В данной статье речь пойдёт об устройствах связи, условно не имеющих явных источников питания (сети, батарей) или использующих самодельные источники питания, способах согласованной передачи энергии в линию.
Для создания электромагнитных волн или тока той или иной интенсивности в проводниках требуется тот или иной потенциал – от этого никуда не денешься, отсюда требуются и источники питания…
Однако, такой источник питания можно создать, например, преобразованием энергии голоса, источников шума, деформаций, движения, различных сторонних источников излучения и т.п. и использовать либо непосредственно в передатчике для связи голосом, например, либо – с преобразованием…
Примерно в 1958 году сельскому пареньку предстояло быть свидетелем действа, в результате которого вся последующая жизнь стала “целенаправленной” в сторону основного нашего хобби – радиотехники и электроники: отец долго и безуспешно пытался настроиться на радиовещательную станцию, крутя ручку приёмника “Москвич”, нещадно, то и дело, трещавшего.
Настроение у отца было и так пасмурным: в конце концов, приёмник описал в воздухе комнаты дугу и с грохотом приземлился на пол, распавшись на куски, отколов от половицы щепку…
Немного успокоившись, отец усадил паренька, которому исполнилось тогда всего 7 лет, на колени и произнёс слова, высветившие перспективу: мол, подрастёшь – соберёшь…
Совместными усилиями сын с отцом собрали то, что осталось от приёмника и положили в кладовочку (забегая вперёд, скажу, что собирать этот приёмник не возникло необходимости, а, вот, детали от него пригодились…).
Прошло несколько лет, и в газете “Пионерская Правда” была опубликована заметочка “Приёмник с питанием от свободной энергии”; мысль сразу заработала в нужном направлении, а руки потянулись к доступным инструментам и к тому разбитому приёмнику. Все свалки возле узла связи на железнодорожном вокзале и у местного телеграфа стали поставщиками проводов и деталей. Соседи, зная о зародившемся увлечении, отдавали на запчасти старые радиоприёмники, с любознательным пареньком познакомился Посылторг…
Был собран детекторный приёмник (ДП), начались эксперименты: разные катушки, конденсаторы, антенны, заземления, наушники, встал вопрос – определить, на какой же волне работают принимаемые радиостанции, настроив ДП на наиболее громкую радиостанцию (Омск), включил сетевую радиолу “Мелодия” (приобретённую к тому времени), подключил к ней суррогатную комнатную антенну и, вращая ручку настройки, нашёл ту самую передачу, что была слышна в наушнике ДП. Положив наушник на стол, услышал грохот в динамиках радиолы, взял наушник в руку, постучал по нему, подул в него и поговорил как в микрофон. Привлёк к экспериментам одноклассника – соседа, проживавшего наискосок на противоположной стороне улицы.
Установили антенны, сделали заземления и попробовали проводить связи – сначала односторонние, затем двухсторонние, но нормально разборчиво сигналы от ДП, в качестве передатчиков, принимались только на волнах мощных вещательных радиостанций, где вести переговоры мешали их передачи; в промежутках между станциями по шкале наши сигналы исчезали, и только при подаче с выхода радиолы (грампластинки) и, позднее, с линейного выхода магнитофонной приставки, были слышны скрипы (сильно искажённый сигнал).
Позднее, уже в студенческом возрасте, разбирался в явлении и пришёл к такому выводу: имела место вторичная модуляция несущей сигнала мощной радиостанции (несущая – выделялась настроенным контуром ДП), при отсутствии которой наблюдалось лишь ударное возбуждение контура сигналом ЗЧ достаточной мощности через диод ДП, поэтому сигнал и выглядел так на АМ детекторе, ведь несущая, как таковая, отсутствовала, тут речь даже не о 100% модуляции, не о перемодуляции, а об отсутствии несущей вообще, попробовать восстановить несущую в месте приёма, кроме сигналов АМ РВ станций, было нечем.
Рис. 1. Передатчик на базе детекторного приёмника. Схема принципиальная электрическая.
