Юный техник, 2013 № 02

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Суперпростой и сверхэкономичный радиоприемник

Эксперименты с «земляной» батареей и однопроводным телеграфом подвигли автора заняться и старой идеей полувековой давности — питанием от «земляной батареи» радиоприемника. В старой публикации инженеров В. Ногина и П. Усова («Радио», 1963, № 10, с. 48–50) был описан приемник на одном германиевом транзисторе, маломощный и недостаточно чувствительный (рис. 1).

Были приведены схемы приемников и на двух, и на трех транзисторах, даже громкоговорящих. Помнится, тогда эта публикация произвела фурор в радиолюбительском мире. Однако все приемники имели одинаковую структуру: детектор плюс усилитель низкой частоты (УНЧ). Поэтому чувствительность этих приемников была низкой. Тогда это было оправдано, поскольку еще не было доступных и экономичных высокочастотных транзисторов.

Теперь они есть, но усиления одного транзистора все равно маловато. Нужно хотя бы два транзистора, чтобы обеспечить достаточно громкий прием при антенне длиной 2…3 м, поднятой, например, на старой удочке. Не исключен прием и на магнитную антенну. Но сначала про питание.

О «земляных» батареях. Выражаясь точнее, это не батареи, а гальванические элементы, в которых электродами служат проводящие пластинки или штыри, а электролитом — влажная земля с содержащимися в ней солями.

Электрический ток вырабатывается за счет химической реакции между электродами и землей.

Объединить обычные земляные элементы в батарею с последовательным соединением, чтобы увеличить напряжение, не удается, поскольку электролит у всех элементов получится общим. Неизбежно короткое замыкание и большой ток между положительными и отрицательными электродами, приводящий к их быстрой электрохимической коррозии. Параллельное соединение допустимо для увеличения снимаемого тока, но все же самое простое — увеличить площадь поверхности электродов.

Материал электродов полностью определяет электродвижущую силу (ЭДС) элемента. В имеющейся литературе рекомендуют использовать пары уголь-цинк, алюминий-медь, медь-цинк…

Они дают ЭДС 0,7–1,3 В в зависимости от состава и влажности грунта. Приводят следующие данные об ЭДС земляных элементов (таблица 1).

Первый, сразу же возникающий вопрос: где взять материал для электродов? Ответ простой — во всяком ненужном хламе! Для медного электрода идеально подходит ручка от туалетных сливных бачков. Это медный стержень, заканчивающийся пластмассовым шариком, за который удобно держать электрод, втыкая в землю. Остается лишь заострить напильником другой конец.

Цинк и уголь можно добыть из старых, отслуживших свое гальванических элементов. Стальной пруток найти тоже легко.

Сейчас зима, и втыкать электроды в промерзший грунт непросто. Можно использовать старые гальванические элементы любого типоразмера. Их емкость в бытовой технике редко используется полностью. Например, стрелочные электронные часы останавливаются или их стрелка дергается на месте уже при напряжении элемента питания 1 В.

Плееры, радиоприемники, пульты управления перестают работать при напряжении 0,8… 0,9 В.

В то же время паспортную емкость элемент отдает лишь при глубоком разряде до 0,7 В.

Такие недоразряженные элементы нам вполне подойдут и проработают еще недели и месяцы.

Иногда работоспособность совсем плохих элементов удается восстановить так: аккуратно развальцевать защитный корпус около положительного вывода, вытащить плоскогубчиками центральный угольный стержень, накапать в элемент немного чистой воды и собрать все, как было раньше. В общем, вопрос с питанием решили. Теперь о самом приемнике.

Идеология экономичности. Задумывался ли кто-нибудь: а какую нам надо получить от радиоприемника мощность звуковой частоты? Эксперименты показали, что с хорошей акустической системой (открытый ящик и несколько головок с большими диффузорами и мощными магнитами, например 8ГД-1, 6ГД-1, 4ГД-35) для озвучивания комнаты достаточно 0,2 мВт. Даже при КПД приемника 20 % ему будет достаточно 1 мВт питания, а это 1 В напряжения и 1 мА тока!

Столь экономичных приемников промышленность не выпускает, и здесь необозримое поле деятельности для радиолюбителей.

Почему-то считается нормой делать приемники с 6- или 9-вольтовым питанием, и самые экономичные потребляют 10…20 мА. А это около 100 мВт мощности (0,1 Вт). Нонсенс!

Еще печальнее дело обстоит с аппаратами, работающими на наушники.

Мои высокоомные звучат довольно громко при звуковом напряжении 40 мВ. Их сопротивление 4 кОм. Поделив одно на другое (по закону Ома), получаем ток в наушниках 10 мкА (микроампер, я подчеркиваю). Следовательно, им нужна мощность всего 0,4 мкВт (микроватта!).

Так неужели я должен раскошеливаться и тратить батарейки в угоду бессовестным производителям аппаратуры?

