Zapomniane radio kryształkowe - rewizja

Kilka forów i grup zajmujących się radiem kryształkowym jest nadal aktywnych, a ich wysoko zaawansowane radia kryształkowe mogą odbierać stacje radiowe oddalone o kilkaset kilometrów. Wyszukiwanie w Wikipedii, You Tube i Google dostarcza wielu informacji na temat radia kryształkowego i jest dobrym miejscem, aby dowiedzieć się więcej na ten temat.

Radio kryształkowe jest pionierem wśród szeroko stosowanych odbiorników radiowych, chociaż obecnie jest ono prawie zapomniane w większości krajów, w tym w Indiach. Budowa radia kryształkowego była ekscytującym i fascynującym hobby wszystkich ówczesnych hobbystów radiowych (włączając w to dwóch z autorów którzy byli nastolatkami w latach 1960-tych). Radio kryształkowe nie potrzebuje baterii ani zasilania i pracuje na mikrowoltach sygnałów radiowych odbieranych z jego anteny.

Indie mają ponad 300 stacji radiowych na falach średnich zlokalizowanych w głównych miastach i miejscowościach. Obecność tych stacji radiowych stwarza okazję do konstruowania radia kryształkowego dla hobbystów elektroniki, w tym uczniów szkół i uczelni. Nasze sąsiednie kraje, takie jak Sri Lanka, Malezja i Singapur już wyłączyły wszystkie modulowane amplitudy (AM) średnich fal stacji i przeszły do modulacji częstotliwości (FM) transmisji. Tak więc dzisiejsi studenci elektroniki, nauczyciele i hobbyści w Indiach mają prawdziwe szczęście, ponieważ nadal mogą cieszyć się niesamowitą mocą maleńkiego radia kryształkowego, ponieważ wiele stacji AM jest dostępnych do dostrojenia.

Ale ilu współczesnych elektroników hobbystów, uczniów szkół i studentów inżynierii jest świadomych tego doskonałego kawałka elektroniki pozostaje nadal pytaniem. Stąd niniejszy artykuł ma na celu ponowne wprowadzenie tego prostego radia i ożywienie zainteresowania radiem kryształkowym wśród uczniów szkół, oraz kilku tysięcy studentów inżynierii zdających na tysiącach uczelni inżynierskich w całych Indiach. Obwody podane tutaj nie są nasze własne, ale są ponownym odkryciem wiedzy obecnej w latach 1930-tych.

Radio kryształkowe nie potrzebuje baterii ani zasilania i pracuje na mikrowoltach sygnałów radiowych odbieranych z jego anteny. Pracuje ono non-stop (24/7) tak długo jak długo transmisja jest w powietrzu.

Konstrukcja radia kryształkowego jest niezwykle prosta i składa się tylko z czterech elementów wymaganych do jego zbudowania. Potrzebuje ono anteny, dobrego uziemienia, diody germanowej, oraz słuchawki o wysokiej impedancji.

Będziesz zafascynowany działaniem radia kryształkowego pod warunkiem, że mieszkasz w mieście lub w jego pobliżu, gdzie działa stacja radiowa na fali MW. Jednak ci, którzy mieszkają daleko od stacji MW, mogą również odbierać sygnał radiowy za pomocą wysokiej i długiej anteny i dobrego uziemienia. Chociaż radia kryształkowe na długiej fali (LW) i krótkiej fali (SW) zostały również skonstruowane przez kilka osób, ten artykuł skupia się na radiu kryształkowym, które odbiera transmisję z modulacją amplitudy MW, ponieważ mamy wiele stacji MW w Indiach do ich odbioru.

Przed skonstruowaniem radia kryształkowego, proszę zrozumieć, że to radio kryształkowe nie ma obwodu wzmacniającego. Tak więc moc wyjściowa dźwięku całkowicie zależy od tego jak skuteczna jest antena i uziemienie, poza tym od mocy twojej lokalnej stacji radiowej i odległości pomiędzy twoim radiem a wieżą nadawczą. Minimalnie 18-metrowy jedno- lub wielodrutowy przewód miedziany (14/36), lub antena z emaliowanego drutu miedzianego 20SWG, ustawiona na otwartym tarasie będzie dobrze działać.

