojektowanie tego odbiornika. Plik ze schematem ideowym zawiera niezbędną bibliotekę, a sam schemat narysowany jest w formacie programu CircuitMaker.

Spakowane pliki do pobrania
Nazwa schematu/pliku Format i wielkość pliku do pobrania
CKT PDF (GIF) EXE
Lampowy odbiornik odbiornik bateryjny z detektorem kryształkowym 76 KB --- ---
Program do obliczania napięcia na obwodzie rezonansowym --- --- 384 KB
Lampowy bateryjny odbiornik detektorowy
Odbiornik kryształkowy prod. Siemens Autorem tekstu i schematów jest: Aleksander Zawada
Zmiany jakich dokonałem w stosunku do oryginału były podyktowane stylem i układem mojej strony.

Opis dotyczy układu zamieszczonego w EP 12/02. Prezentowany układ odbiornika AM znacząco różni się od powszechnie znanych rozwiązań, bo detektorem będzie kryształ. Nasi dziadkowie pamiętają zapewne aparaty kryształkowe-w latach trzydziestych i czterdziestych ubiegłego stulecia były one szeroko rozpowszechnione. Były to bardzo tanie odbiorniki, pracujące bez baterii - zasilane tylko energią z anteny, które każdy mógł samodzielnie sklecić.
   Przykład konstrukcji odbiornika kryształkowego z początku XX wieku pokazany jest na zdjęciu obok. Zdjęcie to pochodzi ze zbiorów Maurycego Bryx'a umieszczonych na jego stronie Historia radia w Polsce.
Schemat prostego odbiornika kryształkowego Zasada działania
Jeden ze schematów odbiornika kryształkowego pokazuje rys. 1.
   Fale radiowe, docierające do anteny indukują w niej napięcia wielkiej częstotliwości. Oznaczmy je przez Uind. Antenę z odbiornikiem sprzęga kondensator antenowy Ca. Obwód rezonansowy LC należy dostroić do żądanej długości fali. W przypadku dostrojenia do żądanej stacji napięcie na zaciskach obwodu rezonansowego Ur jest Q razy większe od napięcia indukowanego w antenie (Ur=Q · Uind). Q jest dobrocią obwodu rezonansowego. Dobroć zależy od oporności czynnej R cewki L i strat w dielektryku kondensatora C, reprezentowanych przez tangens kąta stratności kondensatora tgd. Często pomija się wpływ tgd (wtedy Q=wL/R); tym razem jednak zapiszemy ścisły wzór na dobroć:

wzor

    Detektor prostuje napięcie w.cz z obwodu rezonansowego, przez co słuchawkę zasila prąd o wartości zmieniającej się w takt sygnału modulującego nośną. Pozostałości prądu w.cz .zwiera do ziemi kondensator Cd. Słuchawka (impedancja jej wynosiła dużo - 2...4kW) obciąża silnie obwód LC, przez co dobroć spada (selektywność też). Dlatego detektor włączało się często przez odczep. To z kolei wiązało się z obniżeniem napięcia dostarczanego na detektor. Położenie odczepu było nieraz regulowane, aby umożliwić uzyskanie optymalnej siły dźwięku lub selektywności. Zresztą selektywność nieraz okazywała się zbyt mała (bo przy optimum głośności dobroć spada do 1/2 dobroci obwodu nieobciążonego) i w szereg z anteną włączało się dodatkowy obwód LC - tzw. eliminator, którego zadaniem było usunięcie "przebijania" silnych stacji, pracujących na zbliżonej długości fali. Zadaniem kondensatora antenowego Ca jest głównie ograniczenie wpływu anteny na obwód rezonansowy. Jest to ważne, bo w tego typu odbiornikach antena musi być długa i ma w związku z tym znaczną pojemność i indukcyjność.
Rys. 1
detektory    A sam detektor? Najczęściej był to kryształ galeny (PbS) , cynkitu (ZnS), pirytu (FeS2) czy chalkopirytu (CuFeS2) umieszczony w specjalnej oprawce. Do powierzchni kryształu dotykała igła srebrna, której położenie się regulowało na maksimum czułości detektora. Na rys. 2 pokazane są przykłady stosowanych detektorów (ilustracja pochodzi ze wcześniej wspomnianej już strony Maurycego Bryx'a). Oprócz takich detektorów znane były detektory rtęciowe i wykonane fabrycznie, bez konieczności regulacji - perikony, westectory czy sirutory. W literaturze pojawiały się opisy samodzielnego wytwarzania detektorów włącznie z kryształami, ale nie było to łatwe. Miałem możliwość to stwierdzić. Lepiej użyć kryształ wytworzony przez samą naturę. Działa o wiele lepiej niż wytwarzany samodzielnie. W latach 50-70. ubiegłego wieku odbiorniki detektorowe konstruowali młodzi radioamatorzy, jednak zamiast kryształka stosowano znacznie czulsze diody germanowe.
Rys. 2
Wykaz elementów
Nazwa elementu Symbol Ilość
kondensator strojeniowy wg opisu C 1
43pF/63V ceramiczny C1 1
68pF/63V ceramiczny C2 1
130pF/63V ceramiczny C3 1
470pF/63V ceramiczny C4 1
1nF/63V C5,C6,C8 3
3,3nF C7 1
10µF/63V elektrolityczny C9 1
1M/0,6W R1,R3 2
20k/0,6W R2 1
56k/0,6W R4 1
9,1M/0,6W R5 1
1k/0,6W R6 1
100W/0,6W R7 1
1M potencjometr logarytmiczny P1 1
1S4T V1,V3 2
DF669 V2 1
detektor wg opisu w tekście D 1
transformator, cewki wg opisu w tekście
włącznik dwusekcyjny W 1
bateria anodowa 45V, złożona z 5 baterii 6F22 Bat1 1
bateria żarzenia 1,5V, np. R6,R14,R20 może też być akumulator NiCd Bat2 1
słuchawki 32W 1
   W miejscu odbioru istnieje pewne natężenie pola E wytwarzanego przez radiostację:

