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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Sparsamer Funkempfänger. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Radioempfang Derzeit wird die Effizienz von Funkempfängern immer wichtiger. Wie Sie wissen, sind viele Industrieempfänger nicht wirtschaftlich, und dennoch sind in vielen Siedlungen des Landes langfristige Stromausfälle an der Tagesordnung. Auch die Kosten für Batterien steigen, wenn diese häufig ausgetauscht werden. Und fernab der „Zivilisation“ ist ein sparsames Radio einfach notwendig. Der Autor dieser Veröffentlichung hatte sich zum Ziel gesetzt, einen kostengünstigen Funkempfänger mit hoher Empfindlichkeit und der Fähigkeit zum Betrieb im HF- und VHF-Band zu entwickeln. Das Ergebnis war durchaus zufriedenstellend: Der Funkempfänger kann mit einer einzigen Batterie betrieben werden und ist hinsichtlich des Ruhestroms der in [1] beschriebenen Konstruktion nur geringfügig unterlegen. Der Empfänger bleibt betriebsbereit, wenn die Versorgungsspannung auf 1 V reduziert wird. Die Empfindlichkeit des Empfängers ist sehr hoch – eine genaue Messung war mangels geeigneter Messgeräte nicht möglich. Wichtigste technische Merkmale
Während des Tests arbeitete der Empfänger täglich 9 Stunden lang anstelle des Teilnehmerlautsprechers. Bei Verwendung einer Alkalibatterie vom Typ LR6 „ALKALINE“ erhöht sich die Betriebszeit um ein Vielfaches. Die Lebensdauer solcher Elemente beträgt 5 Jahre, was sie für den Langzeitgebrauch geeignet macht. Um die Effizienz zu steigern, musste der Empfänger optimiert werden, um jeden seiner Knoten so wirtschaftlich wie möglich zu machen. Es war klar, dass der Hauptstrom des Netzteils vom Audioverstärker verbraucht werden würde, und diesem Gerät wurde erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt. Tests des Gehäuses des SOKOL-404-Receivers mit eingebautem 0.5GD-37-Lautsprecher haben gezeigt, dass für komfortables individuelles Hören eine Ausgangsleistung von 1 ... 3 mW manchmal völlig ausreichend ist und ein solches Signal akzeptabel wiedergegeben werden kann Qualität darf die maximale Leistung des Verstärkers 30 mW nicht überschreiten Für „ruhige“ kleine Räume kann dieser Wert um das 2-3-fache reduziert werden. Natürlich ist es wichtig, einen hocheffizienten Lautsprecher zu haben. Tests zeigen, dass Treiber mit einem Kegeldurchmesser von weniger als 5 cm in der Regel sehr wirkungslos sind und daher für einen preiswerten Funkempfänger ungeeignet sind. Bei der Entwicklung der Schaltung wurden einige Merkmale des Betriebs von Transistoren ermittelt, die im Mikrostrommodus arbeiten. Aus den Formeln in [2] geht hervor, dass ein Transistor mit lK = 10 μA einen großen intrinsischen Emitterwiderstand von etwa 2,5 kOhm hat. Bei diesem Strom, sogar bei |h21E| =40, der Eingangswiderstand der Kaskade, aufgebaut nach einer Schaltung mit gemeinsamem Emitter, erreicht 100 kOhm, was es ermöglicht, die vollständige Einbindung eines Schwingkreises in die Basisschaltung des Transistors erfolgreich zu nutzen. Andererseits überschreitet die Steigung der Transistorkennlinie bei einem solchen Strom 0,4 mA/V nicht. Um eine gute Verstärkung zu erzielen, muss der Lastwiderstand der Kaskade daher mehrere zehn Kiloohm betragen. Handelt es sich bei der Last um einen Schwingkreis, sollten Sie für einen größeren Resonanzwiderstand einen größeren Induktivitätswert und einen kleineren Kapazitätswert wählen. Dies ist besonders wichtig für UHF-Kaskaden. Es ist auch zu berücksichtigen, dass sich die Frequenzeigenschaften von Transistoren bei einem Strom von 10 μA aufgrund des Einflusses der internen Kapazitäten des Transistors um ein Vielfaches verschlechtern. Für wirtschaftliche Kaskaden sollten daher Transistoren mit geringer Kollektorkapazität und hoher Grenzfrequenz gewählt werden. Der Radioempfänger, auf den wir die Leser aufmerksam machen, besteht aus zwei unabhängigen AM- und FM-Pfaden, was eine Vereinfachung der Bandumschaltung bis zum Äußersten ermöglicht. Es mag den Anschein haben, dass die Empfängerschaltung (Abb. 1) zu komplex ist und viele Transistoren enthält, aber Transistoren in Kunststoffgehäusen sind mittlerweile billiger als Kondensatoren.