Lepiej jest wiedzieć o mocy nadawania pobliskiej stacji radiowej. W Indiach niektóre miasta jak Dibrugarh (Assam), Jammu, Srinagar, Nagpur, Imphal, Jalandhar, Lucknow mają nadajniki o dużej mocy 300 kW, a inne jak Ahmedabad, Alleppey, Ajmer, Bengaluru, Mumbai, Kolkata, Chennai, Delhi, Dharwad, Hyderabad, Indore, Jabalpur, Siliguri mają nadajniki 200 kW. Ci, którzy mieszkają w tych miastach i ich okolicach uzyskają dobry odbiór z lokalnych stacji za pomocą radia kryształkowego.

Rysunek 1. Antena zewnętrzna

Ponadto w różnych miastach i miasteczkach działają nadajniki MW o mocy 100 kW, 50 kW i 20 kW. Ci, którzy mieszkają w pobliżu stacji o niskiej mocy (20 kW) mogą użyć wzmacniacza, jak opisano w tym artykule. Odwiedź www.allindiaradio.gov.in, aby zapoznać się z listą wszystkich stacji radiowych i ich mocą w kilowatach. Ci, którzy mieszkają w pobliżu stacji radiowych o dużej mocy (300 kW lub 200 kW) mogą mieć antenę o długości około 20 metrów (patrz rysunek 1). Dla obszarów o niskiej mocy, należy mieć dłuższą antenę, która może sięgać do 36 metrów (120 stóp). Jeżeli jest problem z miejscem, przewód antenowy można ułożyć w kształcie litery L lub U wokół domu na maksymalnej możliwej wysokości (powiedzmy 6 do 9 metrów), upewniając się, że przewód nie dotyka ściany.

Elementy wymagane do radia kryształkowego to:

1. Dobra antena wykonana z 18 do 36 metrów (60 do 120 stóp) długości emaliowanego drutu miedzianego (18 lub 20 SWG), lub izolowanego drutu miedzianego (drut zaczepowy: 14/36) na wysokości 6 do 9 metrów (20 do 30 stóp).
2. Dobre uziemienie podłączone do metalowej rury wodociągowej poprzez kran. W ostatnich czasach zamiast metalowych rur wodociągowych stosuje się rury z PCV, więc jeśli radio kryształkowe nie działa, należy dwukrotnie sprawdzić uziemienie. W takim przypadku z należytą ostrożnością można użyć punktu uziemienia w ściennym gniazdku elektrycznym. (OSTRZEŻENIE. Przed użyciem uziemienia z gniazdka ściennego należy skonsultować się z doświadczonym inżynierem elektrykiem, gdyż niewłaściwe podłączenie może być niebezpieczne, a nawet śmiertelne)! Aby użyć ściennego gniazdka elektrycznego jako uziemienia, należy wziąć 3-biegunową wtyczkę i otworzyć ją, odkręcając śruby mocujące. Wyjąć dwa małe bolce przeznaczone dla przewodu fazowego i neutralnego i wyrzucić je. Podłączyć jeden lub dwa metry izolowanego przewodu miedzianego do większego i grubego bolca przeznaczonego do podłączenia uziemienia. Teraz należy zamknąć wtyczkę za pomocą śrub. Drugi koniec przewodu należy podłączyć do punktu uziemienia radia kryształkowego, a zmodyfikowaną wtyczkę należy włożyć do gniazdka ściennego (patrz zdjęcia zmodyfikowanej wtyczki na fotografii 2).
3. Dioda germanowa 1N34A lub jej odpowiednik, albo dioda Schottky'ego 1N5817/1N5818 (która wymagałaby znacznie dłuższej anteny). Większość diod sprzedawanych w handlu elektronicznym jako dioda germanowa 1N34A (patrz fotografia 3) nie posiada na sobie oznaczenia, a wiele z nich nie jest w rzeczywistości 1N34A i stąd nie nadaje się do pracy w radiu kryształkowym. Dioda o napięciu przewodzenia (Vf) mniejszym niż 300 mV pracuje z radiami kryształkowymi i jakakolwiek dioda o Vf większym niż 300 mV nie będzie działać. Vf od 225 mV do 250 mV jest najlepszym wyborem. Możesz sprawdzić Vf diody używając multimetru cyfrowego, który posiada funkcję Diode Check. Ustaw przełącznik multimetru na symbol Diode Test. Podłącz czarną sondę multimetru do zacisku katodowego diody. Zacisk katodowy znajduje się po stronie z czarną, czerwoną lub inną kolorową obwódką. Podłącz czerwoną sondę do drugiego zacisku (anody). Odczyt na mierniku pokaże napięcie przewodzenia. Jeśli napięcie przewodzenia jest mniejsze niż 300 mV, możesz użyć tej diody w swoim radiu kryształkowym.
4. Dobre słuchawki o wysokiej impedancji i oporności 2000 do 4000 omów prądu stałego, lub słuchawki telefonii stacjonarnej o oporności 150 do 300 omów prądu stałego (patrz fotografia 4), lub słuchawki używane w odtwarzaczach MP3 lub telefonach komórkowych o oporności 16 do 32 omów z transformatorem dopasowującym impedancję (patrz fotografie 5 i 6). W dzisiejszych czasach trudno jest zdobyć słuchawki o wysokiej impedancji. Przy odrobinie szczęścia można je dostać na złomowisku w dużym mieście.