wzor

E w [mV/m]
P - moc nadajnika w [kW]
r - odległość od nadajnika w [km]

Wielkość napięcia indukowanego w antenie Uind jest iloczynem E i wysokości skutecznej anteny. Zwykła antena prętowa (o ile jej długość jest mniejsza od 1/8l), czyli kawałek drutu ma wysokość skuteczną równą połowie jego długości. W przypadku anteny ferrytowej jest nieco trudniej:

wzor

h - wysokość skuteczna w [m]
S - przekrój poprzeczny rdzenia w [cm2]
l - długość odbieranej fali w [m].

   Załóżmy teraz ,że chcemy zbudować odbiornik detektorowy wg rys. 1, znajdujący się w Warszawie, odbierający pierwszy program Polskiego Radia (f=225kHz, l=1333m) Program ten nadawany jest z Solca Kujawskiego z nadajnika o mocy P=1000kW. Odległość od nadajnika - 210 km.
Natężenie pola w miejscu odbioru: E= 33 mV/m. Obwód rezonansowy składa się z 220 zwojów na pręcie ferrytowym f =1cm (S=3,14cm2). Wobec tego h=0,032m. Indukowane w antenie napięcie wynosi Uind=1mV. Ze względów konstrukcyjnych nie uzyskamy dobroci cewki lepszej od ok. 150. Tangens kąta stratności kondensatora powietrznego wynosi 1,5·10-4, mikowego 1,5·10-2. Stąd dobroć początkowa obwodu rezonansowego wynosi Q=146 dla kondensatora powietrznego lub Q=46 dla mikowego. Napięcie Ur jest Q krotnie większe od Uind i wynosi odpowiednio Ur=146mV lub 46 mV. Ale przy właściwie dobranym obciążeniu (słuchawka o dużej impedancji) i tak będzie jeszcze o połowę mniejsze (dobroć pod obciążeniem 73 lub 23).
   Wymaga się dla właściwej pracy detektora, aby napięcie w.cz na detektorze osiągało około 600-700 mV. Nawet z anteną prętową przyłączoną do naszego odbiornika może to być trudne do osiągnięcia, a to z racji niekorzystnego stosunku sygnał/szum w miejscu odbioru. Dlatego widzimy, że budowa odbiornika detektorowego wykonanego według schematu z rys. 1 w odległości większej od kilkudziesięciu km od nadajnika jest niemożliwa. Sytuację odmieni zastosowanie dodatkowego wzmacniacza w.cz przed detektor, co zrealizowano w odbiorniku radiowym, opisanym w dalszej części artykułu, pokazanego na rys. 3.
   Dzięki zastosowaniu tego wzmacniacza uzyskamy kilkunastokrotne wzmocnienie sygnału w.cz. Po drugie, obwód rezonansowy w zasadzie nie jest obciążony, przez co dobroć pod obciążeniem jest równa dobroci początkowej. Jako lampa wzmacniacza pracuje 1S4T w układzie triodowym. Jest to lampa końcowa, jednak jej użycie w tym punkcie układu jest uzasadnione dużym nachyleniem charakterystyki - około 1,4mA/V. Wzmocnienie wzmacniacza w.cz wynosi około 14V/V. Widać z powyższych, że poprawną pracę układu powinniśmy uzyskać przy natężeniu pola rzędu 17 mV/m.
Lampowy odbiornik bateryjny z detektorem
Rys. 3
   W obwodzie anodowym zastosowano cewkę reakcyjną Lr. Część wzmocnionego przez lampę napięcia w.cz. kierowana jest z powrotem do obwodu LC - dzięki temu jest on odtłumiany. Równoważne jest to zwiększeniu jego dobroci, przez co czułość jeszcze się zwiększa. Mimo to jest wskazane, aby każdy obliczył, na jakie natężenie pola i napięcie na obwodzie LC może liczyć w miejscu odbioru (wskazane jest, aby na obwodzie rezonansowym powstawało napięcie chociaż 20-30mV, inaczej siła głosu będzie już naprawdę bardzo nieznaczna). Regulację wielkości tego dodatniego sprzężenia zwrotnego (reakcji) uzyskuje się przez przesuwanie cewki Lr na pręcie anteny ferrytowej. Jest to więc sprzężenie regulowane przez zmianę indukcyjności wzajemnej. Wadą tego typu reakcji jest to, że jest ona "twarda" - łatwo następuje wzbudzenie układu. Detekcja siatkowa na pierwszej lampie nie może nastąpić, ponieważ siatka sterująca znajduje się na potencjale wstępnym -0,4V i w tych warunkach prąd siatki nie może płynąć. W razie potrzeby można dołączyć antenę zewnętrzną, aby nieco zwiększyć czułość. Wyniki w mieście dały jednak zły wynik - siła głosu cokolwiek się zwiększyła, ale zakłócenia również.
