Ilgu laiku radioaparāti bija cilvēces nozīmīgāko izgudrojumu saraksta augšgalā. Pirmās šādas ierīces nu ir rekonstruētas un modernā veidā mainītas, tomēr maz kas mainījies to montāžas shēmā - viena un tā pati antena, tas pats zemējums un oscilācijas ķēde, lai izfiltrētu nevajadzīgu signālu. Neapšaubāmi, shēmas ir kļuvušas daudz sarežģītākas kopš radio radītāja Popova laikiem. Viņa sekotāji izstrādāja tranzistorus un mikroshēmas, lai reproducētu labāku un energoietilpīgāku signālu.
Kāpēc labāk sākt ar vienkāršiem modeļiem?
Ja saprotat vienkāršu radio shēmu, varat būt pārliecināti, ka lielākā daļa ceļa uz panākumiem montāžas un ekspluatācijas jomā jau ir apgūta. Šajā rakstā mēs analizēsim vairākas šādu ierīču shēmas, to rašanās vēsturi un galvenos raksturlielumus: frekvenci, diapazonu utt.
Vēstures fons
1895. gada 7. maijs tiek uzskatīts par radio dzimšanas dienu. Šajā dienā krievu zinātnieks A. S. Popovs demonstrēja savu aparātu Krievijas Fizikālās un ķīmiskās zinātnes sanāksmē.sabiedrība.
1899. gadā tika izbūvēta pirmā 45 km garā radiosakaru līnija starp Hoglandes salu un Kotkas pilsētu. Pirmā pasaules kara laikā tiešās pastiprināšanas uztvērējs un vakuumlampas kļuva plaši izplatītas. Karadarbības laikā radio klātbūtne izrādījās stratēģiski nepieciešama.
1918. gadā vienlaikus Francijā, Vācijā un ASV zinātnieki L. Levvijs, L. Šotkis un E. Ārmstrongs izstrādāja superheterodīna uztveršanas metodi, taču vājo vakuumlampu dēļ šis princips tika plaši izmantots tikai m. 1930. gadi.
Tranzistoru ierīces parādījās un tika izstrādātas 50. un 60. gados. Pirmo plaši izmantoto četru tranzistoru radio uztvērēju Regency TR-1 radīja vācu fiziķis Herberts Matare ar rūpnieka Jēkaba Mihaela atbalstu. Tas tika pārdots ASV 1954. gadā. Visos vecajos radio tika izmantoti tranzistori.
70. gados sākās integrālo shēmu izpēte un ieviešana. Uztvērēji tagad attīstās ar lielisku mezglu integrāciju un digitālo signālu apstrādi.
Instrumenta specifikācijas
Gan vecajiem, gan mūsdienu radioaparātiem ir noteiktas īpašības:
- Jūtība - spēja uztvert vājus signālus.
- Dinamisks diapazons - mērīts hercos.
- Trokšņu noturība.
- Selektivitāte (selektivitāte) - iespēja apspiest svešus signālus.
- Iekšējā trokšņa līmenis.
- Stabilitāte.
Šīs īpašības navizmaiņas jaunajās uztvērēju paaudzēs un nosaka to veiktspēju un lietošanas ērtumu.
Kā darbojas radio
Vispārīgākajā formā PSRS radiouztvērēji strādāja pēc šādas shēmas:
- Elektromagnētiskā lauka svārstību dēļ antenā parādās maiņstrāva.
- Svārstības tiek filtrētas (selektivitāte), lai informāciju nošķirtu no trokšņa, t.i., tās svarīgā sastāvdaļa tiek iegūta no signāla.
- Saņemtais signāls tiek pārveidots skaņā (radioaparātu gadījumā).
Pēc līdzīga principa televizorā parādās attēls, tiek pārraidīti digitālie dati, darbojas radiovadāmās iekārtas (bērnu helikopteri, automašīnas).
