Detectoare simple in FIF

[puriu]

Discutam despre detectoarele simple, cu un tranzistor, cu posibilitatea de a receptiona semnale RF in FIF si direct, fara etaje anterioare.

Spectrul FIF (VHF) este mai abordabil decat undele mai lungi: are largime mare, zgomote atmosferice si industriale mai mici, antene mai mici si propagare multumitoare. Mai interesant este domeniul 80 - 200 MHz ce cuprinde banda de amatori, radiodifuziunea FM, banda aero si radiotelefonia pentru multe servicii, incepand cu taximetrele.

Detectoarele simple clasice pot fi folosite cu succes si in FIF. Literatura si Internetul propun pentru FIF doar receptoare FM cu superreactie rudimentare, departe de posibilitatile acestui detector.

In figura de mai jos prezint schema unui detector experimental multifunctional, accesibil oricarui incepator, care se poate familiariza astfel cu aceste detectoare (seculare) mai putin folosite in FIF.

Detectorul din figura se poate folosi in trei configuratii. In ordinea inventarii lor sunt: detector cu reactie, cu superreactie si homodina. Cu comutatorul K inchis avem reactia si superreactia, iar cu K deschis avem reactia si homodina. Pentru inceput trebuie sa uitam de homodina, dificil de utilizat in forma simpla, originala, si sa eliminam comutatorul. Ramane reactia si, in special, superreactia.

In circuitul de acord am folosit un varicap deoarece poate fi comandat in c.c. de la distanta, solutie mult mai buna pentru un montaj experimental cu o mecanica simpla.

Un montaj experimental pentru frecvente mari nu se poate face oricum. Exista mai multe componente care nu apar pe schema electrica. Fiecare componenta discreta are o schema echivalenta, fiecare centimetru de conductor reprezinta o inductanta, o capacitate si o antena de emisie-receptie.

Montajul experimental trebuie sa functioneze cat mai asemanator cu o constructie definitiva. De aceea, inainte de a monta provizoriu piesele, este nevoie de o infrastructura adecvata.

Placa de montaj trebuie sa fie de tip SMD, adica sa aiba toate piesele si conexiunile pe aceeasi parte, toate piesele sa fie accesibile pentru masuratori si sa poate fi inlocuite usor cu altele. Propun o placa cu "insule" dreptunghiulare de 5x10 sau de 4x8 mm, distantate la 2 mm, ca in figura de mai jos. O astfel de placa se numea in urma cu 50 de ani "magar", nu stiu de ce. De atunci folosesc generatii de magari, inclusiv cu socluri pentru integrate. Un magar se poate face simplu. Pe o placa dreptunghiulara de monoplacat, preferabil pertinax pentru ca adera mai bine cuprul pe el, se lipeste bine o banda lata de scotch (sau mai multe). Urmeaza operatii simple: taiere, jupuire, corodare, jupuire si cositorire. Pentru FIF magarul trebuie sa fie ecranat pe spate. Un drteptunghi identic de monoplacat necorodat se lipeste spate in spate cu prima placa. Nu se foloseste dublu placat deoarece capacitatea insulelor ar fi prea mare.Ecranul se conecteaza intr-un singur punct la masa RF a montajului, aproape de tranzistor si de bobina. Acest ecran reprezinta si o "contragreutate" necesara pentru antena electrica a detectorului.

Potentiometrele liniare trebuie sa fie de buna calitate, preferabil noi, sa se poata regla fin si precis, chiar "punctiform", sa se roteasca usor, sa aiba butoane mari si indicator de pozitie la care sa se poata aprecia cel putin sutimea de cursa. Daca se poate, potentiometrul de acord sa fie multitura cu numarator, dar nu e obligatoriu.

Daca magarul este mai mare, se poate incarca cu amplificatorul de AF, potentiometrele, bateria, bornele, etc.

O infrastructura buna va economisi multa munca, timp si injuraturi, dar fiecare este liber sa procedeze cum vrea.

Spor la munca!

