Детекторен радиоприемник: Разлика между версии

Изтрито е съдържание Добавено е съдържание

Линейно

Версия от 06:06, 9 февруари 2020

Детекторният радиоприемник е най-простата конструкция на радиоприемник, при който липсва високочестотен и нискочестотен усилвател^[1]. Това са едни от най-ранните радиоприемтници, в които основният елемент е кристален детектор (или демодулатор), реализиран от природни метални сулфиди – галенит, пирит, цинков сулфид и някои оксиди (оттам и името на английски Crystal radio). Свойствата на кристала да пропуска електрически ток само в една посока са открити от немския физик Карл Фердинанд Браун. През 1899 година са патентовани и приложени на практика в т. нар. безжична телеграфия. По този начин устройството прилича на съвременния амплитуден детектор, основан на полупроводников диод. През 1902 г. италианският изобретател Гулиелмо Маркони създава магнитен детекторен приемник, който не се нуждае от полупроводников елемент. Въпреки че приемникът е с по-ниска чувствителност, той е много надежден.^[2] Особеното е, че за да работи, е необходимо движението на тънък стоманен проводник, използван като магнитопровод.

Конструкция на класическия детекторен приемник

Детекторният радиоприемник (#1) се състои от трептящ кръг, детектор (диод) и високоомни слушалки (BF1) за възпроизвеждащо устройство. Входният трептящ кръг е с променлив кондензатор c1, позволяващ точна настройка към радиостанцията на предавателя. Трептящият кръг е свързан с антена с дължина от няколко метра и заземление. Като класически детекторен приемник е реализиран радиоприемникът „Комсомолец“, произвеждан в СССР от 1939 до 1949 година. Когато се използва кристален детектор, пружиниращото острие трябва да се мести докато се постави върху точка от повърхността на кристала, където се формира полупроводникова област.

Начин на работа

Детекторният приемник може да работи без външно захранване в близост до мощен радиопредавател, единствено за сметка на енергията на индуктираните в антената и трептящия кръг високочестотни колебания, без каквото и да е усилване на приетите сигнали. Настройката грубо може да се направи чрез превключване на различни части от индуктора плавно и стъпково или посредством промяна на индуктивността с преместване на феритна сърцевина за средни и дълги вълни.

Ако индуктора работи с честота над резонансната честота, той ще има капацитивен характер, защото ще има високо индуктивно съпротивление паралелно със собствено си капацитивно съпротивление. В паралелна резонансна верига, най-ниския вид съпротивление доминира поведението на схемата.

В този случай елементът вече няма да се държи като намотка, а по-скоро като кондензатор, така че никога няма да може да работи на търсената честота. Препоръчително е да се работи с индуктивност малко под собствената резонансна честота, когато елементът трябва да се държи като намотка в резонансна регулируема верига. Увеличеният капацитет и индуктивност винаги понижават резонасната честота. Много различни комбинации от стойности на L и C могат да дадат правилната резонансна честота и на теория с идеални елементи не би имало разлика, но на практика ще има разлика в качествения фактор Q и импеданса. За добър прием е важна и ширината на приеманата честотна лента съдържаща близки честоти. Правилното съотношение е важно при проектиране на филтри и осцилатори. Резонансните вериги с по-висок Q-фактор имат по добро отхвърляне на страничните ленти и подобряват съотношението полезен сигнал към шум.

Изключение е, когато се изработва дросел, обикновено се ползват по-голям брой навивки, така че дроселът да има максимален импеданс на дадената честота. Съществуват и схеми, при които не се използва намотка (самонастроени нерегулируеми вериги).

Диод

Детекторните приемници с високо качество използват бързодействащ диод (често германиев) с минимално отпушващо напрежение и паразитен капацитет.

Диодът работи в нелинейния участък. Негово съпротивление във веригата се изменя в малки граници, като това става в синхрон със сигнала. Импедансът на диода се променя с нарастване на честотата и с мощността, която пропуска. Топлина приложена върху диода може да понижи точката на детектиране.^[3]

Антена

От значение е и дължината на антената когато е нужен силен сигнал от търсената радиостанция. С нарастване на дължината на вълната е необходима и по-дълга антена. Макар и да не е спазено това условие, не означава че антената ще бъде нефункционираща, но тя ще е неефективна при по-ниските честоти. При голяма антена от единичен проводник се използва основно електрическата компонента на радиовълната, докато при феритната антена или рамка, магнитната компонента на радиовълната. Често те се използват в комбинация. Въпреки че всеки дълъг проводник ще работи добре, то добрите антени се построяват с определена геометрия, така че тяхната насоченост и характеристики да са лесно предвидими. Ако дължината на вълната е съизмерима с околните обекти, може да повлияе на настройката при детекторни радиоприемници за високи честоти.

