Rádio pro trosečníka
Autoři: Dan Platil, Gymnázium Jaroslava Heyrovského, Praha Vít Boček Gymnázium Havlíčkův Brod Tomáš Pivoňka Gymnázium Nad Štolou, Praha 7 Vedoucí projektu: Zdeněk Polák, Jiráskovo gymnázium Náchod
Projekt v rámci MFF UK – Kořenov 2012 (Soustředění mladých fyziků a matematiků)
Obsah: 1.
Úvod a cíl našeho projektu
2.
Konstrukce desky a ozvučnice
3.
Oprava modulů zesilovačů z televizorů
4.
Montáž ladícího kondenzátoru
5.
Vinutí cívky
6.
První pokusy s VF krystalkou
7.
Pokusy s jednotranzistorovým předzesilovačem
8.
Pokusy s dvoutranzistorovým předzesilovačem
9.
Oživení celého přijímače
10.
Závěr
11.
Použitá literatura
1. Úvod a cíl našeho projektu
Cílem našeho projektu bylo co nejefektivněji zhotovit jednoduchý přijímač v polních podmínkách. Podmínka byla postavit takový přijímač, aby byl v plně funkčním stavu a při ladění bylo možné zachytit stanice na středních vlnách. V naší práci šlo o jednoduchý přístroj s postupnou gradací vysokofrekvenčního zapojení a zdokonalováním detekce a předzesilovačů se schopností napájet celý obvod z baterie o U = 9V při sestavení ze dvou monočlánků 4,5V díky větší kapacitě baterií. Bohužel se nám nepodařilo docílit nejsložitějšího zapojení, tj. superhetu. Vzhledem k přihlédnutí k faktu, že má jít o trosečnické rádio, konstrukce super-reaktivního přijímače by byla mimo zadané téma. V dalších odstavcích se postupně zmíníme o veškeré naší činnosti a postupně rozebereme celou stavbu radiopřijímače od řezání základní desky, až po oživování a ladění stanic českých i zahraničních.
2. Konstrukce desky a ozvučnice
Ihned po ujasnění cílů našeho společného projektu jsme se pustili do zhotovování základní desky, tedy dřevěné desky a plechového čelního chassis, na kterém postupem času vyroste celý přijímač. Použito bylo kvalitní dřevo o velikosti desky shodné s univerzální velikostí papírové šablony typu A4. Dále bylo použito plechu na zhotovení čelní části, kde budou postupně umísťovány konektory, ladění přijímače, řízení hlasitosti a reproduktor. Do připravené plechu jsme navrtali vrtáky do plechu otvory pro ladící kondenzátory, potenciometr, zdířky a pro reproduktor (v jednom projektu se otvory nevrtaly, ale byl zhotoven výsek plechu pomocí dláta a dočista vyhlazen pilníkem a poté se napnula krycí a ochranná membrána z šedého molitanu). Chassis je přichyceno třemi vruty do dřeva. Na desku se postupně umístily čtyři zdířky vhodné pro „banánkové“ svorky, které se uchytily pomocnou podložkou a utáhly se přiloženou maticí. Na ladící kondenzátor byla zhotovena speciální svorka z plastové přichycovací lišty, kam se poté uchytil pomocí tavné pistole a poté pomocí malých šroubků k přednímu panelu. S potenciometry se vyskytly jisté potíže a tak bylo řízení hlasitosti přesunuto na základní desku, protože přišlé logaritmické potenciometry byly již z výroby vadné. Dále se pokračovalo s oživováním modulů z černobílých televizorů tuzemské výroby značky Tesla. Toto oživování bude popsáno velmi podrobně v dalším odstavci.
