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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Receptores detectores VHF. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante O conceito de “receptor detector” está fortemente associado a enormes antenas e à transmissão de rádio em ondas longas e médias.No artigo publicado, o autor fornece circuitos testados experimentalmente de receptores detectores VHF projetados para ouvir transmissões de estações VHF FM. A própria possibilidade de recepção do detector em VHF foi descoberta totalmente por acaso. Um dia, enquanto caminhava pelo Parque Terletsky (Moscou, Novogireevo), decidi ouvir a transmissão - felizmente levei comigo um simples receptor detector sem loop. O receptor tinha uma antena telescópica com cerca de 1,4 m de comprimento, será que a recepção é possível com uma antena tão curta? Foi possível ouvir, de forma bastante tênue, o funcionamento simultâneo de duas estações. Mas o que foi surpreendente: o volume de recepção aumentava periodicamente e caía para quase zero a cada 5...7 m, e de forma diferente para cada estação! Sabe-se que no Extremo Oriente, e mesmo no Nordeste, onde o comprimento de onda chega a centenas de metros, isso é impossível. Tive que parar no ponto de volume máximo de recepção de uma das emissoras e ouvir com atenção. Acabou sendo a “Radio Nostalgie”, 100,5 FM, transmitindo da vizinha Balashikha. Não havia visibilidade direta das antenas do centro de rádio. Como uma transmissão FM poderia ser recebida por um detector de amplitude? Cálculos e experimentos subsequentes mostram que isso é perfeitamente possível e completamente independente do próprio receptor. O receptor detector VHF portátil mais simples é feito exatamente da mesma maneira que um indicador de campo, só que em vez de um dispositivo de medição você precisa ligar fones de ouvido de alta impedância. Faz sentido prever o ajuste da conexão entre o detector e o circuito para selecioná-lo de acordo com o volume máximo e a qualidade de recepção. O detector mais simples Um circuito receptor que atende a esses requisitos é mostrado na fig. 1.
O dispositivo contém uma antena chicote telescópica WA1, conectada diretamente ao circuito L1C1, sintonizada na frequência do sinal. A antena aqui também é um elemento do circuito, portanto, para extrair a máxima potência do sinal, é necessário regular tanto o seu comprimento quanto a frequência de sintonia do circuito. Em alguns casos, principalmente quando o comprimento da antena está próximo de um quarto do comprimento de onda, é aconselhável conectá-la ao tap da bobina de loop e selecionar a posição do tap de acordo com o volume máximo. A comunicação com o detector é regulada pelo ajuste do capacitor C2. O detector em si é feito em dois diodos de germânio de alta frequência VD1 e VD2. O circuito é completamente idêntico ao circuito retificador com duplicação de tensão, porém, a tensão detectada dobraria apenas com uma capacitância suficientemente grande do capacitor de acoplamento C2, mas a carga no circuito seria excessiva e seu fator de qualidade seria baixo. Como resultado, a tensão do sinal no circuito e o volume do som diminuiriam. No nosso caso, a capacitância do capacitor de acoplamento C2 é pequena e a duplicação da tensão não ocorre. Para uma correspondência ideal do detector com o circuito, a capacitância do capacitor de acoplamento deve ser igual à média geométrica entre a impedância de entrada do detector e a resistência ressonante do circuito. Nesta condição, a potência máxima do sinal de alta frequência, correspondente ao volume máximo, é entregue ao detector. O capacitor C3 é um capacitor de bloqueio; ele fecha os componentes de alta frequência da corrente na saída do detector. A carga deste último é fornecida por telefones com resistência DC de pelo menos 4 kOhm. Todo o receptor é montado em uma pequena caixa de metal ou plástico. Uma antena telescópica com comprimento de pelo menos 1 m é fixada na parte superior do gabinete e na parte inferior há um conector ou tomadas para conexão de telefones. Observe que o cabo telefônico serve como a segunda metade do dipolo receptor, ou contrapeso. A bobina L1 não tem moldura, contém 5 voltas de fio PEL ou PEV com diâmetro de 0,6...1 mm, enroladas em um mandril com diâmetro de 7...8 mm. Você pode selecionar a indutância necessária esticando