Je nach Bedarf kann ein Funkamateur nur einen der Kanäle auswählen oder die Anzahl der Bänder reduzieren. Beide Pfade haben eine stabilisierte Stromversorgung von 0,93 V und arbeiten auf einem gemeinsamen UZCH. Der AM-Pfad wird mit den Transistoren VT1-VT12 hergestellt. Der HF-Verstärker ist nach einer gemeinsamen Emitterschaltung unter Verwendung des Transistors VT1 aufgebaut. Der Lokaloszillator ist nach einer kapazitiven Dreipunktschaltung am Transistor VT2 aufgebaut. Bei geschlossenen Kontakten des Schalters SA1 werden die HF-Spulen L1, L2 und der Lokaloszillator l_3, L4 paarweise parallel eingeschaltet, was einem Betrieb im HF-2-Teilband entspricht. Der Transistor VT3 übernimmt die Funktionen eines Mischers. Das Schema für seine Einbeziehung ist unkonventionell, wurde aber bereits in [1] verwendet. Bei Gleichstrom sind Basis und Kollektor miteinander verbunden. In diesem Fall wird die Spannung am Emitter des Transistors durch den offenen Basis-Mitter-pn-Übergang bestimmt und beträgt etwa 0,5 V. Diese Spannung dient der Spannungsversorgung für den Kollektorkreis. Da bei kleinen Strömen die Sättigungsspannung des Transistors üblicherweise 0,1...0,2 V beträgt, erzeugt der Transistor an der Last eine Spannung mit einem Hub von bis zu 0,3 V, was in diesem Fall völlig ausreichend ist. Somit wird der von der Kaskade verbrauchte Strom nur durch den Widerstandswert des Widerstands im Emitter des Transistors bestimmt. Das ZF-Signal mit einer Frequenz von 465 kHz wird über einen Zweikreisfilter direkt der Basis des VT4-Transistors zugeführt, der, wie bereits erwähnt, einen hohen Eingangswiderstand aufweist und die Schaltung nahezu keinen Nebenschluss erzeugt. Die ersten drei Stufen des Verstärkers werden über den Transistor VT10 mit Strom versorgt, der zusammen mit dem Transistor VT11 im AGC-Verstärker arbeitet. Wenn die Spannung am Detektorausgang ansteigt, steigt auch die Spannung am Emitter des Transistors VT11. Dies führt zum teilweisen Schließen des Transistors VT10 und die Verstärkung der ersten drei Stufen des Verstärkers wird reduziert. Um Signale von Amateurfunkstationen im 14-MHz-Bereich zu empfangen, ist der Empfänger mit einem Telegraphen-Lokaloszillator auf einem VT8-Transistor ausgestattet, der einen Strom von ca. 3 μA verbraucht. Die Abschaltung erfolgt mit Schalter SA2. Im Pfad sind zwar nur drei ZF-Schaltkreise verbaut, diese sind aber alle ziemlich scharf eingestellt und sorgen so für die nötige Selektivität und Empfindlichkeit. Die Selektivität kann jedoch leicht erhöht werden, indem anstelle des Widerstands R9 eine andere ähnliche Schaltung installiert wird. In diesem Fall ist es besser, den Widerstandswert des Widerstands R8 auf 22-24 kOhm zu reduzieren. Mit dem VT12-Transistor wird eine Ultraschallvorstufe aufgebaut, die das Signal auf die Empfindlichkeitsstufe des Hauptultraschallgeräts verstärkt. Der AM-Pfad wurde mit verschiedenen Spulen bei Frequenzen von 3 bis 30 MHz getestet. Um die Grenzen der KB-Teilbänder zu ändern, reicht es aus, die Anzahl der Windungen der Spulen L1-L4 zu ändern. Der FM-Pfad ist aus VT13-VT24-Transistoren mit niedriger Zwischenfrequenz