Не утихает ажиотаж, вызванный применением в детектирующих устройствах радиоприёмных устройств и измерительной технике так называемых “обращённых” диодов, т.е., туннельных диодов со специальной характеристикой (1И401, ГИ401, 3И402, АИ402), обратная ветвь которой начинается с нуля вольт.
Бесспорно, хороши эти диоды: не требуют дополнительных источников смещения, детектируют очень малые уровни сигналов (даже в СВЧ диапазоне), за счёт своеобразной прямой ветви вольт- амперной характеристики (ВАХ), последующим за детектором каскадам аппаратуры не грозит перегрузка…, но есть в их применении и “ложки дёгтя”. Во-первых, диоды считаются устаревшими, их производство прекращено; во-вторых, цены на оставшиеся кое-где на складах экземпляры диодов – высоки; в-третьих, диоды боятся статического электричества и, распространяемые без заводской упаковки, с большой долей вероятности, уже могут быть нерабочими…
Давно хотел преодолеть выше упомянутые трудности и попробовать применить обычные диоды, вместо отсутствующих, для детектирования слабых сигналов (от “нуля” вольт). Один из способов приближения к этому описан в [1], где в детекторе подбирается n-ое число германиевых диодов, включенных параллельно, там же упомянуто о смещении, с помощью которого можно сместить ВАХ обычных кремниевых диодов влево по оси “Х” и заставить их детектировать слабые сигналы, начиная от нуля вольт (рис. 2).
Чтобы не “путаться с проводами”, собрал отдельный стенд, подключил его к УЗЧ с большим коэффициентом усиления [2] и динамической головкой на выходе, ко входу стенда подключал различные колебательные системы: проволочную рамку, катушки индуктивности, перестройку резонансных частот которых осуществлял с помощью КПЕ с воздушным диэлектриком.
Рис. 1. Смещение ВАХ диодов в измерителях напряжённости поля. Схема принципиальная электрическая
На рис. 1 приведена схема смещения ВАХ детекторных диодов в измерительной аппаратуре (в частности: в индикаторах напряжённости поля (апериодических, широкополосных, не резонансных)), где для “открытия” германиевых диодов используется небольшой фиксированный уровень постоянного напряжения, которое подаётся с движка переменного резистора R1.
R2 – ограничительный, через него подаётся напряжение с источника питания. Диод VD1 вместе с конденсатором С2 “развязывают” РЧ вход и детектор от источника напряжения смещения и позволяют управлять током через детектирующий диод VD2, устанавливая этот ток (в режиме отсутствия РЧ сигнала) близким к нулю, – можно детектировать слабые РЧ сигналы, подаваемые из антенны через разделительный конденсатор С1.
Рис. 2. ВАХ диодов: германиевого и кремниевого
Резистор R3 – нагрузочный для детектора, с его помощью обеспечивается прямой ток через диоды, обеспечивающий смещение ВАХ диодов. Конденсатор С2 обеспечивает подключение анода диода VD1 к общему проводу по РЧ, что делает этот детектор детектором с удвоением напряжения.
На рис. 2 представлено типовое отличие ВАХ германиевого диода от кремниевого: обратная ветвь первого: за счёт меньшего обратного сопротивления диод имеет больший обратный ток и раньше переходит в состояние неуправляемого пробоя при увеличении обратного напряжения, приложенного между катодом и анодом диода, чем у кремниевого.
Прямая ветвь ВАХ германиевого диода сдвинута ближе к нулевой отметке по оси напряжения (ось Х), нежели у кремниевого, поэтому германиевые диоды лучше детектируют слабые сигналы, на практике – АМ приёмник с германиевым диодом в детекторе принимает передачи отдалённых радиостанций, тогда как приёмник, имеющий в детекторе кремниевый диод, остаётся “глух”.
Выходом из положения в последнем случае может быть предварительное до детектора усиление слабых сигналов до уровней, когда кремниевый диод откроется, или альтернативный способ, рассматриваемый в этой статье – прямое смещение ВАХ диода, – перемещение характеристики в начальную точку, где детектирование (квадратичный нелинейный характер ВАХ) становится возможным (положительные полуволны АМ колебаний открывают диод(ы) детектора).