Важен елемент е заземяването. Повечето детекторни радиоприемници използват монополни антени, което значи че тяхното изходно напрежение зависи спрямо неутралната Земя. В случай че не е достъпна удобна точка за заземяване на устройството, то може да се използва втора антена или друг метален предмет изолиран от основната антена. Не е препоръчително да се ползва заземяване чрез нулевия и други проводници на електрическата мрежа. Това не само ще внесе вреден шум, но може да бъде и опасно при неизправна битова инсталация.

Демодулиране

Детекторният радиоприемник по класическата схема може да преобразува основно амплитудно – модулирани радиосигнали, като частен случай са амплитудните вариации възникващи в резултат на честотни промени както и хармоници на честотно модулираните сигнали FM. Резонансните вериги са чувствителни както на амплитудни така и на честотни промени при достатъчно голям интензитет. Класическият радиоприемник работи основно на средни и къси вълни с амплитудна модулация. За по-високи честоти, индуктивността се преизчислява към доста по-ниска стойност. Приемането на честотно модулирани сигнали е изключително трудно тъй като еквивалентната разлика поради промяната в честотата на страничната лента е много малка в сравнение с нормален АМ сигнал. Често е под прага на чувствителност на слушалките и диода, поради това че голяма част от изходното напрежение е постоянно.

Ефективна аналогова схема за целта е детекторът на Фостър Сийли или детекторът на съотношението. ^[4]Трансформаторната индуктивна (T) връзка спомага засичането на някои по-силни сигнали тъй като промяната на честота в първичната намотка води до промяна на амплитудата във вторичната намотка в почти линейна зависимост. ^[5] Индуктивната връзка може да повиши качествения фактор.

Възможно е и благодарение на постигането на офсет (наклонената област от основната честота) чрез т.н. метод – откриване на наклон), при който честотната модулация се преобразува до амплитудна.^[6] За приемането на УКВ сигнали за индуктивността се избират ниски стойности и обикновено намотките са без феритно ядро. Недостатък при този метод е ограничен изходен сигнал зависещ от мощността на предавателя и нелинейната характеристика на трептящия кръг. Поради тази причина няма как да приемаме станции от целия радиоефир.

След пропускане на положителните полувълни на високочестотния радиосигнал от диода, през слушалките ще премине нискочестотния демодулиран сигнал, а поради високото съпротивление на слушалките за високочестотните колебания, електрическата верига към земя за тях ще бъде кондензатора С2, т.е. кондензатора има филтърна функция за изходния сигнал. В някои схеми също се ползва и последователен дросел за потискане на високите честоти след диода. Това също ограничава възможността кабелът на слушалките да работи като антена. За по-високите честоти може да е нужен коаксиален кабел към слушалките вместо обикновен.

Когато се използват пиезоелектрични слушалки веригата на радиоприемника остава практически незатворена. Често паралелно на кристалните слушалки се поставя резистор с високо съпротивление от няколко килоома. В случай че слушалките не са с достатъчно висок импеданс, може да се използва съгласуващ аудио трансформатор (или обикновен мрежов) с високоомна първична намотка свързана от към веригата на приемника след диода.^[7]

При днешните изисквания за максимално допустима мощност на предавателите, енергията на радиовълните в града бързо затихва често поради различни явления: фадинг, поглъщане, отражение и е по-удобно сигналът от детекторния приемник да се подаде към нискочестотен аудио усилвател с висок импеданс като така могат се приемат и най-слабите радиостанции.^[8]^[9] Много от детекторните радиоприемници които ползват собствено захранване обикновено имат поне един транзистор, който да усили звуковия сигнал към слушалките. С усилвател може да се направи и предварителна настройка или проверка за изправността на детекторния радиоприемник.

