Описано виготовлення експериментальної багатодіапазонними КВ котушки для саморобного регенеративного радіоприймача на одній лампі. Наведено досвід розрахунку, а також скрипт для підбору кількості витків і конденсаторів для покриття певних ділянок частот.
Передмова
Вирішив зробити такий експеримент, попередньо розрахувавши котушку по вже відомим з вищевказаної статті формулами. Насамперед потрібно визначитися як і на чому мотати котушку, а також який перемикач використовувати (є в наявності).
Для свого приймача, в якому і так вже на шасі навісили всяких перемикачів і крутилок, знайшов дуже мініатюрний перемикач на 10 положень.
Як каркас для котушки вирішив використовувати шматок пластикової труби діаметром 50мм. Чесно скажу - лінь було клеїти каркас з паперу)). Якщо є трубка іншого діаметра - можна також спробувати використовувати як каркас, попередньо прорахувавши параметри контуру - про це буде розказано нижче.
Мал. 1. Каркас для КВ котушки і мікро-перемикач на 10 положень.
Нова схема приймача
Мал. 2. Схема батарейного однолампових регенеративного радіоприймача з багатодіапазонними КВ котушкою.
Як бачимо, тепер в схемі тільки дві котушки: L1 - контурна котушка з відводами, L2 - котушка зворотного зв'язку. У схему доданий конденсатор С, який допомагає знизити пороги регулювання конденсатора С2. Для відключення дії конденсатора С, він може бути замкнутий за допомогою перемикача S1. За допомогою перемикача S2 ми замикаємо непотрібну нам частину котушки, ніж та здійснюємо перемикання робочого піддіапазону КВ. В іншому ж схема ідентична тій що і в першому варіанті мого приймача.
підготовка
Мотати котушку будемо виток-к-витку, роблячи при цьому відводи від певної кількості витків. Потрібно приблизно розрахувати через скільки витків робити відводи від котушки і на які діапазони частот зможемо налаштувати наш коливальний контур використовуючи конденсатор змінної ємності C2 в сполученні з додатковим конденсатором С.
Пам'ятаю як з попередньої статті з даного радіоприймача прораховував індуктивність котушки, ємність конденсаторів і частоту коливального контуру за формулами використовуючи калькулятор - дуже незручно і довго, а тим більше якщо потрібно спробувати різні варіанти. Для розрахунків багатодіапазонними котушки і підбору різних варіантів її параметрів варіант ручного розрахунку з калькулятором в руках - це дуже старомодно і затратно по часу. Зараз є маса мов програмування і спеціальних засобів для технічних і наукових розрахунків.
Знайомимося з SciLab
Використовуючи свої знання в мовах програмування перше що спочатку спало на думку - написати просту форму розрахунку контуру на мові програмування PHP. Також є певний досвід роботи з MathCad і Maple - чому б не провести розрахунки в подібних програмах? Останні два продукти дуже потужні але вони далеко не безкоштовні, до того ж тим хто використовує ОС Linux ці програми доведеться запускати через Wine або VirtualBox що не завжди можливо і зручно.
Прийнято рішення знайти, встановити і використовувати програмний пакет на подобі MathCad, який підходить по таких критеріях:
- Вільне ПЗ;
- Працює як на Windows, так і на Linux;
- Вміє дружити з форматом MathCad;
- Великі можливості і розширюваність;
- Гарна документація.
Довго шукати не довелося - знайомтеся, SciLab (Scientific Lab)!
Ясна річ що нам для наших розрахунків коливального контуру потрібна лише мізерна частина можливостей цього потужного пакета, але тим не менше це відмінна можливість познайомитися з хорошим і універсальним продуктом, який можна використовувати в майбутньому для вирішення більш складних завдань.
Завантажити програму SciLab останньої версії можна на офіційному сайті: scilab.org
Свіжа довідкова система до програми доступна по посиланню SciLAb Help.
