Экономичные радиоприемники с низковольтным питанием (0,3-0,7В) от земляной батареи
Почти три десятилетия назад, а точнее в июльском номере журнала «Радио» за 1962 г., радиолюбитель Ф. Жариков рассказал о простом транзисторном приемнике с необычным источником питания — «земляной» батареей. Она состояла из стального и медного стержней, погруженных на некотором расстоянии друг от друга в сырой грунт. С наружных концов стержней снималось напряжение в несколько десятых долей вольта, достаточное для работы однотранзисторного приемника. Правда, при таком источнике питания прием радиостанций велся на наружную антенну длиной около четырех метров, подвешенную на пятиметровой высоте.
Эта публикация через многие годы натолкнула автора на мысль об уменьшении размеров антенны и постройке переносного приемника с питанием от маломощного гальванического элемента, изготовленного из подручных материалов. Пришлось отказаться от перестройки приемника даже в пределах одного диапазона и остановиться на варианте с фиксированной настройкой на ближайшую мощную радиостанцию, но зато удалось добиться такой чувствительности. что с магнитной антенной и тремя транзистор ными каскадами достаточно громко прослушивалась на головные телефоны передача радиостанции на расстоянии около 100 км от нее. Напряжение питания при этом составляло всего 0,4...0,5 В!
Схема первого варианта такого приемника приведена на рис. 1. В нем два одинаковых резонансных усилителя РЧ (на транзисторах VT1 и VT2) и рефлексный каскад (на транзисторе ѴТЗ). Колебательный контур магнитной антенны WA1 составлен из катушки индуктивности L1 и конденсатора С1. Он настроен на частоту Воронежской радиостанции — 774 кГц, но вполне вероятна настройка на частоту другой радиостанции, работающей в данной местности.
С катушки связи L2 выделенный контуром сигнал РЧ поступает на первый усилительный каскад, выполненный на транзисторе VT1. В коллекторную цепь транзистора включен колебательный контур L4C3, резонансная частота которого соответствует частоте принимаемой радиостанции.
Чтобы последующий усилительный каскад возможно меньше влиял на добротность контура (от нее зависит усиление каскада), сигнал на него снимается с части витков катушки L4. А чтобы усилительный каскад был развязан по сигналу РЧ от цепей питания других каскадов, напряжение на коллекторную цепь транзистора подается через фильтр L3C4.
Для получения большего входного сопротивления каскада в цепи эмиттера транзистора включен резистор R2 ’сравнительно большого сопротивления.
Аналогично построен и второй каскад усиления. Сигнал с него поступает через конденсатор С8 на рефлексный каскад. В коллекторной цепи транзистора 'ѴТЗ этого каскада включены последовательно две нагрузки: катушка L7 радиочастотного трансформатора и головные телефоны BF1. Когда каскад усиливает сигнал РЧ, он выделяется на катушке L7. Через катушку L8 этот сигнал подводится к детектору, выполненному на диоде VD1. В результате детектирования на резисторе R7 выделяется сигнал 3Ч, который подается через конденсатор С9 на базу транзистора ѴТЗ. Теперь каскад усиливает сигнал 3Ч, который выделяется на головных телефонах BF1 — из них и слышна передача радиостанции.
Источник питания приемника — самодельный. Он состоит из двух пластин разнородного металла, между которыми помещают влажную среду. Плюсовым электродом источника может быть пластина из меди (несколько хуже — латунь, подойдет и «никель» монет), минусовым — пластина из стали, алюминия или цинка. Причем наименьшая ЭДС получается со стальной пластиной, наибольшая — с цинковой. Хорошо работает также оцинкованное железо, его покрытия хватает на 20...30 часов, конечно, с периодической «подзарядкой», т. е. сменой влажной среды по мере ее высыхания.
Площадь пластин, главным образом минусовой, зависит от продолжительности непрерывной работы приемника и при кратковременном включении (5...15 мин) может составлять 8... 10 см2, а при более длительной — 20...30 см2.
