Самые труднодоступные детали ламповых радиоприемников, это конечно лампы. Можно ещё найти доступные и дешевые радиолампы БУ для аппаратов 50-х или 60-х. Но для более ранних аппаратов, это беда. Особенно для довоенных образцов. Это очень расстраивает, когда приемник полностью отремонтирован, но отсутствует только одна лампа, которую невозможно найти. Когда лампы очень старые, даже их эквиваленты труднодоступны.
Прежде люди предлагали способы переделать аппараты транзисторами. Даже в 1969, М.К. Венёцев опубликовал «Переделка ламповых приемников на транзисторные». Но это требовало невозвратные и масштабные модификации. Цель была забросить лампы навсегда.
Бывает тоже ситуация, когда любители решают сохранить принцип лампового приемника, но тоже через глубокую модификацию, чтобы использовать неэквивалентные лампы. У каждого свое предпочтение. Правда что, иногда невозможно сохранить детали в оригинальным аспекте (особенно потенциометры и конденсаторы). Но модифицировать принципиальную схему, это уже большая работа. И нужно быть уверенным, до принятия решения, что «новая» лампа работает. (Мы скоро вернёмся к этой теме).
Самое печальное, когда люди выбрасывают всё что находится в корпусе аппарата, чтобы заменить каким-то конструктором «X-Bass Surround Ultra Digital BlueTooth». Лучше покупать уже изготовленную дешёвую реплику с аспектом в ретро-стиле по интернету. Да, это звучит лучше, ловит FM, но это не имеет никакую связь с интересом к старым приемникам.
О чем идёт речь?
Как многие уже писали и сказали, это невозможно найти простую соответственность между транзисторами и радиолампами. Триоды и пентоды действуют как высоковольтные и высокочастотные (дорогие) полевые транзисторы JFET каналом N. Более того, они могут служить как демодуляторы и микшеры, использовав зону нелинейности, которая более похожа на поведение биполярного транзистора. Но у биполярных транзисторов нет крутизны, а усилительный фактор тока. Значит, невозможно прямо подключить базу NPN как сетку управления. (Более этого, базы NPN требуют положительное смещение). Пункты смещения JFET тоже не могут совпадать с расчётами схемы, даже если вы готовы купить очень дорогие полевые транзисторы. В любом случае, один транзистор, без ничего другого, не может заменить лампу.
Что я предлагаю здесь не требует модификации оригинальной схемы приемника. Цель - собрать маленькие транзисторные модули, которые могут, в зависимости от типа одной лампы и её роли в схеме, заменить эту лампу. Значит, тоже не будет возможно заявить что, например, один из этих модулей - эквивалент лампы СО-148. Схема модуля будет тоже зависеть от схемы приемника.
Предупреждения
Если вы недавно нашли старый ламповый приемник, а вы не очень опытный по ремонту таких аппаратов, не думаете что, первая причина поломки это лампы. Лампы изнашиваются когда они служат. Они редко портятся просто со временем, даже если это возможно. Если приемник спал 60 лет на чердаке, всё остальное пострадало, больше чем лампы. До попытки включения, с хорошими или плохими лампами, нужно застраховать чтобы конденсаторы не действовали бы как короткие замыкания, что потенциометры и переключатели не стали бы просто ржавшие штучки, и чтобы резисторы не были бы разомкнуты. Очень вероятно уже будет работа. Тоже: Вам наверно кажется глупо, если я напоминаю что, приемники, которые спали 60 лет или больше на чердаке, могут ещё стоять на позиции переключателя 110в. Но...
Только после этого, можно подключить приемник. Предпочтительно сначала только с кенотроном и без других ламп, чтобы проверить напряжения повсюду и уже проверить кенотрон. В конце концов, если всё в порядке, это имеет смысл испытать с лампами, и увидеть если они работают.
Почему я написал « и увидеть если они работают»? Это так просто видеть, если они светятся! Так думаете? Это ошибка. Поломка «потеря эмиссии» - сама распространенная поломка радиолампы: Накал работает, лампа выглядит нормально, но она совсем не выполняет свою функцию. Катод износился, и ток больше не проходит между анодом и катодом. Хитрости, которые заключаются в подаче постоянного перенапряжения на накале, заставляют лампу работать несколько часов до смерти… Не стоит так делать!
Теперь понимаете что, если у вас ещё нет опыта ремонта электронных аппаратов, это лучше спросить специалиста ремонтировать и, при необходимости, интересоваться этом способом заменить незаменимые радиолампы. Теперь тоже понятно, когда я пишу, что любое предложение продажи лампы, которое содержит «накал работает» ничего не гарантирует.
