Elektronika 
 
Miniaturowy nadajnik UKF
sp6xu
Zbudowanie prostego odbiornika radiowego nie jest specjalnie proste. Konstrukcje odbiorników detektorowych, proponowane radioamatorom jakiś czas temu, obecnie nie mają racji bytu ponieważ wymagają istnienia jednej silnej stacji nadającej sygnał modulowany amplitudowo. Najlepiej na falach długich. Tymczasem modulacja AM została całkowicie wyparta przez modulację częstotliwości – FM, a ze względu na spory ruch w eterze i wyższe wymagania radiosłuchaczy co do jakości audycji – dominują stacje działające w zakresie fal ultrakrótkich.

Przeglądając propozycje prostych odbiorników radiowych, szukałem takiego który można byłoby zbudować samodzielnie nie mając doświadczenia w pracach elektronicznych. Najprostsze odbiorniki na jakie trafiłem – składały się jedynie z diody oraz słuchawki, choć wymagały długiej anteny oraz dobrego uziemienia. Odbiornik taki odbierał absolutnie wszystko, choć słychać było tylko najsilniejszą stację. Sygnał można było dodatkowo wzmocnić dodając obwód rezonansowy złożony z kondensatora i cewki. Taki obwód pozwalał także na wybór konkretnej stacji w sytuacji gdy w okolicy nadawały dwie o podobnej mocy.

Obecnie nawet pojedyncza stacja nadawcza, emituje fale elektromagnetyczne o dość szerokim spektrum, nadając jednocześnie wiele audycji, lub nadając sygnał cyfrowy. Odbiór w tych warunkach wymaga bardzo dużej selektywności – czyli zdolności do odbioru zadanej częstotliwości bez zakłóceń ze strony sygnałów o podobnej częstotliwości. Często mówimy wtedy o zdolności do tłumienia sygnałów niepożądanych, która jest zazwyczaj podawana jako funkcja różnicy częstotliwości1.

Aby osiągnąć wyższa selektywność stosuje się nie tylko wielostopniowe filtry LC na wejściu odbiornika, ale przede wszystkim – przemianę częstotliwości, która pozwala na odjęcie konkretnej wartości częstotliwości od częstotliwości odbieranego sygnału. W efekcie łatwiej jest odfiltrować niepożądany sygnał. Na przykład, jeśli dwie stacje nadają w paśmie UKF na częstotliwościach 92,7MHz i 93 MHz, to ich częstotliwości różnią się o 0,3%. Po wymieszaniu z częstotliwością generatora strojonego, otrzymujemy częstotliwości 10,7MHz i 11MHz. Aby je skutecznie rozdzielić stosuje się specjalne filtry ceramiczne lub kwarcowe wykorzysujące efekt piezoelektryczny i rezonans mechaniczny.

Brzmi to skomplikowanie, i nie polecałbym samodzielnego konstruowania radioodbiornika początkującym radioamatorom. Znacznie łatwiej jest zbudować nadajnik który pozwoli na nadawanie w paśmie UKF i którego sygnał może być odbierany przez zwykły odbiornik radiowy.

Aby nadawać fale radiowe musimy tylko doprowadzić sygnał z generatora wysokiej częstotliwości – do anteny. Generator ma za zadanie wytworzenie szybkozmiennego napięci na swoim wyjściu, a antena pozwala na transmisję sygnału w przestrzeń.

Przy niewielkich mocach, z jakimi będziemy eksperymentowali2 będziemy skazani na niewielki zasięg dochodzący przy dobrych warunkach – do kilkudziesięciu metrów. Będzie to jednak głównie problem anteny która tylko niewielką ilość doprowadzonej energii – wypromieniowuje. Jeśli marzą się nam zasięgi kilkukilometrowe – musimy zadbać o dobrą antenę nadawczą – dopasowaną do nadawanej częstotliwości. Taki zasięg może nie satysfakcjonować, ale pamiętajmy, że oznacza on także mały zasięg powodowanych przez nas zakłóceń.

Jako nadajnika użyjemy prostego oscylatora zbudowanego na pojedynczym tranzystorze. Oscylator jest stabilizowany obwodem rezonansowym typu LC3 Tranzystor pracuje w układzie wzmacniacza ze wspólną bazą, z dołączonym sprzężeniem między wejściem (kolektor tranzystora) a wyjściem (emiter). Sprzężenie zrealizowane jest na pojedynczym kondensatorze. Jako tranzystora możemy użyć w zasadzie dowolnego tranzystora NPN, który będzie w stanie przenosić częstotliwości ponad 250 MHz. Może to być dowolny tranzystor z serii BF4. Dobrze sprawuje się tranzystor 2N3904.