Влажной средой, помещаемой между пластинами, может быть влажная земля, смоченная бумага, увлажненная ткань, свежесорванные листья растений и т. п. Практика пользования таким источником питания показала, что наиболее удобными материалами являются легко размокающая бумага и хлебный мякиш (размоченный зачерствевший хлеб). Последний обеспечивает несколько большую громкость звука благодаря большей ЭДС и меньшему внутреннему сопротивлению источника.
Если, к примеру, взять пластины из меди и оцинкованного железа площадью 24 см2 и поместить между ними сложенный вчетверо и смоченный водопроводной водой лист газетной бумаги без типографской краски, то начальное напряжение такого источника при подключении его к приемнику может достигать 0,55 В. Примерно через полчаса напряжение падает до 0,4 В и остается таким в течение нескольких часов. Ток нагрузки в этом случае составляет 0,16 мА.
При помещении же между пластинами тонкого (1 мм) слоя слегка увлажненного и хорошо промятого черного хлеба начальное напряжение достигает 0,75 В, а установившееся (также через полчаса) — 0,5 В при токе нагрузки 0,18 мА.
Конечно, по мере работы приемника громкость звука снижается из-за падения напряжения источника питания, поэтому периодически придется менять влажную среду.
Разумеется, можно вообще отказаться от самодельного источника питания и сразу предусмотреть установку, скажем, элемента 316 либо малогабаритного аккумулятора на напряжение 1,25 или 1,5 В (скажем, от электронных наручных часов). Но в этом случае придется включить в цепь такого источника гасящий резистор, чтобы избежать самовозбуждения приемника.
Кроме указанных на схеме, в приемнике можно использовать другие маломощные высокочастотные германиевые транзисторы, например, серий ГТ308, ГТ311, П416, П423. Диод VD1 —любой из серии Д9.
Магнитная антенна выполнена на стержне диаметром 10 и длиной 200 мм из феррита 400НН- Катушка L1 содержит 115 витков провода ПЭЛШО 0,12, намотанных виток к витку на бумажном каркасе, который можно перемещать по стержню во время настройки приемника. Рядом с этой катушкой на каркасе размещена и катушка связи L2 — 10 витков провода ПЭЛШО 0,2.
Катушки L4 и L6 усилителей РЧ намотаны на кольцах типоразмера К7Х4Х2 из феррита 600НН. Каждая катушка обладает индуктивностью около 460 мкГн и содержит 55 витков провода ПЭЛШО 0,12 с отводом от 17 го витка, считая от нижнего по схеме вывода.
На таких же кольцах выполнены и дроссели L3, L5 — они содержат по 260 витков провода ПЭЛ 0,1. Индуктивность дросселей — по 10 мГн. Еще на одном таком кольце намотан радиочастотный трансформатор: обмотка L7 содержит 130 витков провода ПЭЛ 0,12, a L8 — 170 витков ПЭЛ 0,1 (индуктивность обмоток — соответственно 2,4 и 4 мГн.
Головные телефоны — ТОН 2 или другие, сопротивлением не менее 1600 Ом. Резисторы могут быть МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25, подстроечные конденсаторы — КПК-М. оксидный С10 — К50-29 либо другой, остальные конденсаторы — любые малогабаритные.
При подборе деталей нужно помнить следующее. Во время настройки приемника параллельно подстроечным конденсаторам может понадобиться подключать постоянные, емкостью до 43 пф. Переходные конденсаторы С5 и С8 перед настройкой приемника могут быть емкостью по 150 пФ, но после точной настройки контуров их емкость увеличивают (до 1000 пф), добиваясь наибольшей громкости звука. Аналогично поступают и с резисторами обратной связи R2, R4, R6, сопротивление которых зависит от коэффициента передачи транзисторов (при коэффициенте 20... 35 резистор в цепи эмиттера транзистора приходится удалять). Конденсаторы С4, С7 могут быть емкостью от 0,01 до 0,068 мкФ, a C11 — от 0,0068 до 0,01 мкФ (подбирают по желаемому тембру звука).
