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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Receptores detectores de VHF. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante El concepto de "receptor detector" está fuertemente asociado con antenas enormes y transmisión en ondas largas y medias. En el artículo publicado, el autor cita esquemas verificados experimentalmente de receptores detectores VHF diseñados para escuchar transmisiones FM VHF. La posibilidad misma de la recepción del detector en VHF se descubrió por accidente. Una vez, mientras caminaba por el parque Terletsky (Moscú, Novogireevo), decidí escuchar la transmisión; afortunadamente, llevé conmigo el receptor detector sin bucle más simple. El receptor tenía una antena telescópica de aproximadamente 1,4 m de largo. Me pregunto si es posible la recepción en una antena tan corta. Logré escuchar, bastante débilmente, el funcionamiento simultáneo de dos estaciones. Pero lo que me sorprendió: el volumen de recepción aumentaba periódicamente y caía casi a cero cada 5 ... 7 m, ¡y para cada estación de diferentes maneras! Se sabe que en el Lejano Oriente, e incluso en el NE, donde la longitud de onda llega a cientos de metros, esto es imposible. Tuve que parar en el punto de máximo volumen de recepción de una de las emisoras y escuchar con atención. Resultó: "Radio Nostalgia", 100,5 FM, transmitiendo desde la cercana Balashikha. No había línea de visión directa de las antenas del centro de radio. ¿Cómo podría recibir una transmisión de FM un detector de amplitud? Cálculos y experimentos posteriores muestran que esto es bastante posible y completamente independiente del propio receptor. El receptor detector de VHF portátil más simple se fabrica exactamente de la misma manera que un indicador de campo, solo se deben encender los auriculares de alta impedancia en lugar de un dispositivo de medición. Tiene sentido prever el ajuste de la conexión del detector con el circuito para seleccionarlo de acuerdo con el volumen máximo y la calidad de recepción. El detector más simple Un circuito receptor que cumple con estos requisitos se muestra en la fig. una.
El dispositivo contiene una antena telescópica de látigo WA1, conectada directamente al bucle L1C1, sintonizada a la frecuencia de la señal. La antena aquí también es un elemento del circuito, por lo tanto, para resaltar la potencia máxima de la señal, es necesario ajustar tanto su longitud como la frecuencia de sintonización del circuito. En algunos casos, especialmente cuando la longitud de la antena es cercana a la cuarta parte de la longitud de onda, es recomendable conectarla al grifo de la bobina de contorno y seleccionar la posición del grifo para el volumen máximo. La comunicación con el detector está regulada por un condensador de sintonización C2. El detector en sí está hecho con dos diodos de germanio de alta frecuencia VD1 y VD2. El circuito es completamente idéntico al circuito rectificador de duplicación de voltaje, sin embargo, el voltaje detectado se duplicaría solo si el capacitor de acoplamiento C2 fuera lo suficientemente grande, pero la carga en el circuito sería excesiva y su factor de calidad bajo. Como resultado, el voltaje de la señal en el circuito y el volumen del sonido disminuirían. En nuestro caso, la capacitancia del capacitor de acoplamiento C2 es pequeña y no se duplica el voltaje. Para una combinación óptima del detector con el circuito, la capacitancia del capacitor de acoplamiento debe ser igual a la media geométrica entre la resistencia de entrada del detector y la resistencia resonante del circuito. Bajo esta condición, se le da al detector la potencia máxima de la señal de alta frecuencia, correspondiente a la sonoridad máxima. El condensador C3 es un condensador de bloqueo, cierra los componentes de alta frecuencia de la corriente en la salida del detector. La carga de estos últimos son teléfonos con una resistencia de corriente continua de al menos 4 kOhm. Todo el receptor está ensamblado en una pequeña caja de metal o plástico. En la parte superior de la caja se fija una antena telescópica con una longitud de al menos 1 m, y en la parte inferior se fija un conector o tomas para conectar teléfonos. Tenga en cuenta que el cable telefónico sirve como la segunda mitad del dipolo receptor o contrapeso. La bobina L1 no tiene marco, contiene 5 vueltas de cable PEL o PEV con un diámetro de 0,6 ... 1 mm, enrollado en un mandril con un diámetro de 7 ... 