Описание
Я старался предложить схемы, которые используют дешёвые и доступные компоненты, и вообще не требуют изменения схемы приемника. Таком способом, всегда будет возможность заменить лампой, если вы найдёте её несколькими годами позже.
Можно было бы уменьшить количество конденсаторов и не использовать катушку на примере который следует ниже. Но в этом случае, надо было бы использовать дорогие и труднодоступные транзисторы. Поэтому, все каскады, кроме конечного пентода НЧ, будут использовать клемму анода как точку ввода выходящего сигнала (с емкостной связью), но не как настоящий анод с током смещения. Это позволяет использовать обычные низковольтные транзисторы. Клемма смещения экранирующей сетки будет служить как маломощный источник питания. Это не важно, если потенциал этой точки меняется в приемнике, из-за включения стабилизатора модуля. Это источник питания - просто разделитель напряжения.
Будет предложен метод расчёта значений компонентов для каждого типа модуля. Тем не менее, предполагается что, электронщик сам рассчитает мощности резисторов и номинальные напряжения конденсаторов, в зависимости от результатов расчётов сопротивлений, точек смещения и ёмкостей.
Триод РЧ для усиление (обычно первый каскад)
Вот типичная схема приемника:
Это каскад намерен позволять очень большую крутизну, с высоким импедансом входа. Контур может предшествовать этому каскаду, и другой может следовать. Значит, нужно сберечь характеристики, чтобы не деградировать добротность контуров.
Вот что может заменить лампу.
Точки А, К, Э, У соответствуют точкам в предыдущей схеме.
Эта псевдо-лампа имеет крутизну 6мА/в.
Можно выбирать напряжение стабилитрона Uz между 15в и 22в.
Затем, нужно рассчитать эквивалентные сопротивление и напряжение Тевенена цепи питания стабилитрона.
Rt = 1/(1/R3 + 1/R4) + RB
Ut = (R3 / (R3 + R4)) * Up, где Up = напряжение главного питания приемника (+)
Нужно выбирать RB, чтобы (Ut – Uz) / Rt = 0,006 A
(Эта цепь усиления не намерена потреблять больше).
Ток смещения транзистора J111 должен быть примерно 3мА => Vgs = -8в
Значит,Ura = 8в - Ur2 = 8в - (R2 x 0,003).
Так можно рассчитать RA = Ura / 0,003.
Выбор параллельного конденсатора зависит от R2: Чтобы сохранить крутизну, которую R2 определил, импеданс параллельного конденсатора должен быть Zcp < R2 / 20
=> Cp > 20 / (2.pi.f.R2), где “f” сама низкая частота, которую приемник должен принимать.
Выходной конденсатор (до «К») можно выбирать в зависимости от выходного конденсатора каскада приемника. Емкости могут быть одинаковы.
В конце концов, импеданс катушки индуктивности “L” должен быть значительно выше импеданса следующего каскада (или контура), просто как оригинальная катушка, которая тоже остаётся в цепи. (Цель — ничего не менять в оригинальной схеме приемника).
Если оригинальная катушка не участвует как элемент контура, обе индуктивности могут быть примерно одинаковые. (Ещё лучше, если индуктивность новой выше). Иначе, нужно минимум L = 20 x индуктивность оригинальной катушки. Не так сложно получить этот результат потому, что старые довоенные приемники содержат катушки с деревянным сердечником. Значит, ферритовые тороидальные сердечники с маленьким габаритом дают гораздо большую индуктивность.
Замечание о параллельном диоде: Он намерен препятствовать перенапряжению на транзисторе, если главное питание резко растёт: диод зарядит выходной конденсатор (с маленькой ёмкостью) через стабилитрон. Этот импульсный ток не будет высокий потому, что буферные конденсаторы после выпрямителя ограничивают скорость роста напряжения. Более того, эта ситуация происходит только при временном и коротком отключении питания, когда кенотрон ещё горячий. В нормальным режиме работы, мы ожидаем что, пиковая амплитуда на выходе не превышает 0,7в (мы обработаем ещё слабые сигналы). Значит, этот диод не помешает. Я использовал 1N4148, но любой диод с ёмкостью менее 5пф подходит.
Триод для демодуляции
Обычно используется триод РЧ, но главная цель - демодуляция сигнала. Радиолампа использована в нелинейной зоне, чтобы одновременно усилить и демодулировать. Нужно повторить эти характеристики транзисторами.
Нужно одновременно:
- Показать высокий импеданс на входе
- Эксплуатировать детекторный эффект базы транзистора NPN
Поэтому, схема подробнее, чем предыдущая:
Первый транзистор 2N2222 работает как буфер с точками смещения, и второй транзистор BC337 работает как детектор. Мы переделаем нашу собственную точку смещения на «У».