 

Częstotliwość nadajnika ustala obwód rezonansowy. Jego częstotliwość jest określona jako:

 

, gdzie L – indukcyjność cewki wyrażona w henrach, C – pojemność (w faradach). Obliczona częstotliwość będzie wyrażona w hercach. Aby uzyskać częstotliwości z zakresu UKF, pojemność powinna wynosić kilka pikofaradów, a indukcyjność – około 250nH. Odpowiada to cewce o średnicy wewnętrznej 6 mm5 złożonej z sześciu zwojów drutu w izolacji, rozciągniętą na długość 7-8 mm.

Jako anteny – użyjemy kawałka przewodu o długości rzędu 20-30cm. Jeśli ktoś chciałby uzyskać lepszy zasięg, musi użyć takiej która także będzie rezonować. Przy pojedynczym pręcie antenowym – będzie to ćwierć długości fali, która dla częstotliwości około 100 MHz wynosi 3 m. Jedna czwarta tej długości – to 75 cm. Aby antena dobrze działała, powinniśmy tuż pod nią umieścić płaszczyznę z przewodzącego materiału i podłączyć ją do ujemnego bieguna zasilania. Ale to pozostawmy samodzielnym eksperymentom.

Aby nadajnik działał, wystarczy podłączyć go do źródła napięcia. Możemy nawet wykryć – czy nadaje. Przeszukując pasmo na odbiorniku radiowym, powinniśmy w pewnym momencie zauważyć zanik szumów. Oznacza to, że nasze radio – odbiera falę radiową której nic nie moduluje – Jeśli chcemy być pewni, że odbieramy sygnał naszego nadajnika, możemy go na chwile wyłączyć lub odstroić – na przykład wkładając końcówkę metalowego śrubokręta w cewkę obwodu LC6. Cewkę możemy także przestrajać rozciągając ją i ściskając. Przydatne, gdy nasz sygnał nałoży się na jakąś inną stację.

Jeśli udało się nam uruchomić nadajnik – pora na dodanie modulacji. Najprostszy sposób na dodanie modulacji FM – to włączenie mikrofonu pojemnościowego w obwód bazy tranzystora. Mikrofon tego typu posiada wbudowany wzmacniacz, i daje całkiem silny sygnał – wystarczający do sterowania napięcia bazy tranzystora. Napięcie to nie tylko nieco przesunie warunki pracy tranzystora i jego prąd spoczynkowy (co jest dla nas mało istotne), ale przede wszystkim zmieni pojemność wewnętrzną złącza baza/kolektor i baza/emiter – a pojemności te są pojemnościami pasożytniczymi obwodu rezonansowego. Skutkiem tego – zmiany napięcia na bazie – przekładają się na zmianę częstotliwości.

 
Przy niektórych mikrofonach pojemnościowych, zmiany napięcia na wyjściu są zbyt słabe i musimy dodać jeden stopień wzmocnienia. Tu możemy użyć dowolny tranzystor NPN, na przykład BC547, 2N2222 lub podobny.

 

 

 

Montaż można przeprowadzić na płytce uniwersalnej przewlekając elementy, lub montując „w pajęczynie” lutując do płytki tylko zasilanie i masę. Należy tylko pamiętać, że elementy powinny być dość blisko siebie, bo przy tych częstotliwościach każdy odcinek przewodu jest jednocześnie cewką i kondensatorem, a jeśli obok przebiega inny – to oba tworzą transformator.

Życzę przyjemnego eksperymentowania.


1
 Czasami funkcję tą określa się pojedynczym parametrem, ponieważ jest o zazwyczaj funkcja wykładnicza i wystarczy podać jaka zmiana częstotliwości powoduje spadek o połowę.
2
 Pamiętajmy, że na nadawanie sygnału radiowego, konieczne jest posiadanie stosownego zezwolenia wydawanego na konkretne warunki nadawania (częstotliwości, moc, rodzaj emisji, szerokość pasma). Poza tym sprzęt jaki jest do tego używany – musi posiadać homologację, a więc musi być dopuszczony do użytku – spełniając określone normy na przykład w zakresie emitowanych zakłóceń. Dlatego jeśli nie chcemy narazić się na nieprzyjemności, warto zadbać o to by nikomu nie przeszkadzać
3
 czyli składającym się z cewki i kondensatora
4
 Przed użyciem należy zapoznać się z kartą katalogową producenta
5
 Nawijanej na pręcie o takiej średnicy – ja tej części wiertła którą umieszcza się w głowicy wiertarki.
6
 Cewka zmieni swoją indukcyjność, że względu na pojawienie się rdzenia o innej przenikalności magnetycznej niż otoczenie. A zmiana indukcyjności – oznacza zmianę częstotliwości rezonansowej.
 
Opinie
 
Facebook
 
  
3489 wyświetleń

numer 11-12/2017
2017-12-10

Od redakcji
Aktualności
Fizyka
Historia
Kącik poezji
Literatura
Matematyka
Polityka
Psychologia
Rozmaitości
Teorie spiskowe
Zrób to sam

nowyOlimp.net na Twitterze

nowy Olimp - internetowe czasopismo naukowe dla młodzieży.
Kolegium redakcyjne: gaja@nowyolimp.net; hefajstos@nowyolimp.net