 

[Mark S]

Imi amintesc de configuratia asta oarecum atipica in care e montat tranzistorul. Stiu ca am incercat-o mai demult, cand vroiam un oscilator simplu, fara prize la bobina sau cuplaj capacitiv. Ptr ca ansamblul acelui montaj in care vroiam sa-l incorporez, era cu minusul la masa, am pus un pnp, mai exact BF509. Nu mi-a placut cum merge, oscila slab si instabil, cu un condensator foarte mic in paralel cu bobina, sau si mai bine, fara condensator deloc, doar cu bobina. Sa fi fost tranzistorul de vina? Din cate stiu, BF509 are amplificare mica.

Ptr explicarea si intelegerea corecta a fiecarei ipostaze in parte, adica reactie, superreactie si homodina, cred ca ar fi bine studiate separat, simplificand schema ptr fiecare in parte. Din schema poate fi eliminat si acordul cu varicap, inlocuindu-se cu simbolul unui trimer.

Editat Ianuarie 4, 2018 de Mark S

[puriu]

Oscilatorul pare neconventional, dar nu este. Foloseste rezistenta dinamica negativa, controlata prin curentul de emitor, a jonctiunii B-C. Rezistenta negativa se datoreste capacitatilor interne si externe ale tranzistorului (schema Colpitts). La frecvente mai joase trebuie pus un divizor capacitiv intre baza, emitor si masa. Interesant este ca oscilatorul din schema functioneaza uneori si cu bornele B-C inversate, dar mai prost. Daca tranzistorul nu oscileaza, se adauga un mic condensator de reactie (Cr in schema) intre emitor si masa. Daca montajul se face pe "magar", n-ar trebui sa fie necesar Cr, insulele au capacitati suficiente fata de masa. Daca tranzistorul oscileaza bine fara el, Cr trebuie eliminat pentru ca reduce acoperirea in frecventa a oscilatorului. Tranzistoarele de RF pnp sunt rare, dar nu este o problema daca masa RF este la plus, iar masa AF este la minus, ca in schema de mai sus. In schema propusa oscileaza orice tranzistor RF valid, de FI, de FIF, de UIF, chiar de microunde. Merg foarte bine si tranzistoarele de comutatie rapida (BF173 sau BF199), desi au o dioda interna in plus. In principiu, la o superreactie nici nu conteaza parametrii tranzistorului daca acesta oscileaza si se blocheaza. Minunea se intampla dupa blocare. Daca tranzistorul are si alte functii, trebuie ales unul mai bun. Pe magar se poate pune un soclu in care se incearca tranzistoarele RF disponibile. Un BF180 este bun la toate. Cine are unul, poate sa-l foloseasca fara grija.

P.S. Despre constructia si functionarea detectorului FIF discutam in curand.

[puriu]

Examinand schema experimentala propusa mai sus, se observa in primul rand tranzistorul RF cuplat cu baza la un circuit oscilant format din inductanta L si capacitatea de acord formata dintr-o dioda varicap in serie cu un condensator. Prin polarizarea diodei cu o tensiune de acord variabila, frecventa de rezonanta a circuitului acopera o anumita banda de frecvente, similar cu manevrarea unui condensator variabil.

In emitorul tranzistorului este introdus un curent reglabil ce determina gradul de reactie pozitiva al circuitului. La un anumit curent, circuitul incepe sa oscileze. Acesta este pragul de oscilatie. Detectorul poate fi configurat sa functioneze sub prag (reactie), peste prag (superreactie), sau exact pe prag (homodina).

Emitorul tranzistorului este alimentat printr-o bobina de soc Ls care impiedica semnalul RF de pe emitor sa comunice cu restul circuitului. Dupa Ls se observa un condensator de blocare Cb legat (deocamdata) la masa, o rezistenta de alimentare la potentiometrul de reactie si un filtru RC prin care iese semnalul AF detectat.

Se mai observa doua borne de intrare a semnalului RF si doua borne de iesire a semnalului AF. Prin borna RF1 semnalul se introduce in circuitul oscilant prin intermediul jonctiunii emitor-baza. Aceasta reduce intr-un fel influenta antenei asupra acordului, dar produce si un mic zgomot in regim de superreactie, iar sensibilitatea maxima scade. Prin borna RF2 semnalul se introduce capacitiv direct in circuitul oscilant. Daca tranzistorul are capsula metalica (patru pini), semnalul se poate introduce direct pe capsula. Pentru inceput se poate renunta la RF1.