8 mm. Puede seleccionar la inductancia requerida estirando o comprimiendo las vueltas durante el ajuste. Un capacitor variable (KPE) C1 se usa mejor con un dieléctrico de aire, por ejemplo, tipo 1KPVM con dos o tres placas móviles y una o dos fijas. Su capacitancia máxima es pequeña y puede ser de 7 ... 15 pF. Si hay más placas (respectivamente, la capacitancia es mayor), es recomendable quitar algunas de las placas o conectar un capacitor constante o trimmer en serie con el KPI, reduciendo así la capacitancia máxima. Como C1, también son adecuados los condensadores de "sintonización suave" de tamaño pequeño de los receptores de transistores con un rango de KB. Condensador C2: subsintonización de cerámica, tipo KPK-1 o KPK-M con una capacidad de 2 ... 7 pF. Está permitido usar otros condensadores recortadores, así como instalar un KPI similar a C1 acercando su perilla al panel del receptor. Esto le permitirá ajustar la conexión "sobre la marcha", optimizando la recepción. Los diodos VD1 y VD2, además de los indicados en el diagrama, pueden ser de los tipos GD507B, D18, D20. El capacitor de bloqueo C3 es cerámico, su capacitancia no es crítica y puede variar de 100 a 4700 pF. La configuración del receptor es sencilla y se reduce a sintonizar el circuito con el condensador C1 a la frecuencia de la emisora y ajustar la conexión con el condensador C2 hasta obtener el volumen máximo. En este caso, la configuración del contorno cambiará inevitablemente, por lo que todas las operaciones deben realizarse secuencialmente varias veces, mientras se elige el mejor lugar para la recepción. Por cierto, no necesariamente tiene que coincidir (y muy probablemente no lo hará) con el lugar donde la intensidad de campo es máxima. Esto debe discutirse con más detalle y finalmente explicarse por qué este receptor puede recibir señales de FM. Interferencia y conversión de FM a AM Si el circuito L1C1 de nuestro receptor se ajusta de modo que la portadora de la señal FM caiga en la pendiente de la curva resonante, la FM se convertirá en AM. Veamos cuál debe ser el factor de calidad del circuito para esto. Suponiendo que el ancho de banda del bucle es igual al doble de la desviación de frecuencia, obtenemos Q = fо/Δ2f = 700 para las bandas superior e inferior de VHF. El factor de calidad real del circuito en el receptor del detector será probablemente menor debido al bajo factor de calidad intrínseco (del orden de 150...200) y al shunting del circuito tanto por la antena como por la impedancia de entrada del detector. Sin embargo, es posible una ligera conversión de FM a AM y, por lo tanto, el receptor apenas funcionará si su circuito está ligeramente desafinado hacia arriba o hacia abajo en la frecuencia. Sin embargo, hay un factor mucho más poderoso que contribuye a la conversión de FM a AM: esta es la interferencia. En muy raras ocasiones, el receptor está en la línea de visión de la antena de la estación de radio, más a menudo está cubierto por edificios, colinas, árboles y otros objetos reflectantes. Varios haces dispersados por estos objetos llegan a la antena receptora. Incluso en la línea de visión, además del haz directo, varios reflejados llegan a la antena. La señal total depende tanto de las amplitudes como de las fases de los componentes sumadores. Dos señales se suman si están en fase, es decir, su diferencia de camino es un múltiplo de un número entero de longitudes de onda, y se restan si están desfasadas, cuando su diferencia de camino es el mismo número de longitudes de onda más otra media onda. ¡Pero después de todo, la longitud de onda, como la frecuencia, cambia con la FM! Tanto la diferencia de trayectoria de los rayos como su cambio de fase relativo cambiarán. Si la diferencia de camino es grande, incluso un pequeño cambio en la frecuencia conduce a cambios de fase significativos. Un cálculo geométrico elemental conduce a la relación: Δf/f0 = λ/4ΔC, o ΔС = f0/λ/4Δf, donde ΔС es la diferencia de trayectoria necesaria para un desfase de ± π/2, es decir, para obtener la AM total de la señal total; C Δf - desviación de frecuencia. Por AM total aquí nos referimos al cambio en la amplitud de la señal total de la suma de las amplitudes de dos señales a su diferencia. La fórmula se puede simplificar aún más si tenemos en cuenta que el producto de la frecuencia y la longitud de onda foλ es igual a la velocidad de la luz c: ΔC = c/4 Δf. Ahora es fácil calcular que para obtener una señal de FM de dos haces de AM completa, una diferencia de trayectoria de haz de aproximadamente un kilómetro es suficiente. Si la diferencia de recorrido es menor, la profundidad AM disminuirá proporcionalmente. Bueno, ¿y si hay más? Luego, en un período de la oscilación del