Схемотехника детекторного радиоприемника за 100 лет

Виктор Пестриков, Санкт-Петербург

Андрей осторожно взял у нее коробочку и с удивлением убедился, что это радиоприемник.

Вот это да! - пробормотал он.

Неужели детекторный?

Братья Стругацкие. Град обреченный.

Некоторые теоретические аспекты

Детекторный радиоприемник классифицируется как радиоустройство, в котором принятые сигналы радиостанций не усиливаются, а лишь детектируются. Под процессом детектирования понимается преобразование модулированных высокочастотных колебаний в исходный НЧ модулирующий сигнал. Устройство для осущесталения детектирования называют детектором. Детекторы в зависимости от амплитуды электрических колебаний делят на два типа: работающие под влиянием максимального уровня электрических колебаний (когерер, магнитный детектор) и детектирующие все амплитуды электрических колебаний (кристаллический, ламповый и электролитический детекторы) [1]. Наибольшее распространение получили кристаллический и ламповый детекторы. В зависимости от схемы включения электронной лампы различают детектирование: анодное, сеточное и катодное.

Детекторные радиоприемники могут иметь источник питания, а могут и вообще его не иметь, смотря какой тип детектора используется в их схемах. Источник питания необходим для работы когерера, магнитного и электролитического детекторов. Что касеется лампового детектора, то радиоприемник с таким детектором уже классифицируется как ламповое устройство. В схему детекторного радиоприемника не может входить усилитель какого-либо типа (УВЧ или УЗЧ), в противном случае он, в зависимости от используемых в нем радиоэлектронных компонентов, будет называться ламповым или транзисторным приемным устройством. Название "детекторный радиоприемник" обычно связывают с приемником, имеющим кристаллический детектор [2]. Наушники в таком устройстве работают только за счет энергии радиоволн, принятых антенной из эфира.

От типа и качества антенны зависит эффективность приеме радиостанций радиоприемником. Для детекторного приемника лучше всего использовать внешние антенны, Г-образные или Т-образные. Названные антенны отличаются только местом присоединения снижения. Казалось бы, чем ентенна будет длиннее и подвешена выше, тем больше энергии она сможет уловить, и громче будут звучать наушники. Однако практика показвла, что в данном случае есть разумный предел. Оптимальная длина антенны составляет 40...50 м, а высота ее подвеса 10...15 м.

Наибольшие расстояния, на которых возможен надежный и регулярный прием радиовещательных станций, зависит в основном от мощности передающей радиостанции, длины волны приема и времени суток, табл.1.

Работа кристаллического детектора до появления полупроводниковой технологии в значительной степени эавиовла от его конструктивного исполнения, подбора материалов контактирующих пар и степени поджатия контакта. Контактная пара подбирается определенным образом и может быть образована как двумя кристаллами, так и кристаллом с острием из металла. В конструкциях детекторных приемников наибольшее распространение получила контактная пара кристалл - металлическое острие.

Контактные пары в зависимости от их природы обладают различной способностью одностороннай проводимости тока, которая может быть охарактеризована зависимостью вида l=f(U), где I - ток, U - напряжение. Исходя из этой зависимости, при выборе детекторов следует отдавать предпочтение таким, которые лучше пропускают ток в прямом направлении и хуже в обратном.

В результате касания острого конца пружинки поверхности кристалла образуется контакт. У такого контакта электрическое сопротивление при направлении тока от пружины к кристаллу значительно отличается от электрического сопротивления, когда ток течет от кристалла к пружинке. Другими словами, в такой конструкции детектора ток проходит только в одном направлении. Свойство пропускать ток в одном направлении имеют многие вещества, но наилучшими являются природные минералы гален, пирит, халькопирит и др. Основные сведения о кристаллах, использовавшихся для детекторов, приведены в табл.2*.

Что касается карборундового детектора, то для установки в нем наилучшей рабочей точки необходимо использовать гальваническую батарею. Характеристики некоторых детекторных пар даны в табл.3*.

