Самодельный радиокомпас.

Заводской транзисторный приемник в любом походе лучше использовать по прямому его назначению. Веселая музыка, последние известия, проверка времени — вот для чего нужен вещательный приемник в походе. Радиокомпас лучше сделать только радиокомпасом и использовать его для определения направлений маршрута.

Схема и конструкция радиокомпаса очень просты, и изготовить его может даже малоопытный радиолюбитель.

Для радиокомпаса нам потребуются 3 транзистора, 10 резисторов, 8 конденсаторов постоянной емкости и 1 переменной, немного монтажного провода, наушники и батарея для карманного фонаря. Ну и, конечно, ферритовая или рамочная антенна, которую изготовляют самостоятельно.

Схема радиокомпаса изображена на рисунке 40.

Рис. 40. Принципиальная схема радиокомпаса.

Это простейший приемник, собранный по схеме прямого усиления, сокращенно обозначаемой формулой I–V-I. Это означает, что приемник имеет один каскад усиления по высокой частоте, детектор и один каскад усиления по низкой частоте.

Радиоволны местной или иногородней мощной радиостанции наводят в контуре L1С1 магнитной антенны и на штыревой антенне очень небольшие высокочастотные напряжения. Через катушку связи L2 это напряжение поступает на вход усилителя высокой частоты, который собран на транзисторе Т1. Входной контур (контур магнитной антенны) настраивается с помощью конденсатора переменной емкости в резонанс с электромагнитными колебаниями (радиоволнами) принимаемой радиостанции. Это означает, что на контуре будет выделено напряжение с частотой только одной, нужной нам радиостанции, сигналы же других радиостанций, работающих в то же самое время на частотах, отличных от резонансной частоты контура L1C1, не будут «пойманы» этим контуром.

Резисторы R1, R2, R3 и R4 служат для создания определенного режима работы транзистора по постоянному току. С помощью этих резисторов на коллекторе, эмиттере и базе транзистора получают необходимые напряжения питания, обеспечивающие заданный режим работы.

Резисторы R1 и R2 образуют делитель (они включены между полюсами батареи источника питания), со средней точки которого снимается напряжение смещения на базу транзистора Т1. Обычно это напряжение равно 0,1 части от общего напряжения питания. В соответствии с этим и выбирают величины сопротивлений резисторов (110 ком и 15 ком). Резистор R3 называют нагрузкой каскада усилителя высокой частоты (ВЧ). На этом сопротивлении выделяется усиленное напряжение высокой частоты. Чем больше сопротивление этого резистора, тем значительнее будет на нем падение напряжения, то есть больше усиление каскада. Однако устанавливать очень большое сопротивление в цепи коллектора нельзя, потому что в этом случае на коллекторе будет слишком маленькое напряжение питания и транзистор будет иметь плохие усилительные свойства. Выбирают какое-то оптимальное значение сопротивления резистора нагрузки, при котором на коллектор поступает достаточное напряжение питания и в то же время на этом сопротивлении выделится заметно усиленное напряжение высокой частоты. Резистор R4 служит для создания дополнительного автоматического смещения на базе транзистора Т1. Ток эмиттера работающего транзистора, проходя по этому резистору, создает на нем падение напряжения тем большее, чем больше ток эмиттера. Это напряжение со знаком плюс поступает на базу через резистор R2 и катушку связи L2.

Конденсатор С2 служит для того, чтобы на резисторе R2 не падало напряжение высокочастотной составляющей усиливаемого сигнала. Дело в том, что это напряжение создает отрицательную обратную связь, уменьшающую общее усиление каскада.

В связи с тем, что пользоваться радиокомпасом придется при самых различных условиях, в нем необходимо предусмотреть температурную стабилизацию. Транзисторы очень чутки к колебаниям окружающей температуры. При изменении температуры, при которой работает транзистор, изменяется и коэффициент его усиления. В некоторых случаях каскад, собранный на нем, может оказаться запертым и все устройство перестанет работать.

Нестабильность работы транзисторных усилителей можно значительно уменьшить, подав на базу транзистора небольшое отрицательное смещение со специального делителя. Одновременно с этим в цепь эмиттера транзистора включают резистор автоматического смещения.

На рисунке 41 изображена схема оконечного усилителя радиокомпаса.

Рис. 41. Элементы термостабилизации транзисторного каскада.