Pirmais uztvērējs bija vairāk kā stikla caurule ar diviem elektrodiem un zāģu skaidām iekšā. Darbs tika veikts pēc lādiņu iedarbības principa uz metāla pulveri. Uztvērējam bija milzīga pretestība pēc mūsdienu standartiem (līdz 1000 omiem), jo zāģu skaidām bija slikts kontakts savā starpā, un daļa no lādiņa noslīdēja gaisa telpā, kur tā izkliedējās. Laika gaitā šīs zāģu skaidas tika aizstātas ar svārstību ķēdi un tranzistoriem, lai uzglabātu un nodotu enerģiju.
Atkarībā no uztvērēja individuālās shēmas, tajā esošajam signālam var tikt veikta papildu filtrēšana pēc amplitūdas un frekvences, pastiprināšana, digitalizācija turpmākai programmatūras apstrādei utt. Vienkārša radiouztvērēja shēma nodrošina vienu signāla apstrādi.
Terminoloģija
Svārstību ķēdi tās vienkāršākajā formā sauc par spoli unkondensators slēgts ķēdē. Ar to palīdzību no visiem ienākošajiem signāliem ir iespējams izvēlēties vēlamo ķēdes svārstību dabiskās frekvences dēļ. Uz šī segmenta ir balstīti PSRS radio uztvērēji, kā arī mūsdienu ierīces. Kā tas viss darbojas?
Parasti radiouztvērējus darbina ar baterijām, kuru skaits svārstās no 1 līdz 9. Tranzistoru ierīcēm plaši izmanto 7D-0.1 un Krona baterijas ar spriegumu līdz 9 V. Jo vairāk bateriju a nepieciešama vienkārša radio uztvērēja shēma, jo ilgāk tas darbosies.
Atbilstoši uztverto signālu frekvencei ierīces tiek iedalītas šādos veidos:
- Longwave (LW) - no 150 līdz 450 kHz (viegli izkliedēts jonosfērā). Zemes viļņiem ir nozīme, kuru intensitāte samazinās līdz ar attālumu.
- Vidējs vilnis (MW) - no 500 līdz 1500 kHz (dienā viegli izkliedējas jonosfērā, bet naktī atstarojas). Dienas gaišajā laikā diapazonu nosaka zemes viļņi, naktī - atstarotie viļņi.
- Īsviļņi (HF) - no 3 līdz 30 MHz (tie nenolaižas, tos atstaro tikai jonosfēra, tāpēc ap uztvērēju ir radioklusuma zona). Ar zemu raidītāja jaudu īsie viļņi var pārvietoties lielos attālumos.
- Ultra īsviļņu (VHF) - no 30 līdz 300 MHz (ar augstu caurlaidības spēju, kā likums, tos atstaro jonosfēra un viegli apiet šķēršļus).
- Augsta frekvence (HF) - no 300 MHz līdz 3 GHz (izmanto mobilajos sakaros un Wi-Fi, darbojas redzamā vietā, neapbrauc šķēršļus unizplatīt taisni).
- Ārkārtīgi augsta frekvence (EHF) - no 3 līdz 30 GHz (izmanto satelītsakariem, atstarojas no šķēršļiem un darbojas redzamības zonā).
- Hiperaugsta frekvence (HHF) - no 30 GHz līdz 300 GHz (neapbrauciet šķēršļus un atspīd kā gaisma, tiek izmantotas ļoti ierobežoti).
Izmantojot HF, MW un LW, apraidi var veikt, atrodoties tālu no stacijas. VHF josla uztver signālus konkrētāk, bet, ja stacija atbalsta tikai to, tad citu frekvenču klausīšanās nedarbosies. Uztvērēju var aprīkot ar atskaņotāju mūzikas klausīšanai, projektoru attēlošanai uz attālām virsmām, pulksteni un modinātāju. Radiouztvērēja shēmas apraksts ar šādiem papildinājumiem kļūs sarežģītāks.
