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无线电电子与电气工程百科全书 探测器无线电接收器的电路设计已有 100 年历史。 无线电电子电气工程百科全书
探测器无线电接收器被归类为一种无线电设备，其中从无线电台接收的信号不被放大，而仅被检测。 检测过程是指将调制的高频振荡转换为原始的低频调制信号。 进行检测的装置称为检测器。 根据电振荡幅度的不同，探测器分为两种类型：在最大电振荡水平影响下工作的探测器（相干器、磁探测器）和检测所有电振荡幅度的探测器（晶体探测器、灯探测器和电解探测器）。 1]。 使用最广泛的晶体和灯探测器。 根据电子管电路的不同，检测分为：阳极检测、栅极检测和阴极检测。 探测器无线电可能有也可能没有电源，具体取决于其电路中使用的探测器类型。 相干器、磁检测器和电解检测器的运行需要电源。 至于灯检测器，具有这种检测器的无线电接收器已经被归类为灯装置。 探测器无线电接收器的电路不能包括任何类型的放大器（UHF或超声波频率），否则，根据其中使用的无线电电子元件，它将被称为电子管或晶体管接收设备。 “探测器无线电接收器”这个名称通常与具有晶体探测器的接收器相关联[2]。 这种设备中的耳机仅通过天线从空气接收到的无线电波的能量来工作。 无线电接收机接收无线电台的效率取决于天线的类型和质量。 对于探测器接收器来说，最好使用外置天线，L型或T型。 所命名的天线仅在还原连接的位置上有所不同。 看起来天线越长、悬挂得越高，它能够捕获的能量就越多，耳机发出的声音就越大。 但实践表明，这种情况是有一个合理限度的。 最佳天线长度为 40...50 m，悬挂高度为 10...15 m。 广播电台可靠、定期接收的最大距离主要取决于发射无线电台的功率、接收波长和一天中的时间，表 1。 在半导体技术出现之前，晶体探测器的运行在很大程度上取决于其设计、接触对材料的选择以及接触压缩程度。 接触对以一定方式选择，并且可以由两个晶体形成，也可以由带有金属尖端的晶体形成。 在探测器接收器的设计中，接触对晶体-金属尖端的应用最为广泛。 接触对根据其性质的不同，具有不同的单向电流传导能力，其特征在于具有 l=f(U) 形式的依赖性，其中 I 是电流，U 是电压。 基于这种依赖性，在选择探测器时，应优先选择那些在正向通过电流较好、在反向通过电流较差的探测器。 由于弹簧的尖端接触晶体表面，形成接触。 对于这种接触件，电流从弹簧流向晶体时的电阻与电流从晶体流向弹簧时的电阻显着不同。 换句话说，在此检测器设计中，电流仅沿一个方向流动。 许多物质都具有单向通过电流的特性，但最好的是天然矿物盖伦、黄铁矿、黄铜矿等。表2给出了用于探测器的晶体的基本信息。 对于金刚砂探测器来说，为了将其设置到最佳工作点，需要使用伏打电池。 表 3 给出了一些探测器对的特性。 根据探测器中使用的晶体类型，还可以选择耳机。 探测器接收器可以使用音圈电阻1000欧姆以上的电磁耳机、线圈电阻小于300欧姆的低阻抗耳机以及压电耳机。 高阻抗耳机是最常见的。 低阻抗耳机用于具有低阻抗检测器（例如碳化硅钢）的接收器，但这种检测器并未广泛使用。 在某些情况下，当无线电广播的声音足够大时，可以连接订户扬声器而不是耳机，从而扩大收听受众。 在没有这种扬声器的情况下，您可以通过在耳机上安装一定形状和尺寸的喇叭来增强耳机的声音。 喇叭可以用任何材料制成，例如纸或纸板，但最好使用木材。 表1
表2
表3
具有弹簧加载尖端的晶体探测器的主要缺点是操作期间可能发生接触故障。 轻微的机械（震动）或电气冲击可能会破坏接触的稳定性，从而导致检测器工作点丢失。 在这种情况下，接收完全消失，要恢复接收，必须手动重新排列晶体表面上的弹簧尖端，即安装新的检测点。 晶体型的接触设计——金属弹簧的尖端是晶体探测器的致命弱点。 已经提出了大量的探测器设计，根据发明者的说法，其中实现了可靠和稳定接触的目标，如图1所示。