Друг начин да се подобри чувствителността на детекторния радиоприемник към слабите сигнали е прилагането на постоянно напрежение със стойност равна или по-малка от прага на напрежение в диода, като източника е свързан последователно във веригата и е регулируем.

Приложение

Детекторните радиоприемници са първите стъпки в усвояването на радиотехниката. По време на войната са правени импровизирани детекторни радиоприемници за подслушване на радиовръзката на врага. Предимството е, че може да се изпълни с подръчни и покупни материали, например графит от молив и оксидирано бръснарско ножче за полупроводников елемент, а за намотка всеки дълъг проводник. Приемникът днес често се ползва от радиолюбители.

Друго по-практическо приложение е в измервателните уреди за стоящи вълни (SWR). Това измерване се извършва с цел да се избегне образуването на стоящи радиовълни във захранващите и фидерни кабелни линии, които може да претоварят предавателя или да влошат сигнала. При такива измервателни радиоприемници изходният сигнал често е само резултантно напрежение, докато реалната информация все още може да е кодирана.

Вижте също

Източници

↑ Радиотехнически терминологичен речник, под общата редакция на проф. к.т.н. инж. Спиро Пецулев, Държавно издателство „Техника“, София, 1984, с. 63
↑ Магнитен детектор. 25 август 2016 г.
↑ Temperature effects on pn diode characteristics Характеристики при повишаване на температурата.
↑ www.aaronscher.com
↑ [1]
↑ Slope detection is a method of FM-demodulation which converts the FM into AM
↑ [2].20 март 2018 г.
↑ Допустими норми на ЕМИ
↑ Конструктор „Радиоелектроника 1300“ детекторни радиоприемници Нискочестотни усилватели

Външни препратки

Общомедия

Общомедия разполага с мултимедийно съдържание за

Детекторен радиоприемник.

[1] Радиотехнически терминологичен речник, под общата редакция на проф. к.т.н. инж. Спиро Пецулев, Държавно издателство „Техника“, София, 1984, с. 63

[2] Магнитен детектор. 25 август 2016 г.

[3] Temperature effects on pn diode characteristics Характеристики при повишаване на температурата.

[4] www.aaronscher.com

[5] [1]

[6] Slope detection is a method of FM-demodulation which converts the FM into AM

[7] [2].20 март 2018 г.

[8] Допустими норми на ЕМИ

[9] Конструктор „Радиоелектроника 1300“ детекторни радиоприемници Нискочестотни усилватели

