Радиоприёмник своими руками: простые конструкции

Историческая справка

7 мая 1895 года считается днём рождения радиоприёмника. В этот день российский учёный А. С. Попов продемонстрировал свой аппарат на заседании Русского физико-химического общества.

В 1899 году была построена первая линия радиосвязи длиной 45 км между и городом Котка. Во время Первой мировой войны получили распространение приёмник прямого усиления и электронные лампы. Во время военных действий наличие радио оказалось стратегически необходимым.

В 1918 году одновременно во Франции, Германии и США учёными Л. Левви, Л. Шоттки и Э. Армстронгом был разработан метод супергетеродинного приёма, но из-за слабых электронных ламп широкое распространение этот принцип получил только в 1930-х годах.

Транзисторные устройства появились и развивались в 50-х и 60-х годах. Первый широко используемый радиоприёмник на четырёх транзисторах Regency TR-1 был создан немецким физиком Гербертом Матаре при поддержке промышленника Якоба Михаэля. Он поступил в продажу в США в 1954 году. Все старые радиоприёмники работали на транзисторах.

В 70-х начинается изучение и внедрение интегральных микросхем. Сейчас приёмники развиваются с помощью большой интеграции узлов и цифровой обработки сигналов.

Принцип работы стереоприемника

На рисунке приведена электрическая принципиальная схема приемника. Основу приемника составляет микросхема DA1 TDA7021, которая представляет собой супергетеродин с одним преобразованием частоты и низким значением промежуточной частоты (ПЧ). Микросхема содержит усилитель высокой частоты, смеситель, гетеродин, усилитель промежуточной частоты, усилитель-ограничитель, ЧМ-детектор, устройство бесшумной настройки (БШН) и буферный усилитель 3Ч. На микросхеме DA2 TDA7040 выполнен стереодекодер с пилот-тоном. В качестве стереоусилителя звуковой частоты применена микросхема DA3 К174УН23. Цифровая шкала и электронные часы выполнены на микросхеме DA4 SC3610 с ЖК-дисплеем.
Сигнал с антенны поступает на внешний УВЧ, выполненный на транзисторе VT2 КТ368, через конденсатор С15. Усиленный сигнал высокой частоты и сигнал гетеродина, контуром которого являются катушка индуктивности L1, варикап VD1 и конденсатор СЗ, поступают на смеситель внутри микросхемы.
Сигнал ПЧ (около 70 кГц) с выхода смесителя выделяется полосовыми фильтрами, элементами коррекции которых являются конденсаторы С5 и С6, и поступает на вход усилителя-ограничителя. Усиленный и ограниченный сигнал ПЧ поступает на ЧМ-детектор. Демодулированный сигнал, пройдя через фильтр НЧ-коррекции, внешним элементом которого является конденсатор С1, поступает на устройство БШН, режимом работы которого можно управлять, изменяя емкость конденсатора С2.
С выхода устройства БШН звуковой сигнал поступает на буферный усилитель. Подключение блокировочного конденсатора С7 способствует увеличению выходного напряжения 3Ч и более устойчивой работе буферного усилителя. Комплексный стереосигнал (КОС) с выхода буферного усилителя микросхемы DA1 TDA7021 через корректирующую цепь С12, R10, определяющую тембр звучания и качество разделения каналов, поступает на вход стереодекодера, собранного на микросхеме DA2 TDA7040.
Резистором R11 устанавливают режим работы опорного генератора, внешними элементами которого являются R12, С13, С14. При наличии КСС на выходе микросхемы DA1 TDA7021 напряжение с выхода микросхемы DA2 TDA7040 уменьшается, закрывая транзистор VT3 и зажигая светодиод VD2. Декодированные сигналы с левого и правого каналов микросхемы DA2 TDA7040 через фильтр С16…С19 поступают на соответствующие входы стререоусилителя звуковой частоты, собранного на микросхеме DA3 К174УН23. Усиленные сигналы левого и правого каналов поступают на динамические головки ВА1 и ВА2.
Сигнал гетеродина с варикапа VD1 поступает на вход ВЧ-усилителя на транзисторе VT1 и далее на вход цифрового индикатора частоты настройки на микросхеме DA4 SC3610. ZQ1, R18, R19, С24, С25, С26 — внешние элементы опорного генератора цифровой шкалы DA4 SC3610.
Когда приемник выключен, эта микросхема работает в режиме часов, а когда включен — в режиме цифровой шкалы. Это достигается подачей напряжения питания через резистор R17 на микросхему DA4 SC3610. С вывода 28 этой микросхемы сигнал будильника поступает на транзистор VT4, нагрузкой которого является дроссель L2 и пьезокерамический звукоизлучатель ZQ2.