Сторінка у Вікіпедії, корисно ознайомиться, також є два простих прикладу розрахунків: SciLab - Вікіпедія.
Розмір дистрибутива - приблизно 120-150Мб.
Мал. 3. SciLab - перший запуск і перший розрахунок.
У програми простий і інтуїтивно зрозумілий інтерфейс - нічого зайвого, тільки найнеобхідніше. Також SciLab підтримує безліч мовних локалізацій (Англійська, Українська, Російська і т.п.). Після запуску можна відразу ж зробити прості розрахунки.
Програми підтримує використання змінних, функцій, циклів, побудова 3D графіків, авто-доповнення назв змінних і ключових слів, тощо Про всі можливості (а їх дуже багато) розповідати не буду, наведу ще кілька прикладів малюнками і перейдемо до розрахунку котушки радіоприймача.
Мал. 4. SciLab - будуємо стрічку Мебіуса в 3D.
Мал. 5. SciLab - побудова простої хвилястою поверхні.
Скрипт розрахунку частоти коливального контуру в SciLab
Тепер, коли ми познайомилися з прекрасним програмним комплексом SciLab, можна зробити в ньому розрахунок котушки і подивитися як буде залежати резонансна частота коливального контуру від кількості витків котушки індуктивності і ємності конденсатора.
Текст скрипта наведений нижче:
Мал. 6. SciLab - приклад розрахунку частоти коливального контуру з заданими параметрами котушки і конденсатора.
Тепер пройдемося по параметрам (змінним):
- coil_wire_D_mm - діаметр проводу (мм) для намотування котушки індуктивності L1 (дивись схему). Діаметр потрібно вимірювати разом з емаллю, для цього можна застосувати мікрометр або ж штангенциркуль;
- coil_D_cm - діаметр каркаса котушки (см). Якщо у вас інший діаметр - змініть його тут;
- coil_TURNS_n - масив з різними значеннями кількості витків (числа через пробіл). Тут ми можемо поекспериментувати і подивитися, скільки разів витків в котушці краще робити відводи до перемикача;
- capacitor_var_min_pF - мінімальна ємність конденсатора С2 (пФ);
- capacitor_var_max_pF - максимальна ємність конденсатора С2 (пФ);
- capacitor_additional_pF - ємність конденсатора С (пФ).
Програма вважатиме і виведе спочатку мінімальне і максимальне значення ємності конденсатора С2 + С, а потім для кожного значення кількості витків, що зазначено в масиві, буде прорахована мінімальна і максимальна резонансна частота коливального контуру, враховуючи значення ємності С2 + С.
Оскільки у мене перемикач на 10 положень то в масиві я задав десять значень витків для котушки L1, трохи пограти зі значеннями зупинився на результаті що наведений на малюнку вище.
Лампа 2К2М не зможе працювати на частоті вище 25МГц, але тим не менш експеримент буде цікавий - помацати можна буде набагато більше частот ніж в першому варіанті КВ регенератора з двома парами котушок.
Розрахунки зроблені досить грубо, але тим не менше вони допомогли приблизно прикинути що можна отримати з використання обраних електронних компонентів.
Виготовлення котушки (пробний варіант 1)
Котушка L1 намотана з відводами ось так: 1 (початок) 3 6 9 12 15 18 21 28 35 45 (кінець). У котушці вийшло 9 відводів. Для намотування використаний провід діаметром 0,9 мм - з емаллю вийшло приблизно 1мм. Для кріплення висновків (початок і кінець) просвердлені по два отвори діаметром 1,5 мм.
Котушку L2 мотаємо проводом 0,5 мм і вона містить 3 витка, причому напрямок її намотування повинно бути протилежним до напрямку намотування котушки L1.
Мал. 7. КВ котушка з відводами готова.
Потрібно пам'ятати що при підключенні котушок слід дотримуватися початку і кінці намотування - на схемі вони позначені точкою.