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

@@ Ред 1: / Ред 1: @@
 [[Файл:Detector receiver rus standart.svg|мини|дясно|250px|Електрическа схема на детекторен радиоприемник (#1)]]
-[[Файл:Kristallradio (3).jpg|мини|250px|Детектор с ръчна настройка за детекторен радиоприемник с [[галенит|галенитов кристал]] за полупроводник.]]
+[[Файл:Kristallradio (3).jpg|мини|250px|Детектор с ръчна настройка за детекторен радиоприемник с [[галенит]]ов кристал за полупроводник.]]
-'''Детекторният радиоприемник''' е най-простата конструкция на [[радиоприемник]], при който липсва [[Високочестотен усилвател|високочестотен]] и нискочестотен [[усилвател]]<ref>Радиотехнически терминологичен речник, под общата редакция на проф. к.т.н. инж. Спиро Пецулев, Държавно издателство „Техника“, София, 1984, с. 63</ref>. Това са едни от най-ранните радиоприемтници, в които основният елемент е кристален [[Детектор (радиотехника)|детектор]] (или демодулатор), реализиран от природни метални сулфиди – [[галенит]], [[пирит|пирит,]] [[цинков сулфид]] и някои оксиди (оттам и името на английски Crystal radio). Свойствата на кристала да пропуска [[електрически ток]] само в една посока са открити от немския физик [[Карл Фердинанд Браун]]. През 1899 година са патентовани и приложени на практика в т. нар. безжична телеграфия. По този начин устройството прилича на съвременния амплитуден детектор, основан на полупроводников [[диод]]. През 1902 г. италианският изобретател [[Гулиелмо Маркони|Г. Маркони]] създава магнитен детекторен приемник, който не се нуждае от полупроводников елемент. Въпреки че приемникът е с по-ниска чувствителност, той е много надежден.<ref>[https://www.chipmaker.ru/topic/182199/ Магнитен детектор]. 25 август 2016 г.</ref> Особеното е, че за да работи, е необходимо движението на тънък стоманен проводник, използван като магнитопровод.
+'''Детекторният радиоприемник''' е най-простата конструкция на [[радиоприемник]], при който липсва [[Високочестотен усилвател|високочестотен]] и нискочестотен [[усилвател]]<ref>Радиотехнически терминологичен речник, под общата редакция на проф. к.т.н. инж. Спиро Пецулев, Държавно издателство „Техника“, София, 1984, с. 63</ref>. Това са едни от най-ранните радиоприемтници, в които основният елемент е кристален [[Детектор (радиотехника)|детектор]] (или демодулатор), реализиран от природни метални сулфиди – [[галенит]], [[пирит|пирит,]] [[цинков сулфид]] и някои оксиди (оттам и името на английски ''Crystal radio''). Свойствата на кристала да пропуска [[електрически ток]] само в една посока са открити от немския физик [[Карл Фердинанд Браун]]. През 1899 година са патентовани и приложени на практика в т. нар. безжична телеграфия. По този начин устройството прилича на съвременния амплитуден детектор, основан на полупроводников [[диод]]. През 1902 г. италианският изобретател [[Гулиелмо Маркони]] създава магнитен детекторен приемник, който не се нуждае от полупроводников елемент. Въпреки че приемникът е с по-ниска чувствителност, той е много надежден.<ref>[https://www.chipmaker.ru/topic/182199/ Магнитен детектор]. 25 август 2016 г.</ref> Особеното е, че за да работи, е необходимо движението на тънък стоманен проводник, използван като магнитопровод.
 == Конструкция на класическия детекторен приемник ==
-Детекторният радиоприемник (#1) се състои от трептящ кръг, детектор (диод) и високоомни слушалки (BF1) за възпроизвеждащо устройство. Входният [[трептящ кръг]] е с променлив [[кондензатор]] c1, позволяващ точна настройка към радиостанцията [[предавател|на предавателя]]. Трептящият кръг е свързан с [[антена]] с [[дължина]] от няколко метра и заземление. Като класически детекторен приемник е реализиран радиоприемника „'''Комсомолец'''“, произвеждан в СССР от 1939 до 1949 година. Когато се използва кристален детектор, пружиниращото острие трябва да се мести докато се постави върху точка от повърхността на кристала, където се формира полупроводникова област.
+Детекторният радиоприемник (#1) се състои от трептящ кръг, детектор (диод) и високоомни слушалки (BF1) за възпроизвеждащо устройство. Входният [[трептящ кръг]] е с променлив [[кондензатор]] c1, позволяващ точна настройка към радиостанцията [[предавател|на предавателя]]. Трептящият кръг е свързан с [[антена]] с [[дължина]] от няколко метра и заземление. Като класически детекторен приемник е реализиран радиоприемникът „'''Комсомолец'''“, произвеждан в СССР от 1939 до 1949 година. Когато се използва кристален детектор, пружиниращото острие трябва да се мести докато се постави върху точка от повърхността на кристала, където се формира полупроводникова област.
 == Начин на работа ==
@@ Ред 13: / Ред 13: @@
 Ако индуктора работи с честота над резонансната честота, той ще има капацитивен характер, защото ще има високо индуктивно съпротивление паралелно със собствено си капацитивно съпротивление. В паралелна резонансна верига, най-ниския вид съпротивление доминира поведението на схемата.
