Розрахунок і виготовлення котушки кв діапазону для регенеративного радіоприймача

Експеримент з перероблення батарейного регенератора (регенеративний радіоприймач) на лампі 2К2М під діапазон коротких хвиль (КВ, SW). Описано і проіллюстрірованорасчет і виготовлення котушки індуктивності для КВ діапазону. Також коротко розкажу як поводиться приймач з новою котушкою і що змінилося.

Передмова

Раніше мною був виготовлений нескладний одноламповий радіоприймач, про нього я розказував про все в статті: Регенеративний батарейний радіоприймач на лампі 2К2М

Цей радіоприймач побудований на радіолампи 2К2М і брав радіомовні станції в діапазонах СВ (середні хвилі), MW (middle waves) і ДВ (довгі хвилі), LW (long waves). Пізніше мені прийшла ідея спробувати переробити його під КВ (короткі хвилі), SW (short waves) діапазон.

Аналіз і підготовка

Радіолампа 2К2М може працювати на частотах до 25МГц, тому її можна сміливо залишити, не змінюючи на більш високочастотну.

Що трохи бентежило так це ємність контурного КПЕ (конденсатор змінної ємності), вона лежить в межах 20-400 пФ, що для КВ діапазону трошки забагато як для мінімального значення так і для максимального. Міняти КПЕ не планувалася, оскільки все вже добре сидить на шасі, була лише ідея спробувати трошки звузити його ємність, підключивши послідовно конденсатор деякої ємності.

Загальна ємність двох послідовно з'єднаних конденсаторів можна розрахувати за формулою:

З заг = (C1 * C2) / (C1 + C2)

При підключенні до КПЕ (20-400пФ) послідовно конденсатора 50пФ загальна ємність з регулюванням буде 14-44пФ. Не дуже хороше значення, хоча можна спробувати.

Тепер нам потрібно розрахувати котушку індуктивності щоб можна було приймати радіостанції в діапазоні КВ. На одному форумі знайшов пост де людина виготовляв регенератор і для котушки КВ діапазону (40-80м) використовував ось такі дані:

• Діаметр каркаса - 45мм;
• Контурна котушка містить 12 витків емальованого дроту діаметром 0.8мм;
• Котушка зв'язку містить 3 витка емальованого дроту діаметром 0.5мм.

Довіряй але перевіряй! - давайте не полінуємося і розрахуємо чого ми зможемо добитися від котушки з такими параметрами.

Розрахунок індуктивності одношарової котушки

Порахуємо по формулам індуктивність одношарової контурної котушки з параметрами намотування що наведені вище. Для наочності намалював малюнок:

Мал. 1. Котушка індуктивності, параметри.

Формула розрахунку індуктивності котушки:

L = D * D * n * n / (45 * D + 100 * l), де:

• L - індуктивність котушки, мкГн;
• D - діаметр котушки, см;
• n - число витків котушки;
• l - довжина намотування котушки, см.

L = 4.5 * 4.5 * 12 * 12 / (45 * 4.5 + 100 * 1.1) = 2916 / (202.5 + 110) = 9.3 мкГн (μH) = 0.0000093 Гн = 9.3 * 10 -6 Гн.

Індуктивність котушки що містить 12 витків дроту (приблизно 1,1 см в довжину проводом 0.8мм) і намотаний на каркасі діаметром 45мм складає - 9.3 мкГн (μH). Все просто!

Розрахунок частоти коливального контуру

Знаючи індуктивність котушки і ємність конденсатора в нашому коливальному контурі зможемо розрахувати його резонансну частоту.

Мал. 2. Схема коливального контуру.

Розрахунок частоти коливального контуру проведемо використовуючи формулу:

ƒ = 1 / (2 * π * √ (LC)), де:

• ƒ - резонансна частота контуру, Гц;
• π - число Пі, 3,1415;
• L - індуктивність котушки, Гн;
• С - ємність конденсатора, Ф.

Розрахуємо частоту коливального контуру взявши при цьому нижню ємність конденсатора КПЕ що у мене є: С = 20 пФ = 0.00000000002 Ф = 20 * 10 -12 Ф.