Принцип работы радиоприёмников

В самом общем виде радиоприёмники СССР работали по следующей схеме:

1. Из-за колебаний электромагнитного поля в антенне появляется переменный ток.
2. Колебания фильтруются (селективность) для отделения информации от помех, т. е. из сигнала выделяется его важная составляющая.
3. Полученный сигнал преобразуется в звук (в случае радиоприёмников).

По схожему принципу появляется изображение на телевизоре, передаются цифровые данные, работает радиоуправляемая техника (детские вертолёты, машинки).

Первый приёмник был больше похож на стеклянную трубку с двумя электродами и опилками внутри. Работа осуществлялась по принципу действия зарядов на металлический порошок. Приёмник обладал огромным по современным меркам сопротивлением (до 1000 Ом) из-за того, что опилки плохо контактировали между собой, и часть заряда проскакивала в воздушное пространство, где рассеивалась. Со временем эти опилки были заменены колебательным контуром и транзисторами для сохранения и передачи энергии.

В зависимости от индивидуальной схемы приёмника сигнал в нём может проходить дополнительную фильтрацию по амплитуде и частоте, усиление, оцифровку для дальнейшей программной обработки и т. д. Простая схема радиоприёмника предусматривает единичную обработку сигнала.

Приемники УКВ (FM) диапазона

Радиолюбительский ЧМ приемник на диапазон частот 430МГц Развитие любительской радиосвязи на УКВ с применением узкополосной ЧМ сдерживается, как отмечалось в , в первую очередь отсутствием простых конструкций УКВ ЧМ приемников, передатчиков и трансиверов. Описываемый приемник благодаря применению в нем детектора с фазовой автоподстройкой частоты …

1 3181 0

Сверхрегенеративный FM (УКВ) радиоприемник на транзисторе ГТ313

Схема сверхрегенеративного радиоприемника FM (УКВ) диапазона на одном германиевом транзисторе ГТ313Б. Диапазон принимаемых частот лежит в пределах 90-150 МГц, также данный FM радиоприемник можно перестроить и на УКВ диапазон 65,9 — 74 МГц. Принципиальная схема Принципиальная схема содержит …

7 4902 1

Экономичный КВ-УКВ радиоприемник на транзисторах (9-22 мГц, 65-108 мГц)

В настоящее время экономичность радиоприемников приобретает все большее значение. Как известно, многие промышленные приемники экономичностью не отличаются, а между тем во многих населенных пунктах страны долговременные отключения электроэнергии стали уже обычным явлением. Стоимость элементов…

6 5519 3

Самодельный простой однотранзисторный УКВ ЧМ приемник

Самый простой УКВ ЧМ приёмник, доступный для повторения начинающему радиолюбителю можно собрать по схеме однотранзисторного синхронно-фазового детектора. Принципиальная схема такого приёмника показана на рисунке. Принципиальная схема УКВ ЧМ радиоприемника на транзисторе П416 …

12 6001 34

Схема УКВ ЧМ радиоприемника на транзисторе ГТ311 (64-73 МГц)

Самый простой УКВ ЧМ приемник, доступный для повторения начинающему радиолюбителю можно собрать по схеме однотранзисторного синхронно-фазового детектора. Принципиальная схема такого приемника показана на рисунке 1. Сигнал принимается антенной W1, роль которой может выполнять отрезок монтажного…

2 5290 9

Простой УКВ приемник 88-108 МГц на микросхеме TDA7020 (TDA7021)

Приемник предназначен для приема передач в УКВ-диапазоне 88-108 МГц. Он построен на интегральной микросхеме TDA7020 (TDA7021). Эта микросхема имеет в своей структуре все блоки приемника FM:усилитель высокой частоты, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, демодулятор и систему…