Резисторы R8, R9 и R10 являются элементами термостабилизации. Сопротивление резистора автоматического смещения и сопротивления резисторов R8, R9 делителя выбирают такими, чтобы начальное отрицательное напряжение на базе по отношению к эмиттеру было равно 0,1–0,3 в. Значения сопротивлений этих резисторов подбирают при налаживании, и они могут значительно отличаться от указанных на схеме. Величины этих сопротивлений зависят от режима работы транзистора и напряжения источников питания.

Практически величина сопротивления резистора R10 в маломощных усилителях НЧ (низкой частоты) может изменяться от 400 ом до 3 ком, а сопротивление R8 — от 50 до 100 ком. Сопротивление резистора R9, как правило, составляет 0,1 часть от величины R8.

Как же осуществляется стабилизация режима работы транзистора?

При изменении окружающей температуры ток коллектора вследствие нестабильности свойств транзистора изменяется. Допустим, что он увеличился. Следовательно, увеличилось и падение напряжения на резисторе автоматического смещения R10. Со знаком «плюс» это смещение через резистор R9 попадает на базу транзистора и уменьшает его усилительные свойства, а значит, и коллекторный ток. Это происходит потому, что общее смещение на базе, которое складывается из отрицательного напряжения, поступающего с делителя R8, R9 от источника питания, и положительного напряжения смещения, поступающего с резистора R10 становится менее отрицательным и транзистор подзапирается. Уменьшение коллекторного тока возвращает транзистор в прежний режим, компенсируя влияние изменения температуры.

Такой способ термокомпенсации широко используется в маломощных транзисторных усилителях.

Конденсатор С2 (см. рис. 40) служит для того, чтобы высокочастотный сигнал, для которого емкость этого конденсатора представляет очень небольшое сопротивление, мог беспрепятственно попасть на общий плюсовой провод и на эмиттер транзистора Т1. Напомним, что входом каскада усилителя ВЧ является база— эмиттер транзистора и усиливаемый сигнал должен быть включен между базой и эмиттером транзистора.

Усиленный сигнал через конденсатор связи С4 поступает на базу второго каскада нашего приемника. Этот каскад — транзисторный детектор. В обычных приемниках предпочтение отдают диодным детекторам, в радиокомпасе лучше использовать транзисторный, потому что, кроме детектирования, он еще усиливает принятый сигнал.

Схема детекторного каскада похожа на схему каскада усилителя ВЧ. Различие состоит в том, что смещение на базу транзистора Т2 задается только автоматически, так как отсутствует делитель напряжения. Термокомпенсация в этом каскаде выполнена по более простой схеме, и режим работы транзистора выбран таким, что проявляются его детектирующие свойства.

Высокочастотное напряжение, поступившее на базу транзистора детектора, по своей форме очень сложное, потому что оно содержит несущую частоту и низкочастотный (звуковой) сигнал. Такое напряжение называют модулированным.

Радиоволны очень низких (звуковых) частот не могут распространяться на большие расстояния, поэтому нельзя сразу превратить звуковые колебания в радиоволны и передавать в эфир. Хорошо распространяются на большие расстояния высокие частоты (радиочастоты). Поэтому и нужно на передатчике создать модулированные колебания, как бы запечатать в конверт высоких радиочастот низкочастотный (звуковой) сигнал. В приемнике необходимо снова разделить эти частоты, произвести демодуляцию, то есть детектирование сигнала.

В результате детектирования получают раздельно высокочастотную составляющую принятого сигнала (несущую), низкочастотную (звуковую) составляющую и постоянную составляющую. Высокочастотная и постоянная составляющие продетектированного сигнала нам не нужны. Нас интересует только звуковая частота, то есть сигнал, содержащий музыку или речь.

Назначение деталей R6, R7 и C5 такое же, как в каскаде усилителя ВЧ, с той лишь разницей, что на нагрузке детекторного каскада выделяется усиленный низкочастотный сигнал. Конденсатор С6 служит для того, чтобы избавиться от высокочастотной составляющей продетектированного сигнала, замкнув ее через емкость этого конденсатора на общий провод. Постоянную составляющую на следующий каскад не пропустит конденсатор связи С7.

Следующий каскад — усилитель низкой частоты — необходим потому, что продетектированный сигнал (его низкочастотная составляющая) настолько мал, что мы сможем услышать его только при приеме очень мощных и близко расположенных радиостанций.