sonido de modulación, la amplitud total de la señal de interferencia pasará a través de los máximos y mínimos varias veces, y las distorsiones durante la conversión de FM a AM serán extremadamente fuertes, hasta la total ilegibilidad del audio. señal cuando se recibe en el detector de AM. La interferencia en FM es un fenómeno extremadamente dañino. Provoca no solo una señal espuria de AM que la acompaña, como acabamos de ver, sino también una modulación de fase espuria, que conduce a la distorsión incluso cuando se recibe en un buen receptor de FM. Por eso es importante mover la antena a ese lugar en el espacio donde prevalece una señal. Siempre es mejor utilizar una antena direccional ya que aumenta la señal directa y atenúa las señales reflejadas que vienen de otras direcciones. Solo en nuestro caso del receptor detector más simple, la interferencia desempeñó un papel útil y permitió escuchar la transmisión, pero la transmisión puede escucharse débilmente o con una gran distorsión no en todas partes, sino solo en ciertos lugares. Esto explica los cambios periódicos en el volumen de recepción en Terletsky Park. Detector con detector de frecuencia Una forma radical de mejorar la recepción es utilizar un detector de frecuencia en lugar de uno de amplitud. En la fig. 2 muestra un diagrama de un receptor de detector portátil con un detector de frecuencia simple, hecho en un solo transistor de germanio de alta frecuencia VT1. El uso de un transistor de germanio se debe al hecho de que sus uniones se abren a un voltaje de umbral de aproximadamente 0,15 V, lo que permite detectar señales bastante débiles. Las uniones de los transistores de silicio se abren a un voltaje de aproximadamente 0,5 V, y la sensibilidad del receptor con un transistor de silicio es mucho menor.
Como en el diseño anterior, la antena está conectada al circuito de entrada L1C1, sintonizado a la frecuencia de la señal usando KPI C1. La señal del circuito de entrada se alimenta a la base del transistor. Otro está conectado inductivamente al circuito de entrada, L2C2, que también está sintonizado con la frecuencia de la señal. Las oscilaciones en él, debido al acoplamiento inductivo, están desfasadas 90 ° con respecto a las oscilaciones en el circuito de entrada. Desde el grifo de la bobina L2, la señal se alimenta al emisor del transistor. El condensador de bloqueo C3 y los teléfonos de alta resistencia BF1 están incluidos en el circuito colector del transistor. El transistor se abre cuando medias ondas positivas de la señal actúan sobre su base y emisor, y la tensión instantánea en el emisor es mayor. Al mismo tiempo, una corriente detectada y suavizada pasa a través de los teléfonos en su circuito colector. Pero las semiondas positivas se superponen solo parcialmente cuando las fases de oscilación en los circuitos se desplazan 90°, por lo que la corriente detectada no alcanza el valor máximo determinado por el nivel de la señal. Con FM, dependiendo de la desviación de frecuencia, el cambio de fase también cambia, de acuerdo con la característica de frecuencia de fase (PFC) del circuito L2C2. Cuando la frecuencia se desvía hacia un lado, el desfase disminuye y las semiondas de las señales en la base y el emisor se superponen más, por lo que la corriente detectada aumenta. Cuando la frecuencia se desvía hacia el otro lado, la superposición de las medias ondas disminuye y la corriente cae. Así es como ocurre la detección de señales de frecuencia. El coeficiente de transferencia del detector depende directamente del factor de calidad del circuito L2C2, debe ser lo más alto posible (en el límite, como calculamos, hasta 700), por lo que se elige la conexión con el circuito emisor del transistor. débil. Por supuesto, un detector tan simple no suprime la AM de la señal recibida; además, su corriente detectada es proporcional al nivel de la señal en la entrada, lo que es una desventaja obvia. La justificación radica únicamente en la excepcional simplicidad del detector. Al igual que el anterior, el receptor está ensamblado en una pequeña caja, de la cual se extiende hacia arriba una antena telescópica y debajo se ubican las tomas telefónicas. Los identificadores de ambos KPI se muestran en el panel frontal. Estos condensadores no deben combinarse en una sola unidad, ya que, sintonizándolos por separado, es posible obtener un mayor volumen y una mejor calidad de recepción. Las bobinas del receptor no tienen marco, están enrolladas con alambre PEL 0,7 en un mandril con un diámetro de 8 mm. L1 contiene 5 vueltas y L2: 7 vueltas con un toque desde la segunda vuelta, contando desde la terminal de tierra. Si es posible, es recomendable enrollar la bobina L2 con un alambre plateado para aumentar su factor de calidad, mientras que el diámetro del alambre no es crítico. La inductancia de las bobinas se selecciona apretando y estirando las vueltas para que las estaciones de VHF bien audibles estén en el medio del rango de sintonización del KPI correspondiente. La distancia entre las bobinas dentro de 2 ... 