und einem Zähldetektor aufgebaut. Diese Option hat einen Nachteil – doppelte Abstimmung für jeden Radiosender, aber dieses Prinzip ist im Sparmodus recht einfach umzusetzen. Gleichzeitig erwies sich die Selektivität des Pfades als ausreichend, um Signale von Radiosendern, deren Frequenz sich nur um 300 kHz unterscheidet, effizient und störungsfrei zu empfangen. Der HF-Verstärker des FM-Pfades ist auf einem VT13-Transistor nach einer Schaltung mit gemeinsamer Basis aufgebaut. Die Schaltungen von HF-Verstärker und Lokaloszillator sind völlig identisch, da sie mit nahezu der gleichen Frequenz arbeiten. Die Mischlast ist der Widerstand R26. Der Kondensator C42 schließt die Last effektiv bei hohen Frequenzen und das gefilterte Zwischenfrequenzsignal mit einem Band von 50 ... 100 kHz wird durch einen fünfstufigen ZF-Verstärker verstärkt, der auf den Transistoren VT16 - VT20 basiert. Aufgrund des Einflusses der internen Kapazitäten der Transistoren nimmt die Verstärkung der Kaskaden mit zunehmender Frequenz schnell ab, wodurch sich natürlich der notwendige Frequenzgang bildet. Um eine ausreichende Bandbreite zu erhalten, werden im Verstärker Transistoren mit kleiner Kollektorkapazität verwendet, andernfalls kann die Bandbreite zu schmal sein, was zu einer nichtlinearen Verzerrung des Modulationssignals führt. Um das Band zu erweitern, können Sie den Strom durch die Transistoren erhöhen, indem Sie die Werte der Widerstände R29, R30, R32, R34, R36 und R38 proportional verringern. Kondensatoren im Verstärker beeinflussen die Gestaltung des Frequenzgangs, daher sollten ihre Werte nicht wesentlich verändert werden. Der Verstärker verstärkt das Signal auf einen Pegel von mindestens 0,2 V. Auf den Transistoren VT21 und VT22 ist ein Impulsformer aufgebaut. Liegt kein Signal an, ist der Transistor VT21 bis zur Sättigung offen, die Spannung an seinem Kollektor ist niedrig und der Transistor VT22 ist sicher geschlossen. Negative Halbwellen des ZF-Signals schließen den Transistor VT21 leicht, während VT22 öffnet. Dadurch entstehen am Widerstand R41 Rechteckimpulse mit großer Amplitude. Diese Impulse werden durch die C53-, VD2-Kette unterschieden. Dadurch entsteht an der Diode VD2 eine Folge kurzer Impulse gleicher Dauer, deren Folgefrequenz je nach Modulationsgesetz variiert. Durch Öffnen des Transistors VT23 des Frequenzdetektors werden die Impulse durch den C54R43C55-Filter geglättet und in ein Audiofrequenzsignal umgewandelt. Als nächstes geht es zur Vorverstärkerstufe am Transistor VT24. Die Kapazität des Kondensators C56 wurde so gewählt, dass Frequenzen unterhalb von 200 Hz, die der Lautsprecher noch nicht wiedergibt, gedämpft werden. Diese Frequenzen überlasten den Ultraschallgeber, dessen Leistung ohnehin begrenzt ist, nur unnötig und verursachen einen erhöhten Stromverbrauch. Aus diesen Überlegungen wurden auch die Kapazitäten der Kondensatoren C32 und C58 ausgewählt. Der Ultraschallgeber ist auf den Transistoren VT25, VT29 - VT33 aufgebaut. Seine Betriebsart bestimmt die Spannung am Kollektor des Transistors VT25. Dieser Transistor wird teilweise vom Spannungsstabilisator über den Widerstand