В зависимости от типа кристалла, используемого в детекторе, выбирают и наушники. В детекторном приемнике могут быть использованы электромагнитные наушники с сопротивлением звуковых катушек в 1000 Ом и более, низкоомные -сопротивление катушек менее 300 Ом, а также пьезоэлектрические наушники. Наибольшее распространение имеют высокоомные наушники. Низкоомные наушники применяются в приемниках с низкоомным детектором, например, карборунд-ствль, но такие детекторы имеют малое распространение. В отдельных случаях, когда радиопередача слышна достаточно громко, появляется возможность подключить вместо наушников абонентский громкоговоритель и тем самым расширить слушательскую аудиторию. Усилить звучание наушников при отсутствии такого громкоговорителя можно, если прикрепить к наушникам рупор определенной формы и размеров. Рупор можно изготовить из любых материалов, например бумаги или картона, но лучше использовать дерево.

Основным недостатком кристаллического детектора с подпружиненным острием является возможность нарушения контакта во время работы. Небольшое механическое (тряска) или электрическое воздействие способны нарушить стабильность контакта и тем самым привести к потере рабочей детекторной точки. В этом случае прием вообще исчезает и для его возобновления необходимо вручную переставить острие пружины на поверхности кристалла, то есть устанавливить новую детекторную точку.

Конструкция контакта типа кристалл-острие метвллической пружины была ахиллесовой пятой кристаллического детектора. Было предложено большое количество конструкций детекторов, в которых по мысли авторов изобретений достигались цели надежного и стабильного контакта, рис.1. 

В связи с бурным развитием полупроводниковой промышленности в середине 50-х годов XX века детекторы с регулируемым контактом были вытеснены полупроводниковыми точечными диодами на основе германия. В новых детекторах была устранена неустойчивость в работе, благодаря прочному механическому контакту острия пружинки с кристаллом. Это были так называемые точечные диоды с переходом типа р-п. Для изготовления перехода р-п использовался метод электрической формовки. Метод заключается в пропускании мощных кратковременных импульсов тока через точечный контакт. В результате этого место контакта разогревается и кончик иглы сплавляется с полупроводником. Под контактом образуется маленький полусферический р-п переход, напоминающий точку. Полученные теким способом точечные диоды имеют устойчивые электрические параметры и высокую механическую прочность.

Детекторный радиоприемник в своем развитии

Детекторный приёмник с кристаллическим детектором и наушниками был долгое время самым распространенным радиоприемным устройством благодаря своей простоте и дешевизне. Детекторный прием - это целая эпоха в истории развития радиотехники. Главным преимуществом этого приемника является то, что он не требует источника электрического тока. Популярности детекторного приёмника могли бы поэавидоветь современные приёмники Так, например, в конце 20-х годов в Москве была джазовая тусовка, меломаны делали детекторные приёмники и слушали прямые трансляции концертов из Лондона, а потом по пемяти записывали ноты. По истечении некоторого времени меломаны встречались и сличали записи. Радиолюбители собирали детекторные приемники в виде карманных конструкций, используя для этих целей портсигары, спичечные коробки и тому подобное, рис.2. В нашей стране среди радиолюбителей имел широкое распространение детекторный приемник без конденсатора переменной емкости, конструкции сотрудника Нижегородской радиолаборатории С.И.Шапошникова.

Для настройки на радиостанцию использовался вариометр, состоящий из двух цилиндрических катушек, намотанных звонковым проводом диаметром 1,5 мм. Описание конструкции этого детекторного приемника было помещено в советском журнале "Радиолюбитель" №7 за 1924 год. Схема детекторного приемника особенностей не имела, главное заключалось в простоте изготовления самой конструкции.