Мал. 8. КВ котушка встановлена в регенеративний радіоприймач.
Мал. 9. Саморобний регенеративний КВ радіоприймач на лампі 2К2М.
Мал. 10. Одноламповий батарейний регенератор з КВ котушкою.
Тепер радіоприймач приймає набагато більше радіостанцій в КВ діапазоні, використовуючи перемикач витків котушки можна переміститися на більш низькі або високі частоти в КВ діапазоні. В якості антени і раніше використовував відрізок мідного дроту діаметром 2 мм і довжиною близько одного метра.
Чутливість приймача звичайно ж залишає бажати кращого. Часто буває що можна паралельно чути кілька станцій, також є деякі ділянки частот що просто напхані радіостанціями - обертати ручку КПЕ доводиться з кроком в долі міліметра щоб перебрати пару станцій і налаштуватися на одну більш-менш стійко.
Гучність прийому станцій також вийшла дуже низька, швидше за все що з котушкою L2 потрібно поекспериментувати щоб збільшити регенерацію. Можна спробувати розмістить її ближче до L1 і спробувати домотать-відмотати витків.
Як побічне явище ще спостерігав слабкий прийом місцевої радіостанції в FM діапазоні частот близько 100МГц, це мене взагалі здивувало.
Виготовлення котушки (пробний варіант 2)
Експериментальна котушка про яку написано вище не дозволяє працювати регенеративній радіоприймача так як він повинен працювати насправді. І хоча мені вдалося зловити чимало радіостанцій, гучність прийому була дуже низькою. При обертанні ручки регенерації не чув характерного для роботи регенератора "клацання", натомість прийом деяких станцій можна було лише трохи підсилити або послабити.
Така ситуація не є хорошою, тому було прийнято рішення розібратися в чому причина. Для пошуку оптимального рішення використовувалася послідовність експериментів з розміщенням і параметрами котушок L1 і L2.
Важливо: котушки L1 (контурна) і L2 (зворотного зв'язку) повинні мотатися в протилежні сторони, а підключатися до схеми з дотриманням початків і кінців. Якщо котушки намотати в одну сторону то регенерації не буде!
Спершу вирішив ще раз переконатися що варіант з двома парами котушок працює, для цього на каркасі 30мм намотав по дві пари котушок: 12 витків + 12 витків, 3 + 3 витка.
Мал. 11. Експеримент з двома парами КВ котушок.
Все запрацювало як треба, регенерація є, при замиканні однієї частини котушки L1 приймач покриває інший поддиапазон КВ.
Вирішив спробувати намотати котушку L1 секціями приблизно по 4 витка, а котушку L2 розподілити біля кожної секції по 3 витка.
Мал. 12. Експеримент з багатосекційній КВ котушкою.
Такий варіант багатосекційній котушки взагалі не заробив. Спробував зробити котушку L1 секціями приблизно по 10 витків, котушку L2 розподілив біля секцій по 3 витка.
Мал. 13. Експеримент з багатосекційній КВ котушкою з розподілом по 10 витків.
Новий варіант котушки заробив як треба. При замиканні секцій L1 змінювався робочий діапазон частот і при кожному перемиканні секцій добре працювала регенерація, гучність прийому була високою. Підключив до даних секціях послідовно ще дві секції, що були намотані раніше - все відмінно працювало.
Мал. 14. Тестова КВ котушка і регенеративний радіоприймач.
Наступним експериментом була проба намотати дві секції котушки L1 по 6 витків, L2 - по 2 витка на каркасі 50мм.
Мал. 15. Експеримент з секційної КВ котушкою на каркасі 50мм.
Така котушка працює також відмінно. Домотать ще по дві секції L1 - приблизно 1-12 витків і L2 - по 3 витка, підключивши їх до вже наявних секціях все теж запрацювало.
