Ламповые радиоприемники: устройство, эксплуатация и сборка

Схема детекторного приемника — описание

Итак для того чтобы смастерить простой детекторный радиоприемник по нижеприведенной схеме нам нужно всего 2 детали: германиевый диод (Д9 или Д18) и головной телефон с большим сопротивлением (ТОН-1 или ТОН-2)

Радиоприемник не имеет в своем составе колебательного контура, вследствие этого он не способен улавливать одну конкретную радиостанцию из того количества станций, которые транслируются в данной местности. Но, не смотря на это, он со своей задачей справляется.

Для работы радиоприемника необходима хорошая антенна, в роли которой может выступать кусок провода, заброшенный на дерево и провод заземления. Заземление можно сделать, подсоединив провод к массивному металлическому предмету, например к старому ведру, и закопав его на небольшую глубину.

Блок питания 0…30 В / 3A
Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Схемы простейших приёмников

Схема простейшего радиоприёмника для сборки дома была разработана ещё во времена СССР. Тогда, как и сейчас, устройства разделялись на детекторные, прямого усиления, прямого преобразования, супергетеродинного типа, рефлексные, регенеративные и сверхрегенеративные. Наиболее простыми в восприятии и сборке считаются детекторные приёмники, с которых, можно считать, началось развитие радио в начале 20-ог века. Наиболее сложными в построении стали устройства на микросхемах и нескольких транзисторах. Однако если вы разберетесь в одной схеме, другие уже не будут представлять проблемы.

Как настроить радиоприемник?

После того, как новый радиоприемник занял свое постоянное место, требуется его минимальная настройка:

1. Устройство подключается к сети электропитания или к аккумулятору.
2. Нажимается клавиша «ON» или «Вкл».
3. Дальше ответ на вопрос, как настроить радио, зависит от типа приемника. Аналоговые модели настраиваются вручную путем поворота колеса, в цифровых этот шаг автоматически выполняет процессор.
4. Пользователю остается лишь выбрать нужную станцию или переключить на желаемую, при необходимости.
5. Далее в разных моделях можно регулировать звук, настраивать время и дату, другие имеющиеся опции.

Детекторный приемник.

Детекторный приемник самое простое устройство, позволяющее произвести прием радиовещательных
радиостанций, использующих амплитудную модуляцию.
Классический детекторный приемник рассчитанный на прием в диапазоне длинных и средних волн
состоит из колебательного контура, амплитудного детектора, собранного на одном диоде и высокоомных
головных телефонов (наушников, говоря по-просту).
Рисунок иллюстрирующий принцип работы амплитудного детектора

На рисунке диод «обрезает» отрицательную составляющую радиосигнала.
Затем, фильтрующая емкость производит выделение огибающей выпрямленного сигнала высокой
частоты — получается сигнал низкой частоты.

Вот так, может выглядеть схема реального детектороного приемника.

В качестве колебательного контура можно использовать конденсатор переменной емкости(C1),
от любого неисправного промышленного приемника и магнитную антенну от него же.

Наушники — старинные головные телефоны ТОН-2.

Нужно ли при использовании в качестве оконечной лампы пентода применять предварительное усиление низкой частоты?

Пентод специально рассчитан на то, чтобы отдавать большую мощность при очень малых переменных напряжениях, подводимых к его управляющей сетке.

В приёмниках, имеющих в качестве детектора трёхэлектродную или экранированную лампу или пентод, в предварительном усилении низкой частоты нет необходимости, так как эти детекторы обеспечивают подачу на сетку пентода такого напряжения, которое необходимо для отдачи пентодом полной мощности.

В приёмниках с диодным детектированием переменные напряжения на сетке пентода не всегда бывают достаточны и в таких случаях часто необходимо предварительное усиление низкой частоты.

Лампа предварительного усиления может быть самостоятельной или соединённой в одном баллоне с диодным детектором (диод-триод, диод-пентод).

Особенности

Чтобы обеспечить советских граждан в достаточном количестве качественной радиотехникой, в СССР начали перенимать опыт европейских стран. Такие компании, как Siemens или Philips выпускали еще в конце войны компактные ламповые радиоприемники, у которых не было трансформаторного питания, так как медь была большим дефицитом. В первых радиоприемниках было 3 лампы, и выпускались они на протяжении первых 5 лет послевоенного периода, причем в довольно больших количествах, часть их была завезена в СССР.

