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無線電子工学および電気工学の百科事典 100年にわたる探知機ラジオ受信機の回路。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
検出器無線受信機は、受信した無線信号が増幅されず、検出のみが行われる無線デバイスとして分類されます。 検出プロセスは、変調された高周波発振を元の低周波変調信号に変換することとして理解されます。 検出を行う装置を検出器と呼びます。 検出器は、電気振動の振幅に応じて、電気振動の最大レベルの影響下で動作するもの (コヒーラー、磁気検出器) と電気振動のすべての振幅を検出するもの (結晶、ランプ、電解検出器) の 1 つのタイプに分類されます。 XNUMX]。 最も広く使用されているクリスタル検出器とランプ検出器。 電子ランプのスイッチング方式に応じて、検出はアノード、グリッド、カソードに区別されます。 探知機無線機には、回路で使用されている探知機の種類に応じて、電源がある場合とない場合があります。 電源は、コヒーラー検出器、磁気検出器、電解検出器の動作に必要です。 真空管検出器に関しては、そのような検出器を備えたラジオ受信機はすでに真空管装置として分類されています。 いかなるタイプ（UHF または UHF）の増幅器も検出器無線回路に含めることはできません。そうでない場合は、そこで使用される電子部品に応じて、真空管受信機またはトランジスタ受信機と呼ばれます。 「探知無線受信機」という名前は、通常、水晶探知機を備えた受信機を連想します [2]。 このようなデバイスのヘッドフォンは、アンテナが空中から受信した電波のエネルギーによってのみ機能します。 無線受信機による無線局の受信効率は、アンテナの種類と品質によって異なります。 探知機の受信機には、L 字型または T 字型の外部アンテナを使用するのが最適です。 名前付きアンテナは、ドロップの取り付け場所のみが異なります。 アンテナが長く、より高く吊り下げられているほど、より多くのエネルギーを捕らえることができ、ヘッドフォンの音が大きくなるように思えます。 ただし、この場合には合理的な制限があることが実際にわかっています。 アンテナの最適な長さは 40 ～ 50 m、サスペンションの高さは 10 ～ 15 m です。 放送局を確実かつ定期的に受信できる最大距離は、主に送信無線局の出力、受信波長、および時刻によって決まります (表 1)。 半導体技術の出現以前の水晶検出器の動作は、その設計、接触ペアの材料の選択、および接触の圧縮度に大きく依存していました。 接触ペアは特定の方法で選択され、XNUMX つの結晶と金属チップを備えた結晶の両方で形成できます。 検出器受信機の設計では、結晶と金属チップの接触ペアが最も広く使用されています。 接点ペアは、その性質に応じて、一方向の電流伝導能力が異なります。これは、l=f(U) の形式の依存性によって特徴付けることができます。ここで、I は電流、U は電圧です。 この依存性に基づいて、検出器を選択するときは、順方向ではより良く電流を流し、逆方向ではより悪い電流を流す検出器を優先する必要があります。 バネの鋭い端を結晶の表面に接触させると、接触が形成されます。 このような接触では、電流がバネから水晶に流れるときの電気抵抗は、電流が水晶からバネに流れるときの電気抵抗と大きく異なります。 言い換えれば、このような検出器の設計では、電流は一方向にのみ流れます。 多くの物質は一方向に電流を流す性質を持っていますが、天然鉱物であるガレン、黄鉄鉱、黄銅鉱などが最も優れており、検出器に使用される結晶に関する基本情報を表 2 に示します。 カーボランダム検出器に関しては、最適な動作点を設定するためにガルバニック電池を使用する必要があります。 いくつかの検出器ペアの特性を表 3 に示します。 ヘッドフォンも、検出器で使用される結晶の種類に応じて選択されます。 検波器の受信機には、ボイスコイル抵抗が1000Ω以上の電磁ヘッドフォン、コイル抵抗が300Ω以下の低抵抗ヘッドフォン、圧電ヘッドフォンが使用可能です。 最も一般的なのは高インピーダンスのヘッドフォンです。 低抵抗ヘッドフォンは、カーボランダム鋼などの低抵抗検出器を備えた受信機で使用されますが、そのような検出器は広く使用されていません。 場合によっては、ラジオ送信が十分な音量で聞こえる場合、ヘッドフォンの代わりに加入者スピーカーを接続することが可能になり、それによって聴衆を拡大することができます。 このようなスピーカーがない場合でも、ヘッドフォンに特定の形状とサイズのホーンを取り付けることで、ヘッドフォンの音を増幅できます。 ホーンは紙やボール紙などどんな素材でも作ることができますが、木材を使用するのが良いでしょう。 表1