Несмотря на некоторую условность, полноценная связь с таким передатчиком (рис. 1) на небольшие расстояния (в зависимости от антенн – на десятки – сотни метров), при наличии несущей радиостанции (в паузах вещания) возможна [1, 2]. Дополнительных источников питания здесь нет. Наличие работающего детекторного приёмника в настоящее время можно было бы расценить и как наличие “жучка” – самоустановленного шпионского передатчика-закладки, так как вышеописанным методом можно было бы прослушивать на близлежащие приёмники, что происходит вблизи наушника ДП (эффект был использован мной в охранной сигнализации).
Также ничего не подозревали и обладатели трансляционных приёмников проводного радио, которое фактически является (при отключении транслируемых передач), многоабонентской дуплексной сетью, в которой действуют обратимые (микрофон-динамик) абонентские устройства. Нам с другом потребовалось индивидуальное проводное переговорное устройство, провода хватило только на одну жилу, в качестве второй использовали устроенные для ДП заземления.
Рис. 2. Схемы организации проводной связи: а) с использованием в качестве микрофонов и телефонов высокоомных (1600 Ом) капсюлей “Тон-2”; б) микрофона МД-47 и капсюля “Тон-2”; в) двух микрофонов МД-47; г) двух абонентских громкоговорителей (регуляторы, установленные на максимальную громкость условно не показаны). Двухсторонняя связь осуществляется попеременным использованием преобразователей акустических колебаний в электрические и наоборот.
Можно было использовать питание от батареек и применить угольные микрофоны с наушниками (телефонные трубки), однако, интереснее использовать переговорное устройство без питания, поэтому были применены сначала две пары высокоомных головных телефонов “Тон-2» (1600 + 1600 Ом), соединённых в цепь согласно рис. 2а, затем с одной стороны была произведена замена “наушника» на микрофон МД-47 (в его составе – повышающий трансформатор) – рис. 2б, при замене с другой стороны на такой же микрофон – рис. 2в, и, позднее, на абонентский громкоговоритель (тоже содержит трансформатор) и громкоговорители с обеих сторон – рис. 2г – дела пошли веселее: уровень сигнала возрос, хотя на голосовые связки приходилось налегать и динамик располагать поближе к уху.
Так как у нас не было проведено радиотрансляционной сети, решили и её послушать, тем более, что молодёжь в периоды молчания сети “крутила” там музыку (с 0 часов до 6 утра и с 12 до 15 часов днём) и активно повсеместно свои передачи рекламировала. Накинули проводок с нашей линии на фазный провод радиосети на столбе, и передачи проводного радио зазвучали в наших телефонах и динамиках. В периоды молчания было слышно, как кто-то далеко-далеко крутит музыку и порой – покашливания и нелестные слова (кто-то из соседей пытался прислушиваться к нелегальным передачам, приложив ухо к динамику). Возникло желание и самому покрутить свежие грампластинки с модной тогда музыкой.
“Диджей” проснулся во мне внезапно и, приспособив радиолу, с её выхода я пустил сигналы в сеть… Из стоящего напротив дома вышел сосед на костылях (сломал ногу и скучал дома), слышавший ранее мой “репертуар», крикнул мне через форточку, мол, музыка – хорошая, жаль, тихо слышно. С мыслью, как же донести до соседа музыку с нормальной громкостью, в последующую ночь я лёг спать, и во сне – осенило: вскочив в 5 утра, быстро прибил на картонку трансформатор от трансляционного громкоговорителя и подключил его как повышающий от гнёзд дополнительного громкоговорителя радиолы в сеть.
Рис. 3. Схема осуществления передачи в трансляционную сеть: а) – неправильная; б) – правильная.
Завёл пластинку, тут же из калитки напротив на костылях выскочил сосед, держа большой палец кверху… Соединение с трансляционной линией происходило по схеме рис. 3. Вначале понижающий трансформатор радиолы снижал выходное напряжение, согласовывая импеданс лампы выходного каскада УЗЧ с возможным дополнительным громкоговорителем, гнёзда для подключения которого красовались на задней стенке шасси радиолы, затем напряжение ещё раз понижалось трансформатором абонентского громкоговорителя у соседа, таким образом, на этой трассе присутствовали очень большие потери – рис. 3а (малое напряжение – большой ток – большое сопротивление прохождению тока почвы к заземлённому на подстанции нулевому проводу радиотрансляционной сети и её фазного провода), при включении в цепь дополнительного повышающего трансформатора напряжение ЗЧ сигнала с гнёзд дополнительного громкоговорителя радиолы сначала повышалось, преодолевая сопротивление линии с минимальными потерями, а затем понижалось до нормы в месте приёма – рис. 3б (ситуация такая же, как при передаче сетевого напряжения на большие расстояния от электростанции).