2 5104 2

УКВ стерео тюнер на микросхемах TDA7020, МС1310

Этот приемник предназначен для приема стереофонических программ в диапазоне 66-73 МГц. ‘Сердцем’ тюнера является интегральная микросхема TDA7020 (TDA7021). Эта микросхема имеет в своей структуре все блоки приемника FM: усилитель высокой частоты, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной…

1 3747 0

УКВ радиоприемник на микросхемах UL1042, UL1219, UL1482

Описываемый радиоприемник позволяет принимать одну из станций, работающих в УКВ-диапазоне. Приемник состоит из следующих блоков: каскада УКВ, построенного на транзисторе Т1 и интегральной микросхеме US1 (UL1042), усилителя промежуточной частоты, построенного на микросхеме UL1219, а также…

2 3942 0

УКВ приемник с сенсорным управлением

В этой статье предлагается УКВ приемник, рассчитанный на работу е ультракоротковолновых диапазонах 65,8…73 (УКВ1) и 100…108 МГц (УКВ2). В отличие от ранее публиковавшихся на страницах журнала конструкций, он имеет и плавную, и фиксированную настройку на УКВ радиостанции. Принципиальная схема…

0 3194 0

Суперсверхрегенеративный УКВ радиоприемник на лампе 6Ф1П

Удовлетворительный прием близко расположенных УКВ ЧМ радиостанций обеспечивает сверхрегенератор, имеющий большое усиление. Но при работе подобное устройство излучает сильные помехи, мешая соседним радиоприемникам. Приходится применять усилитель высокой частоты, заградительные …

8 5435 2

3

Сверхрегенеративный радиоприемник на FM диапазон

Сверхрегенеративный радиоприемник обладает высокой чувствительностью (до ед. мкВ) при достаточной простоте. На рис. 4 приведен фрагмент схемы сверхрегенеративного радиоприемника Е. Солодовникова (без УНЧ, который может быть выполнен по одной из приводимых ранее схем -) [Рл 3/99-19].

Рис. 4. Схема сверхрегенеративного радиоприемника Е. Солодовникова.

Высокая чувствительность приемника обусловлена наличием глубокой положительной обратной связи, благодаря которой коэффициент усиления каскада после включения радиоприемника довольно быстро возрастает до бесконечности, схема переходит в режим генерации.

Для того чтобы самовозбуждение не происходило, а схема могла работать как высокочувствительный усилитель высокой частоты, используют очень оригинальный прием. Как только коэффициент усиления каскада усиления возрастет выше некоторого заданного уровня, его резко снижают до минимума.

График изменения коэффициента усиления от времени напоминает пилу. Именно по этому закону изменяют коэффициент усиления усилителя. Усредненный же коэффициент усиления может доходить до миллиона. Управлять коэффициентом усиления можно при помощи специального дополнительного генератора пилообразных импульсов.

На практике поступают проще: в качестве такого генератора используется по двойному назначению сам высокочастотный усилитель. Генерация пилообразных импульсов происходит на неслышимой ухом ультразвуковой частоте, обычно десятки кГц. Для того чтобы ультразвуковые колебания не проникали на вход последующего каскада УНЧ, используют простейшие фильтры, выделяющие сигналы звуковых частот (R6C7, рис. 4).

Сверхрегенеративные приемники обычно используют для приема высокочастотных (свыше 10 МГц) сигналов с амплитудной модуляцией. Прием сигналов с частотной модуляцией возможен за счет преобразования частотной модуляции в амплитудную и последующего детектирования эмиттерным переходом транзистора полученного таким образом амплитудно-модулированного сигнала.

Преобразование частотной модуляции в амплитудную происходит в случае, если приемник, предназначенный для приема амплитудно-модулированных сигналов, настроить неточно на частоту приема частотно-модулированного сигнала.

При такой настройке изменение частоты принимаемого сигнала постоянной амплитуды вызовет изменение амплитуды сигнала, снимаемого с колебательного контура: при приближении частоты принимаемого сигнала к частоте резонанса колебательного контура амплитуда выходного сигнала растет, при удалении от резонансной — снижается.