Схема радиоприемника. Итак, зададимся целью сделать приемник, работающий на наушники с напряжением питания 0,7… 1,3 В и минимальным потребляемым током, чтобы он мог работать и от земляного элемента, и от старых, поработавших в бытовой технике сухих элементов. Поневоле мы должны применять самые распространенные кремниевые транзисторы (германиевые, говорят, уже сняты с производства). По счастью, они (кремниевые) открываются при напряжении 0,5 В и нашего напряжения питания им достаточно. Для простоты ограничимся пока двумя транзисторами.

Значительный (относительно!) ток должен потреблять лишь оконечный транзистор, работающий на телефоны. Первый транзистор, усиливающий слабый сигнал, вполне может работать в режиме микротоков, измеряемых единицами или десятками микроампер.

Более того, столь малый коллекторный ток первого транзистора может послужить и током смещения базы второго. Из этих соображений и была составлена схема приемника, показанная на рисунке 2.

Единственный колебательный контур приемника образован катушкой магнитной ферритовой антенны L1 и конденсатором переменной емкости (КПЕ) С1. Контуром мы выделяем сигнал с частотой нужной нам радиостанции.

Выделенный радиочастотный сигнал (РЧ) поступает через конденсатор С2 на базу первого транзистора. Обратите внимание на включение резистора смещения R1. Он подключен не как обычно, с базы транзистора VT1 на общий провод, а параллельно конденсатору С2. Так делали в старинных ламповых радиоприемниках, и в этом есть смысл — резистор в таком включении не шунтирует колебательный контур и не снижает его добротность. Постоянный ток смещения базы проходит теперь через катушку L1, но для нее это не имеет никакого значения ввиду малости как тока, так и сопротивления катушки. По РЧ вход приемника подключен ко всему контуру, без отводов или катушек связи.

Это оказалось возможным, поскольку транзистор VT1 работает в режиме микротоков, а его входное сопротивление увеличивается с уменьшением тока, и он также слабо шунтирует контур.

Если же вы захотите увеличить избирательность приемника (возникнет необходимость отстройки от мощной мешающей станции), сделайте отвод примерно от середины катушки и общую точку R1, С2 соедините с ним. Верхний по схеме вывод катушки будет соединен только с КПЕ.

Коллекторный ток транзистора VT1 служит током смещения базы транзистора VT2 они соединены непосредственно. Второй усилительный каскад нагружен на телефоны и получает питание от гальванического (или земляного) элемента.

Эмиттер транзистора VT1 подключен к коллектору VT2 через развязывающую цепочку R2, СЗ.

Ее роль в этой схеме очень важна — цепочка пропускает постоянный ток для питания транзистора VT1, но срезает все звуковые и радиочастоты — они замыкаются на общий провод конденсатором большой емкости СЗ.

В результате и по РЧ, и по ЗЧ эмиттер транзистора VT1 оказывается соединенным с общим проводом, как положено в усилителе с общим эмиттером. Одновременно осуществляется стабилизация режима обоих транзисторов по постоянному току.

Действует она так: пусть по каким-то причинам (повышение температуры, например) ток первого транзистора VT1 возрос. Вслед за ним возрастает и ток транзистора VT2. Падение напряжения на телефонах увеличивается, а напряжение питания транзистора VT1, соответственно, уменьшается, что и приводит к уменьшению его тока. Здесь действует 100 % ООС по постоянному току.

Где здесь детектор? Его нет, функции детектирования выполняют оба транзистора, поскольку работают при малых токах, на нижнем сгибе переходной характеристики, причем их детектирующие эффекты складываются.

Положительные полуволны РЧ-напряжения на входе запирают оба транзистора, и их усиление падает, а отрицательные полуволны открывают транзистор VT1, а вслед за ним и VT2, их усиление растет и общий ток увеличивается. Поэтому чем больше РЧ-напряжение на входе, тем больше и ток через телефоны, что и требуется для детектирования.

Но нам совсем не нужно, чтобы РЧ-ток попадал в шнур телефонов — возможна паразитная связь с антенной и самовозбуждение приемника. Это предотвращает блокировочный конденсатор С4. Его емкостное сопротивление мало для РЧ-тока, и он замыкается на общий провод. А для звуковых частот его сопротивление велико, и ток 3Ч поступает в телефоны.

С высокоомными телефонами приемник показал очень неплохие результаты громкий и чистый прием местных станций на магнитную антенну при потребляемом токе всего 0,15 мА.

Для диапазона средних волн катушка антенны должна содержать 50…70 витков провода ПЭЛШО 0,25…0,3, однако лучше использовать литцендрат (какой найдете). Для длинных волн число витков надо увеличить до 250…300 и использовать более тонкий провод.

Если на магнитную антенну ничего не удается принять — подсоедините к верхнему по схеме выводу катушки L1 антенну — отрезок любого провода длиной 2…3 м. Удачи в экспериментах!

В. ПОЛЯКОВ, профессор