Детали приемника размещены на плате (рис. 2) размерами 210X40 мм. Монтаж может быть как навесным, так и печатным. На одном из концов платы устанавливают контакты XS1 и XS2, между которыми впоследствии вставляют вышеописанный самодельный источник питания либо готовый аккумулятор.
Налаживать приемник лучше всего с помощью генератора стандартных сигналов с внутренней модуляцией. Тогда на генераторе устанавливают частоту, равную частоте выбран ной радиостанции (в нашем случае — 774 кГц) и подают сигнал с генератора на базу транзистора VT2, а в гнезда ХТ1 и ХТ2 приемника включают головные телефоны. Амплитуду выходного сигнала генератора устанавливают минимально возможной, чтобы был едва слышен звук в телефонах. Плавным изменением емкости подстроечно-го конденсатора С6 и шунтированием (если это понадобится) этого конденсатора постоянным конденсатором добиваются максимальной громкости звука в телефонах. По мере увеличения громкости уменьшают выходной сигнал генератора. Проверяют правильность включения обмоток трансформатора, для чего меняют местами выводы катушки L8. Оставляют такое подключение выводов, при котором громкость звука наибольшая.
Аналогично настраивают колебательный контур первого усилителя РЧ, подавая сигнал с генератора па базу транзистора VT1. Если во время настройки контуров будет наблюдаться самовозбуждение приемника, тот или иной контур (а возможно, и оба) шунтируют резистором сопротивлением примерно 22 кОм.
Колебательный контур магнитной антенны можно настроить, соединив правый по схеме вывод катушки L1 с общим проводом и подав на левый выходной сигнал генератора (через конденсатор емкостью 1... 5 пФ). Максимальной громкости звучания добиваются перемещением каркаса с катушкой по ферритовому стержню и подбором конденсатора С1
А если нет генератора? Тогда на время настройки нужно воспользоваться хорошей наружной антенной (либо использовать вместо нее провод длиной 3...4 м) и подключить ее поочередно через конденсатор возможно меньшей емкости сначала к базовым цепям усилителей РЧ, а затем к колебательному контуру магнитной антенны, как это делали с генератором.
При любом варианте окончательную настройку приемника желательно провести в «реальных условиях», т. е. во время приема выбранной радиостанции. В этом случае сначала приемник ориентируют в пространстве до получения наибольшей громкости, а затем уже пробуют изменить в ту или иную сторону частоту контура магнитной антенны либо контуров усилителей РЧ. Оставляют, конечно, такую настройку, при которой громкость передачи максимальна.
После проведения этого этапа можно проделывать эксперименты по увеличению громкости приема подбором базовых и эмиттерных резисторов.
Схема второго варианта приемника приведена на рис. 3. Нетрудно заметить основное отличие его от предыдущего: колебательные контуры усилителя РЧ включены не в цепь коллектора транзисторов, а параллельно транзисторам. При таком варианте удалось с теми же транзисторами несколько повысить чувствительность приемника и избежать возможного самовозбуждения. К примеру, с источником питания напряжением 0,7...0,5 В (пластины из меди и оцинкованного железа площадью 27 см2 с помещенным между ними тонким слоем смоченного хлебного — ржаного — мякиша) при токе потребления 0,36...0,24 мА удалось прослушивать передачи радиостанции, удаленной от места приема на 600 км. Возможно, для достижения подобной цели в некоторых случаях придется уменьшить сопротивление резисторов в эмиттерных цепях транзисторов или вообще изъять эти резисторы. Принимая же мощную близлежащую радиостанцию, без этих резисторов не обойтись, и их сопротивление придется увеличить до 680... 910 Ом.