ou comprimindo as voltas durante o ajuste. O capacitor variável (VCA) C1 é melhor usado com um dielétrico de ar, por exemplo, tipo 1KPVM com duas ou três placas móveis e uma ou duas placas fixas. Sua capacidade máxima é pequena e pode ser de 7...15 pF. Se houver mais placas (e portanto uma capacitância maior), é aconselhável remover algumas das placas ou conectar um capacitor permanente ou de sintonia em série com o KPI, reduzindo assim a capacitância máxima. Capacitores de “sintonização suave” de tamanho pequeno de receptores de transistor com faixa KB também são adequados como C1. O capacitor C2 é um capacitor de sintonia cerâmico, tipo KPK-1 ou KPK-M com capacidade de 2...7 pF. É permitido utilizar outros capacitores de sintonia, bem como instalar um KPI semelhante ao C1, colocando sua alça no painel receptor. Isso permitirá que você ajuste a conexão rapidamente, otimizando a recepção. Os diodos VD1 e VD2, além dos indicados no diagrama, podem ser dos tipos GD507B, D18, D20. O capacitor de bloqueio C3 é cerâmico, sua capacitância não é crítica e pode variar de 100 a 4700 pF. A configuração do receptor não é difícil e se resume a sintonizar o circuito com o capacitor C1 na frequência da estação e ajustar a conexão com o capacitor C2 até obter o volume máximo. A configuração do circuito mudará inevitavelmente, pelo que todas as operações deverão ser realizadas várias vezes consecutivas, escolhendo simultaneamente o melhor local de recepção. A propósito, não precisa necessariamente coincidir (e provavelmente não coincidirá) com o local onde a intensidade do campo é máxima. Deveríamos falar sobre isso com mais detalhes e finalmente explicar por que este receptor pode receber sinais FM. Interferência e conversão de FM para AM Se o circuito L1C1 do nosso receptor for ajustado de forma que a portadora do sinal FM caia na inclinação da curva de ressonância, então o FM será convertido em AM. Vamos ver qual deve ser o fator de qualidade do circuito para isso. Assumindo que a largura de banda do circuito é igual a duas vezes o desvio de frequência, obtemos Q = fo/Δ2f = 700 para as bandas VHF superior e inferior. O fator de qualidade real do circuito no receptor do detector provavelmente será menor devido ao baixo fator de qualidade intrínseco (cerca de 150...200) e ao desvio do circuito pela antena e pela impedância de entrada do detector. No entanto, uma conversão fraca de FM para AM é possível e, portanto, o receptor dificilmente funcionará se seu circuito estiver ligeiramente dessintonizado para cima ou para baixo na frequência. No entanto, existe um fator muito mais poderoso que contribui para a conversão de FM em AM - a interferência. Muito raramente o receptor está na linha de visão da antena da estação de rádio; mais frequentemente é obscurecido por edifícios, colinas, árvores e outros objetos reflexivos. Vários raios espalhados por esses objetos chegam à antena receptora. Mesmo na zona da linha de visão, além do feixe direto, vários refletidos chegam à antena. O sinal total depende das amplitudes e das fases dos componentes adicionados. Os dois sinais são somados se estiverem em fase, ou seja, a diferença em seus caminhos for um múltiplo de um número inteiro de comprimentos de onda, e subtraídos se estiverem fora de fase, quando a diferença em seus caminhos for o mesmo número de comprimentos de onda. mais outro meio comprimento de onda. Mas o comprimento de onda, assim como a frequência, muda durante o FM! Tanto a diferença de trajetória dos raios quanto sua mudança de fase relativa mudarão. Se a diferença de caminho for grande, mesmo uma pequena mudança na frequência levará a mudanças de fase significativas. Um cálculo geométrico elementar leva à relação: Δf/f0 = λ/4ΔC, ou ΔС = f0/λ/4Δf, onde ΔС é a diferença do caminho do raio necessária para uma mudança de fase de ± π/2, ou seja, para obter o total Sinal total AM; C Δf - desvio de frequência. Por AM total entendemos aqui a mudança na amplitude do sinal total desde a soma das amplitudes dos dois sinais até a sua diferença. A fórmula pode ser ainda mais simplificada se considerarmos que o produto da frequência e do comprimento de onda foλ é igual à velocidade da luz c: ΔС = c/4 Δf. Agora é fácil calcular que, para obter um sinal FM AM completo de dois feixes, uma diferença no caminho do feixe de cerca de um quilômetro é