ƒ1 = 1 / (2 * 3.14 * √ (0.00000000002 * 0.0000093)) = 11675725,7 Гц = 11,67 МГц.

Тепер те ж саме але беремо верхню межу ємності КПЕ, візьмемо більше половини: С = 300пФ = 0.0000000003 Ф = 300 * 10 -12 Ф.

ƒ2 = 1 / (2 * 3.14 * √ (0.0000000003 * 0.0000093)) = 3014659,4 Гц = 3,01 МГц.

І того, використовуючи котушку індуктивності з наведеними вище параметрами і мій КПЕ я зможу покрити діапазон приблизно від 3 до 11 МГц.

Таблиця КВ діапазонів

Короткі хвилі, відбиваючись від поверхні землі можуть поширюватися на досить великі дистанції. Те, наскільки якісно ми зможемо приймати хвилі різної довжини залежить від багатьох факторів, одним з найбільш виражених є час доби: день чи ніч.

У день добре поширюються менш довгі хвилі, а вночі - більшої довжини.

Нижче приведу для довідки таблицю мовних КВ діапазонів з приміткою по залежності від часу доби:

• 11 метрів, 25.600 - 26.100 MHz (денної);
• 13 метрів, 21.450 - 21.850 MHz (денної);
• 15 метрів, 18.900 - 19.020 MHz (денної);
• 16 метрів, 17.480 - 17.900 MHz (денної);
• 19 метрів, 15.100 - 15.900 MHz (денної);
• 21 метр, 13.500 - 13.870 MHz;
• 25 метрів 11.600 - 12.100 MHz;
• 31 метра, 9.400 - 9.990 MHz;
• 41 метра, 7.200 - 7.600 MHz;
• 49 метрів, 5.730 - 6.295 MHz;
• 60 метрів, 4.750 - 5.060 MHz (нічний);
• 75 метрів, 3.900 - 4.000 MHz (нічний);
• 90 метрів, 3.200 - 3.400 MHz (нічний);
• 120 метрів, 2.300 - 2.495 MHz (нічний).

Виходячи з моїх розрахунків, що проведені вище, я зможу охопити радіоприймачем діапазони приблизно в межах 41 - 25 метрів.

Виготовлення котушки індуктивності

Всі дані є в наявності, можна приступати до виготовлення котушки індуктивності. Для ілюстрації підключення котушок розміщу тут частина схеми зі свого радіоприймача.

Мал. 3. Схема включення котушок індуктивності в радіоприймачі (початку намотування позначені точкою).

Якщо дивитися по схемі то для одного діапазону можна мотати на каркас всього дві котушки: контурна замінить L1 і L2, а котушка зв'язку замінить L3 і L4, при цьому перемикач S1 можна виключити.

Я все ж прийняв рішення зробити 4 котушки як на схемі заради експерименту, цікаво як поведе себе таке рішення в КВ діапазоні, до того ж можливо що вийде захопити ще більше низькочастотний діапазон в добавку до основного.

УВАГА: необхідно дотримуватися початку і кінці намотування при монтажі котушки, а також напрямок намотування кожної з обмоток. Детально Новомосковський в статті: Саморобний батарейний радіоприймач на лампі 2К2М.

Насамперед потрібно виготовити каркас на якому будемо мотати провід. Під каркас можна використовувати шматок поліетиленової або пластикової труби або ж інший циліндр потрібного діаметру.

Мені знадобиться каркас діаметром 45мм, оскільки знайшов у барахлі трубу трохи меншим діаметром 40мм і щоб її не псувати було прийнято рішення склеїти навколо неї каркас з паперу.

Мал. 4. Каркас для котушки - шматок труби.

Для склеювання використовував аркуші формату А4 - папір досить щільна, добре підходить для подібних цілей. Спочатку мотаємо на каркас 1-2 аркуша паперу без промазування клеєм, це потрібно щоб можна було потім ізять трубу.

Мал. 5. Кілька проклеєних між собою шарів паперу для каркаса майбутньої котушки.