Можно также здесь выбирать напряжение стабилитрона Uz между 15в и 22в.
Затем, нужно рассчитать эквивалентное сопротивление и напряжение Тевенена цепи питания стабилитрона.
Rt = 1/(1/R3 + 1/(R4+R2)) + RB (R5 не влияет. Он следует источнику тока)
Ut = (R3 / (R2 + R3 + R4)) * Up, где Up = напряжение главного питания приемника (+)
(Больше не будет течь постоянный ток через R5. Поэтому, здесь R5 тоже не влияет)
Нужно выбирать RB, чтобы (Ut – Uz) / Rt = 0,008 A
(Эта цепь не намерена потреблять больше).
Затем, нужно оценить сопротивление RF:
Здесь необязательно действовать как настоящий источник тока, но нужно более менее сохранить выходной импеданс схемы детектора (без требования высокой точности). Это разумно выбирать RF = 2 x R5 (импеданс уменьшается на 33%), а не больше, чтобы BC337 не заряжает так просто последовательный выходной конденсатор без влияния на выходной фильтр НЧ каскада (после«А»). Мы планируем мало постоянного тока в RF.
Чтобы у детектора было достаточно усиления, сопротивление между курсором потенциометра «Р» и точкой «К» не должно превышать RF x 5. Так импеданс источника низкий. В нашем случае, самое высокое сопротивление совпадает с положением курсора потенциометра на стороне RD. Это просто сопротивление потенциометра.
Значит, сопротивление «Р» = RF x 5.
Нужно теперь рассчитать RD, чтобы Uz x P / (P + RD) = 1в (легко более 0,7в)
=> RD = (Uz x P / 1в) - P
Теперь нужно рассчитать сопротивления буфера:
Мы намерены установить точку смещения напряжения базы 2N2222 на половине Uz. Это гораздо больше, чем амплитуда сигнала. Поэтому, необязательно соблюдать RA << P.
RA = 10 x P уже гарантирует, что 2N2222 остаётся в линейном режиме (и не закрывается) когда амплитуда входящего сигнала равна Uz / 20.
Выставление точки смещения напряжения базы 2N2222 на половине Uz совпадает с:
- RE = RC
- 1/(1/RE + 1/RC) << RA x Hfe (Hfe минимум 80)
=> RE = RC << 2 x RA x Hfe ~ 160 x RA
=> RE = RC ~ 16 x RA уже подходят.
=> Входной импеданс Ri = RE/2 = RC/2.
Все сопротивления рассчитаны, теперь нужно оценить и рассчитать три конденсатора.
Входной конденсатор C = 1 / (2.pi.Ri.f) где «f» сама низкая РЧ - 20%
=> C = 1 / (pi.RE.f)
Для конденсатора который между буфером и потенциометром, нужно рассчитать с минимальной НЧ, а не РЧ. Мы можем предполагать, что эта частота будет примерно 200Гц.
Более того, когда потенциометр будет настроен оптимально, потенциал на курсоре будет:
0,65в => курсор на 2/3 => Сопротивление Тевенена «Rpo»= 1/(1/(P/3 + RD) + 3/2P)
=> C = 1 / (2.pi.Rpo x 200)
В конце концов, ёмкость выходного конденсатора (т. е. до «А») должна быть значительно больше ёмкости конденсатора фильтра НЧ. Можно считать что, в 10~20 раз больше уже достаточно.
Настройка потенциометра:
Когда всё включено и приемник ещё холодный, без сигнала, нужно настроить «Р» чтобы получить напряжение 0,3в на RF. Это напряжение растёт когда температура поднимается, это нормально. Детектор должен работать в любой ситуации. Если демодулятор зашкаливает при подаче модулированного сигнала, нужно будет уменьшить напряжение смещения (курсор потенциометра в направлением «К»).
Выходной пентод усилителя НЧ
Отрицательное напряжение подано на управляющей сетке пока катод прямо включен к 0в.
Пусть назовём это напряжение Vминус (относительно потенциала на «К»), пока главное положительное напряжение будет Vплюс.
Заменяющий модуль должен действовать как высоковольтный полевой транзистор. Но можно справиться с дешевыми деталями:
Маломощный полевой транзистор 2N4391действует как буфер и работает под низким напряжением, как в предыдущих примерах. Всё остальное работает под высоком напряжением, как настоящая радиолампа. Один MJE340 выдерживает 300в, но остаётся слишком мало запаса. Поэтому, верхний транзистор действует как мощной стабилитрон, держа напряжение коллектор-эмиттер на 120в. Другой транзистор управляет ток, как анод лампы.