15 mm (los ejes de las bobinas son paralelos) se selecciona doblando sus cables soldados al KPI. Con el receptor descrito, puede realizar muchos experimentos entretenidos, explorando la posibilidad de recepción del detector en VHF, las características del paso de ondas en áreas urbanas, etc. No se excluyen los experimentos para mejorar aún más el receptor. Sin embargo, la calidad del sonido al recibir auriculares de alta impedancia con membranas de estaño deja mucho que desear. En relación con lo anterior, se ha desarrollado un receptor más avanzado que proporciona una mejor calidad de sonido y permite el uso de varias antenas exteriores conectadas al receptor por una línea de alimentación. Receptor alimentado por campo Mientras experimentamos con un receptor detector simple, tuvimos que asegurarnos repetidamente de que la potencia de la señal detectada fuera lo suficientemente alta (decenas y cientos de microvatios) y pudiera proporcionar un funcionamiento bastante fuerte de los teléfonos. Pero la recepción resulta poco importante debido a la falta de un detector de frecuencia (FR). El segundo receptor (Fig. 2) resuelve este problema hasta cierto punto, pero la potencia de la señal también se usa de manera ineficiente debido a la fuente de alimentación en cuadratura del transistor por señales de alta frecuencia. Por lo tanto, se decidió utilizar dos detectores en el receptor: amplitud - para alimentar el transistor; frecuencia - para una mejor detección de la señal. El esquema del receptor desarrollado se muestra en la fig. 3.
La antena externa (dipolo de bucle) se conecta al receptor mediante una línea de dos hilos hecha de un cable plano VHF con una impedancia de onda de 240 ... 300 ohmios. La coincidencia del cable con la antena se obtiene automáticamente, y la coincidencia con el circuito de entrada L1C1 se logra seleccionando el punto de conexión de la derivación a la bobina. En términos generales, una conexión desequilibrada del alimentador al circuito de entrada reduce la inmunidad al ruido del sistema antena-alimentador, pero, dada la baja sensibilidad del receptor, esto realmente no importa aquí. Existen formas bien conocidas de conectar simétricamente un alimentador utilizando una bobina de acoplamiento o un transformador de equilibrio. Bajo las condiciones del autor, el dipolo de bucle se fabricó con un cable de montaje aislado convencional y se colocó en un balcón, en un lugar con una intensidad de campo máxima. La longitud del alimentador no superaba los 5 m. Con longitudes tan insignificantes, las pérdidas en el alimentador son insignificantes, por lo que se puede utilizar con éxito un cable telefónico. El circuito de entrada L1C1 está sintonizado a la frecuencia de la señal, y el voltaje de alta frecuencia liberado se rectifica mediante un detector de amplitud hecho en el diodo de alta frecuencia VD1. Dado que la amplitud de oscilación no cambia durante FM, prácticamente no hay requisitos para suavizar el voltaje de CC rectificado. Sin embargo, para eliminar una posible señal de AM espuria durante la propagación por trayectos múltiples (consulte la historia de interferencia anterior), se elige que la capacitancia del capacitor de filtrado C4 sea grande. El voltaje rectificado se usa para alimentar el transistor VT1, y para controlar el consumo de corriente y simultáneamente indicar el nivel de la señal, se usa un indicador de puntero PA1. La respuesta de frecuencia en cuadratura del receptor se ensambla en un transistor VT1 y un circuito de cambio de fase L2C2. Se alimenta una señal de alta frecuencia a la base del transistor desde la derivación de la bobina del circuito de entrada a través del condensador de acoplamiento C3, y al emisor, desde la derivación de la bobina del circuito de cambio de fase. El detector funciona exactamente igual que en el diseño anterior. Para aumentar el coeficiente de transmisión del agujero negro y aprovechar mejor las propiedades amplificadoras del transistor, se aplicó una polarización en su base a través de la resistencia R1, por lo que fue necesario instalar un capacitor de desacoplamiento C3. Preste atención a su capacitancia