表2
表3
バネ仕掛けのチップを備えた水晶検出器の主な欠点は、動作中に接点が破損する可能性があることです。 わずかな機械的（揺れ）または電気的衝撃により、接点の安定性が損なわれ、動作している検出ポイントが失われる可能性があります。 この場合、受信は完全に消滅し、受信を再開するには手動でバネの先端を結晶面上に配置し直す、つまり新たな検出点を設定する必要がある。 結晶型コンタクトの設計 - 金属バネの先端は結晶検出器のアキレス腱でした。 多数の検出器設計が提案され、発明の著者によれば、信頼性が高く安定した接触という目標が達成されたという（図１）。
50 年代半ばの半導体産業の急速な発展により、調整可能な接触検出器はゲルマニウムベースの半導体ポイントダイオードに置き換えられました。 新しい検出器では、バネの先端と結晶との強い機械的接触による動作の不安定性が解消されました。 これらは、pn 型接合を備えたいわゆるポイント ダイオードです。 pn接合は電気的フォーミング法を用いて作製した。 この方法は、点接触を通して強力な短期間の電流パルスを流すことから成ります。 その結果、接点が加熱され、針の先端が半導体と溶融します。 コンタクトの下には、ドットに似た小さな半球状の pn 接合が形成されます。 このようにして得られたポイントダイオードは、安定した電気的パラメータと高い機械的強度を備えています。 開発中の探知無線 水晶探知機とヘッドフォンを備えた探知機受信機は、そのシンプルさと低コストにより、長い間最も一般的なラジオ受信機でした。 探知機の受信は、無線工学の発展の歴史における 20 つの時代です。 この受信機の主な利点は、電流源を必要としないことです。 探知受信機の人気は、現代の受信機にとっては羨望の的である可能性があります。たとえば、2 年代の終わりにモスクワでジャズ パーティーがあり、音楽愛好家が探知受信機を作り、ロンドンからのコンサートの生中継を聴き、それを書き留めました。記憶からのメモ。 しばらくして、音楽愛好家たちが集まり、レコードを比較しました。 アマチュア無線家は、この目的のためにタバコのケースやマッチ箱などを使用して、ポケット構造の形で探知受信機を組み立てました（図XNUMX）。 我が国では、アマチュア無線家の間で、ニジニ・ノヴゴロド無線研究所の従業員であるS.I.シャポシニコフによって設計された、可変コンデンサーのない検波受信機が広く使用されていました。
ラジオ局に同調するには、直径 1,5 mm のベル ワイヤーを巻いた 7 つの円筒形コイルからなるバリオメーターが使用されました。 この探知機受信機の設計の説明は、1924 年のソビエト雑誌「アマチュア無線」第 XNUMX 号に掲載されました。 検出器の受信回路には何の機能もありませんでしたが、主なことは設計自体の製造の単純さでした。 1926 世紀には、探知無線機の多くの回路と設計が開発されました。 これらのスキームや設計の多くについて、著者は特許を取得しており、開発の新規性が示されています。 これらの回路ソリューションの一部は現在でも使用されており、今ではそれらが特許を取得しているとは疑うことさえありません。 さまざまな年に取得された最も興味深い特許のいくつかについて詳しく見てみましょう。 3 年に、V.E. Prikhodko は、「同調と接地を行わない受信装置」と呼ばれる検出器受信機方式を提案しました (図 3)。 翌年、同じ発明者は、以前に開発された回路に基づいた受信機の改良版の特許を取得しました。 この方式では、ダイオードの 4 つが発振回路に置き換えられました (図 4 [3])。 同調や接地を行わずに受信機での無線局の受信電力を高めるために [5]、回路に 5 つのコンデンサと接地が追加されました (図 1929)。 6 年に、F.A. Vinogradov は、電圧逓倍を備えた単一周期検出器回路が使用された検出器受信回路を開発し、特許を取得しました (図 6)。 この発明の目的は、電話の代わりに受信機ジャックに組み込まれた拡声器でラジオ局を大音量で受信できるようにすることであった。 上記のスキームに従って、この記事の著者は現代の部品から探知無線受信機を組み立て、長さ約7メートルの小さな屋外アンテナで、ロシア北西部で放送している多くのラジオ局の信号を受信することができました。 しかし、受信音量を増加させるためのより興味深い回路ソリューションは、7 つの低周波変圧器とガルバニック電池を備えた回路でした (図 7)。 この回路では、ヘッドフォンはいずれかの低周波トランスの一次巻線または二次巻線に接続されます。 探知無線回路に関する最後の特許は 50 年代初頭に発行されました。 