suficiente. Se a diferença do curso for menor, a profundidade AM diminuirá proporcionalmente. Bem, e se for mais? Então, durante um período de modulação da oscilação sonora, a amplitude total do sinal interferente passará várias vezes pelos máximos e mínimos, e as distorções durante a conversão de FM para AM serão extremamente fortes, até a completa ilegibilidade do sinal sonoro quando recebido por um detector AM. A interferência durante a Copa do Mundo é um fenômeno extremamente prejudicial. Isso causa não apenas o sinal AM espúrio que o acompanha, como acabamos de ver, mas também a modulação de fase espúria, que leva à distorção mesmo quando recebido em um bom receptor FM. Por isso é importante colocar a antena em um local do espaço onde predomine um sinal. É sempre melhor usar uma antena direcional, pois aumenta o sinal direto e reduz os sinais refletidos vindos de outras direções. Somente no nosso caso do receptor detector mais simples a interferência desempenhou um papel útil e tornou possível ouvir a transmissão, mas a transmissão pode ser ouvida fracamente ou com grandes distorções não em todos os lugares, mas apenas em certos lugares. Isso explica as mudanças periódicas no volume de recepção no Parque Terletsky. Detector com detector de frequência Uma forma radical de melhorar a recepção é usar um detector de frequência em vez de um detector de amplitude. Na Fig. A Figura 2 mostra um diagrama de um receptor detector portátil com um detector de frequência simples feito em um único transistor de germânio de alta frequência VT1. A utilização de um transistor de germânio se deve ao fato de suas junções abrirem a uma tensão limite de cerca de 0,15 V, o que permite detectar sinais bastante fracos. As junções dos transistores de silício abrem a uma tensão de cerca de 0,5 V, e a sensibilidade do receptor com um transistor de silício é muito menor.
Assim como no projeto anterior, a antena é conectada ao circuito de entrada L1C1, que é sintonizado na frequência do sinal usando o KPI C1. O sinal do circuito de entrada é fornecido à base do transistor. Outro é acoplado indutivamente ao circuito de entrada - L2C2, que também está sintonizado na frequência do sinal. As oscilações nele, devido ao acoplamento indutivo, são deslocadas em fase em 90° em relação às oscilações no circuito de entrada. Da saída da bobina L2, o sinal é fornecido ao emissor do transistor. O circuito coletor do transistor inclui um capacitor de bloqueio C3 e fones de alta resistência BF1. O transistor abre quando meias ondas positivas do sinal atuam em sua base e emissor, e a tensão instantânea no emissor é maior. Ao mesmo tempo, uma corrente detectada e suavizada passa pelos telefones em seu circuito coletor. Mas as meias ondas positivas se sobrepõem apenas parcialmente quando as fases de oscilação nos circuitos são deslocadas em 90°, de modo que a corrente detectada não atinge o valor máximo determinado pelo nível do sinal. Durante FM, dependendo do desvio de frequência, a mudança de fase também muda, de acordo com a resposta de frequência de fase (PFC) do circuito L2C2. Quando a frequência se desvia para um lado, o deslocamento de fase diminui e as meias ondas dos sinais na base e no emissor se sobrepõem mais, como resultado a corrente detectada aumenta. Quando a frequência se desvia na outra direção, a sobreposição de meias ondas diminui e a corrente cai. É assim que ocorre a detecção de frequência de um sinal. O coeficiente de transmissão do detector depende diretamente do fator de qualidade do circuito L2C2, deve ser o mais alto possível (no limite, como calculamos, até 700), por isso a conexão com o circuito emissor do transistor foi escolhido para ser fraco. É claro que um detector tão simples não suprime o AM do sinal recebido; além disso, a corrente detectada é proporcional ao nível do sinal na entrada, o que é uma desvantagem óbvia. A única justificativa é a excepcional simplicidade do detector. Assim como o anterior, o receptor é montado em uma pequena caixa, da qual uma antena telescópica se estende para cima e as tomadas telefônicas estão localizadas na parte inferior. As alças de ambas as unidades de controle estão localizadas no painel frontal. Esses capacitores não devem ser combinados em um bloco, pois ao configurá-los separadamente é possível obter maior volume e melhor qualidade de recepção. As bobinas