Именно в применении этих радиоламп и заключалась особенность технических данных у бестрансформаторных радиоприемников. Радиолампы были многофункциональны, их напряжение составляло до 30 Вт. Нити накаливания внутри радиолампы нагревались последовательно, благодаря чему их применяли в цепях питания сопротивлений. Использование радиоламп дало возможность обходиться в конструктиве приемника без применения меди, но его энергопотребление при этом значительно повышалось.

Пик выпуска ламповых радиоприемников в СССР пришелся на 50-е годы. Заводы-изготовители разрабатывали новые схемы сборки, качество аппаратов постепенно повышалось, и приобрести их становилось возможно по приемлемым ценам.

Шаг 4. Разработка конструкторской документации

Закончив работу по проектированию топологии самодельного радиоприемника, переходим к следующему этапу – разработке конструкторской документации. 

Конструкторская документация для изготовления печатного узла, как правило, состоит из:

• принципиальной электрической схемы;
• перечня элементов;
• сборочного чертежа;
• спецификации.

В отдельных случаях могут понадобиться детальный чертеж и чертеж трассировки.

В рассмотренном проекте разработаем конструкторскую документацию по всем вышеперечисленным пунктам. 

Чертеж принципиальной электрической схемы радиоприемника

Разработку конструкторской документации начнём с чертежа принципиальной электрической схемы. Чертеж принципиальной электрической схемы почти полностью будет повторять принципиальную электрическую схему из схемотехнического редактора Diptrace. 

Принципиальная электрическая схема самодельного радио представлена на рисунке 12.

Рисунок 12 — Принципиальная электрическая схема радиоприемника

Перечень элементов

К принципиальной электрической схеме должен прилагается перечень компонентов. Перечень компонентов является составной частью схемы. Представляет собой совокупность элементов, задействованных в схеме. При небольшом количестве элементов информация отображается на принципиальной электрической схеме. При большом количестве наименований — создается отдельный документ (ПЭ3). Перечень компонентов, выполненный отдельным документом представлен на рисунке 13.

Рисунок 13 — Перечень элементов печатной платы радиоприемника

Детальный чертеж печатной платы радиоприемника

На детальном чертеже печатной платы изображены:

• геометрические размеры с допусками;
• таблица с условными обозначениями отверстий их параметрами;
• технические требования к печатной плате.

Для плат с элементами поверхностного монтажа (SMD – компонентами) в состав детального чертежа входит чертеж трафарета.

Рисунок 14 — Детальный чертеж печатной платы радиоприемника

Чертеж трассировки

Чертеж трассировки содержит следующую информацию о разрабатываемой печатной плате:

• топологические слои (проводящий рисунок печатной платы);
• маркировочные слои;
• масочные слои защитного покрытия;
• параметры и порядок размещения проводящих слоев;
• допустимые замены материалов;
• информацию о конфигурации печатной платы;
• технические требования.

Рисунок 15 — Чертеж трассировки печатной платы радиоприемника

Сборочный чертеж платы радиоприемника

Сборочный чертеж печатной платы включает в себя:

• общий вид печатной платы;
• вид сбоку;
• дополнительный вид печатной платы снизу (при двухстороннем расположении компонентов);
• габаритно-присоединительные размеры;
• варианты установки;
• технические требования к печатному узлу.

Рисунок 16 — Сборочный чертеж печатной платы радиоприемника

Спецификация

Завершающим этапом в разработке конструкторской документации (КД) является спецификации спецификация.

Спецификация включает в себя всю конструкторскую документацию, необходимую для изготовления комплекта изделия:

• принципиальную электрическую схему;
• сборочный чертёж;
• чертеж платы;
• топологический чертеж;
• перечень элементов;
• стандартные изделия;
• детали;
• материалы.

Какие-то документы могут исключаться из неё, например, детальный и топологический чертежи.

Какие-то, наоборот, добавляться. Например, инструкция по программированию. 

Рисунок 17 — Спецификация печатной платы радиоприемника

На этом разработка конструкторской документации самодельного радиоприемника заканчиваем.

Схемы электронных устройств

Много ламповых и транзисторных схем, среди которых: радиоприемники, радиопередатчики, трансиверы и радиостанции, блоки питания и выпрямители для ламповых устройств, самодельные регуляторы громкости и тембра, антенны для радиоприема и радиопередачи, измерительные устройства и другие.

Отдельно стоит выделить раздел со схемами ламповых усилителей — самодельных и фабричных: Fender, McIntosh, Manley, Leak, Technics, Rickenbacker, SDS Labs, Quad II, Mesa Boogie и других.