著者らのグループは、ラウドスピーカーでラジオ放送を聞くことができるチューブレスラジオ受信機を提案しました (図 8)。 本質的には、ガルバニック電池で駆動されるいわゆる圧電アンプを備えた検出器受信機でした。 著者によれば、ラジオは次のように動作するはずでした。 圧電素子 (8) ではなく、検出器無線受信機 (1) の出力から来る音響周波数の作用により、圧電素子の機械的振動が発生します。 これらの振動は、入力信号の周波数と振幅に対応します。 圧電素子の機械的振動の影響により、プッシュプル マイク (2) 内のカーボン ボールの密度が変化し、その結果、トランス (3) の一次回路に流れる電流が変化します。 誘導により、トランスの二次巻線に交流電圧が発生し、スピーカーの圧電素子が振動します。 当然のことながら、これは著者も指摘していることですが、このようなアンプのゲインと出力は、圧電素子の効率、使用されるマイクの適切な特性に応じたマイクのバッテリーの電圧と出力に依存します。 実用的な受信機の設計がこのスキームに従って作成されたかどうかは不明ですが、美しいアイデアの特許が取得されました。
探知無線機は、1 世紀半ばまで国内産業によって製造されていました。 このようなラジオ受信機が動作するには、ヘッドフォン、アンテナ、アース、水晶探知機を対応するジャックに接続するだけで済みます。 まず、バリコンの同調つまみを回すか、ループコイル内のアルシファーコアを動かすことにより、信号を受信して無線局を探します。 その後、リスナーは送信量を増やそうとし、検出器の結晶の表面に沿ってワイヤーを動かしました。つまり、敏感な受信ポイントを探していました。 産業用受信機では、単一の発振回路、検出器、および高インピーダンス電話機で構成される通常の回路が優先されます。 国内産業が製造した最も有名な探知無線受信機は、コムソモレツ、ヴォルナ、ZIM-9などでした。コムソモレツ受信機の図を図180aに示します。 受信機の寸法は 90x49x350 mm、重量は 9 g でした（図 1949b）。 ラジオ局でのスムーズな同調は、小型クランク機構を用いてコイル内のアルシファーコアを動かすことで行われていました。 52年、検出器受信機自体の価格は56 ... 18ルーブル、電磁ヘッドフォンは40ルーブルでした。 28コペイカ、圧電 - 5ルーブル。 安価な真空管電池受信機「Rodina」の価格は、探知機受信機のほぼ7倍です。 同時に、検出器受信機に対する聴取者の料金は1050ルーブルでした。 つまり、真空管ラジオの 800 分の XNUMX です。 比較のために、この期間における我が国の新人研究者の給料はXNUMXルーブル、工場の若いエンジニアの給料はXNUMXルーブルでした。
注意深い姿勢を保てば、探知無線受信機は無線コンポーネントを交換することなく、非常に長期間使用することができました。これは当時、少なからず重要でした。 しかし、戦後、我が国のすべての国民が完全装備の探知機ラジオを購入できたわけではありません。 検出器受信機のコストを削減するために、LETI (レニングラード電気技術研究所) ボゴロディツキー N.P. の科学者たちは、 と Evteev F. は、安価で技術的に単純な単純な検出器受信機の製造設計を開発しました (図 10a [9])。 本質的に、受信装置は、直径 120 mm、厚さ 8 mm の磁器ディスク上に印刷された輪郭インダクターを備えた検出器無線受信機でした (図 10b)。 フィールド接続とコイルの巻き付けは、分散された銀を含む導電性ペーストを使用して行われました。 ペーストは、ディスクの両面のらせん状の溝に塗布されました。 ディスクはマッフル炉内で 800°C の温度で焼成されました。 回路素子と磁器ディスクの表面との接続強度は非常に高かった。 その後、セラミックコンデンサー（KPK-2タイプ）の25つの回転円盤と、ヘッドホン、探知機、アンテナ、アースを接続するための真鍮管ジャックを円盤の前面に取り付けました。 ラジオ受信機にはケースがなかったので、汚れがあった場合でも、ラジオのコンポーネントを損傷する心配なく、石鹸を使った温水で簡単に洗うことができました。 この珍しい設計の受信機は、十分な音量で 12 メートルのラジオ局を受信することができました。