Bornele de iesire AF sunt cuplate la un filtru trece-jos cu doua celule RC. Borna AF1 preia semnalul de pe prima celula care atenueaza frecventa de blocare a superreactiei si zgomotul general pe frecvente audio inalte. Borna AF2 este legata dupa a doua celula care atenueaza suplimentar componenta stereo a posturilor FM de banda larga (18 - 38 kHz SSB) care poate deranja amplificatoarele audio. Pentru orice alte semnale se va folosi iesirea AF1.

Tranzistorul RF poate fi de orice tip care oscileaza in banda de lucru.

Dioda varicap, de 20 pF la tensiune zero, poate fi de orice tip. Pentru frecvente FIF mai mari, condensatorul in serie cu varicapul se poate inlocui cu un al doilea varicap legat in opozitie cu primul.

Bobina de soc (peste 5 microhenry) se poate confectiona simplu prin bobinarea unui singur strat de spire din sarma izolata subtire pe corpul unui rezistor de 0,5 W. Nu se va monta foarte aproape sau paralel cu bobina de acord.

[Mark S]

Am inteles acum de ce nu oscila bine decat la frecvente mari (250-350Mhz) acel montaj incropit de mine si "murea" cand ii puneam condensator mai mare pe bobina de acord, BF509 are capacitati interne mici.

Deocamdata lucrez la un alt proiect, sper sa fie gata saptamana viitoare, apoi as vrea sa testez ceva superreactie, am o idee ptr un receptor de banda foarte larga cu mai multe detectoare separat, cu superreactie, comutabile pe alimentare.

Diferenta intre homodina si superreactie m ar interesa. Am construit demult, o superreactie dupa o schema din Tehnium si nu am mai pus acea bobina de soc...din cauza lenii. Montajul, fara acea bobina arata exact ca un oscilator Colpitts, cu baza la masa si reactie colector-emitor prin condensator. Punctul de functionare se regla ca si la acesta, prin modificarea curentului cu rezistor serie.

Mergea si in scurte si in medii ( era f sensibil si selectiv) dar nu fasaia, din cate imi amintesc. In UUS si FIF fasaia puternic.

In US si UM niciun post nu se auzea distorsionat, deci avea si un fel de RAA.

Tranzistorul era BF240 sau BF241, nu mai retin. Sa fi fost functionat ca homodina in benzile joase si superreactie in UUS?

Editat Ianuarie 5, 2018 de Mark S

[puriu]

La superreactia cu autoblocare, esential este un condensator care alimenteaza oscilatorul (prin drossel) cu un curent mare. Cand condensatorul se descarca suficient, oscilatorul se blocheaza. Pana cand condensatorul se incarca din nou, are loc oscilatia libera in circuit. Daca drosselul se inlocuieste cu o rezistenta sau daca lipseste condensatorul, autoblocarea nu mai are loc si nu avem o superreactie, ci o simpla reactie. Functionarea clonei Tehnium gresite este interesanta, se mai intampla minuni irepetabile. Rusii sunt foarte creativi (vodka, bat-o vina!) si publicau in "Radio" scheme minunate care mergeau doar la ei acasa. O superreactie "muta" se poate explica. Poate ca a aparut de undeva un semnal (autooscilatie?) care i-a micsorat amplificarea de o suta de ori si a redus-o la tacere.

Homodina simpla nu functioneaza de bunavoie, este cu mare schepsis. Discutam mai tarziu si despre ea.

[franzm]

Un lituanian, Saulius Karvelis, a publicat multe despre receptoare cu (super)reactie si homodine (inclusiv o buna parte dintr-o carte de-a lui Polyakov). Din pacate site-ul sau cel vechi nu mai este activ. Dar se mai gasesc pe alocuri din schemele sale.