-В този случай елементът вече няма да се държи като намотка, а по-скоро като кондензатор, така че никога няма да може да работи на търсената честота. Препоръчително е да се работи с индуктивност малко под собствената резонансна честота, когато елементът трябва да се държи като намотка в резонансна регулируема верига. Увеличеният капацитет и индуктивност винаги понижават резонасната честота. Много различни комбинации от стойности на L и C могат да дадат правилната резонансна честота и на теория с идеални елементи не би имало разлика, но на практика ще има разлика в качествения фактор Q и импеданса. За добър прием е важна и ширината на приеманата честотна лента съдържаща близки честоти. Правилното съотношение е важно при проектиране на филтри и осцилатори. Резонансните вериги с по-висок Q фактор имат по добро отхвърляне на страничните ленти и подобряват съотношението полезен сигнал към шум.
+В този случай елементът вече няма да се държи като намотка, а по-скоро като кондензатор, така че никога няма да може да работи на търсената честота. Препоръчително е да се работи с индуктивност малко под собствената резонансна честота, когато елементът трябва да се държи като намотка в резонансна регулируема верига. Увеличеният капацитет и индуктивност винаги понижават резонасната честота. Много различни комбинации от стойности на L и C могат да дадат правилната резонансна честота и на теория с идеални елементи не би имало разлика, но на практика ще има разлика в качествения фактор Q и импеданса. За добър прием е важна и ширината на приеманата честотна лента съдържаща близки честоти. Правилното съотношение е важно при проектиране на филтри и осцилатори. Резонансните вериги с по-висок [[Q-фактор]] имат по добро отхвърляне на страничните ленти и подобряват съотношението полезен сигнал към шум.
 Изключение е, когато се изработва [[дросел]], обикновено се ползват по-голям брой навивки, така че дроселът да има максимален импеданс на дадената честота. Съществуват и схеми, при които не се използва намотка (самонастроени нерегулируеми вериги).
@@ Ред 23: / Ред 23: @@
 === Антена ===
-От значение е и дължината на антената когато е нужен силен сигнал от търсената радиостанция. С нарастване на дължината на вълната е необходима и по-дълга антена. Макар и да не е спазено това условие, не означава че антената ще бъде нефункционираща, но тя ще е неефективна при по-ниските честоти. При голяма антена от единичен проводник се използва основно електрическата компонента на радиовълната, докато при феритната антена или рамка, магнитната компонента на радиовълната. Често те се използват в комбинация. Въпреки че всеки дълъг проводник ще работи добре, то добрите антени се построяват с определена геометрия, така че тяхната насоченост и характеристики да са лесно предвидими. Ако дължината на вълната е съизмерима с околните обекти, може да повлияе на настройката при детекторни радиоприемници за високи честоти.
+От значение е и дължината на антената когато е нужен силен сигнал от търсената радиостанция. С нарастване на дължината на вълната е необходима и по-дълга антена. Макар и да не е спазено това условие, не означава че антената ще бъде нефункционираща, но тя ще е неефективна при по-ниските честоти. При голяма антена от единичен проводник се използва основно електрическата компонента на радиовълната, докато при [[ферит]]ната антена или рамка, магнитната компонента на радиовълната. Често те се използват в комбинация. Въпреки че всеки дълъг проводник ще работи добре, то добрите антени се построяват с определена геометрия, така че тяхната насоченост и характеристики да са лесно предвидими. Ако дължината на вълната е съизмерима с околните обекти, може да повлияе на настройката при детекторни радиоприемници за високи честоти.
 Важен елемент е заземяването. Повечето детекторни радиоприемници използват монополни антени, което значи че тяхното изходно напрежение зависи спрямо неутралната Земя. В случай че не е достъпна удобна точка за заземяване на устройството, то може да се използва втора антена или друг метален предмет изолиран от основната антена. Не е препоръчително да се ползва заземяване чрез нулевия и други проводници на електрическата мрежа. Това не само ще внесе вреден шум, но може да бъде и опасно при неизправна битова инсталация.
@@ Ред 34: / Ред 34: @@
 Ефективна аналогова схема за целта е детекторът на Фостър Сийли или детекторът на съотношението. <ref>[http://aaronscher.com/Circuit_a_Day/week_by_week/August_2016_FM_Foster_Seeley_detector/FM_Foster_Seeley_Detector.html www.aaronscher.com]</ref>Трансформаторната индуктивна ('''T''') връзка спомага засичането на някои по-силни сигнали тъй като промяната на честота в първичната намотка води до промяна на амплитудата във вторичната намотка в почти линейна зависимост. <ref>[https://electronics.stackexchange.com/questions/424661/how-does-this-simple-fm-slope-detector-work]</ref> Индуктивната връзка може да повиши качествения фактор.
