Ламповый детекторный приёмник

Некоторое время назад экспериментировал с детекторным приёмом АМ-вещательных радиостанций, работающих на длинных и средних волнах – проверял всевозможную схемотехнику, пробовал разные антенны, хотелось собрать простой приёмник с приемлемым звуком и с возможностью подключения к внешнему усилителю. Остановился на варианте использования лампового диода в качестве детектора и применения антенны «длинный провод» максимально возможного размера. Понятно, что конструкция получается не совсем простая - требуется блок питания для лампы и, самое главное, совершение некоторых действий по изготовлению антенны и заземления, но это того стоит – качество звучания принимаемых станций с лихвой оправдывает потраченные силы и время. Никогда бы не подумал, что при детекторном приёме АМ станций слышно как дышат дикторы, как они перемещают по столу бумагу и как шумно, порой, ведут себя гости в студии.

В качестве антенны применяется антенна «треугольник» периметром 160 метров с воздушной симметричной линией питания длиной около 35 метров, но это всё используется как один «длинный провод». Получается, что длина приёмного полотна около 90-110 метров. В качестве заземления используется арматура панельного железобетонного дома (металлическое ограждение балкона).

Большинство экспериментов проводилось с местным приёмом радиостанции «Радио России - Томск», работающей на частоте 171 кГц. Насколько смог узнать, вещательный центр располагается на расстоянии примерно 100 км, мощность излучения у него большая, поэтому схема приёмника получилась простая (рис.1).

Рис.1

Высокочастотный сигнал, принятый антенной, с катушки последовательного контура C1L1 подаётся на катод диода, который пропускает через себя только отрицательные полуволны несущей частоты. Далее они сглаживаются на C2 и на трансформатор поступает уже низкочастотная огибающая, соответствующая форме модулирующего сигнала. В качестве звукового трансформатора используется обыкновенный силовой от старой игровой приставки «Дэнди». Его особенность - в раздельной намотке первичной и вторичной обмоток, и, возможно, благодаря этому ширина полосы воспроизводимого звука у него наилучшая в сравнении с другими проверенными - ТВК, ТАН, ТС. Можно, конечно, и специально для этой схемы намотать трансформатор, но учитывая, что сетка частот вещания на ДВ и СВ идёт через 9 кГц и спектр звуковых модулирующих частот радиостанций не должен превышать полосы 9 кГц (по ГОСТу 80-х годов – 10 кГц), то изготовление специализированного трансформатора здесь оправдано не столько с точки зрения улучшения звучания, сколько для повышения КПД системы. В схеме, конечно, были проверены звуковые выходные трансформаторы от ламповых усилителей, и полосу они, само собой, расширяют, но вместе с тем, становятся отчётливо слышны все помехи, наводимые на антенное полотно от окружающих импульсных блоков питания (компьютеров, телевизоров и др.). Ну, а так как для уменьшения уровня этих помех делать качественную систему заземления и симметричную антенную систему возможности нет, то решено было обойтись установкой в приёмник простого трансформатора, с полосой пропускания до 7-10 кГц.

Деталей в схеме мало и все они соединены навесным монтажом - входные и выходные гнёзда, панелька для лампы и трансформатор закреплены на пластине из оргстекла, а к ним уже припаяно всё остальное. Конденсаторы С1 и С2 – слюдяные, марки КСО или СГМ. Ёмкость С1 подбирается под конкретную используемую антенну по максимальной громкости звучания. Номинал С2 не должен быть большим – иначе в звуке начнут «заваливаться верхи».

Контурная катушка L1 намотана проводом ПЭЛ-0,12 на каркасе диаметром 22 мм (медицинский шприц), содержит примерно 320 витков и имеет индуктивность около 800 мкГн. Понятно, что провод слишком тонкий, имеет большое омическое сопротивление, а сама катушка имеет большую межвитковую ёмкость. Всё это, в конечном итоге, отрицательно сказывается на добротности контура. Поэтому в схеме была проверена катушка такой же индуктивности, намотанная проводом ПЭЛШО-0,2. Но, так как избирательность на длинноволновом диапазоне при такой схемотехнике входной цепи на слух не изменилась, а габариты намотки увеличилась очень сильно, то в конечный вариант приёмника вернул первую катушку. А вот при настройке приёмника на средневолновый диапазон катушку можно мотать более толстым проводом и, конечно, с меньшим количеством витков и с меньшей ёмкостью С1 в контуре.