   Wzmocniony sygnał w.cz dociera przez kondensator 470 pF na detektor. Sprawność detekcji nie przekracza zazwyczaj 30...40%. Tym samym amplituda użytecznego napięcia m.cz na potencjometrze może nie przekroczyć 100mV. W tym miejscu mała dygresja: projektując ten układ przeliczyłem się, przyjmując zbyt optymistyczne wartości sygnału za detektorem. Początkowo układ planowałem jako 2-lampowy. Po uruchomieniu okazało się jednak, że siła głosu jest niewystarczająca. To zmusiło mnie do dodania wzmacniacza napięciowego m.cz na miniaturowej lampie DF669 (Ku ~ 20). Zamiast niej można zastosować o wiele łatwiej dostępną 1T4T z cokołem heptalowym. Nadawać się tu będzie w zasadzie każda trioda lub pentoda bateryjna (napięcie żarzenia 1,4V) z nachyleniem charakterystyki 0,7-1,4 mA/V. Może się jedynie okazać, że należy nieco zmienić ujemne napięcie siatki tej lampy i opornik anodowy. W takich wypadkach chętnie służę radą. Wzmacniacz końcowy pracuje z lampą 1S4T w klasie A. Potencjał wstępny siatki tej lampy wynosi -4,8V. Z racji tego, że w dzisiejszych czasach słuchawki posiadają oporność 32W konieczne jest użycie transformatora dopasowującego w obwodzie anodowym tej lampy (słuchawki włączone są szeregowo - 64W). Potrzebne ujemne potencjały siatek uzyskano z dzielnika oporowego. Zamiast lamp 1S4T można zastosować lampy 3S4T. Jedyną zmianą, jaką należy uczynić jest połączenie ze sobą obu połówek grzejnika.
   Pobór prądu z baterii anodowej wynosi około 4,5 mA, z baterii żarzenia około 140 mA.
numeracja wyprowadzeń lamp Parę słów o montażu układu
Kondensator C powinien być powietrzny o pojemności całkowitej 450...500 pF. Podejrzewam jednak, że większość będzie dysponować kondensatorami z odbiorników tranzystorowych z dielektrykiem np. mikowym. To pogorszy niestety dobroć obwodu rezonansowego. Dlatego jeszcze raz przypominam o przeprowadzeniu obliczeń! Aby ułatwić obliczenia załączam prosty program (384KB) dla Windows.
   Wszystkie cewki nawinięte są jednowarstwowo na pręcie anteny ferrytowej. Cewka L posiada 220 zwojów drutu w emalii 0,15mm. Cewka antenowa zawiera 55 zwojów tegoż drutu. Cewka reakcyjna zawiera 100 zwojów tego samego drutu. Cewka ta musi się przesuwać po rdzeniu. Rdzeń powinien być długi (w modelu aż 20cm). Transformator głośnikowy powinien posiadać 3200 zwojów drutem 0,05mm i 400 zwojów drutem 0,1mm. Może być nawinięty np. na rdzeniu kubkowym AL= 63. Nadawać się tu będzie taki transformator, którego przekładnia wynosi 1:6-1:10, przy czym na uzwojeniu pierwotnym powinno się znajdować 2000-3500 zwojów. Przekrój rdzenia nie musi być duży - wystarczy np. 1-4 cm2. Wszak audycje nadawane na falach długich nie odznaczają się wysoką jakością. Wystarczy, że pasmo przenoszenia zawierać się będzie w przedziale 100.....6000 Hz, a nawet mniej.
   Na rys. 4 przedstawiona jest numeracja i położenie wyprowadzeń lamp.