Назначение резисторов R8, R9 и R10 и конденсатора С9 аналогично первому каскаду приемника. Они предназначены для создания режима работы транзистора по постоянному току и подачи автоматического смещения на базу транзистора Т3. Нагрузкой оконечного каскада усилителя НЧ служат головные телефоны Тлф. Для улучшения качества звучания параллельно головным телефонам включен конденсатор С8. Выключение питания радиокомпаса производят выключателем Вк1, с помощью которого разъединяют один из проводов, ведущих к батарее питания.

Как уже указывалось, лучшие результаты при определении направления на радиостанцию во время ориентировки на местности можно получить, используя рамочную антенну. На рисунке 42 показана часть схемы радиокомпаса (его входная часть), в котором использована рамочная антенна.

Рис. 42. Входная цепь радиокомпаса.

Радиокомпас собирают в корпусе от карманного приемника, выпускаемого специально для радиолюбителей. Корпус можно изготовить самим, склеив его из любой пластмассы. Размеры корпуса 108x68x28 мм. В корпусе размещают плату с деталями радиокомпаса и источники питания. На лицевой панели устанавливают керамический подстроечный конденсатор типа КПК-3 и выключатель питания. Последний может быть самодельным, изготовленным из полосок гартованной латуни (контакты реле).

Для выключения приемника можно использовать любой тумблер или выключатель, желательно малогабаритный.

Ферритовую антенну удобно расположить сверху корпуса радиокомпаса, а снизу укрепить гнезда для включения головных телефонов.

Внешний вид радиокомпаса показан на рис. 43.

Рис. 43. Внешний вид радиокомпаса.

Весь монтаж радиокомпаса размещен на гетинаксовой плате толщиной 1 мм и размерами 60x74 мм. Расположение деталей на плате показано на рисунке 44, а монтажная схема соединения деталей — на рисунке 45.

Рис. 44. Монтаж радиокомпаса.

Рис. 45. Монтажная схема радиокомпаса.

Все детали приемника фабричные, за исключением ферритовой (рамочной) антенны. Антенна состоит из круглого сердечника диаметром 8 мм и длиной 110 мм, используемого в вещательных транзисторных приемниках. Катушка индуктивности L1 намотана на бумажной гильзе длиной 45 мм, плотно надеваемой на ферритовый стержень. Она содержит 250 витков, уложенных равными секциями по 50 витков. Катушка связи L2 имеет 25 витков, уложенных на подвижной бумажной гильзе длиной 6 мм. Обе катушки намотаны проводом ПЭЛШО 0,12. Такая антенна рассчитана для работы в диапазоне длинных волн. На средних волнах число витков следует уменьшить соответственно до 100—80 и 10.

Рамочная антенна может быть круглой или квадратной формы. Диаметр круга или сторона квадрата рамочной антенны, вообще говоря, зависит от длины волны принимаемой радиостанции. Чем длиннее волна, тем больше размеры рамочной антенны. Для радиокомпаса, работающего на длинных или средних волнах, вполне достаточна круглая рамочная антенна с диаметром 40–50 см, такой же длины должна быть и сторона квадратной рамки.

Рамочную антенну изготовляют из медного изолированного провода диаметром 0,6–0,8 мм. Число витков рамки зависит от ее размеров и длины волны принимаемой радиостанции. При указанном диаметре (стороне квадрата) рамка для работы на средних волнах имеет 16 витков с отводом от второго витка. На длинноволновом диапазоне следует применять рамку, состоящую из 35–40 витков с отводом от четвертого витка. Витки проводов круглой рамочной антенны помещают в оболочку от коаксиального кабеля или обматывают несколькими слоями изоляционной хлорвиниловой ленты.

Круглая рамочная антенна с помощью изоляционных прокладок соединяется со штыревой, которая обеспечивает ей жесткость. Основанием штыревой и рамочной антенн служит пластина из изоляционного материала, на которой укрепляется и радиокомпас. Конструкция радиокомпаса с антеннами может быть произвольной, в зависимости от вкуса и возможностей радиолюбителя.

Внешний вид круглой рамочной антенны, сочлененной со штыревой и приемником, показан на рисунке 46.

Рис. 46. Круглая рамочная антенна, сочлененная со штыревой.