-Възможно е и благодарение на постигането на офсет (наклонената област от основната честота) чрез т.н. метод – откриване на наклон), при който честотната модулация се преобразува до амплитудна.<ref>[http://kom.aau.dk/group/05gr506/report/node30.html Slope detection is a method of FM-demodulation which converts the FM into AM]</ref> За приемането на УКВ сигнали за индуктивността се избират ниски стойности и обикновено намотките са без феритно ядро. Недостатък при този метод е ограничен изходен сигнал зависещ от мощността на предавателя и нелинейната характеристика на трептящия кръг. Поради тази причина няма как да приемаме станции от целия радио ефир.
+Възможно е и благодарение на постигането на офсет (наклонената област от основната честота) чрез т.н. метод – откриване на наклон), при който честотната модулация се преобразува до амплитудна.<ref>[http://kom.aau.dk/group/05gr506/report/node30.html Slope detection is a method of FM-demodulation which converts the FM into AM]</ref> За приемането на УКВ сигнали за индуктивността се избират ниски стойности и обикновено намотките са без феритно ядро. Недостатък при този метод е ограничен изходен сигнал зависещ от мощността на предавателя и нелинейната характеристика на трептящия кръг. Поради тази причина няма как да приемаме станции от целия радиоефир.
 След пропускане на положителните полувълни на високочестотния радиосигнал от диода, през слушалките ще премине нискочестотния демодулиран сигнал, а поради високото съпротивление на слушалките за високочестотните колебания, електрическата верига към земя за тях ще бъде кондензатора С2, т.е. кондензатора има филтърна функция за изходния сигнал. В някои схеми също се ползва и последователен дросел за потискане на високите честоти след диода. Това също ограничава възможността кабелът на слушалките да работи като антена. За по-високите честоти може да е нужен коаксиален кабел към слушалките вместо обикновен.
 Когато се използват пиезоелектрични слушалки веригата на радиоприемника остава практически незатворена. Често паралелно на кристалните слушалки се поставя резистор с високо съпротивление от няколко килоома. В случай че слушалките не са с достатъчно висок импеданс, може да се използва съгласуващ аудио трансформатор (или обикновен мрежов) с високоомна първична намотка свързана от към веригата на приемника след диода.<ref>[http://www.lessmiths.com/~kjsmith/crystal/mtrans.shtml].20 март 2018 г.</ref>
-При днешните изисквания за максимално допустима мощност на предавателите, енергията на радиовълните в града бързо затихва често поради различни явления: [[Фадинг (електромагнитни вълни)|фадинг]], поглъщане, отражение и е по-удобно сигналът от детекторния приемник да се подаде към нискочестотен аудио усилвател с висок импеданс като така могат се приемат и най-слабите радиостанции.<ref>[http://eea.government.bg/eea/bg/publicat/yearbook/noise/2000/noise/prom.htm Допустими норми на ЕМИ]</ref><ref>''[http://rte.my.contact.bg/statia158_spisak.htm Kонструктор „Радиоелектроника 1300“ детекторни радиоприемници Нискочестотни усилватели]''</ref> Много от детекторните радиоприемници които ползват собствено захранване обикновено имат поне един  транзистор, който да усили звуковия сигнал към слушалките. С усилвател може да се направи и предварителна настройка или проверка за изправността на детекторния радиоприемник.
+При днешните изисквания за максимално допустима мощност на предавателите, енергията на радиовълните в града бързо затихва често поради различни явления: [[Фадинг (електромагнитни вълни)|фадинг]], поглъщане, отражение и е по-удобно сигналът от детекторния приемник да се подаде към нискочестотен аудио усилвател с висок импеданс като така могат се приемат и най-слабите радиостанции.<ref>[http://eea.government.bg/eea/bg/publicat/yearbook/noise/2000/noise/prom.htm Допустими норми на ЕМИ]</ref><ref>''[http://rte.my.contact.bg/statia158_spisak.htm Конструктор „Радиоелектроника 1300“ детекторни радиоприемници Нискочестотни усилватели]''</ref> Много от детекторните радиоприемници които ползват собствено захранване обикновено имат поне един транзистор, който да усили звуковия сигнал към слушалките. С усилвател може да се направи и предварителна настройка или проверка за изправността на детекторния радиоприемник.
 Друг начин да се подобри чувствителността на детекторния радиоприемник към слабите сигнали е прилагането на постоянно напрежение със стойност равна или по-малка от прага на напрежение в диода, като източника е свързан последователно във веригата и е регулируем.