3. Oprava modulů zesilovačů z televizorů
V tomto odstavci se budu podrobně věnovat oživování modulů zesilovačů zvuku a proberu jejich problematiku zapojení. K opravě jsme od našeho vedoucího projektu obdrželi čtyři kusy zesilovacích modulů, resp. dva kusy s komplementárním párem výkonových germaniových tranzistorů a dva kusy s integrovaným obvodem typu MBA810. Vzhledem ke stáří a roku výroby okolo roku 1975 bylo nutno vyměnit veškeré elektrolytické kondenzátory, které stářím vysychají, praskají gumové zátavy, a tím pádem ztrácí kapacitu a získávají svodový proud tg α. To samé platí o hnědých svitkových kapacitorech, které časem praskají a opět mají veliký svodový proud, někdy bývají i přesušené, či spálené a pak působí jako ohmický odpor. Veškeré axiální byly díky nedostatku materiálu nahrazeny za radiální provedení nových součástek. Nejdůležitější a nejvíce potřebné k výměně bývají elektrolyty vazební, výstupní a filtrační a svitky filtrační, vazební a blokovací. U modulu s germaniovými tranzistory byly přerušeny i dva odpory a uražený odporový trimr vázaný s výstupním kapacitorem. Po výše zmíněných opravách se podařilo úspěšně opravit veškeré dodané moduly a zajistit jejich provoz na časté používání. Při těchto manipulacích se musí pájet velmi opatrně s transformátorovou páječkou, protože přehnaný pájecí výkon (100W a výše) značně poškozuje plošné spoje a vzhledem se stáří má cuprextit vlastnost odlupovat vyleptané cestičky od zbytku desky. Proto se musí velmi dbát opatrnosti při manipulaci s prohříváním spojů, vyndáváním a osazováním součástek, používáním kalafuny a cínu. Všechny moduly se na první zapnutí rozběhly. Další manipulace s nimi již nebyla nutná a pouze se vyvrtaly dva uchycovací otvory pro přidělání k dřevěné desce pomocí dvou vrutů. Připojení pinů modulů bylo provedeno pomocí zasouvacích měděných drátů o průměru 1mm, nebo pomocí připájených vývodů a piny zůstávají volné a nezapojené. Přívody k vstupu signálu (tj. 6 vývod modulů) jsou vedeny k potenciometrům pomocí stíněných kabelů. Schématické zapojení je viditelné na obrázku.
Pro úplnou přehlednost dodávám stručný popis obvodů koncových zesilovačů. Tranzistorový typ má tento princip: První dva tranzistory zesilují signál pro koncový stupeň komplementárních germaniových výkonových tranzistorů. Zavedena je primitivní zpětná vazba regulovatelná
trimrem. Signál je vyveden přes výstupní kapacitu na reproduktor. Maximální výstupní výkon by mohl činit i necelých 5W při zátěžové impedanci 4R. Druhé provedení s integrovaným obvodem funguje velmi obdobně, na čipu je též pár výkonových tranzistorů a na jednotlivé výstupy se připojuje napájení, uzemnění, vstup, výstup. Díky velkému vstupnímu odporu je zesílení slušné. Při maximálním napájení 16V lze dosáhnout výstupního výkonu až 5,5W při zátěžové impedanci 4R.
4. Montáž ladícího kondenzátoru
Další částí bylo uchycení ladícího kondensátoru značky Tesla. Zde jde o typ s kapacitou 2x200 pF + 2x25pF, tzn., že při spojení všech účinných ploch máme kapacitu Cmax 459pF. Další důležitý údaj, který je důležitý pro další rozvoj vysokofrekvenční části je Cmin, která činí 4,9pF při úplném otevření. Uchycení se provedlo pomocí výše zmíněné plastové klipsy, která je přidělána na přední straně chassis pomocí dvou malých šroubků a samotný kondenzátor pomocí tavné pistole ke klipse. Drátové vývody jsou vedeny se silnější izolací (bužírkou), aby nevznikaly nežádoucí parazitní kapacity v laděném obvodu. Též cívka je jištěna správným vinutím proti velkým mezizávitovým kapacitám.
5. Vinutí cívky
Další a zároveň nejdůležitější částí pro příjem je cívka. Ta se zhotovila namíru pro náš přijímač. Podle rozhodnutí a vlastních zkušeností jsme se rozhodli postavit přijímač na střední vlny, které v místních podmínkách jsou ideální, jelikož jsou zde silně zachytitelné české, německé a polské stanice. I v Praze se dá dobře ladit, ale zde jsou podmínky doslova ideální pro šíření radiových vln. Dostupná byla polyvinylchloridová bílá trubka s průměrem 3cm, což se dá výborně uplatnit. Podle výpočtů vyplývajících pro ladící obvody se dopočítala indukčnost cívky. Přímo pro příjem SV s mírným přesahem, který ovšem rozhodně nevadí. Klasická šířka pásma činí 540 – 1610 kHz pro střední vlny. Po dosazení a vyjádření potřebných veličin jsme se dostali na potřebné parametry cívky: -
L = 230mH
-
d = 0,26mm CuS
-
n = 100 z.
-
Odbočka pro detekci mezi 40-50 závitem
-
F rozsah cca. 540 – 1600 kHz
Navinutá cívka se přidělala na plastový podstavec, který se později uchytil pomocí tavné pistole opět k chassis přijímače. Důležité bylo dbát na přesné vinutí (nekřížit dráty) a aby byl navinut správný počet závitů.