Наряду с неоспоримыми достоинствами, схема «сверхрегенератора» обладает массой недостатков. Это — невысокая избирательность, повышенный уровень шумов, зависимость порога генерации от частоты приема, от напряжения питания и т.д.

При приеме радиовещательных ЧМ-сигналов в диапазоне FM — 100…108 МГц или сигналов звукового сопровождения телевидения, катушка L1 представляет собой полувиток диаметром 30 мм с линейной частью 20 мм. Диаметр провода — 1 мм. L2 имеет 2…3 витка диаметром 15 мм из провода диаметром 0,7 мм, расположенных внутри полувитка.

Для диапазона 66…74 МГц катушка L1 содержит 5 витков диаметром 5 мм из провода 0,7 мм с шагом 1…2 мм. L2 имеет 2…3 витка такого же провода. Обе катушки не имеют каркасов и расположены параллельно друг другу. Антенна выполнена из отрезка монтажного провода длиной 50… 100 см. Настройку устройства осуществляют потенциометром R2.

Регенеративные радиоприемники на транзисторах КП303

Регенеративные приемники, или приемники, использующие для увеличения чувствительности положительные обратные связи, в промышленных разработках не встречаются. Однако для освоения всевозможных вариантов реализации приемной техники можно рекомендовать ознакомиться с работой двух таких устройств конструкции И. Григорьева (рис. 5 и 6) [Рл 9/95-12; 10/95-12].

Рис. 5. Схема приемника для приема сигналов AM в диапазоне КВ, СВ и ДВ.

Приемник (рис. 5) предназначен для приема сигналов AM в диапазоне коротких, средних и длинных волн. Его чувствительность на частоте 20 МГц достигает 10 мкВ. Для сравнения: чувствительность наиболее совершенного приемника прямого усиления примерно в 100 раз ниже.

Рис. 6. Схема простого регенеративного радиоприемника на диапазоны частот 1,5…40 МГц.

Приемник (рис. 6) способен работать в диапазоне 1,5…40 МГц. Для диапазона 1,5…3,7 МГц катушка L1 имеет индуктивность 23 мкГн и содержит 39 витков провода диаметром 0,5 мм на каркасе диаметром 20 мм при ширине намотки 30 мм. Катушка L2 имеет 10 витков такого же провода и намотана на этом же каркасе.

Для диапазона 3…24 МГц катушка L1 индуктивностью 1,4 мкГн содержит 10 витков провода диаметром 2 мм, намотанного на каркасе диаметром 20 мм, при ширине намотки 40 мм. Катушка L2 имеет 3 витка с диаметром провода 1,0 мм.

В диапазоне 24…40 МГц L1 (0,5 мкГн) содержит 5 витков, ширина намотки — 30 мм, a L2 имеет 2 витка. Рабочую точку приемников (рис. 5, 6) устанавливают потенциометром R4.

Сверхгенеративное устройство на FM-диапазоны

FM-приёмник, собранный по модели Е. Солодовникова, несложен в сборке, но обладает высокой чувствительностью (до 1 мкВ). Такие устройства используют для высокочастотных сигналов (более 1МГЦ) с амплитудной модуляцией. Благодаря сильной положительной обратной связи коэффициент возрастает до бесконечности, и схема переходит в режим генерации. По этой причине происходит самовозбуждение. Чтобы его избежать и использовать приёмник как высокочастотный усилитель, установите уровень коэффициента и, когда дойдет до этого значения, резко снизьте до минимума. Для постоянного мониторинга усиления можно использовать генератор пилообразных импульсов, а можно сделать проще.

На практике нередко в качестве генератора выступает сам усилитель. С помощью фильтров (R6C7), выделяющих сигналы низких частот, ограничивается проход ультразвуковых колебаний на вход последующего каскада УНЧ. Для FM-сигналов 100-108 МГц катушка L1 преобразуется в полувиток с сечением 30 мм и линейной частью 20 мм при диаметре провода 1 мм. А катушка L2 содержит 2-3 витка диаметром 15 мм и провод с сечением 0,7 мм внутри полувитка. Возможно усиление приёмника для сигналов от 87,5 МГц.