• Схемы усилителей (УНЧ) Ламповые и транзисторные усилители схемы и описания конструкций усилителей низкой частоты.
• Схемы для обработка звука Схемы ламповых и транзисторных эквалайзеров, микшеров, звуковые эффекты, обработка звука.
• Акустические системы Схемы и конструкции акустических систем, звуковых комплексов.
• Схемы ламповых приемников Схемы радиоприемных устройств (радиоприёмников) на электронных лампах.
• Приемники на транзисторах Схемы радиоприёмников на полупроводниковых транзисторах и диодах.
• Детекторные приемники Схемы детекторных радиоприемных устройств (радиоприёмников).
• Радиопередатчики Радиопередатчики на лампах и транзисторах, схемы передающих устройств.
• Радиостанции и трансиверы Представлены принципиальные схемы ламповых и гибридных радиостанций (трансиверов).
• Измерения и настройка Схемы устройств и приставок для измерений и наладки электронной аппаратуры.
• Питание устройств на лампах Схемы источников питания, зарядных устройств, преобразователей.
• Антенны для радио Схемы и конструкции антенн для радиоприемников и радиопередатчиков.
• Разные схемы Другие схемы что не вошли в разделы выше. Самые разные на лампах и транзисторах.

Если нет высокоомных наушников – чем заменить.

Для детекторного приемника нужны высокоомные наушники, но если их нет- не беда. Чем заменить высокоомные наушники? Можно использовать обычные наушники «от плеера» с сопротивлением 32 Ом, подключив их через согласующий трансформатор. Громкость, конечно, будет немного ниже по сравнению с true высокоомными наушниками, но что-то услышать удастся. Трансформатор можно взять из любого сетевого  ТРАНСФОРМАТОРНОГО понижающего блока питания на 3 — 12 вольт (не импульсного). Трансформатор должен быть выполнен на железном (не ферритовом) каркасе и иметь минимум 2 обмотки. Обмотка «1» — сетевая, та, которая подключается к 220 вольт. Её нужно подключить на выход детекторного приемника. Обмотка «2» —  понижающая. К ней нужно подключить наушники 32 Ом. Смотри схему. Таким образом, детекторный приемник можно слушать на обычные наушники 32 Ом от плеера, подключив их через трансформатор.

Еще для детекторного приемника можно сделать отличные самодельные наушники из строительных противошумных.

Я и Диод. yaidiod.ru.

Ферровариометр детекторного приемника.

Ферритовый вариометр для детекторного приемника использовать более выгодно, нежели настройку с помощью КПЕ. Я бы даже сказа, что КПЕ вреден для детекторного приемника. Контурный конденсатор большой емкости существенно подавляет амплитуду полезного сигнала. К тому же ферровариометр обладает более глубокой перестройкой частоты и лишен такого недостатка как неравномерность чувствительности приема при перестройке. Детекторный приемник с ферритовым вариометром имеет более острую настройку по сравнению с КПЕ из за большего коэффициента перекрытия.

Вначале я планировал использовать в детекторном приемнике вот такой ферровариометр из водопроводной пластиковой трубы. Этот вариометр обладает хорошей доброностью, но он бы просто не влез в мой корпус из за громоздкой верньерной системы. Такой вариометр требует более громоздкого корпуса детекторного приемника.

По этому, я решил делать более компактный вариометр – наподобие вариометра детекторного приемника Комсомолец. Как впоследствии оказалось, такой вариометр — идеальный вариант для моего компактного детекторного приемника.

Катушка вариометра – состоит из полого картонного цилиндра с внутренним диаметром 10 мм и длиной 75 мм, щек из деревянной школьной линейки и основания. Все это склеено ПВА, вскрыто морилкой и лаком.  Катушка содержит 110 витков провода ПЭЛ-0.45 , намотанных под одну сторону каркаса и с отводами через каждые 20 витков.

Ось вариометра – изготовлена из переменного резистора СП-3 с длинной осью. Причем, взята не только сама поворотная ось, но еще и штатная втулка оси, с резьбой и гайкой резистора. Эта втулка и гайка позволяют закрепить ось на панели детекторного приемника.

Феррит вариометра – кусок феррита магнитной антенны приемника «Селга», диаметром 8 мм и длиной 4 см с приклеенной проволочной петелькой.

Рычаг вариометра – проволочная конструкция, насаженная на ось вариометра спиральной своей частью (смотри фото).

Нужно сказать, что в природе так же существует Магнитный ферровариометр на ферритовом кольце – еще более крутая вещь для детекторного приемника. Наматывается на ферритовом кольце, а перестраивается поднесением постоянного неодимового магнита. Обладает еще более лучшим перекрытием, остротой настройки и малыми габаритами. Когда-нибудь я соберу и на нем детекторный приемник. Но пока я ограничюсь своей конструкцией.