“Наигравшись” с трансляционной сетью, перешёл к адаптеризации музинструментов: гармони, баяна, затем гитары. Датчиками стали всё те же пассивные детали: наушники – капсюли от головных телефонов и телефонных аппаратов, благо количество их у меня, к тому времени, увеличилось, пьезо-элементы (“звукосниматели») проигрывающих грампластинки устройств. В качестве усилителя использовался УЗЧ от радиолы, затем пошла трансляция на улицу, молодёжь часто собиралась на посиделки возле нашего дома, а я услаждал их слух современными мелодиями, используя радиолу и магнитофонную приставку МП-64, вмонтированную в приёмник “Рекорд”, порой, как заправский диджей, объявлял произведения по заявкам…
Затем изготовил 12-ваттный ламповый усилитель с экспандером – дела пошли ещё веселей. Часто вечерами просиживал, крутя ручку настройки приёмника, слушая эфир, – полезно при изучении иностранных языков, однако, главная цель в жизни и желание активно воздействовать на окружающую среду, всё же, не давали покоя: пришлось сделать генератор для изучения азбуки Морзе на германиевых транзисторах, списанный настоящий телеграфный ключ подарил брат друга детства, работавший на телеграфе, изучение “морзянки» без наставников довело до того, что с ребятами стали на уроках переписываться “шифрованными» записками с точками и тире (а “напевы” пришли позже – в студенческую пору, когда переехал в город и примкнул к коллективной радиостанции тюменской областной станции юных техников (UK9LAG), принял участие в её организации), а пока: изготовил приёмник “о шести лампах”, но он, из-за отсутствия нормального телеграфного гетеродина, принимал у меня всё, кроме телеграфа; следующий, последний для школьника, 22-ламповый приёмник повторил его судьбу.
Этот приёмник переехал вместе с родителями из Сибири в Карачаево-Черкессию и стал базой для другого лампового приёмника, который был построен в студенческие каникулы, этот приёмник уже всё принимал, как положено: и телеграф, и SSB. Тренировки для скоростной передачи “морзянки” порой проходили спонтанно, и не всегда находились источники питания для звуковых генераторов, приходилось собирать материалы и самостоятельно изготавливать гальванические элементы, солнечные батареи…
Имея дело с телефонией, обнаружил, что для проверки целостности телефонного капсюля достаточно отвинтить его крышку и щёлкнуть мембраной, приподняв её и опустив на место, при отсутствии прибора, коснувшись языком выводов капсюля… Электрический щипок, при исправном капсюле, оказывается весьма чувствительным, по крайней мере, его нельзя не заметить (Hi!)…
Рис. 4. Эскиз “ключ-генератора” – телеграфного ключа со встроенным генератором переменного тока
Так это же генератор переменного тока! Так капсюль ТК-67 оказался пристроенным к телеграфному ключу [3] – рис. 4 и давал возможность тренировок с “вечным» источником питания. Таким генератором можно питать только устройства с ничтожно малым потреблением энергии – десятки (до сотни) мкА, в данном случае использовался встроенный в подставку ключа мультивибратор со специально подобранными деталями, обеспечивавшими его работу на высокоомные головные телефоны с десятых долей вольта.
Для устройств с более солидной потребляемой мощностью необходим аккумулятор энергии с более высоким рабочим напряжением, такой как ионистор или аккумуляторы, например, литий-ионной группы. Для питания микропередатчиков, например, таких как в [4], можно использовать “ключ-генератор”, встроив в него и сам передатчик, но на пределе его возможностей; модификации следует подвергнуть сам генерирующий элемент, применив неодимовые магниты, накапливающий конденсатор следует заменить на ионистор и перед работой следует посильнее его “накачивать”.