Элементная база приемника та же, что и предыдущего. Но несколько различны данные моточных деталей. Так, катушка L1 содержит 200 витков провода ПЭЛШО 0,12, a L2 — 17 витков ПЭЛШО 0,2. Контурные катушки L4 и L7 намотаны на кольцах типоразмера К8.5Х5Х Х4,5 из феррита 600НН и содержат по 80 витков провода ПЭЛШО 0,12 (индуктивность каждой катушки составляет 900 мкГн). Поверх них намотаны катушки связи L5 и L8 — по 8 витков провода ПЭЛШО 0,2. Дроссели L3 и L6 намотаны на кольцах типоразмера К 10,5X6X5 из феррита 600НН и содержат по 93 витка провода ГІЭЛ 0,22 (индуктивность примерно 2,9 мГн). Параметры трансформатора рефлексного каскада (катушки L9, L10) такие же, что и в предыдущем приемнике.
Размещение деталей приемника на плате (габаритами 220X60 мм) показано на рис. 4. Методика налаживания этого приемника схожа с вышеописанной.
И в заключение — о некоторых экспериментах с построенными приемниками. Одни из них касаются источника питания. Если применить алюминиевую и медную пластины и помещать между ними смоченную водой фильтровальную или газетную (без краски) бумагу, то развиваемое таким источником напряжение составит 0,3...0,32 В. С той же бумагой, но смоченной яблочным или вишневым соком, напряжение возрастает на 0,1... 0,12 В. Сок лимона дает еще больший прирост — до 0,2 В. Примерно таким и даже лучшим свойством обладают помидорный, огуречный и другие рассолы. Причем пропитанную соками бумагу можно заготовить заранее, а перед употреблением слегка смочить водой.
Неплохой источник получается при использовании в качестве влажной среды творога, кефира и других молочно-кислых продуктов, если их замесить с небольшим количеством муки.
Экспериментируя с магнитной антенной, обратил внимание, что громкость звука понижается или исчезает вовсе, если неподалеку от антенны лежит ферритовый стержень с обмоткой и конденсатором, иначе говоря колебательный контур, настроенный на ту же частоту, что и контур магнитной антенны. Налицо явное поглощение энергии при резонансе. Нетрудно было догадаться о простой возможности, скажем, оценивать емкости конденсаторов. Для этого нужно иметь проградуированный конденсатор с изменением емкости от 20 до 500 пФ, ферритовый стержень с обмоткой индуктивностью 200...400 мкГн и один из описанных приемников. Катушку со стержнем и конденсатор со шкалой укрепляют на плате из текстолита. Деления шкалы нанесены на полуокружности радиусом 60 мм через 10 пФ от 30 до 200, затем через каждые 50 пФ.
Методика определения емкости неизвестного конденсатора такова. Расположив катушку вспомогательного колебательного контура параллельно магнитной антенне приемника на расстоянии 40...50 мм от нее, поворотом ротора конденсатора переменной емкости добиваются минимума громкости звука в телефонах. Замечают по шкале конденсатора область положений ротора, при которых громкость звука остается пониженной. Отодвигая вспомогательный контур, находят такое положение его, при котором эта область сузится практически до точки.
Далее подключают параллельно конденсатору переменной емкости проверяемый конденсатор и вновь находят минимум громкости. По шкале определяют получившуюся емкость переменного конденсатора. Разность между ней и первоначальной составит емкость подключенного постоянного конденсатора.
Если же емкость проверяемого конденсатора превышает определенное значение и ее не удается определить описанным способом, тогда проверяемый конденсатор включают последовательно с переменным. Определив «резонансные» емкости переменного конденсатора, подсчитывают емкость проверяемого по формуле:
где Сх — емкость проверяемого конденсатора, Снач и Скон — соответственно начальная и конечная (с проверяемым конденсатором) емкости переменного конденсатора. Описанным способом можно проверять конденсаторы емкостью от 10 до 3000 пФ.
С. ЛЕВЧЕНКО, г. Киев.