significativa: fue elegido como tal para acortar las corrientes de baja frecuencia al emisor, es decir, para "conectar a tierra" la base en las frecuencias de audio. Esto aumenta la ganancia del transistor y aumenta el volumen de recepción. El devanado primario del transformador de salida T1 está incluido en el circuito colector del transistor, que sirve para hacer coincidir la alta resistencia de salida del transistor con la baja resistencia de los teléfonos. El receptor se puede utilizar con teléfonos estéreo de alta calidad TDS-1 o TDS-6. Ambos teléfonos (canales izquierdo y derecho) están conectados en paralelo. El condensador C5 es un condensador de bloqueo, sirve para cerrar las corrientes de alta frecuencia que penetran en el circuito del colector. El botón SB1 se usa para cerrar el circuito del colector al configurar el circuito de entrada y buscar una señal. Al mismo tiempo, el sonido de los teléfonos desaparece, pero la sensibilidad del indicador aumenta significativamente. El diseño del receptor puede ser muy diferente, pero necesita un panel frontal con KPI C1 y C2 instalados (están equipados con perillas de sintonización separadas) y un botón SB1. Para que los movimientos de las manos no afecten el ajuste de los contornos, es deseable hacer el panel de metal o de material laminado. También puede servir como cable común del receptor. Los rotores KPI deben tener un buen contacto eléctrico con el panel. Los conectores de antena y teléfono X1 y X2 se pueden instalar tanto en el mismo panel frontal como en las paredes laterales o traseras de la carcasa del receptor. Sus dimensiones dependen enteramente de las piezas disponibles. Digamos algunas palabras sobre ellos. Los condensadores C1 y C2 son del tipo KPV con una capacidad máxima de 15 ... 25 pF. Condensadores C3 - C5 cerámicos usados, pequeños. Las bobinas L1 y L2 no tienen marco, están enrolladas en mandriles con un diámetro de 8 mm y contienen 5 y 7 vueltas, respectivamente. Longitud de bobinado 10 ... 15 mm (ajustar al configurar). Cable PEL 0,6 ... 0,8 mm, pero es mejor usar plateado, especialmente para la bobina L2. Las derivaciones se realizan de 1 vuelta a los electrodos del transistor y de 1,5 vueltas a la antena. Las bobinas se pueden disponer tanto coaxiales como paralelas entre sí. La distancia entre las bobinas (10 ... 20 mm) se selecciona durante el ajuste. El receptor funcionará incluso en ausencia de acoplamiento inductivo entre las bobinas: el acoplamiento capacitivo a través de la capacitancia entre electrodos del transistor es suficiente. El transformador T1 se toma listo, desde el altavoz de transmisión. Como VT1, es adecuado cualquier transistor de germanio con una frecuencia de corte de al menos 400 MHz. Cuando se utiliza un transistor p-n-p, por ejemplo, GT313A, la polaridad de encendido del indicador de cuadrante y el diodo deben invertirse. El diodo puede ser cualquier germanio, de alta frecuencia. Cualquier indicador con una corriente de desviación total de 50 - 150 μA es adecuado para el receptor, por ejemplo, un indicador de cuadrante del nivel de grabación de una grabadora. La configuración del receptor se reduce a sintonizar los circuitos a las frecuencias de estaciones de radio bien audibles, seleccionando la posición de las derivaciones de la bobina para obtener el máximo volumen y calidad de recepción, así como la conexión entre las bobinas. Es útil elegir la resistencia R1, también al máximo volumen. Con la antena descrita en el balcón, el receptor proporcionó una recepción de alta calidad de las dos estaciones con la señal más potente a una distancia de al menos 4 km del centro de radio y en ausencia de visibilidad directa (bloqueada en casa). La corriente de colector del transistor era de 30...50 μA. Por supuesto, los posibles diseños de detectores de receptores VHF no se limitan a los descritos. Por el contrario, deben considerarse solo como los primeros experimentos en esta interesante dirección. Si utiliza una antena eficiente colocada en el techo y dirigida a la estación de radio de interés, puede obtener suficiente intensidad de señal incluso a una distancia considerable de la estación de radio. Esto abre perspectivas muy atractivas para la recepción de auriculares de alta calidad y, en algunos casos, también es posible obtener una recepción de altavoz. La mejora de los propios receptores es posible con el uso de circuitos de detección más eficientes y volumétricos de alta calidad, en particular, resonadores en espiral, como circuitos oscilatorios. Autor: V.Polyakov, Moscú
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