Приветствую всех читателей. Чтобы не допускать ошибки в дальнейшем, я решил очень глубоко разобраться в вопросах радиоприема, и особенно это касается не то, чтобы современных или устаревших схем, а больше всего это касается правильного и грамотного подхода.
Технологии передачи
Прежде чем рассказывать про важные составные компоненты, нужно сначала разобраться в том, как происходит трансляция на радиостанции.
Существует две технологии передачи сигнала, и о них мы поговорим.
1. Амплитудная модуляция - если сказать очень простым языком - это преобразование низкочастотного сигнала (голос, музыка) в радиовещательный высокочастотный сигнал, который не восприимчив для слуха. Например обычный сигнал с усилителя подается на преобразователь частоты (который модулирует из частоты до 20кГц в более высокие показатели, при этом спектр сигнала по своей структуре почти не изменяется, а многократно усиливается, то есть передается звуковая амплитуда, преобразованная в радиоволну. В современном мире, на амплитудной модуляции применяются диапазоны:
Длинных волн (ДВ, LW) 0,03 МГц - 0,3 МГц (длина волны 10000...1000 м);
Средние волны (СВ, MW, AM (некоторые производители указывают именно средние волны как амплитудная модуляция)) 0,3 МГц - 3 МГц (1000...100 м)
Короткие волны (КВ, SW) 3 МГц - 30 МГц (100...10 м)
Единственное, что нужно знать, что современное радиовещание в этом диапазоне весьма скудное, и тем более на русском языке. Но эти диапазоны очень широко используются в качестве радиосвязи радиолюбителями, телеграф, система дальней связи.
2. Частотная модуляция - простым языком - низкочастотный сигнал подается на преобразователь и "сжимается" в особый сигнал, в котором вместо амплитуды, которая представлена на картинке ниже, наблюдается усиление и послабление частотной характеристики сигнала. Иными словами, существует частота, на которой идет вещание (например 100,0 МГц. При включенной аппаратуре мы наблюдаем тишину, в этот момент можно наблюдать равномерное распространение сигнала. Это будет несущей частотой, которая является константой. При подаче звука на микрофон, происходит изменение частоты (если несущую частоту взять за отсчет координат, то частота, которая будет подаваться на микрофон (или на вход ретранслятора, то получится увеличение частоты, и тогда мы увидим (на осциллографе) уплотнение частоты, в момент тишины, она возвращается в состояние "константы". Мы видим на рисунке ниже этот эффект (ЧМ). Так из сигнала, после частотного модулирования получается сигнал.
В отличие от амплитудной модуляции, в частотной модуляции все частоты представлены диапазонами УКВ (ультракоротких волн) и делятся на несколько диапазонов по длине волны (метровые, дециметровые, сантиметровые). Вернемся к частоте 100 МГц - длина волны которой составляет 3 м.
Частотная модуляция используется в качестве радиовещания (65...108 МГц);
В качестве несущей волны аналогового и цифрового телевидения (60...900 МГц);
Система портативной мобильной связи (0.3)0.7... 4 ГГц.
Система спутникового вещания и спутниковой телефонной связи до 300 ГГц.
Система радиосвязи 45...300МГц
Но именно эта модуляция представляет для самодельщиков особую сложность, ввиду того, что преобразовывать частотную модуляцию в сигнал нужно особыми методами, и нужно применять особые детекторы. Об этом немного ниже.
Важные и не очень компоненты
А сейчас мы постараемся довольно лаконично, рассказать о важных компонентах радиоприемника, и о том, как он устроен вовсе. Примером будет детекторный AM радиоприемник.
Антенна
Антенна - это устройство, которое улавливает все сигналы, которые могут присутствовать в "воздухе". Все эти сигналы, которые не являются несущей волной образуют помехи. Кроме того, что антенна принимает (в передатчиках передает) сигналы, она еще позволяет и направлять сигнал на колебательный контур(ы). Для антенны существуют определенные требования, которые необходимо соблюдать. Например - для изготовления антенны, необходимо знать длину волны, на интересующую радиостанцию.
Скажем на частоту 0,999 МГц, на которой идет вещание "Радио России" - соответственна длине волны 300,3 м, а значит, минимальная длина плеча дипольной антенны должна составлять 75,1 м. По этому некоторые антенны сложно изготовить и использовать, скажем в городских условиях.