R48 und teilweise von der Batterie über den Widerstand R53 gespeist. Durch die Verwendung des Widerstandsverhältnisses dieser Widerstände konnte die Symmetrie der Begrenzung des Sinussignals bei einer Änderung der Versorgungsspannung von 1,6 auf 1,0 V beibehalten werden. Der Spannungsstabilisator ist auf den Transistoren VT26 - VT28 aufgebaut und hält eine Ausgangsspannung von 0,93 V aufrecht, wenn die Batterie auf 1 V entladen ist. Die Transistoren VT1 und VT3 können durch KT3127A, KT326A und mit etwas schlechteren Ergebnissen durch KT326B ersetzt werden. Die Transistoren VT4 - VT7 und VT9 müssen eine niedrige Kollektorkapazität und einen h21E von mindestens 50 haben. Die Transistoren VT10 und VT11 müssen einen h21E von mindestens 250 haben. Der Transistor KT361V funktioniert gut in einem lokalen Telegraphenoszillator. Im FM-Pfad gelten die gleichen Anforderungen an ZF-Transistoren wie im AM-Pfad. Anstelle von KT339G funktionieren auch die Transistoren KT368 oder KT316 sowie alle mit einer Kollektorkapazität von nicht mehr als 2 pF. Im Extremfall ist es durchaus möglich, Transistoren mit einer Kapazität von 6 pF zu verwenden, zum Beispiel KT3102B, allerdings sollte in diesem Fall der Kollektorstrom jeder dieser Stufen verdreifacht werden, wodurch der Lastwiderstand verringert wird. Der Gesamtwirkungsgrad nimmt dann leicht ab. Transistoren des Typs KT13 funktionieren am besten wie VT15-VT363, aber KT3128A, KT3109A können mit etwas schlechteren Ergebnissen verwendet werden. In einem Frequenzdetektor können Sie GT309, GT310 mit einem niedrigen Iko-Wert verwenden. Wenn der Kondensator C53 nicht angeschlossen ist, sollte der Leckstrom des Transistors einen Spannungsabfall am Widerstand R42 von nicht mehr als 50 mV erzeugen. Im Ultraschallgerät können anstelle von VT30-VT33 Germanium-Niederfrequenztransistoren mit der erforderlichen Leitfähigkeit mit h21E von mindestens 50 verwendet werden, es empfiehlt sich, diese paarweise auszuwählen. Die Transistoren VT25-VT29 haben 21E von mindestens 200. Dies gilt insbesondere für den Transistor VT26. Stattdessen können Sie KT3107I, KT350A verwenden. Oxidkondensatoren müssen einen minimalen Leckstrom aufweisen, insbesondere C64 und C65. Kondensatoren wie K52-16 funktionieren gut. Oxidkondensatoren müssen für 16–25 V ausgelegt sein und vor der Installation müssen sie auf maximaler Spannung gehalten werden, bis der Leckstrom auf einige Mikroampere reduziert ist. Die KPE-Einheit wird von einem chinesischen Autoradio verwendet. Die ZF-Schaltkreise im AM-Pfad sind vom Souvenir-Funkempfänger vorgefertigt. Andere Schaltungen mit 510-pf-Kondensatoren sind ebenfalls durchaus anwendbar. Die Verwendung von Schaltkreisen mit höherer Kapazität verringert die Verstärkung der auf diesen Schaltkreisen lastenden Stufen. Um die Verstärkung wiederherzustellen, müssen Sie den Stromverbrauch dieser Stufen erhöhen. Die Spulen L1–L4 sind auf Rahmen von KB-Spulen vom Ocean-Empfänger oder ähnlichem gewickelt. L1 und L3 haben jeweils 20 Windungen und L2 und L4 haben 25 Windungen PEV-2 0,2 mm Draht. Spule L4 hat einen Abgriff ab der 7. Windung, gerechnet vom