Входные антенные разъёмы – винтовые приборные – ВР-1, ВР-3 или ВР-11 по каталогу «Бурый медведь». Прямо к разъёмам припаян резистор R1 сопротивлением от 0,5 МОм до 2 МОм, устраняющий накапливание на полотне антенны потенциала относительно земли во время выпадения атмосферных осадков.

Выходное гнездо – любое трёхконтактное (стерео), подходящее под штекер применяемых наушников, например 3,5 мм AUB-11 или AUB-13 по каталогу «Бурый медведь». Земляной провод приёмника подпаивается не к корпусу гнезда, а ко второй сигнальной ножке – так при использовании стереонаушников вдвое повышается их сопротивление.

Наушники применяю марки Dialog M800-HV с сопротивлением головок по 32 Ом. Чувствительность у них большая, поэтому подаваемого амплитудного низкочастотного напряжения в 10-20 мВ достаточно для комфортного прослушивания. По утрам и вечерам иногда приходится пользоваться штатным регулятором громкости.

Как это не смешно, но намного сложнее приёмника получился блок питания для диода. Трансформатора с выходным напряжением 6,3 В под рукой не было, пришлось использовать другой, с бОльшим напряжением. Опять же, выручил ещё один трансформатор от «Денди». Стабилизацию решил делать по току, а не по напряжению – деталей, примерно, такое же количество, как и при использовании линейных стабилизаторов типа LM7806, но зато получается плавный разогрев нити накала во время включения приёмника (рис.2).

Рис.2

Диоды VD1-VD4 можно использовать и попроще, начиная с отечественных КЦ405, КД226 - на ток от 1 А. Конденсаторы С1-С4 служат для уменьшения выбросов импульсов, возникающих во время закрывания диодов моста. Здесь лучше поставить слюдяные КСО или СГМ, но можно и керамические КМ или, хотя бы, дисковые китайские. С5 и С6 – электролитические любой марки, рассчитанные на эксплуатацию при напряжение от 16 В и выше. Служат для сглаживания выпрямленного напряжения, поэтому С5 лучше выбрать с ёмкостью более 1000 мкФ, а ёмкость С6, можно сказать, не критична - он здесь, скорее, для перестраховки, как и С7.

На элементах HL1, R1, R2, VT1 и VT2 собран источник тока для накала лампы. Сила этого тока зависит от напряжений падений на светодиоде HL1, на переходах база-эмиттер обоих транзисторов и сопротивления резистора R1. Соответственно, выставляется подбором сопротивления R1 до нужного для лампы 6Х2П значения 300 mA с точностью плюс-минус 25 mA [1]. Транзистор VT1 установлен на радиатор от старых компьютерных процессоров с площадью поверхности примерно 150-200 кв.см. Конденсаторы С5 и С6 закреплены на этом же радиаторе жестяными скобами и к ножкам этих конденсаторов и ножкам транзистора VT1 крепятся все остальные детали блока питания. Светодиод HL1 заменяем на любой отечественный или импортный, транзисторы VT1 и VT2 – на любые другие pnp транзисторы, подходящие по параметрам. Можно поставить один КТ973 или ему подобный импортный.

Настройка источника тока заключается в припаивании резистора (Rнагр) сопротивлением 10-20 Ом параллельно конденсаторам С6 и С7 (имитация цепи накала лампы), проверке выпрямленного напряжения на конденсаторе С5 (должно быть от 10 В до 15 В), и подборе номинала резистора R1 (примерно от 1 до 3 Ом) до соответствия протекающего через него тока значению 300 mA. Контролировать ток можно как по падению напряжения на R1, так и по выходному напряжения 6,3 В, падающему на резисторе Rнагр. Этот резистор лучше взять марки ПЭВ мощностью от 5 Вт, т.к. в зависимости от его номинала, на этапе экспериментов на нём может выделяться более 4 Вт. После настройки этот резистор нужно убрать и, вставив лампу в панельку, проверить ток, протекающий уже через неё.