А вот для самодельных приемников ультракоротковолнового диапазона сделать антенну проще и вариантов множество. Например, длина волны (Ростов-на-Дону) для частоты 89,4 МГц (Радио 7), составляет 3,4 м. А значит, что изготовление антенны должно составлять длину плеча (диполь) кратное этому значению, например для максимального эффекта можно изготовить антенну с длиной плеча равной 3,4 м, то длина антенны получится 6,7 м. В этом случае (особенно в квартире) нужно приходить к изобретательности и взять например сердечник (например пузырек от туши для глаз) и наматывать медный одножильный провод с сечением от 0,3 до 1,0 мм с искомой длиной проводника, и получится примерно в 4 раза короче, но длина проводника будет достаточной, чтобы применять для приема. А также можно изготовить рамочную антенну с длиной стороны 40 см, и получится несколько витков проводника, что станет очень компактным решением, и можно установить непосредственно на готовое изделие.
После изготовления антенны, нужно заниматься изготовлением усилителя радио сигнала. Дело в том, что современная трансляция имеет очень низкую мощность, а значит требуется усиление приема. Но тут нужен особый подход.
Фидер
Фидер - это устройство соединяющее антенну с радиоустройством. По конструкции существуют открытые и закрытые фидеры. Открытые - не экранированные, закрытые - экранированные. Также существуют оптические и электрические фидеры. В нашем случае - экранированный фидер в виде 50 - 75 Омного телевизионного кабеля.
Антенный усилитель
Усилитель радиосигнала, или антенный усилитель - это особое устройство, которое усиливает сигнал, который принимается с антенны и передает усиленный сигнал непосредственно на колебательный контур.
Данного усилителя достаточно, чтобы усилить принятый сигнал. На самом деле, принцип работы данной установки не просто в усилении сигнала, но и в преобразовании более низкого переменного электричества, в более высокое, что дает возможность принимать "громче". Питание, для того, чтобы получить достаточный эффект нужно подбирать, но минимальным будет 1,5 В, идеальное 3,7 В, максимальное - 6 В. Но лучше всего не превышать 5 В. Для этого можно изготовить модуль питания, на основе LM7805. Но также стоит и обратить внимание, что именно для этой сборки нужны именно высокочастотные транзисторы, абы какой не подходит, но и тут нужно подбирать.
Колебательный контур - это участок цепи, или полноценная электрическая цепь, которая состоит как минимум из катушки индуктивности и конденсатора. Главное условие - это наличие различного источника питания. В колебательном контуре могут присутствовать и другие компоненты (резисторы, резонаторы и другие).
Если соединить цепь, и подать на нее питание, то в конденсаторе накопится энергия, а в катушке накопится ток, все вместе в катушке создаст электродвижущую силу, что возбудит контур и начнется движение электронов по проводнику. Но эти движения можно наблюдать на экране осцилографа в виде синусоиды или другого графика, с временем который будет стремиться к нулю. Если кратковременно подать питание на контур, напряжение на экране вернется в свое первоначальное положение. Каждый контур имеет еще и свой импеданс (сопротивление). Но для того, чтобы колебательный контур смог работать для радиоприема, его нужно настроить на определенную частоту (на резонанс). Как раз в резонансе будет возможность настраиваться на определенные радиоволны.
Применение колебательного контура весьма разнообразно, от радио, до различных фильтров в цепях питания и усилителях.
Усилитель радиочастоты - устройство, которое необходимо в некоторых сборках радиоприемников, и других устройств с беспроводной связью. Как правило они очень похожи на антенный усилитель, также есть простые бездроссельные и дроссельные сборки. Раньше, в советские годы применялись как правило на приемниках и передатчиках, как самостоятельной сборки, так и производимые промышленностью. Сейчас усилители радиочастоты присутствуют в готовых микросхемах для сборки радиоприемников.
Частотные фильтры - это компоненты электроцепи, которые по своей конструкции могут напоминать колебательный контур, и выполнять схожее назначение, но применяются для фильтрации сигнала протекающего в проводнике. Применяются в генеративных приемниках, различных источниках напряжения, для распределения и фильтрации звукового сигнала и для многих других целей. Но именно в приемнике, применяется для отсеивания различных помех при передаче сигнала на детектор или с радиочастотного блока на усилитель низкой (звуковой) частоты и позволяет отбросить некоторые части помех, что позволяет получить более чистое звучание приема.