由于50世纪XNUMX年代中期半导体工业的快速发展，具有可调触点的探测器被基于锗的半导体点二极管所取代。 新探测器消除了由于弹簧尖端与晶体的强烈机械接触而导致的不稳定性。 这些就是所谓的带有 pn 型结的点二极管。 pn结是使用电成形方法制造的。 该方法包括通过点接触传递强大的短期电流脉冲。 结果，接触区域变热，针尖与半导体熔合。 触点下方形成一个类似点的小半球形 pn 结。 这样得到的点二极管电参数稳定，机械强度高。 探测器无线电的发展 带有晶体检波器和耳机的检波接收器由于其简单且成本低廉，长期以来一直是最常见的无线电接收设备。 探测器接收是无线电工程发展史上的一个完整时代。 该接收器的主要优点是它不需要电流源。 检波接收器的普及可以说是现代接收器羡慕的对象，比如20年代末莫斯科有一个爵士乐派对，音乐爱好者制作检波接收器，听伦敦音乐会的现场直播，然后写下笔记记忆。 一段时间后，音乐爱好者见面并比较了唱片。 为此目的，业余无线电爱好者使用烟盒、火柴盒等将探测器接收器组装成袖珍结构，如图 2 所示。 在我国，下诺夫哥罗德无线电实验室员工S.I.沙波什尼科夫设计的无可变电容器检波接收机在无线电爱好者中得到广泛应用。
为了收听广播电台，使用了变速计，该变速计由两个缠绕有直径 1,5 毫米振铃线的圆柱形线圈组成。 该探测器接收器的设计描述发表在苏联杂志“业余无线电”第 7 期 1924 年。 检测器接收器电路没有特殊功能；主要是设计本身制造的简单性。 1926 世纪，开发了许多探测器无线电接收器的电路和设计。 作者获得了其中许多方案和设计的专利，这表明了这些开发的新颖性。 其中一些电路解决方案至今仍在使用，我们现在甚至不怀疑它们已获得专利。 让我们看一下多年来获得的一些最有趣的专利。 3年，V.E.Prikhodko提出了一种检波接收电路，称为“无需调谐和接地的接收装置”，图3[4]。 第二年，同一发明人基于先前开发的电路获得了改进版接收器的专利。 在该电路中，其中一个二极管被振荡电路取代，如图 4 [3]。 为了增加接收器中接收无线电台的强度，无需调谐和接地[5]，在其电路中添加了两个电容器和接地，如图5[1929]。 6年，F.A. Vinogradov开发了检波接收器电路并获得专利，该电路采用带电压倍增的单周期检波电路，如图6[7]。 本发明的目的是通过连接到接收器插座的扬声器而不是电话来获得广播电台的大声接收。 本文作者利用上图，用现代零件组装了探测器无线电接收器，并通过约XNUMXm长的小型室外天线，能够接收到俄罗斯西北部许多广播电台广播的信号。 然而，一个更有趣的增加接收音量的电路解决方案是带有两个低频变压器和一个原电池的电路，如图 7 [7]。 在此电路中，耳机连接到其中一个低频变压器的初级或次级绕组。 探测器无线电电路的最新专利于 50 世纪 8 年代初颁发。 一组作者提出了一种无管无线电接收器，可以让您通过扬声器收听无线电广播，如图 8 [1]。 本质上，它是一个探测器接收器，带有由原电池供电的所谓压电放大器。 根据作者的说法，收音机应该按如下方式工作。 在来自探测器无线电接收器（2）而不是压电元件（3）的输出的声音频率的作用下，压电元件发生机械振动。 这些振荡对应于输入信号的频率和幅度。 压电元件机械振动的影响改变了推挽式麦克风（5）中碳球的密度，进而导致变压器（XNUMX）初级绕组电路中流动的电流发生变化。 通过感应，变压器的次级绕组中产生交流电压，导致扬声器的压电元件振荡。 当然，作者指出，这种放大器提供的增益和功率取决于压电元件的效率、麦克风电池的电压和功率以及所用麦克风的相应特性。 目前尚不清楚是否使用该方案创建了有效的接收器设计，但该美丽想法已获得专利。
直到 1 世纪中叶，探测器无线电接收器一直由国内工业生产。 为了让这样的无线电接收器工作，只需将耳机、天线、接地和晶体探测器连接到相应的插座上即可。 首先，通过旋转可变电容器调谐旋钮或移动环形线圈内的阿尔西弗磁芯，搜索广播电台的信号。 此后，听者尝试增大传输的音量，并沿着探测器晶体的表面移动导线，即寻找敏感的接收点。 在工业接收器中，首选由一个振荡电路、一个检测器和高阻抗电话组成的传统电路。 国内工业生产的最著名的探测器无线电接收机有“Komsomolets”、“Volna”、ZIM-9等。“Komsomolets”接收机的示意图如图180a所示。 接收器的尺寸为 90x49x350 mm，重量为 9 g，图 1949b。 通过使用小型曲柄机构移动线圈内的 alsifer 磁芯，可以对广播电台进行平滑调谐。 52年，探测器接收器本身的成本为56...18卢布，电磁耳机40卢布。 28戈比，压电5卢布。 廉价的管式电池接收器“Rodina”的成本几乎是探测器接收器的六倍。 同时，侦听器接收器的费用为7卢布。 每年，即比电子管收音机少 1050 倍。 相比之下，在此期间，我国初级研究员的工资为800卢布，工厂年轻工程师的工资为XNUMX卢布。