receptoras não têm moldura e são enroladas com fio PEL 0,7 em um mandril de 8 mm de diâmetro. L1 contém 5 voltas e L2 - 7 voltas com derivação a partir da 2ª volta, contando a partir do terminal aterrado. Se possível, é aconselhável enrolar a bobina L2 com fio prateado para aumentar seu fator de qualidade; o diâmetro do fio não é crítico. A indutância das bobinas é selecionada comprimindo e esticando as voltas para que as estações VHF claramente audíveis fiquem no meio da faixa de sintonia do KPI correspondente. A distância entre as bobinas dentro de 15...20 mm (os eixos das bobinas são paralelos) é selecionada dobrando seus cabos soldados ao KPI. Com o receptor descrito, você pode realizar muitos experimentos interessantes, explorando a possibilidade de recepção do detector em VHF, as peculiaridades da passagem das ondas em áreas urbanas, etc. Porém, a qualidade do som quando recebido em fones de ouvido de alta impedância com membranas de estanho deixa muito a desejar. Em conexão com o exposto, foi desenvolvido um receptor mais avançado que proporciona melhor qualidade de som e permite a utilização de diversas antenas externas conectadas ao receptor por uma linha de alimentação. Receptor alimentado em campo Experimentando um receptor detector simples, tive que me certificar repetidamente de que a potência do sinal detectado era bastante alta (dezenas e centenas de microwatts) e poderia garantir uma operação bastante alta dos telefones. Mas a recepção é fraca devido à falta de um detector de frequência (FD). O segundo receptor (Fig. 2) resolve esse problema até certo ponto, mas a potência do sinal nele também é usada de forma ineficiente devido à alimentação em quadratura do transistor com sinais de alta frequência. Portanto, optou-se por utilizar dois detectores no receptor: amplitude - para alimentar o transistor; frequência - para melhor detecção de sinal. O esquema do receptor desenvolvido mostra-se no figo. 3.
A antena externa (dipolo loop) é conectada ao receptor por uma linha de dois fios feita de cabo plano VHF com impedância característica de 240...300 Ohms. A coordenação do cabo com a antena é obtida automaticamente, e a coordenação com o circuito de entrada L1C1 é obtida selecionando o local onde o tap está conectado à bobina. De modo geral, uma conexão assimétrica do alimentador ao circuito de entrada reduz a imunidade ao ruído do sistema antena-alimentador, mas dada a baixa sensibilidade do receptor, isso não é de particular importância aqui. Existem métodos bem conhecidos para conectar simetricamente um alimentador usando uma bobina de acoplamento ou um transformador balun. Nas condições do autor, o dipolo loop foi feito de fio de instalação isolado comum e colocado na varanda, em local com máxima intensidade de campo. O comprimento do alimentador não excedeu 5 M. Com comprimentos tão curtos, as perdas no alimentador são insignificantes, portanto o fio telefônico pode ser usado com sucesso. O circuito de entrada L1C1 é sintonizado na frequência do sinal, e a tensão de alta frequência liberada nele é retificada por um detector de amplitude feito no diodo de alta frequência VD1. Como durante FM a amplitude das oscilações permanece inalterada, praticamente não há requisitos para suavizar a tensão CC retificada. No entanto, a fim de remover o possível sinal AM espúrio durante a propagação multipercurso (veja a história acima sobre interferência), a capacitância do capacitor de suavização C4 foi escolhida para ser significativa. A tensão retificada serve para alimentar o transistor VT1, e o comparador PA1 é usado para controlar o consumo de corrente e simultaneamente indicar o nível do sinal. O receptor de quadratura do buraco negro é montado no transistor VT1 e no circuito de mudança de fase L2C2. O sinal de alta frequência é fornecido à base do transistor pela derivação da bobina do circuito de entrada através do capacitor de acoplamento C3 e ao emissor pela derivação da bobina do circuito de mudança de fase. O detector opera exatamente da mesma maneira que no projeto anterior. Para aumentar o coeficiente de transmissão do buraco negro e utilizar mais plenamente as propriedades amplificadoras do transistor, uma polarização é aplicada à sua base através do resistor R1, razão pela qual foi necessário instalar um capacitor de desacoplamento C3. Preste atenção à sua