Fotografia 2. Zmodyfikowana wtyczka do uziemienia

Fotografia 3. Diody germanowe

Fotografia 4. Słuchawki nagłowne wysokiej impedancji (2000-4000 omów)

Fotografia 5. Słuchawka od telefonu z przyciskami (150 omów)

Fotografia 6. Transformator dopasowujący impedancję

Większość z nich jest zwykle wycofywana jako nadwyżka wojskowa, ale nadal działa. Większość operatorów Ham Radio ma takie słuchawki o wysokiej impedancji. Jeśli słuchawki wysokoimpedancyjne nie są dostępne, możesz użyć słuchawek starego typu odbiornika telefonu stacjonarnego (typu dial), lub słuchawki najnowszego telefonu stacjonarnego z przyciskiem.

Aby używać słuchawki telefonicznej do radia kryształkowego, należy przeciąć przewód łączący słuchawkę z urządzeniem głównym. Zobaczysz cztery różnokolorowe przewody, z których dwa są podłączone do słuchawki, a dwa do mikrofonu. Zignoruj przewody mikrofonu. Sprawdź za pomocą multimetru rezystancję prądu stałego na dwóch przewodach słuchawki/słuchawek. Aby uzyskać najlepsze dopasowanie, powinna ona wynosić 300 omów lub więcej w przypadku stosowania w radiach kryształkowych. W naszym eksperymencie słuchawka od telefonu z przyciskami o rezystancji 150 omów również działała, ale z mniejszą głośnością w porównaniu do słuchawek o wysokiej impedancji. Do przewodów słuchawek należy podłączyć parę miniaturowych zacisków krokodylkowych, co ułatwi połączenie z radiem kryształkowym.

Jeśli nie masz możliwości zdobycia wysokoimpedancyjnej słuchawki lub słuchawki telefonu stacjonarnego, możesz użyć dostępnych obecnie niskoimpedancyjnych słuchawek odtwarzacza MP3 lub telefonu komórkowego (impedancja 16 do 32 omów) wraz z transformatorem dopasowującym impedancję. Jako transformator dopasowujący impedancję można zastosować powszechnie dostępny transformator step-down o napięciu pierwotnym 220 V na napięcie wtórne 9 V lub 12 V, 500 mA, który jest stosowany w zasilaczach niskonapięciowych.

Każdy ma słuchawkę do telefonu komórkowego, która jest również swobodnie dostępna na rynku. Wybierz słuchawki o czułości od 100 do 110 dB/mW. Wypróbuj różne marki słuchawek, aby uzyskać najlepsze rezultaty. Podłącz uzwojenie pierwotne transformatora dopasowującego, tak jak na fotografii, a następnie podłącz słuchawki do uzwojenia wtórnego transformatora. Będziesz mógł słuchać dźwięku pobliskiej stacji MW.

