Схемы кристаллических и транзисторных радиоприёмников: от простых детекторов к интегрированным AM/FM приёмникам

Ядро кристаллического приёмника: антенна, заземление, колебательный контур (C1 и L1), пиковый детектор и наушники. Антенна ловит эфирные сигналы (b), они проходят через схему к земле. Колебательный контур — резонансная LC-пара — выбирает одну станцию из спектра; C1 переменный для настройки. Германиевый диод выпрямляет высокочастоту (RF), пропуская только положительные полуволны, образуя огибающую RF (c). Фильтрующий конденсатор C2 убирает оставшуюся RF-составляяющую, оставляя только аудиочастоту (d) для наушников.

Кристаллические приёмники работают без внешнего питания. Германиевый диод предпочтительнее кремниевого из-за меньшего прямого падения (~0,2 В), давая большую чувствительность, особенно на слабых сигналах. Кремниевый диод тоже сработает, но с худшей производительностью.

Хотя схема показывает магнитные наушники 2000 Ом, керамический «кристаллический» вкладыш даёт высокую чувствительность и предпочтителен для большинства сигналов. Магнитные наушники можно заменить на низкоомные вкладыши с подходящим аудиотрансформатором.

Ниже — усиленная версия, заменяющая кристаллический детектор на транзистор. Германиевый PNP-транзистор смещён так, чтобы открываться только на положительных полуволнах RF, работая как детектор со встроенным усилением. Эта конфигурация даёт более громкий выход, способный драйвить 2000-омные наушники напрямую. Кремниевый NPN тоже сработает при соответствующей корректировке резистора смещения базы.

Современные низкоомные вкладыши могут заменить оригинальные 2000-омные наушники при согласовании аудиотрансформатором или усилителем.

Следующая схема добавляет аудиоусилительный каскад к кристаллическому детектору, ещё увеличивая громкость. Оригинал использует германиевый диод и транзистор; шоттки-диод может заменить германиевый, кремниевый транзистор — при модификации резистора смещения базы по таблице.

Для широкого обзора кристаллических приёмников, простых однотранзисторных и продвинутых малотранзисторных конфигураций см. примеры ниже.

Интегральный AM-приёмник объединяет все активные RF-компоненты в одном ИС, с несколькими внешними конденсаторами, катушками и резисторами. Переменный конденсатор 370 пФ настраивает RF-вход, а 320 пФ — локальный генератор на 455 кГц выше RF. Смешение происходит на пине 15, давая сумму и разность частот; керамический фильтр 455 кГц выбирает нужную разность. Основное усиление в промежуточной частоте (IF) между пинами 12 и 7, диод на пине 7 восстанавливает аудио. АРУ (AGC) берётся с пина 9.

Механическая настройка RF-тюнера и локального генератора (а) может быть заменена электронной на варакторном диоде (б). Варактор уменьшает габариты: увеличение обратного смещения уменьшает ёмкость, повышая частоту настройки. Смещение может задаваться потенциометром.

Дальнейшее сокращение деталей достигается интеграцией IF полосового фильтра в ИС, устраняя внешние IF-трансформаторы и керамические фильтры. RF-вход и локальный генератор всё ещё требуют LC-настройки, снова заменяемой варакторами при желании.

Для FM-приёма ИС TDA7021T от NXP Wireless даёт мало-детальное решение. Внешние IF-трансформаторы заменены RC-фильтрами; ИС поставляет резисторы, конденсаторы остаются внешними. Упрощённая схема настройки зеркаляет Рисунок 5 в даташите NXP, более сложный тюнер — в Рисунке 8. Стерео FM версия включает аудиоусилитель для драйва динамика.

Для хоббистов, собирающих этот FM-приёмник, катушка 56 нГн навивается 8 витками провода #22 AWG (голый или эмалированный) на мандрель 0,125 дюйма, затем растягивается до 0,6 дюйма. Миниатюрный подстроечный конденсатор служит элементом настройки.

Ниже схема каскада с общей базой (CB) RF-усилителя. Без смещающей сети он работает в классе C, открываясь менее 180° входной волны. CB-конфигурация даёт больший коэффициент мощности на высоких RF частотах, чем с общим эмиттером. С согласующими π-сетями на входе и выходе схема достигает 50-омного согласования и фильтрует гармоники. Для современных стандартов излучения могут потребоваться дополнительные фильтрующие секции.

Ещё более высокий коэффициент CB-усилителя показан ниже. С делителями 1 кОм–4 кОм и резисторами эмиттера 500 Ом транзистор работает в классе A. Конфигурация даёт 38 дБ усиления на 100 МГц с полосой 9 МГц.

Сочетание входного каскада с общим эмиттером и выходного с общей базой даёт каскодный усилитель, сочетающий высокую полосу и умеренное входное сопротивление. Смещающая сеть, детально описанная в Главе 4 текста по BJT, показана ниже.

Симуляции каскодного усилителя в разделе «Каскод» главы BJT. Для лучшей высокочастотной работы используйте RF или микроволновые транзисторы.

PIN-диоды образуют π-аттенюатор. Антисерийное включение диодов снижает гармонические искажения по сравнению с одиночным последовательным диодом. Фиксированное питание 1,25 В прямого смещения параллельных диодов даёт DC-ток и RF-проводимость через их переходные ёмкости. Изменяя управляющее напряжение (Vcontrol), сопротивление настраивается от 80 дБ затухания на 10 МГц (Vcontrol = 0,5 В) до 3 дБ на 5 В, с плоским ответом до 2 ГГц.

СВЯЗАННЫЙ ЛИСТ РАБОТЫ:

• Лист работы по основам радиосвязи