Erdungsanschluss. Die L7-Spule ist auf einen vierteiligen Rahmen gewickelt und verfügt über 400 Windungen PEV-2 0,1 mm Draht. Es verfügt über keinen Schirm. Im FM-Pfad sind die Spulen L9-L12 mit Messingbesätzen auf Rahmen mit einem Durchmesser von 4,5 mm gewickelt. L9 und L11 haben jeweils 14 Windungen und L10 und L12 haben 15 Windungen PEV-2 0,3 mm Draht. Schalter SA1 Typ PD-2 2P4N vom OLYMPIC-Empfänger. Zum Einrichten des Empfängers benötigen Sie ein Oszilloskop, ein Voltmeter mit einem Eingangswiderstand von mindestens 1 MOhm und einen 3H-Sinussignalgenerator. Um den Einrichtungsvorgang zu vereinfachen, ist es besser, den Empfänger zunächst auf einem Steckbrett zu montieren, die Teile auf lange Stifte zwischen den Strombussen zu löten und erst nach dem Aufbau die bereits ausgewählten Teile auf die Leiterplatte zu übertragen. Das Gerät ist nicht „kapriziös“ und arbeitet stabil auf dem Prototyp. Der Spannungsstabilisator erfordert die Auswahl des Widerstands R52 entsprechend der Ausgangsspannung von 0,93...0,94 V. In diesem Fall sollte anstelle der Last ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 3,3 kOhm angeschlossen werden. Der Kondensator C59 muss an den Ausgang des Stabilisators angeschlossen werden. Es ist zu beachten, dass Sie nach dem Löten 5 Minuten warten müssen, damit die Teile abkühlen und die Ausgangsspannung hergestellt wird. Dann stellen sie den Ultraschall-Echolot auf. Zunächst ist es besser, die Widerstände R59 und R60 nicht zu löten. In diesem Fall kann der Ruhestrom des Verstärkers 1...1.5 mA erreichen. Durch die Wahl des Widerstands R47 muss eine Symmetrie bei der Begrenzung des Sinussignals am Ausgang des Ultraschallgebers erreicht werden. Danach werden die Widerstände R59 und R60 ausgewählt, beginnend mit einem Nennwert von 30 kOhm. Der Widerstandswert der Widerstände wird schrittweise verringert, wobei die Zunahme der Stufenverzerrung und die Abnahme des Ruhestroms überwacht werden. Sie sollten eine für Sie akzeptable Klangqualität mit einem minimalen Ruhestrom wählen. Der Ruhestrom des Autors betrug 110 μA. Anschließend müssen Sie durch Variieren der Versorgungsspannung von 1,6 auf 1 V sicherstellen, dass die Sinuswellenbegrenzung symmetrisch bleibt. Andernfalls müssen Sie die Widerstände R48 und R53 auswählen. Nach dem Zusammenbau des AM-Pfads müssen Sie die AGC-Spannung am Kondensator C16 messen. Er sollte nicht weniger als 0,8 V betragen. Um ihn zu erhöhen, müssen Sie den Widerstand des Widerstands R17 um 10...20 % reduzieren oder den Transistor VT10 mit einem großen h21E-Wert auswählen. Nachdem der Verstärker zu arbeiten beginnt, sollte der lokale Oszillator in Betrieb sein angepasst. Damit es sofort funktioniert, müssen Sie zunächst seinen Stromverbrauch erhöhen. Dazu wird der Widerstandswert des Widerstands R4 auf 3,3 kOhm reduziert und der Empfänger auf das GSS-Signal oder auf empfangene Radiosender abgestimmt. Es ist praktisch, die Schaltkreise mit der minimalen AGC-Spannung am Kondensator C16 zu konfigurieren. Nach Abschluss des Pfadaufbaus sollten Sie den Widerstandswert des Widerstands R4 auf einen Wert erhöhen, bei dem der Lokaloszillator