[Mark S]

Retin exact schema superreactiei (sau ce o fi) de care ziceam si cand le va veni timpul o sa le fac, si pe ala, si pe cel prezentat aici. La rusi am vazut si eu multe montaje atipice, simple....nu stiu si daca functionale, dar dupa cum arata se pare ca da. Daca sunt functionale si daca de vina e vodca, o sa ma apuc si eu mai cu seriozite. De vodca )

Acum 2 intrebari, fara gluma:

1. Am f multi tranzistori de frecventa mare...BFR91, 2SC3355, BFG591, BFP740. Este posibil ca astea sa dea rezultate mai bune? Ma refer la factorul de zgomot si stabilitatea intr-o banda mai larga.

2. Acea frecventa de blocare (un fel de esantionare ca la digital), poate fi generata separat? Cu un 555 de ex. In fapt, ceva care sa intrerupa ritmic alimentarea detectorului.

[mila]

1...Nu cred, am ajuns la concluzia ca tranzistoare gen BF240 se descurca onorabil mai bine.

2. Da frecventa de esantionare se poate genera extern.De exemplu cu un TUJ pentru asta.

[Mark S]

Din astea de productie mai veche nu mai am decat BF167. Mai erau pe placi TV dar le-am aruncat... TUJ nici atat si nici nu prea am vazut prin magazine.

Totusi BF167 cred ca s-ar descurca bine. Conexiunea intre detector si oscilatorul cu TUJ cum s-ar face? Detectorul alimentat de iesirea TUJ-ului?

[puriu]

Blocarea se face cel mai bine cu generator separat, dar detectorul nu mai este simplu (cu un singur tranzistor). Pentru rezultate optime ar trebui reglate pentru fiecare semnal receptionat (tip de modulatie, latimea benzii, amplitudine, etc.) frecventa, forma si amplitudinea semnalului de blocare, precum si reactia oscilatorului. Mai greu este sa fie reglate decent si toate odata cu un singur buton de reactie. O superreactie la care nu se poate regla decat frecventa de acord este o panarama. Se fac si panarame bune, dar optimizate pentru un singur scop, de exemplu telecomanda de descuiat usa pe 433 MHz.

P.S. puneti un soclu pe un magar si incercati-le pe toate. Cel care oscileaza cu reactia cea mai slaba, este cel mai bun.

[Mark S]

Am inteles, asa o sa si fac.

Scopul final este construirea unui receptor cu multe asemenea detectoare, fiecare cu zona lui de banda, nu prea larga si acord prin varicap, un singur potentiometru ptr toate. Comutarea se face alimentandu-le pe rand cu un CD4017, preampliful si ampliful de putere audio fiind comun.

Deci, amplificarea si detectia apare cand tranzistorul e blocat. Sa deduc de aici ca zgomotul termic propriu al tranzistorului nu are importanta?? Asta pare frapant

[franzm]

Un BF255 are zgomot termic asa de redus încât Grundig l-a folosit la intrarea unor preamplificatoare RIAA MC.

[Mark S]

Am testat si eu tranzistori de RF in audio (Bf255 nu). Majoritatea sunt zgomotosi, acceptabili sunt SS9018 si 2SC3355 din ce am testat eu. Culmea, cel mai putin zgomotos e "umilul" BC337...

Discutia nu e offtopic, ptr ca tranzistorul detector este legat direct la preampliful audio, caz in care zgomotul lui termic la frecvente joase conteaza.

[puriu]

In AF conteaza mai mult zgomotul 1/f, mult mai mare. Zgomotul termic este in primul rand cel al sursei de semnal RF (antena, cablu, circuit de intrare). Este proportional cu rezistenta echivalenta de pierderi si cu temperatura absoluta a sursei. Un circuit LC ideal nu are pierderi, nici rezistenta de pierderi, nici zgomot termic, dar nu exista. Toate pierderile, inclusiv pierderea prin radiatie, echivaleaza cu o rezistenta serie. Curentul util ce trece prin aceasta rezistenta produce o tensiune de zgomot ce se adauga semnalului util. Si intrarea in tranzistor produce un zgomot termic, in general mai mic decat cel al sursei de semnal. Tranzistorul nu poate fi racit, dar cabluri criogenice si antene supraconductoare de microunde s-au facut.