Za zmínku stojí i pár použitých vzorců: f =
1 2π LC
L=
1 4π Cf 2
T=
1 f
2
6. První pokusy s VF krystalkou
Pro otestování funkčnosti cívky s paralelní proměnou kapacitou se použilo zapojení viditelné na obrázku níže (Obr. 1.). Anténa se připojí na vstup cívky a z 50. závitu se udělá odbočka pro detekční diodu, která detekuje signál. Za ní je zapojen kondensátor a odpor k zemi a přes vazební kapacitu je signál přímo přiveden na vstup zesilovače. Zesílení není díky chybějícímu předzesilovači velké a stanice jsou proto slabě slyšet. Pokročilejší verze je zmíněna v následující kapitole.
7. Pokusy s jednotranzistorovým předzesilovačem
Jde o zdokonalené zapojení krystalky, aby byla vlna zesílena a stoupla selektivita přijímače. I jeden tranzistor s velkým zesilovacím činitelem dokáže signál vylepšit i o 200%. Princip je stejný, jako u krystalky, ale je zde za vazební kapacitou (100nF) zapojený tranzistor typu BC547B (poslední písmeno udává zesílení, tzn. A – nejmenší a C – největší). Na bázi se
přivádí signál ke zpracování. Emitor je přímo spojen se zemí a kolektor je přes odpor 1,5k připojen na kladný pól napájení. Též z něho vede elektrolyt o hodnotě 3,3uF, který slouží jako vazební kapacita pro vstup do koncového zesilovače. Odpor 470k je veden do báze pro nastavení předpětí a správného pracovního bodu tranzistoru. Jde o velmi jednoduché a účinné zapojení a dají se chytat i vzdálenější stanice.
8. Pokusy s dvoutranzistorovým předzesilovačem Jako další zapojení byl sestaven obvod na zkušebním (kontaktním) poli. Princip je zřejmý z kapitol 6. a 7., pouze se liší přidaným zesilovacím stupněm a kondenzátorem 27pF, který je zapojen paralelně k ladicímu kondenzátoru. Též anténa se dá připojit i přes oddělovací kapacitu 33pF, která lépe přijímá a odlaďuje. Vylepšení je dáno zapojením odporu a kondensátoru do obvodu emitoru tranzistoru. Za vazební kapacitou (3,3uF) je odporový dělič do báze následujícího tranzistoru (odpory 68k a 33k), zajišťující správný pracovní bod a předpětí na bázi pro správný chod tranzistoru. Kolektor je přes odpor 560R veden na kladnou napájecí větev a též zde vede druhý vazební kondensátor k potenciometru hlasitosti a poté do modulu koncového zesilovače.
9. Oživení celého přístroje
Po úspěšném sestavení se přikročilo k oživování sestrojených přístrojů. Dva projekty vznikly na plošném spoji zvaném „broušák“ (tj. vytvořená políčka na cuperxtitu) a u projektu se složitější vf částí je plošný spoj zhotoven nakreslením vodivých cest a vyleptáním v roztoku FeCl3. Všechna zmíněná rádia se po prvním zapnutí rozehrála. U jednotranzistorových vf částí byl příjem o trochu slabší. Při ladění se ukázalo, že vše funguje, jak má, jelikož při otáčení s kondenzátorem jsme obsáhli celou šířku pásma SV. Podařilo se zachytit mnoho zahraničních i domácích stanic při uzemnění >2R a anténě cca. 20 metrů. Mezi naladěné stanice patří například Rádio Svoboda (Rusko), Rádio Kavkaz (Albánie), ČRo1 a dále blíže neurčené stanice z Německa, Polska, Francie, či Itálie. Zmíněné rádio Kavkaz nás velmi překvapilo a uchvátilo kvalitou poslechu, místní lidovou hudbou a kvalitou dalšího obsahu.
10.Závěr
Splnili jsme všechny požadované úkoly a přijímače jsou plně funkční a schopny provozu na středních vlnách. Při dodržení správné délky antény je příjem čistý a zřetelný a při zmenšování hrozí rušení a zhoršení příjmu. Též přijímač musí být kvalitně uzemněn. V původním plánu bylo i nahrazovat zakoupené komponenty za vlastní výrobu (reproduktor z HDD a ladící kondenzátor z měděných plechů), ale z časové tísně jsme se již na tento krok nedostali.
Vít Boček
Dan Platil
Tomáš Pivoňka
11. Použitá literatura [1] S.Holenda, K. Jurkovič – Tranzistory v teórii a praxi (1962) [2] Sláva Nečásek – Radiotechika do kapsy (1981) [3] Ing. Trůneček – Radiotechnika (1945) [4] Příruční katalog součástek Tesla (1973) Za pomoc se schématy s moduly: [1] http://radiojournal.cz/schemata/4260asd.pdf [2] http://radiojournal.cz/schemata/navpluto.pdf