capacitância significativa - foi escolhida esta forma de curto-circuitar as correntes de baixa frequência para o emissor, ou seja, “aterrar” a base nas frequências de áudio. Isso aumenta o ganho do transistor e aumenta o volume de recepção. O circuito coletor do transistor inclui o enrolamento primário do transformador de saída T1, que serve para combinar a alta resistência de saída do transistor com a baixa resistência dos telefones. Você pode usar fones estéreo de alta qualidade TDS-1 ou TDS-6 com o receptor. Ambos os telefones (canais esquerdo e direito) estão conectados em paralelo. O capacitor C5 é um capacitor de bloqueio, serve para fechar as correntes de alta frequência que penetram no circuito coletor. O botão SB1 é usado para fechar o circuito coletor ao configurar o circuito de entrada e procurar um sinal. O som nos telefones desaparece, mas a sensibilidade do indicador aumenta significativamente. O design do receptor pode ser muito diferente, mas você precisa de um painel frontal com os KPIs C1 e C2 instalados (eles são equipados com botões de sintonia separados) e o botão SB1. Para evitar que os movimentos das mãos afetem o ajuste dos contornos, é aconselhável fazer o painel em metal ou folha. Também pode servir como fio comum para o receptor. Os rotores KPI devem ter bom contato elétrico com o painel. Os conectores de antena e telefone X1 e X2 podem ser instalados no mesmo painel frontal ou nas paredes laterais ou traseiras da caixa do receptor. Suas dimensões dependem inteiramente das peças disponíveis. Digamos algumas palavras sobre eles. Os capacitores C1 e C2 são do tipo KPV com capacidade máxima de 15...25 pF. Os capacitores C3 - C5 são cerâmicos de pequeno porte. As bobinas L1 e L2 são sem moldura, enroladas em mandris com diâmetro de 8 mm e contêm 5 e 7 voltas, respectivamente. Comprimento do enrolamento 10...15 mm (ajustável durante a configuração). Fio PEL 0,6...0,8 mm, mas é melhor usar folheado a prata, principalmente para bobina L2. As derivações são feitas de 1 volta para os eletrodos do transistor e de 1,5 volta para a antena. As bobinas podem ser posicionadas coaxialmente ou paralelamente entre si. A distância entre as bobinas (10...20 mm) é selecionada durante a instalação. O receptor funcionará mesmo na ausência de acoplamento indutivo entre as bobinas - o acoplamento capacitivo através da capacitância entre eletrodos do transistor é suficiente. O Transformer T1 foi retirado de um alto-falante de transmissão já pronto. Qualquer transistor de germânio com frequência de corte de pelo menos 1 MHz é adequado como VT400. Ao usar um transistor pnp, por exemplo, GT313A, a polaridade do comparador e do diodo deve ser invertida. O diodo pode ser qualquer germânio de alta frequência. Qualquer indicador com uma corrente de desvio total de 50 - 150 µA é adequado para o receptor, por exemplo, um comparador do nível de gravação de um gravador. A configuração de um receptor se resume a sintonizar os circuitos nas frequências de estações de rádio claramente audíveis, selecionando a posição das derivações da bobina para máximo volume e qualidade de recepção, bem como a conexão entre as bobinas. Também é útil selecionar o resistor R1, também com base no volume máximo. Com a antena descrita na varanda, o receptor proporcionou recepção de alta qualidade de duas estações com sinal mais potente a uma distância da central rádio de pelo menos 4 km e na ausência de visibilidade direta (bloqueada por casas). A corrente de coletor do transistor foi de 30...50 μA. É claro que os projetos possíveis de receptores detectores VHF não estão limitados aos descritos. Pelo contrário, devem ser considerados apenas como os primeiros experimentos nesta interessante direção. Se você usar uma antena eficaz colocada no telhado e voltada para a estação de rádio de interesse, poderá obter potência de sinal suficiente mesmo a uma distância considerável da estação de rádio. Isto abre perspectivas muito atraentes para uma recepção de alta qualidade em fones de ouvido e, em alguns casos, pode ser possível obter recepção de alto-falante. A melhoria dos próprios receptores é possível usando circuitos de detecção mais eficientes e volumétricos de alta qualidade, em particular ressonadores espirais como circuitos oscilatórios. Autor: V.Polyakov, Moscou
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