Далее следует усиление в высококачественном УЗЧ с высоким коэффициентом усиления. Кстати, кремниевые диоды в детекторе без смещения оставляют нас в неведении о наличии слабых сигналов в данной местности, служат своеобразными ограничителями снизу.
Рис. 3. Установка для исследования смещения диодов в детекторном каскаде радиоприёмника. Схема принципиальная электрическая
Экспериментальный стенд (рис. 3) предназначен для подключения резонансных систем по входу детектора (приёмная и измерительная резонансная аппаратура) и отличается от приведённого на рис. 1 бoльшим напряжением смещения (кремниевые диоды), развязкой цепей постоянного и переменного тока РЧ относительно резонансных систем…
Как было упомянуто выше, продетектированное напряжение с выхода стенда подаётся на вход УЗЧ [2]. Напряжение смещения (5 В) на стенд подаётся со стабилизатора УЗЧ (DA3) [2]. Установив движок подстроечного резистора R1 в среднее положение, регулятор громкости УЗЧ на минимум, подключаем к стенду антенну и заземление и включаем питание УЗЧ. Прибавив громкости в УЗЧ, прослушиваем из динамической головки небольшой шумок, далее настраиваем контур L1C4 на какую-либо слабую радиостанцию или принимаем просто эфирный шум и, вращением движка R1, устанавливаем их максимальную громкость.
Следует отметить, что тем, кому хочется заняться приёмом очень слабых сигналов, следует выбирать более “тихие” места, чем, например, многоэтажная “малосемейка” в большом городе, где уровень помех настолько высок, что за сплошной стеной рычащих, щёлкающих и булькающих, навязанных современной техникой ненужных сигналов (помех), услышать просто ничего невозможно.
Для устранения фона и излишних наводок в устройствах с очень высоким уровнем усиления необходимо применение качественного заземления. На входе детектора, на выходе стенда и на входе УЗЧ удалось обнаружить конденсаторы, которые обладали пьезоэффектом, это – С2, С8 стенда и входной разделительный конденсатор УЗЧ [2] С1: постукивая по ним, прослушиваем удары в динамической головке ВА1 УЗЧ.
Момент открытия диодов напряжением смещения можно отследить по появлению тока через них, на который косвенно указывает появление шороха в динамической головке, при вращении движка R1, который усиливается по мере приближения движка к выводу, соединённому с R2. Поскольку напряжение смещения управляет током через диоды, то возможно на основе приводимого стенда создать модулятор, подав модулирующее напряжение параллельно конденсатору С2.
Величина ёмкости С2 будет определять верхнюю частотную границу модулирующего ЗЧ напряжения. Отсюда же и возникает требование: применять для смещения ВАХ диодов выпрямленное, хорошо сглаженное, стабилизированное напряжение, все флуктуации напряжения смещения очень хорошо прослушиваются на выходе УЗЧ.
Рис. 4. Эскиз платы стенда. Размеры: 72,5х50х1,5 мм. Вид со стороны печатных проводников
Стенд выполнен на куске стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, фольгированного с двух сторон, фольга со стороны размещения деталей служит экраном и соединена с общим проводом стенда в одной точке (плата и размещение деталей на ней показаны на рис. 4 и рис. 5, соответственно) – место пайки обозначено на рис. 4 бoльшим диаметром отверстия, на рис. 5 – крестом и видно на фото, рис. 6. В правой части стенда показан дополнительный разделительный конденсатор (самый правый и нижний) С8, позволяющий подключать стенд к УЗЧ, не имеющим разделительных конденсаторов на входе.
Рис. 5. Эскиз платы стенда. Вид со стороны установки деталей. Крестом отмечено место соединения фольги – экрана сверху платы и фольги – проводника общего провода снизу
Место, оставленное свободным на плате (внизу фото), предназначено для размещения различных колебательных систем (контуров) при экспериментах. Для возможности подбора диодов или оперативной смены их типов на стенде можно установить гнёзда (например, цанговую панельку под микросхемы DIP), подправив конфигурацию печатных проводников.