Терминология

Колебательным контуром в простейшем виде называются катушка и конденсатор, замкнутые в цепь. С помощью них из всех поступающих сигналов можно выделить нужный за счёт собственной частоты колебаний контура. Радиоприемники СССР, как, впрочем, и современные устройства, основаны на этом сегменте. Как все это функционирует?

Как правило, питание радиоприёмников происходит за счёт батареек, количество которых варьируется от 1 до 9. Для транзисторных аппаратов широко используются батареи 7Д-0.1 и типа «Крона» напряжением до 9 В. Чем больше батареек требует простая схема радиоприёмника, тем дольше он будет работать.

По частоте принимаемых сигналов устройства делятся на следующие типы:

1. Длинноволновые (ДВ) — от 150 до 450 кГц (легко рассеиваются в ионосфере). Значение имеют приземлённые волны, интенсивность которых уменьшается с расстоянием.
2. Средневолновые (СВ) — от 500 до 1500 кГц (легко рассеиваются в ионосфере днём, но ночью отражаются). В светлое время суток радиус действия определяется приземлёнными волнами, ночью — отражёнными.
3. Коротковолновые (КВ) — от 3 до 30 МГц (не приземляются, исключительно отражаются ионосферой, поэтому вокруг приёмника существует зона радиомолчания). При малой мощности передатчика короткие волны могут распространяться на большие расстояния.
4. Ультракоротковолновые (УКВ) — от 30 до 300 МГц (имеют высокую приникающую способность, как правило, отражаются ионосферой и легко огибают препятствия).
5. — от 300 МГц до 3 ГГц (используются в сотовой связи и Wi-Fi, действуют в пределах видимости, не огибают препятствия и распространяются прямолинейно).
6. Крайневысокочастотные (КВЧ) — от 3 до 30 ГГц (используются для спутниковой связи, отражаются от препятствий и действуют в пределах прямой видимости).
7. Гипервысокочастотные (ГВЧ) — от 30 ГГц до 300 ГГц (не огибают препятствий и отражаются как свет, используются крайне ограниченно).

При использовании КВ, СВ и ДВ радиовещание можно вести, находясь далеко от станции. УКВ-диапазон принимает сигналы более специфично, но если станция поддерживает только его, то слушать на других частотах не получится. В приёмник можно внедрить плейер для прослушивания музыки, проектор для отображения на удалённые поверхности, часы и будильник. Описание схемы радиоприёмника с подобными дополнениями усложнится.

Внедрение в радиоприёмники микросхемы позволило значительно увеличить радиус приёма и частоту сигналов. Их главное преимущество в сравнительно малом потреблении энергии и маленьком размере, что удобно для переноса. Микросхема содержит все необходимые параметры для понижения дискретизации сигнала и удобства чтения выходных данных. Цифровая обработка сигнала доминирует в современных устройствах. были предназначены только для передачи аудиосигнала, лишь в последние десятилетия устройство приёмников развилось и усложнилось.

ПРОСТОЙ УКВ ПРИЕМНИК

Ю.АРАКЕЛОВ, Д.ОПАРИН, С.КОРЖ, г.Харьков. Радио №5, 2001г., с.15.

Эта конструкция разработана членами кружка радиоэлектроники «Сонар» Центра детского и юношеского творчества г.Харькова. Несмотря на свою простоту, приемник позволяет с хорошим качеством принимать сигналы радиостанций даже в условиях «густозаселенного» диапазона.

УКВ приемники на микросхемах К174ХА34, К174ХА42 и других аналогичных пользуются большой популярностью у радиолюбителей. В частности, многих заинтересовали публикации в журнале «Радио» . К сожалению, при всей их простоте в реализованных конструкциях не всегда удается добиться качественного приема радиостанций, так как в УПЧ данных микросхем используется низкая промежуточная частота (около 70 кГц). Главный недостаток приемников с низкой ПЧ — наличие зеркального канала приема, который из-за близости по частоте к основному не может быть подавлен входными контурами. В обычных промышленных супергетеродинных УКВ приемниках промежуточная частота принята равной 10,7 МГц, что обеспечивает хорошее подавление помех зеркального канала. Однако повторение такой конструкции начинающими радиолюбителями связано с большими трудностями, так как здесь не обойтись без применения сложной измерительной аппаратуры. Поэтому для создания кружковцами простого УКВ радиоприемника был выбран промышленный модуль усилителя промежуточной частоты звука телевизионных приемников (УПЧЗ-1) с промежуточной частотой 6,5 МГц, частотный детектор и фильтры которого не требуют настройки. В качестве смесителя использована широко распространенная микросхема К174ПС1.