История производства

Самыми старинными с полным основанием могут быть названы не ламповые, а детекторные радиоприемники. Именно переход на ламповую технологию перевернул радиотехнику. Огромное значение в ее истории имели работы, проведенные в нашей стране на рубеже 1910-х — 1920-х годов. В тот момент были созданы приемно-усилительные радиолампы и сделаны первые шаги к созданию полноценной вещательной сети. В 1920-х годах, наряду со становлением радиопромышленности, стремительно увеличивалось разнообразие ламп.

В самых старых из них применялись пищалки. Но гораздо важнее, конечно, охарактеризовать лучшие конструкции. Модель «Урал-114» производилась с 1978 года в Сарапуле.

Сетевая радиола стала последней ламповой моделью Сарапульского завода. От предыдущих моделей того же предприятия ее отличает двухтактный усилительный каскад. На переднюю панель вынесена пара громкоговорителей. Есть также вариация этой радиолы с 3 громкоговорителями. Один из них отвечал за высокие, а два других – за низкие частоты.

Еще одна ламповая радиола высшего разряда – «Эстония-Стерео». Ее выпуск начался в 1970 году на таллинском предприятии. В комплект поставки входил 4-скоростной ЭПУ и пара звуковых колонок (по 3 громкоговорителя внутри каждой колонки). Диапазон приема охватывал самые разные волны — от длинных до УКВ. Выходная мощность всех каналов УНЧ — 4 Вт, потребление тока достигает 0,16 кВт.

Что касается модели «Ригонда-104», то она не выпускалась (и даже не проектировалась)

Зато внимание пользователей неизменно привлекала «Ригонда-102». Эта модель производилась ориентировочно с 1971 по 1977 годы

Она представляла собой монофоническую радиолу 5 диапазонов. Для приема сигнала использовалось 9 электронных ламп.

Еще одна легендарная модификация – «Рекорд». Точнее, «Рекорд-52», «Рекорд-53» и «Рекорд-53М». Цифровой индекс всех этих моделей показывает на год выпуска. В 1953 году заменили громкоговоритель и модернизировали устройство в плане дизайна. Технические параметры:

• звук от 0,15 до 3 кГц;
• потребление тока 0,04 кВт;
• масса 5,8 кг;
• линейные размеры 0,44х0,272х0,2 м.

Настройка

Приемник достаточно неприхотлив и при правильной сборке начинает работать сразу. Тем не менее есть ряд общих рекомендаций по его настройке.

1. После включения проверяют наличие накала ламп. Если накала нет, то следует проверить исправность лампы или искать обрыв/замыкание в цепи накала. Нити подогревателей прогретой лампы должны светиться оранжевым.
2. Следует проверить наличие анодных напряжений. Некоторые напряжения указаны на схеме.
3. Проверь режим работы ламп, установив требуемые напряжения в катодной цепи. Если отклонения существенны (больше 50%), следует подобрать соответствующие резисторы.
4. Проверь работу УНЧ: при прикосновении к движку резистора пальцем должен слышаться характерный шум в динамике. Проверить работу УПЧ без осциллографа сложнее, но, если напряжения установлены верно и ошибок при сборке нет, он будет работать.
5. Проверь работу смесителя. Когда вращаешь ручку управления режимом работы смесителя в месте начала генерации, должен появляться шум в динамиках.
6. Проверь работу УВЧ: при касании антенного входа отверткой в динамиках раздаются характерные щелчки.

Если все работает, то ручкой регулировки режима смесителя получаем появление шума в динамиках, после чего переменным конденсатором настраиваемся на радиостанцию. Затем более точной подстройкой режима смесителя и частоты добиваемся наилучшего качества приема. В этом помогает индикатор настройки. Все! Можно наслаждаться теплым ламповым звуком. Качество звучания этого приемника оказалось достаточно хорошим, во всяком случае, с качеством звучания сверхрегенератора оно не сравнится.

Ну и напоследок самое интересное, то, ради чего все и затевалось, — осциллограммы сигнала в разных точках схемы. Осциллограмм работ смесителя у меня нет по причине того, что щупы осциллографа сильно влияют на режим его работы, поэтому начнем с УПЧ.