über den gesamten Frequenzbereich zuverlässig angeregt wird. Der Telegraphen-Lokaloszillator ist auf die gleiche Weise aufgebaut. Das Einrichten des FM-Pfades ist nicht schwierig. Durch Berühren der Basis des Transistors VT16 können Sie die Funktionsfähigkeit des ZF-Verstärkers überprüfen. Der Aufbau des Lokaloszillators erfolgt auf die gleiche Weise wie im AM-Pfad. Nachdem Sie den Empfang von Radiosendern erreicht haben, müssen Sie die Kommunikationskapazität mit der Antenne reduzieren, damit sich der Empfang verschlechtert. Dadurch ist es möglich, die Spulen L10 und L9 in Resonanz zu bringen. Es ist zu beachten, dass Sie zuerst den VHF-1-Bereich anpassen müssen, wenn die Kontakte SA1 geöffnet sind und die Spulen L10 und L12 der Anpassung unterliegen. Danach schließen Sie die SA1-Kontakte und stellen den VHF-2-Bereich mit den Spulen L9 und L11 ein. Als Gehäuse für den Empfänger können Sie jeden industriell hergestellten Lautsprecher mit einem ausreichend großen Lautsprecher und einem Schwingspulenwiderstand von mindestens 8 Ohm verwenden. Der Autor verwendete ein Gehäuse mit einem Lautsprecher vom Sokol-404-Empfänger. Wenn Sie die Grundprinzipien der Leiterplattenverkabelung befolgen, können Sie sich auf die gute Leistung des Empfängers verlassen. Mangels Erfahrung kann die Platzierung von Teilen auf der Platine anhand der schematischen Darstellung wiederholt werden. Ein Einbaubeispiel für das gewählte Gehäuse ist in Abb. dargestellt. 2.
Einige Funkamateure stellen Leiterplatten aus doppelseitigem Glasfaser her, lassen die Kupferbeschichtung auf einer Seite fest und verbinden sie zur besseren Abschirmung mit einem gemeinsamen Draht. In Bezug auf den beschriebenen Empfänger empfiehlt der Autor dringend, dies nicht zu tun. In diesem Fall wird die Installationskapazität so groß sein, dass selbst die Funktionalität der Struktur sehr zweifelhaft ist. Auch gegen den „Mikrofon“-Effekt, der bei Funkempfängern mit hohen Frequenzbereichen häufig zu beobachten ist, sollten Sie Vorkehrungen treffen. Bei Bedarf können Sie Mittel- oder Langwellenbänder in den Empfänger einspeisen, indem Sie den erforderlichen Schaltkreis und einen zusätzlichen Frequenzumsetzer bereitstellen. Der Kollektor des Mischtransistors kann einfach mit dem Kollektor von VT3 verbunden werden. Der Schaltungsaufbau, leicht modifiziert, sowie die Spulendaten können der Publikation [1] entnommen werden. In diesem Fall sollte die Versorgungsspannung nur einem der Mischer zugeführt werden. Tests des Empfängers haben gezeigt, dass die Qualität seiner Arbeit denen von Industriedesigns in nichts nachsteht. Im VHF-Bereich hat der Empfänger einen guten Klang, auf HF ist zu beachten, dass er ein geringes Eigenrauschen aufweist. Im 14-MHz-Bereich kann die Teleskopantenne viele Amateurfunksender empfangen. Literatur
Autor: S.Martynov, Togliatti, Region Samara
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Kommentare zum Artikel: Sergej Martynow, sergej_52@inbox.ru Der Autor des Empfängers kann Ratschläge zur Montage und Einstellung des Empfängers geben und Fragen beantworten.
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