只要态度谨慎，探测器无线电接收器就可以使用很长一段时间，而无需更换任何无线电部件，这在当时是非常重要的。 然而，在战后时期，并不是我国每个公民都能购买装备齐全的探测器无线电接收器。 为了降低探测器接收器的成本，LETI（列宁格勒电工研究所）Bogoroditsky N.P.的科学家们F. Evteev 开发了一种廉价且易于制造的简单探测器接收器设计，如图 10a [9]。 本质上，接收设备是一个探测器无线电接收器，其轮廓感应器印刷在直径为 120 毫米、厚度为 8 毫米的瓷盘上，如图 10b 所示。 安装连接和线圈匝是用含有分散银的导电膏制成的。 将糊剂涂在圆盘两侧的螺旋槽中。 该圆盘在马弗炉中在 800°C 的温度下烧制。 电路元件和瓷盘表面之间的连接强度非常高。 此后，两个陶瓷电容器（KPK-2型）旋转盘和用于连接耳机、探测器、天线和接地的黄铜管插座安装在盘的前表面上。 收音机没有外壳，如果弄脏了，只需用温水和肥皂清洗即可，不用担心损坏收音机部件。 这种设计独特的接收器能够接收波长范围为 25...12 m 的无线电台，距离可达 270 km，单波束天线长 700 m，上端悬挂高度为 100米。
家用工业探测器无线电接收器设计用于接收长波和中波范围内的无线电台。 为了运行这些接收器，需要标准尺寸的外部天线，以及至少 60x60 厘米金属片形式的接地2，埋入地下1 ... 1,5 m的深度。在国内探测器接收器中，主要使用探测器的工业样品，制成类似插头的塑料外壳，图11。 使用平坦的金属板将这种插头的一根销钉连接到带有水晶的杯子上。 杯子有一个螺丝刀槽，结构上位于表壳中部，水晶朝下。 这样就可以使用螺丝刀旋转带有晶体的杯子，连接到插头另一个引脚的细弹簧的末端接触到晶体。 在旋转期间，搜索敏感检测点。 随着工业上点锗二极管生产的发展，插头形式的探测器继续生产，但其内部已经安装了一个锗点二极管，其引线焊接到插头的引脚上。 二十一世纪的探测器无线电 直到今天，探测器无线电接收器对于难以到达的地区、乡村和花园等没有电力来源的地区仍然特别有价值。 为了探测器无线电接收器的良好运行，最主要的是安装高质量的天线和接地。 在有利的条件下，可以使用打开的订户扬声器而不是耳机来接收大声广播电台，并且可以接收短波广播电台。 目前，广播电台的数量比其流行时期要多得多，因此现代探测器无线电接收器首先必须具有高选择性。 只有通过增加无线电接收器的电路和设计的复杂性才能实现所需的选择性。 高选择性探测器无线电接收器的基本电路解决方案早在上世纪 20 年代就已开发出来。 它们尚未失去其重要性，并且引起了类似结构的开发商的兴趣。 业余无线电杂志上定期出现的所谓“新”探测器无线电设计的描述基本上都是 XNUMX 世纪上半叶“被遗忘的旧”电路设计。
输入电路是检波接收器的主要选择元件，用于调谐到给定频率。 根据调谐到感兴趣的无线电台波的谐振电路的数量，存在具有一个、两个或多个电路的检测器接收器。 为了平滑地调节电路，主要使用可变电容器、可变电阻器（图12）和磁介质可变电阻器（由铁氧体、Alsifer等材料制成的可动磁芯的电感线圈）。 具有一个可调谐电路的探测器接收器以其设计简单和声音纯度高而著称。 如果削弱电路和检测器之间的连接，则可以稍微提高单电路检测器接收器的选择性。 这可以通过几种众所周知的方式来完成：1）将检测器连接到振荡电路的电感线圈的某些抽头（图13），2）使检测器与振荡电路的线圈的连接具有电感性，使用单独缠绕的线圈，大约 6...10 匝（图 14），并且 3) 通过恒定或可变电容的电容器 (6...300 pF) 将检测器连接到输入电路的整个线圈（图 15） . XNUMX). 为了增加检测器传输系数，使用了各种检测方案。 以下电路是已知的：全波、具有倍压的全波、全波桥等。 接收器中的全波或推挽检测电路可以以不同的方式构建。 