Рассматривая схему приёмной части (рис.1), понятно, что если для согласования высокого выходного сопротивления диода с низким сопротивлением наушников используется понижающий трансформатора с коэффициентом трансформации 25, то на его первичке должно быть напряжение амплитудой около 0,25-0,5 В. Жалко терять такой потенциал! После некоторого размышления решил усложнять схему приёмника. Входную часть оставил почти без изменений, а вместо понижающего трансформатора поставил усилительный каскад SRPP на лампе 6Н3П. Основывался на том, что раз для накала диода всё равно нужен трансформатор, то почему бы в его качестве не использовать какой-нибудь ТАН или ТС с накальными и анодными обмотками? Ну, и почему бы тогда не сделать усилительный каскад на ещё одной лампе? После некоторых поисков нашёл силовой трансформатор от какой-то старой бытовой ламповой техники с выходным напряжение на анодной обмотке около 200 В и с накальной 6,3 В. В итоге схема приёмной части получилась такая (рис.3):

Рис.3

После детектора VL1С3 стоит фильтр низкой частоты R2C4, который вкупе с конденсатором C3 и фильтром высоких частот, образованным элементами C5R3, формируют полосу пропускания по уровню -3 dB в пределах 20 Гц…5 кГц (на частоте 9 кГц спад -6 dB). Примерная амплитудно-частотная характеристика фильтров, сэмулированная программой RFSimm99rus, приведена на рис.4. Если С4 поставить ёмкостью 2700 пФ, то на 9 кГц будет спад -3dB. Все постоянные резисторы на рис.3 применил марки ВС и ВСа 0,25 и 0,5Вт, конденсаторы С2, С3, С4, С6 - КСО (можно СГМ). С4 составлен из двух включенных параллельно (2700 пФ и 1000 пФ). С1 – воздушный, двухсекционный 2х12/495 пФ. Конденсатор С5 - К40У-9, С7 - МБГО на рабочее напряжение 300 В. Выходной переменный резистор сначала был ППБ-1В 10 кОм, но в конечном варианте из-за отсутствия подходящей ручки регулировки был поставлен СП-1 с характеристикой «В». На слух разницу не заметил. Катушка L1 – такая же, как и в варианте приёмника с трансформаторным выходом. Низкий номинал резистора R1 – это не ошибка, сначала его сопротивление было более 100 кОм, но в звучании станций иногда возникали слышимые искажения. С чем это связано, сказать не могу, возможно, с изменениями уровня постоянного напряжения при детектировании и очень низкой частотой воспроизведения усилительного каскада, но действенным способом их уменьшения оказалось понижение сопротивления R1 до 5-10 кОм. Очень может быть, что это неправильный шаг и искать причину искажений надо было в другом месте. Например, уменьшать коэффициент усиления каскада.

Рис.4

Каскад SRPP в данной схемотехнике имеет усиление около 26 дБ (20 раз). Номиналы резисторов R4 и R5 подобраны для работы лампы с максимальным подавлением третьей гармоники. Ток покоя получился 5 mA. Конденсатор в цепи катода нижнего триода не ставил – усиление каскада и так избыточно. На рис.5 показан уровень гармоник при двух вольтах эффективного синусоидального выходного напряжения (два вольта эффективного – это 5,6 вольт двойной амплитуды, т.е. «от пика до пика»).

Рис.5

Блок питания как был собран на этапе экспериментов, так, почти без изменений схемотехники, и перешёл в конечную конструкцию (рис.6). Хотелось, конечно, полупроводниковый диод VD1 заменить на лампу 6Х2П, но так и не сделал, оставив ступенчатое (последовательное) включение приёмника тумблерами S1 и S2. Простое однополупериодное выпрямление анодного напряжения обусловлено простотой сборки и малым током нагрузки. Сначала, из-за этого малого тока, был неудобен процесс выключения – чтоб выключить S1 приходилось ждать, пока конденсаторы анодного напряжения разрядятся. Но потом приноровился и в качестве тумблера включения/выключения приёмника стал использовать только S2 (S1 остаётся включен постоянно), а чтоб приёмник не «бубнил» ещё на протяжении нескольких минут, уводить ручку громкости (R6 на рис.3) в минимальное положение.