Mikroshēmas ieviešana radio uztvērējos ļāva ievērojami palielināt signālu uztveršanas rādiusu un frekvenci. To galvenā priekšrocība ir salīdzinoši zemais enerģijas patēriņš un mazie izmēri, kas ir ērti pārnēsāšanai. Mikroshēmā ir visi nepieciešamie parametri signāla samazināšanai un izejas datu lasāmībai. Mūsdienu ierīcēs dominē digitālā signālu apstrāde. PSRS radiouztvērēji bija paredzēti tikai audio signāla pārraidīšanai, tikai pēdējās desmitgadēs uztvērēju iekārta ir attīstījusies un kļuvusi sarežģītāka.
Vienkāršāko uztvērēju shēmas
Vienkāršākā radiouztvērēja shēma mājas montāžai tika izstrādāta vēl PSRS laikos. Toreiz, tāpat kā tagad, ierīces tika sadalītas detektoros, tiešā pastiprināšanā, tiešā pārveidošanā,superheterodīna tips, reflekss, reģeneratīvs un superreģeneratīvs. Visvienkāršākie uztverē un montāžā ir detektoruztvērēji, no kuriem, var uzskatīt, radio attīstība sākās 20. gadsimta sākumā. Visgrūtāk uzbūvēt bija ierīces, kuru pamatā ir mikroshēmas un vairāki tranzistori. Tomēr, ja saprotat vienu shēmu, citas vairs nebūs problēma.
Vienkāršs detektora uztvērējs
Visvienkāršākā radio uztvērēja ķēdē ir divas daļas: germānija diode (derēs D8 un D9) un galvenais telefons ar augstu pretestību (TON1 vai TON2). Tā kā ķēdē nav oscilācijas ķēdes, tā nespēs uztvert noteiktas radiostacijas signālus, kas tiek pārraidīti noteiktā apgabalā, taču tiks galā ar savu galveno uzdevumu.
Lai strādātu, ir nepieciešama laba antena, ko varat iemest kokā, un zemējuma vads. Lai pārliecinātos, pietiek ar to piestiprināt pie masīva metāla šķembas (piemēram, pie spaiņa) un dažus centimetrus ierakt zemē.
Oscilācijas ķēdes opcija
Iepriekšējā shēmā, lai ieviestu selektivitāti, varat pievienot induktors un kondensators, izveidojot svārstību ķēdi. Tagad, ja vēlaties, varat uztvert konkrētas radiostacijas signālu un pat to pastiprināt.
Vārsta reģeneratīvais īsviļņu uztvērējs
Vārstu radioaparāti, kuru shēma ir diezgan vienkārša, ir radīti, lai uztvertu signālus no amatieru stacijām nelielos attālumos - diapazonā no VHF(ultraīsviļņu) uz LW (ilgviļņu). Šajā shēmā darbojas pirkstu tipa akumulatoru lampas. Tie vislabāk rada VHF. Un anoda slodzes pretestība tiek noņemta ar zemu frekvenci. Visas detaļas ir parādītas diagrammā, tikai spoles un droseli var uzskatīt par paštaisītu. Ja vēlaties uztvert televīzijas signālus, tad L2 spole (EBF11) sastāv no 7 apgriezieniem ar diametru 15 mm un vadu 1,5 mm. Amatieru uztvērējam der 5 apgriezieni.
Tiešā pastiprinājuma radio ar diviem tranzistoriem
Ķēdē ir magnētiskā antena un divpakāpju basa pastiprinātājs - tā ir noregulēta radio uztvērēja ieejas svārstību ķēde. Pirmais posms ir RF modulēta signāla detektors. Induktors uztīts 80 apgriezienos ar PEV-0, 25 stiepli (no sestā apgrieziena ir krāns no apakšas saskaņā ar shēmu) uz ferīta stieņa ar diametru 10 mm un garumu 40.
Tik vienkārša radio ķēde ir izstrādāta, lai atpazītu spēcīgus signālus no tuvējām stacijām.