Блок дешифрования и детектирования сигнала. Эта часть электрической цепи любого радиоприемника, являет базовой и без нее не получится получить прием, так как это устройство переводит синусоидальный сигнал в область сигнала или только положительного направления графика, или отрицательного, что позволяет получать звуковую волну на выходе. В приемниках с приемом на амплитудной модуляции, можно использовать высокочастотные диоды (Д2, Д9), которые отлично справляются с детектированием, а вот с частотной модуляцией все на много печальнее, дело в том, что преобразовать частотную модуляцию в звуковой сигнал нужно специализированными участками цепи, с применением фильтров и специализированных полупроводников (транзисторов например, которые работают на очень высокой частоте (от 200 МГц) и используют более низковольтное питание. Секретом таких детекторов является и то, что если в сборке применяется транзистор, то он может также выполнять много сопутствующих функций. Тут и усилитель радиосигнала, и детектор частотной модуляции и усилитель низкочастотного сигнала и даже импульсный фильтр, которые отсеивает лишнюю пульсацию. Если применять транзисторы на основе германия, то главная особенность данного полупроводникового прибора в том, что он имеет очень высокую чувствительность, при достаточно низком энергопотреблении.
Блок смещения частоты - или смеситель применяется в супергетеродинах, и суперрегенераторах, как правило такие блоки позволяют изменять характеристику частоты, которая становится более восприимчивой и позволяет получить звуковую составляющую сигнала, также позволят получить возможность использоваться в качестве точной настройки на частоту, при изменении напряжения на варикапе, таким образом получается дополнительные элемент настройки. Обычно такие блоки состоят из RC-фильтра и заканчиваются на входе предусилителя звуковой частоты. Как правило, такие устройства или становятся частью радиочастотного фильтра, или устанавливаются как дополнительный сегмент радиоприемника, для корректировки по звучанию. Если применяется в регенераторе, то лучше всего закончить его переменным резистором, будет регулятор "громкости"
Усилитель низкой (звуковой) частоты. Устройство, которое как правило состоит из двух компонентов, работающих в низкочастотных цепях, но имеются компоненты, которые же можно применять. Например КТ315 (КТ361). Какую роль выполняет этот компонент и из чего состоит? Начнем из функций, этот компонент преобразует сигнал в звук, который выходит из динамической головки. Как правило, простейший усилитель состоит их транзистора или электрической радиолампы, более сложные схемы собираются на системах интегральных схем. Но современные усилители, будь то, на интегральных схемах или мощных полевых транзисторах, все эти устройства прежде всего помогают усиливать звуковой сигнал и направлять его на динамическую головку наушника или динамика.
Звукоизлучающее устройство. Звукоизлучатели - это такие электро-механические устройства, которые под действием электромагнитных волн, и протекающем в них переменном токе изменять свою кривизну таким способом, что происходит движение катушки и механической части, это движение вызывает резонанс, который сопровождается звуком. Так происходит превращение электрической части в звук. Как самостоятельно проверить данное явление без применения динамика? Очень просто, наматывается катушка, самым маленьким проводом на бумажную оправку и делаются два отвода от начала и конца (чем больше витков провода, тем лучше. Потом оправку прикрепляем к надутому шарику, таким образом, чтобы она была очень плотно и качественно присоединена. На катушку подсоединяем провод к телефону или другому источнику звука (например - компьютер или музыкальный плеер), а к оправке с катушкой подбираем магнит, таким образом, чтобы он был или внутри или снаружи катушки. Когда катушка окажется в магнитном поле магнита - произойдет волшебство. Да, да, таким образом можно доказать то, что вибрация из магнитного поля катушки, усиленная магнитом может заставить "играть" даже обычный шарик.
Вот таким образом, современный приемник от антенны и до динамика передает электрический ток, изменяет его и преобразует из эфирной электромагнитной волны в звуковую. На самом деле этот процесс очень интересный и увидеть большую часть этого можно только при помощи осцилографа.
А теперь разберемся в вопросе питания приемника. Тут все очень интересно, и интерес больше вызывает тот факт, что существует несколько типов питания. От сети 220/110 В и от элементов питания. Элементы питания делятся на аккумуляторы и элементы питания (батарейка). По типу питания однополярные и двухполярные. Но тут все на много веселее, но и это можно сделать. Смысл в том, чтобы понять что такое однополярный и двухполярный источник питания. Однополярный (например элемент питания батарейка, типоразмер AA. Две стандартные батарейки дают примерно 3 В. А если подсоединить между ними проводник, то плюсовой элемент будет примерно равный +1,5, а нижний - минусовой выход -1,5 В. Так и реализуется двухполярное питание. Это нужно для определенных сборок усилителей низкой частоты (особенно это касается микросхемных сборок).
Если все правильно собрать, то получится отличный вариант радиоприемника, который будет работать и радовать каждого слушателя. Но это все теория. А по поводу практики будет позже.
Следующая серия статей, будет посвящена различным частям радиоприемника, только очень подробно.