Конденсаторы С2, С3, С4, С5, С6, С8 — керамические, типа КЛС или КДС, электролитические конденсаторы С7 и С9 — типа ЭМ или фирмы «Тесла». Все резисторы — типа МЛТ и УЛМ. Номиналы деталей могут отличаться от указанных на схеме на 20 % в сторону уменьшения или увеличения, что не скажется на работе приемника. Можно использовать детали больших габаритов, при этом увеличатся размеры радиокомпаса.

Транзистор Т1 должен иметь коэффициент усиления β_ст порядка 30–50. Можно применить и другие типы высокочастотных маломощных транзисторов, например П420—П422, П416 и др.

Низкочастотные транзисторы Т2 и Т3 должны иметь коэффициент усиления 50–80. На их месте можно использовать любые низкочастотные маломощные транзисторы. Монтажные соединения надо вести голым медным луженым проводом диаметром 0,2–0,5 мм. Контактные штырьки на монтажной плате можно не устанавливать, используя выводы деталей для крепления их на плате.

Перед сборкой радиокомпаса следует проверить исправность деталей: конденсаторы и резисторы должны соответствовать тем номиналам, которые указаны на принципиальной схеме; катушки рамочной или магнитной антенны не должны иметь обрывов; батарея питания — обеспечивать необходимое напряжение.

После окончания монтажа нужно тщательно проверить правильность соединений деталей и соответствие монтажа принципиальной и монтажной схемам. Только после этого можно включать питание.

Общий ток, потребляемый радиокомпасом, не должен превышать 3–4 ма. Измеряют ток миллиамперметром, включив его в разрыв провода после выключателя питания Вк1. Можно миллиамперметр присоединить прямо к контактам разомкнутого выключателя.

При токе больше указанного надо немедленно выключить питание и проверить правильность монтажа или найти неисправную деталь. Следующий этап налаживания радиокомпаса — измерение режимов транзисторов. В разрыв проводов, указанных на схеме (см. рис. 40) крестиком, включают миллиамперметр. Токи, потребляемые каждым каскадом, должны соответствовать указанным на принципиальной схеме. Если измеренные величины будут значительно (раза в три-четыре) отличаться от данных, следует искать неисправность в схеме или проверить качество деталей. Если различие небольшое, нужно изменить значение резисторов, помеченных звездочкой.

После установки нормального режима работы по постоянному току переходят к настройке входного контура. Обычно при исправных деталях и правильном монтаже при вращении ротора конденсатора С1 удается принять работу какой-то местной радиостанции. Настройку входного контура лучше всего производить при одной штыревой антенне, имеющей круговую диаграмму направленности. Если используется рамочная или магнитная антенна, то при вращении конденсатора С1 следует менять и положение приемника или антенны, так как она имеет направленные свойства.

Если не удается принять ни одной станции, можно временно подключить к концам катушки L1 еще один конденсатор переменной емкости и попробовать настроиться на станцию с его помощью, оставляя конденсатор С1 в положении наибольшей емкости. Когда станция найдена, второй конденсатор переменной емкости заменяют конденсатором постоянной емкости. Если же и вторым конденсатором не удалось найти в рабочем диапазоне радиокомпаса уверенно слышимой радиостанции, нужно увеличивать число витков катушки L1. Громкость работы радиокомпаса зависит от положения катушки связи L2 по отношению к L1. Поэтому, когда будет найдена хорошо слышимая станция, надо попробовать перемещать катушку связи по стержню ферритовой антенны, добиваясь увеличения громкости.

После того как приемник радиокомпаса будет уверенно работать, подключают обе антенны и пробуют определить направление на станцию по максимальной громкости. Это направление различается не очень четко, и лучше определять его по минимальной слышимости.

Полезно к радиокомпасу сделать и шкалу, как в обычном компасе (рис. 47).

Рис. 47. Компас.

Радиокомпас может быть использован не только для определения направления, когда невозможно ориентироваться каким-либо другим способом. Можно, например, отыскать «вражеский» штаб или другой важный объект «противника». Условно этот объект обозначают цветными флажками или бумажками в виде круга диаметром не менее 50 м и ставят задачу найти объект с расстояния в несколько километров от него. «Разведчикам» указывают только «азимут» и примерное расстояние до объекта. «Азимутом» будем считать в данном случае угол между направлением на радиостанцию (или противоположное ему) и направлением на разыскиваемый объект. Направление необходимо определять по радиокомпасу.