Расчёт RB в зависимости от стабилитрона, R2, и R3, происходит как в первом примере. Мы выбираем ток входного буфера = 5мА (т.е. можно рассчитать 6мА через RB).
В этих условиях, 2N4391 в линейном режиме, если VGS ~ -3,5в (+/-0,5в в зависимости от температуры). Чтобы сохранить стабильность цепи, малозависимо от погрешностей и температуры, не нужно выбирать слишком маленькое напряжение на RA. Поэтому, мы выбираем половину типичного VGS: Ura = 1,75в.
=> RA = 1,75в / 5мА = 350 Ом.
Затем, нужно справиться, чтобы номинальный потенциал VGS относительно «К» был равен:
-3,5в + 1,75в = -1,75в.
Это значит что, нам нужно Vминус x Ri / (Ri+ R1) = -1,75в.
=> Ri= -1,75в x R1 / (Vминус + 1,75в)
Потом, важно знать какой анодный ток покоя годится. Это зависит от спецификации оригинальной радиолампы и приемника. Пусть назовем его «Ia».
Разделитель RG-RF не должен потреблять более Ia/10, чтобы незначительно влиять на характеристики этой имитации стабилитрона. Одновременно, транзистор должен держать напряжение коллектор-эмиттер = 120в, когда VBE = 0,7в.
Значит, у нас два условия:
- 120в / (RG + RF) = Ia/10
- 120в x RF / (RG + RF) = 0,7в
=> 120в x RF x ((Ia/10) / 120в) = 0,7в => RF = 0,7в / (Ia/10)
=> RF = 10 x 0,7в / Ia
=> RG = 120в / (Ia/10) – RF = 10 x 120в / Ia
Теперь нужно заниматься RH, который позволяет стабилизировать Ia относительно температуры. Это разумно вставить Urh = 4 x VBE = 2,8в.
Так мы получим RH = 2,8в / Ia
У MJE340, Hfe > 30.
Значит, на базе низкого транзистора будет видный импеданс Zb= 30 х 2,8в / Ia.
Это разумно выбрать импеданс разделителя RE-RD равно Zb / 5
=> 1/(1/RE + 1/RD) = Zb / 5 = 6 х 2,8в / Ia.
RD << RE, значит 1/RD >> 1/RE => RD ~ 6 х 2,8в / Ia.
Сопротивление трансформатора близкое к нулю (это индуктивность с параллельной нагрузкой).
Значит, без сигнала VCE = Vплюсь - 120в, пока Vb = 2,8в + VBE.
=> (Vплюсь - 120в) x RD / (RD + RE) = 2,8в + VBE
=> RD + RE = (Vплюсь — 120в) x RD / (2,8в + VBE)
=> RE = ((Vплюсь — 120в) x RD / 3,5в)- RD
Вероятно что, глобальная крутизна вообще не превышает крутизну оригинальной лампы, даже если RC = 0 Ом (по умолчанию). Тем не менее, если такая ситуация была, нужно было бы поднять сопротивление этого резистора RC для экспериментального получения желательной крутизны.
Оставляется расчёт конденсатора:
Динамики и трансформаторы старых ламповых приёмников обычно не пропускают очень низкие частоты. Значит, было бы бесполезно тратить мощность для частот менее 200Гц.
С ~ 1/(2.pi.(Rc + RD) x 200Гц)
Кенотрон
Конечно здесь не требуется подробный расчёт. Даже не нужно схемы. Любой выпрямленный диод, который выдерживает 800в обратного напряжения и примерно 1А постоянного тока, может заменить кенотрон. Тем не менее, я предпочитал бы добавить последовательный резистор, в котором создаётся перепад напряжения как в кенотроне, и который будет ограничивать ударный ток и скорость роста напряжения при включения. Спецификации кенотрона должны помогать, чтобы выбирать сопротивление.
Триоды для осцилляторов
Это щекотливая проблема. По принципу надо было бы использовать тот же тип модуля, как для «триодов РЧ для усиления (обычно первый каскад)». Но, осцилляторы могли бы не стартовать. В этом случае, можно было бы пытаться менять фазу через добавление конденсаторов: параллельно с индуктивностью или на затворе, и т.д.
Микшеры
Пока у меня нет решения. Тем не менее, для приемников супергетеродина предполагается, что они используют радиолампы не так старые и не так труднодоступные. Хитрости, которые я предлагаю в этой статье, нацелены на самые старые приемники, часто приемники прямого усиления.
Адаптация на гнезде радиолампы
Старые гнезда ещё достаточно большие, чтобы легко создать имитацию разъёма. Вот например что я сделал:
(Серая труба просто служит как опора закрепления платы и средством изоляция столба анода).