国内の工業用探知無線機は、長波帯および中波帯の無線局を受信するように設計されています。 これらの受信機を操作するには、標準サイズの屋外アンテナと、少なくとも 60x60 cm の金属シートの形で接地する必要がありました。2、1 ... 1,5 mの深さまで地面に埋められます 国内の検出器受信機では、プラグに似たプラスチックケースで作られた検出器の工業用サンプルが主に使用されました（図11）。 このようなプラグの XNUMX つのピンを、平らな金属板を使用してクリスタルを備えたカップに取り付けました。 カップにはドライバー用のスロットがあり、構造的にクリスタルを下にしてケースの中央に位置していました。 これにより、ドライバーを使用して、プラグの別のピンに接続された薄いバネの端がクリスタルに触れたカップを回転させることができました。 回転中に、感度の高い検出ポイントの検索が行われました。 業界によるポイントゲルマニウムダイオードの生産の発展に伴い、プラグの形の検出器が生産され続けましたが、ゲルマニウムポイントダイオードはすでにその内部に取り付けられており、そのリードはプラグのピンにはんだ付けされていました。 XXI世紀の探知無線 これまでのところ、感知器無線は、電源がない田舎の家や庭の敷地など、手の届きにくい場所で特に価値があります。 探知機無線を良好に動作させるためには、高品質のアンテナと接地を設置することが重要です。 好条件下では、ヘッドホンの代わりに加入者スピーカーをオンにして大声でラジオ局を受信したり、短波ラジオ局を受信したりすることが可能です。 現在、ラジオ放送が普及していた時代に比べて、放送されているラジオ局の数が大幅に増えているため、最新の探知型ラジオ受信機は、まず第一に、高い選択性を備えていなければなりません。 必要な選択性を達成するには、回路が複雑になり、無線受信機の設計が必要になります。 高い選択性を備えた探知無線受信機の主回路ソリューションは、前世紀の 20 年代に開発されました。 それらはまだその重要性を失っておらず、そのような構造の開発者にとって興味深いものです。 アマチュア無線雑誌に定期的に掲載される探知無線のいわゆる「新しい」設計の説明は、基本的には XNUMX 世紀前半の「忘れ去られた古い」回路ソリューションです。
入力回路は、検出器受信機の主要な選択要素であり、特定の周波数に同調するために使用されます。 対象の無線局の電波に同調する共振回路の数に応じて、12 つ、XNUMX つ、または複数の回路を備えた検波受信機があります。 回路を滑らかに調整するには、主に可変コンデンサ、バリオメータ（図XNUMX）、磁気誘電体バリオメータ（フェライト、アルシファーなどの材料で作られた可動コアを備えたインダクタ）が使用されます。 1つの同調回路を備えた検出器受信機は、デバイスのシンプルさと音の純度の高さが特徴です。 ループと検出器の間の接続を弱めることにより、シングルループ検出器受信機の選択性を多少改善することが可能です。 これはいくつかのよく知られた方法で行うことができます: 13) 検出器を発振回路のインダクタンスコイルの特定のタップに接続します (図 2)。6) 検出器と発振回路のコイルの接続を誘導的にします。個別に巻かれたコイルを約 10 ～ 14 回巻き (図 3)、6) 定容量または可変容量のコンデンサ (300 ～ 15 pF) を介して検出器を入力回路のコイル全体に接続します (図 XNUMX)。 .XNUMX）。 検出器のゲインを高めるために、さまざまな検出方式が使用されます。 以下の回路が知られています: 全波、電圧倍増の全波、全波ブリッジなど。 受信機の全波またはプッシュプル検出回路は、さまざまな方法で構築できます。 最もよく知られている検波受信回路は、共振回路が検波回路に誘導的に接続されており、コイルを介して中央からタップを持っています。 結合コイル L16 の巻き数はループコイル L2 の 1,5 ～ 2 倍とします。 この回路では、一方の半サイクルの振動は VD1 ダイオードを通過し、もう一方の半サイクルは VD1 ダイオードを通過します。その結果、オーディオ周波数振動は同じ極性で BF2 イヤホンに到達します。 この場合、たとえば、無線信号の下部は遮断されませんが、いわば対称軸の周りを回転し、信号の上部の半周期の間の空きスペースを占めます。 このような検出器の効率は、半波長検出器の効率よりも高くなります。 この検出回路を備えた受信機は、従来の回路を備えた受信機よりも若干音が大きくなります。 検波器受信機は、全波検波ブリッジ回路を使用することがあります (図 17)。 14[16]。 この方式と前の方式の主な違いは、中間タップなしでループ コイルを使用できることです。 全波電圧倍加方式を使用して検出器を構築すると、単一ダイオード検出器を使用した場合に比べて約 17 倍の低周波出力電圧を得ることができます。 図の図の特徴を利用すると、 18～XNUMX は、受信機が検出するのに十分な強度の無線信号を受信した場合にのみ可能です。 LW、MW、および HF 帯域では、これは、たとえばアンテナの長さを長くすることで実現できます。 他の方法、たとえば XNUMX つのアンテナを使用する場合など、探知機受信機の音量を上げることもできます。 XNUMX.