Ну що ж, можна приступати до приблизними розрахунками нової котушки. Змінив в скрипті для розрахунку котушки в Scilab значення витоків от у такій конфігурації:
Це означає що для намотування котушки L1 будемо намотувати секції 6 + 6 + 12 + 12 витків. Котушку L2 будемо мотати біля секцій котушки L1 на дистанції приблизно 3-4мм і вона буде містити 2 + 2 + 3 + 3 витка. Всі витки L2 наметовому в протилежному напрямку до L1.
Після запуску мого скрипта для розрахунку частот контуру були отримані такі результати:
Непогано, можна приступати до намотування котушки.
Спочатку думав закріплювати висновки котушки використовуючи ізоляційну стрічку - виявилося поганою ідеєю. Для тесту ще куди не йшла але для робочої котушки кріплення ізолентою не підходить - витки розповзаються і не тримаються, також з часом изолента може почати розповзатися, потрібно інше рішення. Розглядав варіант з вплавліваніем в каркас котушки невеликих штирьків до яких будуть припаюватися кінці котушок - теж варіант не дуже хороший, оскільки при пайку трохи перегрів будь-який з штирьків може розбовтатися і порушити щільність котушки.
Для кріплення витків котушки я згадав один добре перевірений мною спосіб - за допомогою еластичної капронової нитки. Нитка добре тягнеться і за допомогою її можна не тільки закріпити конци котушок але і зробити невелику натяжку витків котушки.
Як це робиться: беремо початок дроти і загинаємо його, в місці вигину обмотуємо ниткою в 10 витків з невеликою натяжкою і зав'язуємо по прорядку 3-5 вузлів. Кладемо провідник на каркас котушки і з натягом прімативаем його ниткою, в кінці зав'язуємо 4-5 вузлів щоб нитка не розв'язалася. Наметовому потрібну кількість витків провідника з натягом, в кінці відкушуємо провідник і загинаємо. Тимчасово витки котушки скріплюємо ізоляційною стрічкою, за допомогою вигину кінця провідника робимо з натягом закріплення як і в випадку з початком провідника. Таким чином мотаємо все обмотки - котушка вийде рівною і якісною.
Мал. 16. Готова секція з двох котушок з кріпленням-решт за допомогою ниток.
Мал. 17. Готова багатосекційна КВ котушка.
Мал. 18. Багатосекційна КВ котушка встановлена в одноламповий регенератор.
Тепер радіоприймач працює на всіх діапазонах так як і повинен працювати регенеративний радіоприймач. Ручка регенерації виконує свою функцію і виходить посилити досить слабкі станції. Вдалося налаштуватися і почути зв'язку радіоаматорів з Білорусії та інших країн, почув безліч мовних радіостанцій на різних мовах.
висновок
Відключати частина котушки замкнувши її на коротко - це не найкраще рішення для перемикання діапазонів. Можливо що набагато краще б працював варіант з декількома окремими контурними котушками і конденсаторами, які перемикаються багатосекційним перемикачем на кілька положень.
Експеримент вдався, отриманий корисний досвід і було захоплююче! Також познайомився з чудовим програмним пакетом SciLab, який в майбутньому можна застосовувати в своїх розрахунках.
Ця система є скоріше експериментальним і чекати високої стабільності роботи від нього не варто. Налаштування на станції в регенераторі - це як захоплююча гра в якій ми ловимо станції за допомогою ручки настройки (перебудова контуру), а пробуємо посилити їх сигнал за допомогою ручки регенерації.
Пройшовши за шкалою настройки деяких станцій можна і зовсім не почути, якщо трохи повернути ручку регенерації то ці станції вже можна буде зловити але з дуже слабкою гучністю, посилити ці станції можна знову ж обертанням ручки регенерації. Забавна штукенція вийшла!
Як між собою у Вас включені секції змінних конденсаторів?
У кожному з конденсаторів змінної ємності (КПЕ) використовував по одній секції. Невикористані секції КПЕ не підключаються нікуди.