Прямое преобразование

Способ избежать необходимости использовать множество индивидуально настраиваемых фильтров заключался в передаче радиочастотного сигнала в полосе частот низкой частоты. Приемник с прямым преобразованием, также известный как гомодин, состоит из следующих модулей: входной цепи, смесителя, то есть элемента в котором принимаемый в антенне сигнал передается в низкочастотный диапазон, генератора, фильтра и усилителя.

Характерной особенностью этого решения является двойная роль смесителя, который также действует как детектор. Другой конфигурацией выступают так называемые супергетеродинные приемники, в которых каскад преобразования частоты отделен от блока детекторов. В группе приемников этого типа есть две основных конструкции: супергетеродинный приемник с одинарным и двойным преобразованием частоты.

Описание работы простого УКВ приемника

Принятый сигнал радиоволны антенной Ant выделяется резонансной цепью L1-С2 и затем поступает на детектор, в роли которого выступает диод VD1. Для повышения качества детекторной составляющей, через данный диод VD1 протекает незначительный ток в прямом направлении, величина которого определяется сопротивлением резистора R1.

Выделенная составляющая радиосигнала усиливается двухкаскадным УНЧ, построенным на . Таким образом, усиленный сигнал НЧ, пройдя через разделительный конденсатор С8, воспроизводится динамической головкой Sp1. Переменным резистором R3 осуществляется плавная регулировка громкости.

Так как с ростом частоты все большее влияние на характеристики устройства оказывают его конструктивные особенности и параметры элементов, то приведем описание конкретных элементов схемы.

Преимущества и недостатки

Главное преимущество приёмника прямого усиления — простота конструкции, в результате чего его может собрать даже начинающий радиолюбитель. В СССР в 1970-80 гг продавались, а в других странах продаются и ныне, радиоконструкторы — наборы деталей для изготовления приёмника прямого усиления на транзисторах

Кроме того, радиоприёмники прямого усиления (в отличие от супергетеродинных приёмников) отличаются отсутствием паразитных излучений в эфир, что может быть важно, если необходима полная скрытость приёмника. Имеется и ряд других преимуществ, из которых такие как:

• Большой динамический диапазон,
• Линейность,
• Отсутствие «зеркальных» и прочих побочных каналов,
• Отсутствие свистов при перенастройке —

привели к тому, что сейчас именно этот тип приёмника закладывается в основу программно-определяемого радио при работе на частотах до десятков МГц, где возможна работа современных доступных АЦП напрямую, без преобразования частоты.

Основной недостаток приёмника прямого усиления — малая селективность (избирательность), то есть малое ослабление сигналов соседних радиостанций по сравнению с сигналом станции, на которую настроен приёмник (к регенеративному приемнику, являющемуся разновидностью приемника прямого усиления, это не относится). Поэтому этот тип приёмников удобно использовать только для приема мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне (из-за особенностей распространения волн в ионосфере длинноволновые и средневолновые сигналы не могут распространяться слишком далеко, поэтому приёмник «видит» только ограниченное число местных станций). Из-за этого недостатка приёмники прямого усиления не производятся промышленностью и в основном используются ныне только в радиолюбительской практике.

Как правило, радиоприёмники этого типа могут принимать только амплитудно-модулированные радиопередачи. Также желательно подключение внешней антенны и заземления, в связи с их невысокой чувствительностью, ограниченной усилением.

Трёхпрограммные приёмники проводного вещания также используют схему прямого усиления.

По схеме прямого усиления работал и знаменитый телевизор КВН. Это оказалось возможным благодаря тому, что он принимал только 3 канала в метровом диапазоне волн, телевизионные каналы достаточно разнесены для достижения хорошей селективности и при прямом усилении, а телепередатчиков в то время в СССР было мало.