Рис. 6. Фото одного из вариантов стенда (С7 SMD расположен со стороны проводников)
На рис. 7 приведено фото УЗЧ [2], подключаемого к стенду, регулятором (в центре фото) выставляется усиление. На рис. 8 приведено общее фото всей установки для проверки действия напряжения смещения на детектирующие свойства диодов.
Рис. 7. УЗЧ с усилением 80…100 дБ
Слева – абонентский громкоговоритель (динамик проводного радио), у которого от динамической головки отпаяны провода родной схемы и к ней припаян двухпроводный акустический шнур, подключенный к выходу УЗЧ с большим коэффициентом усиления, расположенный на фото справа, в центре фото – стенд с конденсатором переменной ёмкости (КПЕ).
На рабочем поле стенда припаяна катушка индуктивности, подключенная параллельно КПЕ. Было выяснено, что открытые диоды достаточно сильно шунтируют резонансные контуры и подключение их к детектору нужно производить автотрансформаторно. Дальнейшего усовершенствования входной цепи получившегося детекторного приёмника можно добиться, упразднив катушку и применив вместо неё рамку, которая сама будет являться и антенной.
Рис. 8. Установка для проверки диодов со смещением ВАХ
Разбросанная в пространстве, она неплохо принимает радиосигналы, в частности, на неё принимались сигналы АМ радиостанций, причём, пространственной волной с отражением от ионосферы. Фединги позволяли прослушивать эти сигналы от полного пропадания (отсутствие радиостанции) до начала признаков работы радиостанции с небольшой разборчивостью (слабые сигналы) – ради чего и производилось смещение характеристики диодов в детекторе и, далее, до громкоговорящего приёма, когда приходилось убавлять громкость регулятором в УЗЧ.
Принимались импульсные помехи при сигналах автомобилей (гудках), проезжающих мимо дома, помехи от зажигания, помехи при звонках по сотовой телефонии, приём ЧМ (естественно, с шумом) с ПЧ соседского телевизора и ещё много чего, если позволяет помеховая обстановка, в диапазонах от СДВ до нижнего КВ слышны разряды дальних гроз… Как и в других подобных случаях, наилучший приём будет при питании от батарей в сельской (дачной) местности, при качественном заземлении и приёме в диапазоне частот, на который рассчитана антенна (да ещё и направленная…).
Приём телеграфных сигналов и SSB в описываемой системе можно осуществить, включив другой (вспомогательный) приёмник и “поймав” на частоте приёма гармонику от его гетеродина. УЗЧ [2] тоже можно заставить ещё “поднатужиться”, запас устойчивого усиления у него есть, по-этому берём и замыкаем накоротко резистор R3 [2] или уменьшаем его величину настолько, насколько позволяет устойчивость усилителя к самовозбуждению.
Ещё повысить прозрачность приёма можно, ограничив полосу пропускания УЗЧ снизу уменьшением ёмкости переходных конденсаторов (снижается “дробовой” шум). Наилучшая работа установки наблюдалась при напряжении питания 10…11,5 В, хотя она работала начиная с 7,2 В (минимально допустимое входное напряжение стабилизатора). При необходимости работы установки в качестве измерительного приёмника (резонансного волномера), необходимо поместить его детали в металлический (металлизированный) заземлённый корпус.
Вместо головки громкоговорителя ВА1 (или параллельно ей) можно подключить вольтметр переменного тока или/и головные телефоны для обеспечения более точной регистрации максимумов поступающих на вход устройства слабых сигналов. Установка для проверки диодов со смещением ВАХ ни в коем случае не статична: изменяя элементы стенда, например, сопротивления резисторов, можно расширить диапазон установки токов через диоды (R1, R2) и изменить нагрузку детектора R3, чтобы получить бoльшие токи через диоды, изменением напряжения, подаваемого на цепь смещения, также можно изменять токи через диоды. Изменением емкостей конденсаторов С8, С9 можно корректировать выходную частотную характеристику детектора.