Рис.6

Тумблеры - ТП1-2, рассчитанные на напряжение 220 В и ток 2 А. Предохранитель - в держателе ДПБ. Трансформатор можно использовать промышленный из серии ТАН, например, ТАН-21 или ТАН-26. Выпрямительный диод VD1 - КД226Д.Конденсатор С1 составлен из двух последовательно соединённых КСО-2 10 нФ, 500 В. С8 – один такой конденсатор. С3, С4 и С6 – электролитические на напряжение 400-450 В. С7 – марки МБГО, на 300 В. Резисторы R1 и R2 создают в обмотке 6,3 В искусственную среднюю точку, на которую подаётся постоянное напряжение с делителя R5R6 (около 65В) и этим уменьшается уровень фона, создаваемого питанием накала ламп переменным напряжением. Конденсатор С5 – часть НЧ фильтра, образованного совместно с резистором R6, и ёмкость его может варьироваться от 0,33 до 10,0 мкФ. Сюда подойдёт любой плёночный (метало-плёночный) или бумажный (метало-бумажный) конденсатор, например, К73-17 (1,0 мкФ, 100 В), или МБГ* (1,0 мкФ, 160 В). Такой же марки можно взять и конденсатор C2, но на напряжение 400 В. В начальной схеме БП элементов С5R5R6 не было, правые по схеме ножки R1 и R2 были припаяны к общему проводу и фона частотой 100 Гц на слух не замечалось. Но при просмотре АЧХ приёмника программой SpectraPLUS стало видно, что фон есть и при подаче на R1 и R2 положительного напряжения он понижается более чем на 10 dB становясь сравнимым с уровнем шума тракта.

Выпрямитель блока питания несложно выполнить и по мостовой схеме. Тогда диоды можно взять на меньшие обратное напряжение и номинальный ток. Фильтрующие конденсаторы тоже можно применить меньшей ёмкости, да и одно Г-звено сократить – убрать R4 и С6.

Если при приёме присутствует большой уровень помех, можно попробовать «отвязать по ВЧ» приёмник от сети 220 В. Например, собрать фильтр как на рис.7. Здесь помехоподавляющий дроссель L – это или готовый из бытовой или оргтехники, или самодельный – например, 30-60 витков двойным изолированным проводом на ферритовом кольце 2000НМ К37х24х8. Провод должен быть в хорошей изоляции, чтоб сетевое напряжение не пробило его с витка на виток. Конденсаторы ёмкостью 100 нФ плёночные, помехоподавляющие, должны быть рассчитаны на напряжение 275 В, конденсаторы по 1 нФ – керамические высоковольтные, на 1 кВ.

Рис.7

Окончательно приемник был собран в одном корпусе с блоком питания. Весь 2013 год радовал своим звуком, но однажды, в начале 2014, эфир замолчал. Я, первым делом, полез с осциллографом во внутренности, но там было всё нормально – просто несущая на входе отсутствовала. Оказалось, что радиостанция «Радио России» прекратила своё вещание на длинных волнах… Однако…

Пришлось перестраивать на средние волны. Катушка входного контура была намотана проводом ПЭЛШО-0,2 на каркасе 17мм (пластиковый медицинский шприц). При 95 витках неплотной намотке индуктивность получилась около 50 мкГн. При несложном изменении входной цепи (рис.8) приём возможен в диапазоне 0,53-1,6 МГц. Но у нас, в Сибири, на этих частотах местных вещательных станций нет, поэтому остаётся слушать по утрам и вечерам «Международное Радио Китая» на русском языке. Приём дальних станций, конечно, неровный, уровни сигналов сильно меняются, поэтому для более-менее качественного прослушивания нужно ставить цепь автоматического регулирования усиления.