Fotografia 7. Moduł wzmacniacza LM386

Jeśli w słuchawce lub słuchawkach uzyskujemy małą głośność, zawsze można zastosować wzmacniacz dopasowujący i podłączyć go w miejsce słuchawki. Do radia kryształkowego najlepiej pasuje mini wzmacniacz oparty na układzie scalonym LM386. Jest on tani i działa na bateriach od 3 V do 9 V. W pełni zmontowany moduł wzmacniacza LM386 (patrz fotografia 7) można nabyć w sklepach z elektroniką lub zmontować go samodzielnie. Autorski prototyp pokazany jest na fotografii otwierającej artykuł.

Układ 1

Ten układ (patrz rysunek 8) wykorzystuje tylko dwa elementy, jedną diodę germanową i parę lub pojedynczą słuchawkę wysokoimpedancyjną, oprócz anteny i uziemienia, jak opisano wcześniej. Dioda germanowa jest podłączona do zacisków słuchawek. Katoda diody podłączona jest do anteny z długim przewodem, a anoda do dobrego uziemienia (metalowa rura wodociągowa lub gniazdo elektryczne). Biegunowość diody nie jest krytyczna i można ją podłączyć w dowolnym kierunku, ponieważ wykorzystujemy tylko połowę wyprostowanego sygnału.

Rysunek 8. Połączenia układu 1

Ciesz się słuchaniem lokalnej stacji z dużą lub małą głośnością w zależności od długości i wysokości anteny, mocy lokalnej stacji radiowej i odległości od nadajnika. Jeśli nie uzyskasz wystarczającej głośności z tym obwodem, możesz spróbować drugiego obwodu z dodatkiem uformowanych cewek indukcyjnych.

Układ 2

Ten obwód (patrz rysunek 9) jest podobny do pierwszego obwodu, lecz pomiędzy anteną i diodą dodana jest szeregowo cewka indukcyjna o wartości 220, 330 lub 470 mH. Wybierz dowolny z tych induktorów, który daje lepszą głośność. Ponieważ cewka indukcyjna pomaga w wyborze pasma MW, obserwuje się nieznaczny wzrost mocy wyjściowej audio.

Rysunek 9. Połączenia układu 2

Układ 3

W przypadku, gdy nie jest możliwe zdobycie słuchawki nagłownej o wysokiej impedancji lub słuchawki telefonicznej z przyciskiem, można użyć słuchawki telefonu komórkowego lub odtwarzacza MP3 o niskiej impedancji 16 do 32 omów wraz z opisanym wcześniej transformatorem dopasowującym impedancję. Jak pokazano na rysunku 10, należy podłączyć uzwojenie pierwotne transformatora do zacisków diody, a uzwojenie wtórne do słuchawki. Dla uzyskania najlepszego efektu należy wybrać słuchawki o czułości 100 do 110 dB/mW. Za pomocą tych słuchawek będziesz mógł słuchać radia.

Rysunek 10. Połączenia układu 3

Fotografia 11. Wykonanie wewnętrznej anteny pętlowej

Fotografia 12. Autorski prototyp radia kryształkowego

Układ 4 bez anteny i uziemienia

Radio kryształkowe można uruchomić nawet bez anteny zewnętrznej i uziemienia, jak pokazano na rysunku 13. Jest to interesujący obwód dla tych, którzy nie mają wystarczająco dużo miejsca na postawienie długiej anteny lub z jakichś powodów nie chcą używać anteny i uziemienia i nadal odbierać stacje.

Rysunek 13. Połączenia układu 4

Antena używana w tym obwodzie jest nazywana „anteną pętlową”. Jest ona wykonana z ośmiu zwojów wielosplotowego drutu zaczepowego (14/36) na drewnianej ramie 120 cm×120 cm (4×4 stopy) z nóżkami, aby mogła stać na podłodze. Można też użyć mniejszych ramek, ale większy rozmiar, to lepszy sygnał wyjściowy. Zdjęcie na fotografii 11 pokazuje radio kryształkowe z anteną pętlową wykonaną przez autorów.

Wykonaj drewnianą ramkę o wymiarach około 120 cm×120 cm z nóżkami, tak aby mogła stać na podłodze. Przybić cztery rogi ramy gwoździami żelaznymi 10 cm lub śrubami. Zacznij prowadzić drut zaczepowy z węzłem od lewego górnego gwoździa, pozostawiając około 15 cm drutu na początku. Wykonaj osiem obrotów zgodnie z ruchem wskazówek zegara od lewego górnego, prawego górnego, prawego dolnego, lewego dolnego i z powrotem do lewego górnego gwoździa, pozostawiając dodatkowe 15 cm drutu do wykonania połączeń z obwodem płyty PC. Zachowaj niewielką przerwę od 4 do 5 mm pomiędzy każdym obrotem.