Superģeneratīva FM ierīce
FM-uztvērējs, kas samontēts pēc E. Solodovņikova modeļa, ir viegli montējams, bet tam ir augsta jutība (līdz 1 μV). Šādas ierīces izmanto augstfrekvences signāliem (vairāk nekā 1 MHz) ar amplitūdas modulāciju. Pateicoties spēcīgajai pozitīvajai atgriezeniskajai saitei, posma pastiprinājums palielinās līdz bezgalībai, un ķēde pāriet ģenerēšanas režīmā. Šī iemesla dēļ notiek pašizraušanās. Lai no tā izvairītos un izmantotu uztvērēju kā augstfrekvences pastiprinātāju, iestatiet līmenikoeficientu un, kad tas sasniedz šo vērtību, strauji samazināt līdz minimumam. Pastāvīgai pastiprinājuma uzraudzībai varat izmantot zāģa zoba impulsu ģeneratoru vai arī to izdarīt vienkāršāk.
Praksē pats pastiprinātājs bieži vien darbojas kā ģenerators. Ar filtru (R6C7) palīdzību, kas izceļ zemas frekvences signālus, tiek ierobežota ultraskaņas vibrāciju pāreja uz nākamās ULF kaskādes ievadi. FM signāliem 100-108 MHz L1 spole tiek pārveidota par pusapgriezienu ar šķērsgriezumu 30 mm un lineāro daļu 20 mm ar stieples diametru 1 mm. Un L2 spole satur 2-3 pagriezienus ar diametru 15 mm un stiepli ar šķērsgriezumu 0,7 mm pusapgrieziena iekšpusē. Uztvērēja pastiprinājums pieejams signāliem no 87,5 MHz.
Ierīce mikroshēmā
HF radio, kas tika izstrādāts 70. gados, tagad tiek uzskatīts par interneta prototipu. Īsviļņu signāli (3-30 MHz) pārvietojas lielos attālumos. Uztvērēju ir viegli iestatīt, lai klausītos pārraidi citā valstī. Par to prototips saņēma pasaules radio nosaukumu.
Vienkāršs HF uztvērējs
Vienkāršākā radio uztvērēja ķēdē nav mikroshēmas. Aptver diapazonu no 4 līdz 13 MHz frekvencē un līdz 75 metriem garumā. Pārtika - 9 V no Krona akumulatora. Vads var kalpot kā antena. Uztvērējs darbojas ar atskaņotāja austiņām. Augstfrekvences traktāts ir veidots uz tranzistoriem VT1 un VT2. Kondensatora C3 dēļ rodas pozitīva apgrieztā lādiņa, ko regulē rezistors R5.
Moderniradioaparāti
Mūsdienu ierīces ir ļoti līdzīgas PSRS radio uztvērējiem: tās izmanto vienu un to pašu antenu, uz kuras rodas vājas elektromagnētiskās svārstības. Antenā parādās augstas frekvences vibrācijas no dažādām radio stacijām. Tos neizmanto tieši signāla pārraidei, bet veic nākamās ķēdes darbu. Tagad šis efekts tiek panākts ar pusvadītāju ierīču palīdzību.
Uztvērēji tika plaši izstrādāti 20. gadsimta vidū, un kopš tā laika tie ir nepārtraukti uzlaboti, neskatoties uz to, ka tie ir aizstāti ar mobilajiem tālruņiem, planšetdatoriem un televizoriem.
Kopš Popova laikiem radiouztvērēju vispārējais izvietojums ir nedaudz mainījies. Var teikt, ka shēmas ir kļuvušas daudz sarežģītākas, pievienotas mikroshēmas un tranzistori, ir kļuvis iespējams uztvert ne tikai audio signālu, bet arī iegult projektoru. Tātad uztvērēji attīstījās par televizoriem. Tagad, ja vēlaties, varat iestrādāt ierīcē visu, ko vien sirds vēlas.