Wyprowadzenia lamp są zawsze rysowane tak, jakby na lampę patrzyło się od strony cokołu

Oznaczenia:
A - anoda
+F - plus grzejnika
-F - minus grzejnika
Fcentr - środek grzejnika
G1 - siatka pierwsza
G2 - siatka druga
G3 - siatka trzecia
M - metalizacja bańki
E - ekran
Rys. 4
Skąd wziąć kryształek?
Poświęćmy chwilę detektorowi. Przede wszystkim postarajmy się o mały kryształek pirytu, galeny, chalkopirytu lub cynkitu. Kryształy takie można nabyć na giełdach minerałów. Warto może jeszcze zaznaczyć, że niektóre z tych kryształów występują w Polsce. W układzie modelowym pracuje piryt.
   Kryształ może mieć naprawdę małe wymiary np. 3x3x3mm. Z drugiej strony na nieco większym krysztale będzie łatwiej znaleźć najczulszy punkt detekcji. W rozwiązaniu prototypowym kryształ naklejono na kawałek szklanej płytki. Płytka stabilnie trzyma się dzięki blaszkom, które przytrzymują je, podobnie jak szkiełko podstawowe w mikroskopie. Do kryształu dotyka kawałek srebrzanki i drutu cynowanego. Druty te można dowolnie dotykać do kryształu. Warto wypróbować różne druty, np. miedziany czy stalowy zamiast cynowanego. W rozwiązaniu modelowym druty przylutowane są do wtyczek chinch, a dokładną regulację detektora można uzyskać przez delikatne obracanie ich w gniazdkach.

Uruchomienie
   Cały odbiornik można zmontować na podstawie z blachy ocynkowanej o wymiarach 250x150x50mm. Uruchomienie najlepiej rozpocząć przy podłączonej zamiast kryształka diodzie germanowej (jeśli ktoś jest leniwy może zostawić diodę zamiast kryształka, ale to już nie to samo...) i zdjętej z pręta ferrytowego cewce reakcyjnej. Potencjometr siły głosu ustawiamy na maksimum. Kręcąc kondensatorem C próbujemy złapać stację. Jeśli się to nie udaje, zakładamy cewkę reakcyjną. W pewnym jej położeniu ze słuchawek powinien być słyszalny gwizd lub szum. Jeśli go nie ma należy zamienić końcówki cewki Lr miejscami. Ustawiamy cewkę tak, by gwizd zniknął, ale w okolicy jego powstawania. Teraz próba odebrania stacji powinna odbyć się pomyślnie. Regulując położenie kondensatora C i cewki reakcyjnej Lr ustawiamy odbiornik na maksimum głośności i czystości dźwięku. Należy pamiętać, że antena ferrytowa ma właściwości kierunkowe, czyli największą głośność można osiągnąć poprzez odpowiednie ustawienie odbiornika.
   Możemy teraz odłączyć diodę (nie rozstrajamy obwodu LC!) i w jej miejsce włączyć kryształek. Dotykając drutami kryształka próbujemy uzyskać maksymalnie dużą siłę głosu. Zabieg ten wymaga niestety dużo cierpliwości.

autor:   Aleksander Zawada
aleksander_zawada@poczta.onet.pl

pusty
do góry
WsteczMenuDalej
pusty

UWAGA: Wszystkie umieszczone schematy, informacje i przykłady mają służyć tylko do własnych celów edukacyjnych i nie należy ich wykorzystywać do żadnych konkretnych zastosowań bez przeprowadzenia własnych prób i doświadczeń, gdyż nie udzielam żadnych gwarancji, że podane informacje są całkowicie wolne od błędów i nie biorę odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikające z zastosowania podanych informacji, schematów i przykładów.


Wszystkie nazwy handlowe, nazwy produktów oraz znaki towarowe umieszczone na tej stronie są zastrzeżone dla ich właścicieli.
Używanie ich tutaj nie powinno być uważane za naruszenie praw właściciela, jest tylko potwierdzeniem ich dobrej jakości.

All trademarks mentioned herein belong to their respective owners.
They aren't intended to infringe on ownership but only to confirm a good quality.


Strona wygląda równie dobrze w rozdzielczości 1024x768, jak i 800x600.
Optymalizowana była pod IE dlatego polecam przeglądanie jej w IE5.5 lub nowszych przy rozdzielczości 1024x768.


© Copyright 2001-2005   Elektronika analogowa
pusty
pusty pusty pusty