Podłącz pętlę, kondensator zmienny i diodę jak w układzie 4. Zaciski, które mają być podłączone do słuchawek mogą być połączone z miniaturowymi zaciskami krokodylowymi dla łatwej zamiany pomiędzy słuchawkami o wysokiej impedancji lub uzwojeniem pierwotnym transformatora dopasowującego. Dostrój kondensator zmienny albo zgodnie z ruchem wskazówek zegara albo przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, powoli, a usłyszysz dźwięk, gdy częstotliwość lokalnej stacji dopasuje się do pojemności. Antena pętlowa jest bardzo kierunkowa i dlatego powinna być obracana powoli i skierowana w kierunku maksymalnej głośności.

Zaletą stosowania anteny pętlowej w radiu kryształkowym jest to, że nie wymaga ona zewnętrznej anteny lub uziemienia. Sygnał radiowy odbierany przez antenę pętlową jest nieco niższy niż sygnał z anteny zewnętrznej.

Rozwiązywanie problemów

Radia kryształkowe wykorzystują tylko antenę do odbioru sygnału radiowego i diodę do prostowania/konwersji sygnału radiowego na sygnał audio, który może być słyszany za pomocą słuchawek. Jest to urządzenie całkowicie pasywne i nie posiada żadnych elementów aktywnych, takich jak tranzystory czy układy scalone, nie wykorzystuje baterii ani energii elektrycznej.

Dlatego też głośność uzyskiwana w słuchawce nagłownej/dousznej jest stosunkowo niska. Aby prawidłowo odbierać stacje radiowe, należy sprawdzić następujące punkty:

• Posiadasz długą antenę przewodową o długości minimum 18 metrów na wysokości od 6 do 9 metrów. Jeśli mieszkasz w mieście, gdzie moc stacji radiowej wynosi 200 lub 300 kilowatów, 18-metrowa antena daje najlepsze rezultaty. Jeśli mieszkasz w obszarze o niskiej mocy, wydłuż antenę.
• Masz dobre połączenie z ziemią.
• Dioda jest sercem radia kryształkowego. Upewnij się, że wybrałeś właściwy typ diody germanowej. Diody dostępne na rynku różnią się od siebie, ponieważ większość diod sprzedawanych jako 1N34A nie ma na nich oznaczeń i nie możesz być pewien, czy używasz właściwej diody. Brak odbioru lokalnych stacji radiowych (mimo długiej anteny i dobrego uziemienia) to najczęściej wina diody. Trzeba sprawdzać napięcie zasilania, jak wspomniano wcześniej, podczas używania diody i wypróbować kilka diod dla uzyskania dobrych wyników. My zastosowaliśmy diodę Schottky'ego 1N5817/5818 zamiast diody germanowej i z powodzeniem odbieraliśmy programy radiowe przy antenie zewnętrznej dłuższej niż 18 metrów.

Tabela 1 pokazuje wyjście audio uzyskane z różnych diod. Wyjście diody jest podłączone do multimetru cyfrowego (Mastech 830L) w miejscu słuchawki i mierzone jako miliwolty DC. Dane te odnoszą się do stacji radiowej Chennai-A (720 kHz) o mocy 200 kilowatów. Radio kryształkowe znajduje się w odległości około 45 kilometrów od nadajnika. Długość anteny wynosi 18 metrów z drutu miedzianego emaliowanego 20SWG. Wyjście audio uzyskane z różnych diod może się różnić w zależności od wysokości i długości anteny zewnętrznej, a także w zależności od odległości od nadajnika.

Ostrożnie. Istnieje duże prawdopodobieństwo porażenia prądem elektrycznym, jeżeli punkt uziemienia nie zostanie zidentyfikowany i nie będzie właściwie obsługiwany. Początkujący eksperymentatorzy powinni skonsultować się z doświadczonym inżynierem elektrykiem przed zastosowaniem uziemienia z gniazdka elektrycznego.