Разработки, в частности, приёмо-передающих устройств военного применения без источника питания велись давно и ведутся до сих пор. В большинстве своём, используется тепло, выделяемое человеческим телом, энергия движения и звуковые колебания (в качестве вторичных, например, в разведке кричать противопоказано…). Приёмо-передающее устройство содержит малогабаритный аккумулятор, который подзаряжается во время движения и снабжает его запасённой энергией. Пьезоэлектрические, термоэлектрические и электромагнитные генераторы, будучи включены параллельно, участвуют в зарядке аккумулятора…
Возможно подключение и малогабаритной солнечной батареи. Экспериментируя с маломощными источниками питания, автор собрал ДП, который обеспечивал не только громкоговорящий приём на трансляционный приёмник, но и, впоследствии, питал простой УКВ приёмник энергией местной средневолновой вещательной радиостанции, находившейся на расстоянии примерно 5 км (при разных значениях ёмкости конденсатора С2). В схеме ДП из особенностей только применение С2 – конденсатора большой ёмкости, включенного параллельно нагрузке (рис. 5).
Рис. 5. Схема питания УКВ приёмника энергией СВ-радиостанции
ДП настраивается на частоту местной средневолновой радиостанции с помощью КПЕ С1. Выделенное резонансным контуром L1C1 РЧ напряжение выпрямляется диодом VD1 и заряжает конденсатор С2, параллельно которому подключается цепь питания простейшего УКВ приёмника. При недостатке напряжения питания между антенной и контуром L1C1 включается второй КПЕ, последовательно изменяя ёмкости обоих КПЕ (несколько раз), добиваются настройки контура на частоту несущей радиостанции и согласования с антенной.
Увеличению напряжения с импровизированного ДП послужит и применение антенн с большой поверхностью и протяжённостью, резонансных, также вместо L1 можно применить рамку и использовать её одновременно как антенну, так и как катушку контура ДП L1, ориентируя рамку в пространстве можно получать изменение напряжения питания УКВ приёмника, не забывая подстраивать контур с рамкой после очередного перемещения.
Совсем не обязательно использовать РЧ напряжение радиовещательных станций, существует много других, работающих в эфире постоянно, например, телевизионных, их энергию можно преобразовывать с помощью антенн, размеры элементов которых будут значительно меньше из-за меньших длин волн, на которых ТВ станции работают, эта особенность позволит и увеличивать количество элементов в антенне, улучшая её направленность, и, благодаря этому, получать большее напряжение для питания маломощной электронной техники.
Таким образом можно запитать и предлагаемый передатчик. В [4] было приведено описание передатчика, источником питания для которого послужили акустические колебания – голос оператора, преобразованный в электрические колебания с помощью электро-динамической головки, не только питал простой передатчик на полевом транзисторе, но и производил амплитудную модуляцию несущей кварцевого генератора этого передатчика. Разработчик схемы, японский радиолюбитель-конструктор Kazuhiro Sunamura (JF1OZL), попытался питать маломощный передатчик энергией собственного голоса.
Рис. 6. Передатчик 40-метрового диапазона, питаемый энергией голоса.
Для этого (рис. 6) он применил в качестве микрофона (ВМ1) обычный динамик – электродинамическую головку с сопротивлением катушки 8 Ом.
Поскольку напряжение, развиваемое таким акусто-электрическим преобразователем недостаточно для питания даже такого простого маломощного передатчика (даже при крике непосредственно в динамик), необходим повышающий трансформатор Т1 с соотношением нагрузок обмоток 8 Ом : 10 кОм (выходной трансформатор ламповых радиоприёмников, выходной трансформатор кадровой развёртки старых ламповых телевизоров, можно подобрать из серии унифицированных трансформаторов серии ТОТ или изготовить самостоятельно).
Можно выйти из положения, применив, упомянутый выше трансляционный громкоговоритель, установив его регулятор громкости на максимум и подключив вместо BM1 и Т1 между общим проводом и отрицательной обкладкой конденсатора С1. Переменное напряжение ЗЧ с повышающего трансформатора поступает на однополупериодный удвоитель напряжения, собранный на германиевых диодах VD1, VD2 с участием разделительного конденсатора С1.
На выходе выпрямителя установлен фильтрующий конденсатор С2, устраняющий излишние флуктуации выпрямленного напряжения питания передатчика и блокирующий обратное распространение ВЧ сигнала передатчика к выпрямителю. Генератор собран на полевом транзисторе с изолированным затвором VT1, обеспечивающем максимально возможную амплитуду РЧ сигнала, по отношению к другим видам транзисторов, при минимальном напряжении питания.