В XX веке было разрвботано множество схем и конструкций детекторных радиоприемников. На многие из этих схем и конструкций авторами были получены патенты, что говорило о новизне разработок. Некоторая часть из этих схемных решений используется до сих пор, и мы сейчас даже не подозреваем, что они запатентованы. Остановимся на некоторых неиболве интересных патентах, полученных в разные годы. В 1926 году В.Е Приходько предложил схему детекторного приемника под названием "Устройство для приема без настройки и заземления", рис.3 [3]. На следующий год этот же изобретатель запатентовал усовершенствованный варивнт приемника на основе ранее разработанной схемы. В этой схеме один из диодов был заменен колебательным контуром, рис.4 [4]. Для повышения силы приеме редиостенций в приемнике без настройки и заземления [3] в его схему было добавлено два конденсатора и заземление, рис.5 [5]. В 1929 году Ф.А.Виноградов разработал и запатентовал схему детекторного приемника, в которой использовалась однопериодная схема детектора с умножением напряжения, рис.6 [6].

 Целью данного изобретения являлось получение громкоговорящего приема радиостанции на репродуктор, включаемый в гнезда приемника вместо телефонов. Автором данной статьи по приведенным выше схемам были собраны детекторные радиоприемники из современных деталей, и на небольшую наружную антенну длиной около 7 м ему удалось принять сигналы многих радиостанций, вещающих на северо-западе России. Однако, более интересным схемным решением для повышения громкости приема явилась схема с двумя низкочастотными трансформаторами и гвльванической батареей, рис.7 [7]. В этой схеме наушники включаются в первичную или вторичную обмотку одного из низкочастотных трансформаторов. Последние патенты на схемы детекторных радиоприемников были выданы в начале 50-х годов XX века. Группой авторов был предложен безламповый радиоприемник, позволяющий прослушивать радиопередачи на громкоговоритель, рис.8 [8]. По существу это был детекторный приемник с так называемым пьезоэлектрическим усилителем, питаемым от гальванической батареи. По мысли авторов, радиоприемник должен был работать следующим образом. Под действием звуковых частот, поступающих с выхода детекторного радиоприемника (1) не пьезоэлемент (2), возникают механические колебания пьезоэлемента. Эти колебания соответствуют частоте и амплитуде подводимых сигналов. Воздействие механических колебаний пьезоэлемента изменяет плотность угольных шариков в двухтактном микрофоне (3), что в свою очередь приводит к изменению тока, протекающего в цепи первичной обмотки трансформатора (5). Путем индукции во вторичной обмотке трансформатора возникает переменное напряжение, которое вызывает колебания пьезоэлемента громкоговорителя. Естаственно, и это отмечают ввторы, коэффициент усиления и мощность, отдаваемая таким усилителем, зависят от эффективности работы пьезоэлемента, напряжения и мощности микрофонной батареи при соответствующей характеристике используемых микрофонов. Неизвестно, была ли создана работающая конструкция приемника по этой схеме, но патент на красивую идею был получен.

Детекторные радиоприемники выпускались отечественной промышленностью вплоть до середины XX века. Для того, чтобы заработал такой радиоприемник, необходимо было только к его соответствующим гнездам подключить наушники, антенну, заземление и криствллический детектор. Вначале вращением ручки настройки переменного конденсатора или перемещением альсиферового сердечника внутри контурной катушки производился поиск сигнала какой-либо радиостанции. После этого слушатель пытался увеличить громкость передачи и перемещал проволочку по поверхности кристалла детектора, то есть искал чувствительную точку приема. В промышленных приемниках было отдано предпочтение обычной схеме, состоящей из одного колебательного контура, детектора и высокоомных телефонов.

Наиболее известными детекторными радиоприемниками, выпущенными отечественной промышленностью, были "Комсомолец", "Волна", ЗИМ-1 и др. Схема приемника "Комсомолец" приведена на рис.9а.

 Приемник имел размеры 180x90x49 мм и вес 350 г, рис.9б.

Схемотехника детекторного радиоприемника за 100 лет. "Радиохобби", 2004. - №1. - (стр. 2-4).

Фото детектора ДС-4: http://msevm.ru/2018/foto/11/17/12/index.htm