Рис.8

Цепь АРУ была собрана на полевом транзисторе VT1, используемом в качестве регулируемого сопротивления. Принцип действия простой – усиленный каскадом SRPP сигнал через R10 подаётся на детектор с удвоением выпрямленного напряжения C10VD2VD1C9. И чем больше на затворе транзистора отрицательный потенциал, тем меньшее сопротивление имеет переход «сток-исток» транзистора. Учитывая, что резисторы R7, R8 и сопротивление перехода «сток-исток» образуют через конденсатор С8 делитель совместно с резистором R2, то получается, что чем больше уровень НЧ сигнала на выходе каскада, тем сильней его пытается ослабить транзистор на входе. Уровень этого ослабления выставляется движком резистора R8 по комфортности звучания программ. Время «отпускания» АРУ зависит от ёмкости конденсатора С9 и сопротивления резистора R9. Малое время «отпускания» создаёт кажущуюся избыточную шумливость эфира, слишком большое - создаёт долгие и глубокие перепады в громкости звучания станции.

Почти все детали цепи АРУ были собраны навесным монтажом на плате из фольгированного текстолита. Только конденсатор С8 был закреплен возле лампы 6Н3П. Его марка - МБГО-2, ёмкость желательна более 2 мкФ. С9 – электролитический, но можно применить и плёночный, как и С10 (кстати, его номинал можно поставить и меньше – вплоть до 0,1 мкФ). Диоды VD1 и VD2 легко заменяемы на КД521, КД522 или подобные. Или же, если, вдруг, окажется, что усиления каскада недостаточно и АРУ работает плохо, то можно попробовать поставить сюда германиевые диоды Д311, Д312. Так же, для дополнительного усиления каскада можно параллельно резистору R5 поставить электролитический конденсатор ёмкостью от 100 мкФ и более.

Плата АРУ благополучно простояла в схеме неделю-две, а затем была безжалостно удалена с мыслью «…Ну и пусть уровень станций плавает… Так и должно быть… Это же эфир, а не mp3-запись…» :-)

Перед изготовлением корпуса приёмника, его внешний вид сначала был нарисован в программе Splan (рис.9) для того, чтоб представить, что и где должно стоять и как всё это будет выглядеть в окончательном варианте. Затем корпус был склеен из обрезков 6-ти миллиметровых МДФ стеновых панелей, обработан автомобильной грунтовкой, покрашен и покрыт лаком.

Рис.9

Верхняя панель – декоративная съёмная, а все основные детали (разъёмы, трансформатор, конденсатор, панельки) крепятся к той части корпуса, что под ней. На рис.9 это та пластина, что в нижнем правом углу, с размерами 194х294 мм и с разметками под отверстия. Все боковые стенки (76х176 и 76х288) приклеены к ней эпоксидным клеем ЭДП. Днище склеено из двух панелей (исходя из эстетического соответствия с верхней крышкой) и прикручивается к длинным боковинам четырьмя мелкими саморезами. Длинные боковины для этого усилены по толщине узкими полосами (рис.10). К днищу по углам приклеены ножки, вырезанные из того же материала.

Рис.10

На задней стенке закреплена колодка с предохранителем, на передней по центру стоит резистор регулировки громкость, а слева – ручка настройки конденсатора (рис.11). Пока никаких надписей не наносил и оформление не делал.

Рис.11

В конце хочется выразить благодарность людям, помогавшим с поиском ламп и других комплектующих – Виктору UA9OGD и Александру RW9OT.

Во вложениях - две записи «Радио России» на частоте 171 кГц для примерного представления о качества приёма. Одна сделана 31 декабря 2013 в 09:15 - люди уже проснулись и в записи слышны некоторые свисты и помехи. А другая - от 1 января 2014 10:23, когда все ещё спят после новогоднего праздника и помех почти нет.

Сейчас понимаю, что не все ещё эксперименты со схемотехникой провёл (в сторону улучшения звука), но теперь уже поздно и остаётся тешить себя планами на будущее.

На вопросы отвечу по почте sibmon@yandex.ru, но оперативности не гарантирую.

Литература:
Кацнельсон Б.В., Ларионов А.С. Отечественные приёмно-усилительные лампы и их зарубежные аналоги (справочник). – Москва, «Энергия», 1974.

Андрей Гольцов, г. Искитим, 2012-2014

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Радиоприем