Контур L1C3 настроен на частоту кварцевого резонатора и позволяет производить работу в диапазоне 40 м (7 МГц). Катушка L2 является согласующей между выходом передатчика и антенной. Предполагается, что данный передатчик будет работать на резонансную согласованную с фидером антенну. Настройку передатчика лучше производить, отключив генерирующую питание цепь (до С2), подключить источник напряжением 2…3 В и произвести настройку и согласование с фидером антенны, вращая сердечник катушек L1L2, по максимуму выходного сигнала на частоте кварцевого генератора, контролируя уровень по резонансному волномеру или индикатору напряжённости поля, расположенному вблизи катушек передатчика.
Генератор питания передатчика является ещё и модулятором, т.е., говоря в импровизированный микрофон BM1, мы не только питаем передатчик, но и производим амплитудную модуляцию его несущей. С помощью такого передатчика уже была проведена трансатлантическая радиосвязь, правда, при этом, были соблюдены некоторые условия: сначала была договорённость об эксперименте, были применены антенны направленные друг на друга, связь проводилась в телеграфном режиме, когда корреспондент голосом имитировал звучание “морзянки” – её составляющие: точки и тире…
Для удобства пользования “микрофоном”, для большей концентрации энергии голоса, динамик был помещён в металлическую консервную банку с высокими стенками и удалёнными доннышками. Питание более серьёзных радиостанций от генераторов было описано ещё в [5] – рис. 7. Переделка “жучка” (карманного фонаря с генератором переменного тока) для питания передатчика коснётся только установки на его корпусе гнезда с выключателем.
Рис. 7. Питание радиостанции от генератора переменного тока карманного фонаря.
Умножитель напряжения будет для данного передатчика слишком, поэтому цепь питания лампы фонаря размыкается, чтобы подключить генератор к обычному однополупериодному или двухполупериодному (мостовому) выпрямителю с накопительным конденсатором на выходе, при этом вырабатывать энергию можно в “полусонном состоянии» – для передатчика этого хватит; целесообразно, в этом случае, подключать передатчик к аккумулятору, а генератором ручного фонаря лишь подзаряжать этот аккумулятор.
Переменное напряжение с генератора фонаря поступает на двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения. Выпрямленное напряжение заряжает конденсаторы дважды за период: С1, С2 – за положительный, С3, С4 – за отрицательный полупериоды. Пары конденсаторов соединены последовательно и напряжения с них складываются в нагрузке – питаемой радиостанции.
Как пишет автор [5], на выходе удвоителя напряжения не применяется стабилизатор напряжения – номинальное напряжение питания радиостанции “Виталка” составляет 12 В, больше 13,5 В получить от ручного генератора не удастся, для современной техники, например, для зарядки аккумулятора сотового телефона, потребуется (для защиты от перенапряжения) установка стабилитрона с напряжением стабилизации в районе 5 В параллельно нагрузке (зависит от напряжения батареи – КС147…КС156) или (что разумнее, в данном случае) использовать выпрямитель по мостовой схеме – без удвоения.
По такой схеме (рис. 7) целесообразнее осуществить питание и в предыдущем случае (рис. 6), двухполупериодный выпрямитель позволит повысить КПД генератора. В зарубежной радиолюбительской среде была предпринята попытка осуществить механическую блокировку ряда (9 штук!) ручных генераторов типа “жучок” для выработки электроэнергии и одновременной передачи телеграфным ключом, но такая система не работает должным образом, поскольку элементы знаков кода Морзе (точки и тире) имеют различную длительность, и генератор не успевает включаться и выключаться в такт манипуляции.
Необходимо заряжать промежуточный аккумулирующий элемент (например, ионистор), а уж от него питать передатчик через ключ, т.е., разделить функции выработки электроэнергии и подключения потребителя этой энергии. В [3] и здесь, на рис. 4, это условие, кстати, выполняется. Использовать левую руку для накачки энергии, а правой передавать информацию в эфир не очень удобно, но можно потренироваться и привыкнуть, но лучше использовать для выработки электроэнергии ноги, например, приспособив для этого велосипед с “динамкой” или “работать” подобно швее на машинке с ножным приводом. И в заключение статьи: продолжение темы следует…