Рассмотрим сигнал на входе и выходе первого каскада УПЧ. На осциллограмме входного (снизу) сигнала видно, что из смесителя, кроме сигнала ПЧ, проходит высокочастотный шум, и его амплитуда даже больше амплитуды нужного сигнала. Но это не страшно, так как он отфильтруется полосой пропускания каскада. И действительно, в осциллограмме выходного сигнала виден только сигнал ПЧ с амплитудой около 200 МВ

Обрати внимание, что у осциллограмм разный масштаб. Из этих осциллограмм можно увидеть, что реальный коэффициент усиления каскада составляет около 30 против расчетных 80

Сигнал на входе и выходе первого каскада УПЧ

Уже в этом месте с помощью осциллографа можно увидеть настройку на станцию, что выглядит как повышение амплитуды сигнала и пульсирующее изменение его частоты (частотная модуляция).

Частотная модуляция сигнала ПЧ

Далее посмотрим на работу второго каскада УПЧ. Тут все просто и понятно, входной сигнал усиливается примерно в 30 раз, и на выходе мы получаем уже около 5 В.

Сигнал на входе и выходе второго каскада УПЧ

После второго каскада сигнал попадает в ограничитель, в котором он дополнительно усиливается и амплитуда ограничивается на уровне 70 В. Здесь хорошо видно подавление паразитной амплитудной модуляции и почти меандр на выходе.

Сигнал на входе и выходе ограничителя

Также тут можно посмотреть на частотную модуляцию.

Частотная модуляция в ограничителе

Теперь взглянем на осциллограммы работы счетного детектора. Видно, что на каждом восходящем фронте сигнала из ограничителя регенерируется импульс примерно одинаковой длительности и амплитуды.

Импульсы в счетном детекторе

Также здесь отчетливо видна частотная модуляция. Например, изменение частоты входного сигнала меняет частоту следования импульсов на выходе детектора.

Импульсы в счетном детекторе

Затем импульсы идут на интегрирующую RC-цепочку, что приводит к формированию низкочастотного сигнала на выходе. На осциллограмме отчетливо видно влияние частотной модуляции на выходной сигнал.

Формирование звукового сигнала

Суммарно работа детектора выглядит так, как показано на рисунках ниже. Здесь видно, что аудиосигнал несколько запаздывает относительно модулированной ПЧ, это связано с интегрирующей RC-цепочкой.

Работа ЧМ-детектора

C детектора сигнал идет на первый каскад УЗЧ, где он усиливается, а кроме того, отфильтровываются остаточные шумы из детектора.

Работа первого каскада УЗЧ

На этом можно и остановиться.

Супергетеродин

Супергетеродинный приемник, в отличие от приемника прямого усиления, предполагает преобразование принимаемого сигнала в промежуточную частоту, на которой выполняется селекция. Такое решение позволяет сократить количество перестраиваемых элементов, что значительно облегчает задачу.

Блок-схема типичного гетеродинного приемника

На схеме хорошо видно, что принимаемый сигнал усиливается и поступает в смеситель, туда же подается выход с гетеродина (вспомогательного генератора). В результате сигнал смесителя содержит биения, частота которых равна разности принимаемого сигнала и сигнала гетеродина. Из смесителя поток попадает в полосовой фильтр, который выделяет сигнал промежуточной частоты.

Именно в этом месте выполняется селекция. Далее промежуточная частота усиливается и поступает в детектор, выделяющий аудиосигнал. Последний преобразовывается УНЧ и подается на динамик или наушники. Схема в целом достаточно сложная, но зато она выигрывает с точки зрения стабильности работы.

Можно ли в этой схеме что-нибудь упростить? Да, можно! Если сделать промежуточную частоту достаточно низкой (~200 кГц), то полосовой фильтр можно заменить фильтром низких частот, что существенно упрощает конструкцию (собственно, так работает микросхема К174ХА34). А еще упростить схему можно? Конечно! Можно совместить смеситель с гетеродином, подобные приемники еще называют автодинами.

Характеристики радиоприемника

Опытные радиолюбители в качестве важных характеристик приемника для радио выделяют следующие параметры:

1. Чувствительность, или способность устройства принимать слабые электромагнитные сигналы. Чем она выше, тем лучше устройство принимает даже самые слабые электромагнитные сигналы. Измеряется в микровольтах (мкВ) или милливольтах на метр (мВ/м).
2. Избирательность или селективность, то есть способность устройства выделять нужный сигнал среди потока, подавлять шумы и другие станции. Измеряется в децибелах (дБ).
3. Динамический диапазон, или возможность улавливать и дешифровать волны различной длины.
4. Качество воспроизведения сигнала, которое зависит как от дешифровки полученных данных, так и от количества шума, который вносит само устройство в выводные данные.
5. Потребляемая мощность и экономичность устройств. Самыми энергоемкими считаются сетевые модели, а меньше всех потребляют портативные транзисторные.