最著名的检测器接收器电路，其中谐振电路通过线圈感应连接到检测器电路，中间有一个抽头，如图 16 所示。 耦合线圈L2的匝数应为环形线圈L1,5的2...1倍。 该电路中，一个半周期的振荡经过VD1二极管，另一个半周期的振荡经过VD2二极管，这样，音频振荡就以相同的极性到达BF1耳机。 在这种情况下，例如，无线电信号的下部没有被切断，而是绕对称轴旋转，占据信号上部的半周期之间的空白空间。 这种检测器的效率高于半波检测器。 具有该检测电路的接收器听起来比具有传统电路的接收器声音稍大。 在检波接收器中，有时会使用全波桥检波电路，如图 17 所示。 14 [16]。 该方案与前一方案的主要区别在于可以使用没有中间抽头的环形线圈。 当使用具有倍压的全波电路构建检测器时，可以获得比使用单个二极管的检测器时大约两倍的低频输出电压。 需要注意的是，使用图17中的图的特征。 仅当接收器接收到足够强度的无线电信号来检测它时，18-XNUMX 才可能发生。 在 LW、MW 和 HF 频段，这可以通过例如增加天线的长度来实现。 您可以使用其他方法来增加探测器接收器的音量，例如，如果使用两个天线，如图 XNUMX 所示。 XNUMX.
当电路在检测器输入处完全打开时，选择性最差。 在这种情况下，随着传输系数的增加，电路自身的有源电导降低。 可以通过增加连接在天线和检测器之间的谐振电路的数量和品质因数来提高检测器接收器的选择性。 应该记住，随着电路数量的增加，有用信号会减弱。 在实践中，它们通常仅限于两个可调谐谐振电路。 在图中。 图19示出了具有二环路带通滤波器的接收器电路。 双电路检测器接收器最常使用变压器或电容耦合，而高质量接收器更喜欢组合电路到电路耦合。 具有多个可调谐谐振电路的探测器无线电接收器的实用图如图 20 [13] 所示。 探测器无线电接收器具有多个可定制电路以及良好的天线和接地，可以在 DV、MV 甚至 HF 频段内实现相当高质量的无线电广播接收。
为了接收 VHF 无线电台，探测器无线电不像 LW、SV 和 HF 频段那样频繁使用。 这主要是由于该系列的特点。 如您所知，在 VHF 频段中使用频率调制 (FM)，而在 LW、MW 和 HF 频段上使用幅度调制 (AM)。 当设计用于该范围的检波接收器时，会出现解调 FM 信号的问题，因为传统的二极管 AM 信号检波器不适合此目的。 为了使用简单的二极管检波器来解调FM信号，需要首先将FM信号转换为AM信号。 最简单的转换方法是使用相对于信号频率稍微失谐的振荡电路。 在这种情况下，电路将工作在谐振曲线的倾斜部分。 通过这种设置，接收信号的频率变化会导致其幅度变化，然后可以用传统的二极管检波器进行解调。 当移动到 VHF 时，由普通部件制成的振荡电路具有较低的品质因数，并且在谐振时给出的增益微不足道。 对于此范围内的正常无线电接收，需要品质因数超过 100 的振荡电路，这是获得足以进行检测的信号电平所必需的。 在探测器 VHF 接收器的实际设计中，使用螺旋体积谐振器，其在空载状态下，根据其设计和设置，可以具有 200...5000 的品质因数，图 21 [14]。 在业余无线电文献中，您可以找到用于 VHF 接收器的空腔谐振器的各种设计的描述，这些谐振器可以在业余条件下用废料制成。
根据现有出版物，可以得出结论，VHF探测器接收器的接收范围可以在几十米到1-2公里的范围内。 正如已经提到的，此类设备的接收质量在很大程度上取决于振荡电路的品质因数，以及无线电台发射机的功率和距离。 VHF探测器接收器除了收听广播电台外，还可用于将微波设备配置为波计，也可用作业余VHF电台的发射机监视器。 XNUMX世纪的探测器无线电接收器自然无法与微电路上的现代接收设备竞争。 然而，它的创建过程以及随后在其上收听无线电广播的过程给无线电爱好者带来的积极情绪不亚于现代业余无线电接收器的建造过程，在许多情况下甚至更多。 总之，作者希望本文对探测器无线电接收电路发展的简要概述能够对国内无线电爱好者创建此类新型无线电接收设备有很好的帮助。 文学
作者：V.Pestrikov，圣彼得堡
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