Тепер намазуємо клеєм кожен аркуш паперу й обертаються в нього каркас. Наклеювати бажано 5 і більше аркушів паперу - це допоможе досягти достатньої міцності каркаса коли він висохне. Для висушування достатньо 12 годин, якщо клеїти клеєм ПВА.

Після того як каркас висох виявилося що він настільки стягнув на трубі що її витягти тепер не надається можливим - довелося розрізати каркас вздовж і після вилучення склеїти надріз. Каркас готовий і він досить міцний для того щоб мотати на нього товстий провід.

Мал. 6. Каркас з паперу для котушки індуктивності готовий.

Для намотування використовував мідний провідник діаметром 0.8мм і 0.5мм - контурна і котушка зв'язку відповідно.

Мал. 7. Саморобна котушка індуктивності для КВ діапазону готова!

Мал. 8. Саморобна котушка КВ - вид з боку висновків.

Для зручності я помітив точками початку намотування котушок - це допоможе не заплутатися при підключенню її до радіоприймача. Кріплення провідників реалізував зробивши отвори в каркасі за допомогою голки.

Мал. 9. Скріплюємо витки обмоток воском.

Для того щоб витки обмоток котушки трималися надійно разом можна склеїти їх клеєм або ж просто капнути по кілька крапельок воску.

Установка КВ котушки в радіоприймач

Тепер котушка для КВ діапазону готова до установки в радіоприймач. Потрібно намагатися використовувати максимально короткі висновки від обмоток при з'єднанні їх з компонентами радіоприймача.

Мал. 10. Котушка КВ діапазону встановлена ​​в радіоприймач. (Клік - збільшення).

Мал. 11. радіоприймач з встановленої котушкою КВ діапазону, вид ззаду. (Клік - збільшення).

Мал. 12. Готовий КВ приймач і стара котушка для діапазонів СВ-ДВ.

Робота з приймачем в КВ діапазоні

Приймач готовий до роботи, можна приступати до експериментів. Проби проводилися у вечірній-нічний час. Спочатку була підключена довга антена - шматок грубого мідного дроту довжиною близько 10 метрів.

З такою антеною вдалося зловити кілька станцій, причому ручка регулювання зворотного зв'язку ніяк не впливала на роботу радіоприймача, мені це здалося дивним - можливо переплутав початку і кінці при підключенні обмоток зворотного зв'язку.

Підключення заземлення теж не поліпшило результатів роботи радіоприймача. Вирішив спробувати в якості антени мідний штир діаметром 1-1,2мм і довжиною близько 1-1,5 м.

Після увімкнення радіо результат не змусив себе чекати - вдалося спіймати кілька станцій, причому ручка регенерації працювала тепер відмінно і вдавалося зловити і посилити досить слабкі сигнали мовних станцій.

Вийшло почути Радіо-Свобода, мовлення з інших країн, кодовані сигнали і інші станції на КВ. Найбільше скупчення станцій спостерігалося на порогової межі регулювання КПЕ (С = 20пФ), швидше за все якщо зменшити цей поріг до 10 пФ то вдасться зловити ще більше станцій або ж потрібно робити перерахунок котушки з подальшою її перемотуванням.

Приймач став менш стійким до перебудови під впливом рук і дотиків різних частин схеми. Іноді можна навіть побавитися з антеною приймача як з антеною терменвокса (музичний інструмент).

Що ще можна спробувати

Після розрахунків відразу виникла думка: можна ж прорахувати кількість витків і зробити кілька котушок на різні піддіапазони, а для їх перемикання за допомогою перемикача на кілька положень (5 наприклад). В такому випадку котушка зв'язку буде одна (L3), а контурну котушку (L1) мотаємо роблячи відводи від певної кількості витків.

висновок

Експеримент вдався! Я отримав цікавий досвід і було захоплююче. Спочатку не планував писати про розрахунки котушки і коливального контуру але порахував що це може бути корисно для тих хто захоче повторити експеримент. До того ж в процесі підготовки матеріалів і розрахунків я дізнався деякі речі про які раніше й не підозрював.