回路が検出器入力で完全にオンになると、選択性（選択性）は最悪になります。 この場合、透過係数の増加に伴い、回路の固有の能動導電率が減少します。 アンテナと検出器の間に接続される共振回路の数と品質係数を増やすことによって、検出器受信機の選択性を改善することができます。 この場合、回路数が増えると有効な信号が弱くなることに注意する必要があります。 実際には、通常は 19 つの同調共振回路に制限されます。 図上。 図１９は、２ループバンドパスフィルタを備えた受信回路を示す。 20 ループ検出器の受信機では、トランスまたは容量結合が最もよく使用されますが、高品質の受信機ではループ間結合の組み合わせが好まれます。 いくつかの同調共振回路を備えた探知無線受信機の実際の図を図 13 に示します [XNUMX]。 いくつかの同調可能な回路を備え、適切なアンテナと接地を備えた探知無線により、LW、MW、さらには HF 帯域の無線送信を十分に高品質に受信できます。
VHF ラジオ局を受信するために、探知無線機は LW、MW、および HF 帯域ほど頻繁には使用されません。 これは主にこの範囲の機能によるものです。 ご存知のとおり、VHF 帯域では周波数変調 (FM) が使用され、LW、MW、HF 帯域では振幅変調 (AM) が使用されます。 この範囲の検波器受信機を設計する場合、従来のダイオード AM 信号検波器はこの目的には適していないため、FM 信号を復調するという問題が発生します。 単純なダイオード検波器を使用して FM 信号を復調するには、最初に FM 信号を AM 信号に変換する必要があります。 最も単純な変換方法は、信号の周波数と多少ずれた発振回路を使用することです。 この場合、回路は共振曲線の傾斜部分で動作します。 この設定では、受信信号の周波数の変化により振幅が変化し、従来のダイオード検波器で復調することが可能になります。 VHF に切り替える場合、通常の部品で作られた発振回路は品質係数が低く、共振時にわずかなゲインが得られます。 この範囲で通常の無線受信を行うには、検出に十分な信号レベルを得るために品質係数 100 を超える発振回路が必要です。 検出器 VHF 受信機の実際の設計では、スパイラル空洞共振器が使用され、無負荷状態では、その設計と調整に応じて 200 ～ 5000 の品質係数を持つことができます (図 21 [14])。 アマチュア無線の文献では、アマチュア条件で即席の材料から作ることができる、VHF 受信機用の空洞共振器のさまざまな設計の説明を見つけることができます。
入手可能な出版物によると、VHF 検出器受信機の受信範囲は数十メートルから 1 ～ 2 km の範囲にあると結論付けることができます。 すでに述べたように、このようなデバイスの受信品質は、発振回路の品質係数、電力および無線局の送信機までの距離に大きく依存します。 VHF 検波器受信機は、放送局を聴くだけでなく、波長計としてマイクロ波機器を調整したり、アマチュア VHF 局の送信機のモニターとしても使用できます。 XNUMX 世紀の探知無線受信機は、もちろん、現代のマイクロチップ受信機と競合することはできません。 しかし、その作成プロセスそのものと、その後のラジオ放送の聴取は、アマチュア無線家に現代のアマチュア無線受信機の設計時と同じくらいポジティブな感情をもたらすことができ、多くの場合それ以上のポジティブな感情をもたらすことができます。 結論として、著者は、ここで紹介した検出器無線回路の開発に関する簡単なレビューが、国内のアマチュア無線家がこのタイプの新しい無線受信機を作成する際に役立つことを望んでいます。 文学
著者: V.ペストリコフ、サンクトペテルブルク
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