Программирование, радиоэлектроника,
саморазвитие и частичка из моей жизни здесь...

Расчет и изготовление катушки КВ диапазона для регенеративного радиоприемника

Эксперимент по переделыванию батарейного регенератора(регенеративный радиоприемник) на лампе 2К2М под диапазон коротких волн(КВ, SW). Описано и проиллюстрированорасчет и изготовление катушки индуктивности для КВ диапазона. Также кратко расскажу как ведет себя приемник с новой катушкой и что изменилось.

Содержание:

  1. Предисловие
  2. Анализ и подготовка
  3. Расчет индуктивности однослойной катушки
  4. Расчет частоты колебательного контура
  5. Таблица КВ диапазонов
  6. Изготовление катушки индуктивности
  7. Установка КВ катушки в радиоприемник
  8. Работа с приемником в КВ диапазоне
  9. Что еще можно попробовать
  10. Заключение

Предисловие

Раньше мною был изготовлен несложный одноламповый радиоприемник, о нем я рассказывал подробно в статье: Регенеративный батарейный радиоприемник на лампе 2К2М

Этот радиоприемник построен на радиолампе 2К2М и принимал радиовещательные станции в диапазонах СВ(средние волны), MW(middle waves) и ДВ(длинные волны), LW(long waves). Позже мне пришла идея попробовать переделать его под КВ(короткие волны), SW(short waves) диапазон.

Анализ и подготовка

Просмотрев несколько схем коротковолновых регенеративных радиоприемников, где так же используется катушка связи, пришел к выводу что для эксперимента достаточно будет сделать новую контурную катушку индуктивности.

Радиолампа 2К2М может работать на частотах до 25МГц, поэтому ее можно смело оставить, не меняя на более высокочастотную.

Что немного смущало так это емкость контурного КПЕ(конденсатор переменной емкости), она лежит в пределах 20-400 пФ, что для КВ диапазона немножко многовато как для минимального значения так и для максимального. Менять КПЕ не планировалось, поскольку все уже хорошо сидит на шасси, была лишь идея попробовать немножко сузить его емкость, подключив последовательно конденсатор некоторой емкости.

Общая емкость двух последовательно соединенных конденсаторов можно рассчитать по формуле:

С общ = (C1*C2) / (C1+C2)

При подключении к КПЕ(20-400пФ) последовательно конденсатора 50пФ общая емкость с регулировкой будет 14-44пФ. Не очень хорошее значение, хотя можно попробовать.

Теперь нам нужно рассчитать  катушку индуктивности чтобы можно было принимать радиостанции в диапазоне КВ. На одном форуме нашел пост где человек изготавливал регенератор и для катушки КВ диапазона (40-80м) использовал вот такие данные:

  • Диаметр каркаса - 45мм;
  • Контурная катушка содержит 12 витков эмалированного провода диаметром 0.8мм;
  • Катушка связи содержит 3 витка эмалированного провода диаметром 0.5мм.

Доверяй, но проверяй! - давайте не поленимся и рассчитаем чего мы сможем добиться от катушки с такими параметрами.

Расчет индуктивности однослойной катушки

Посчитаем по формулам индуктивность однослойной контурной катушки с параметрами намотки что приведены выше. Для наглядности нарисовал рисунок:

Расчет катушки индуктивности

Рис. 1. Катушка индуктивности, параметры.

Формула рассчета индуктивности катушки:

L = D*D*n*n / (45*D + 100*l), где:

  • L - индуктивность катушки, мкГн;
  • D - диаметр катушки, см;
  • n - число витков катушки;
  • l - длина намотки катушки, см.

L = 4.5*4.5*12*12 / (45*4.5 + 100*1.1) = 2916 / (202.5 + 110) = 9.3 мкГн(µH) =0.0000093 Гн = 9.3 * 10−6 Гн.

Индуктивность катушки что содержит 12 витков провода (примерно 1,1 см в длину проводом 0.8мм) и намотана на каркасе диаметром 45мм составляет - 9.3 мкГн(µH). Все просто!

Расчет частоты колебательного контура

Зная индуктивность катушки и емкость конденсатора в нашем колебательном контуре сможем рассчитать его резонансную частоту.

Колебательный контур

Рис. 2. Схема колебательного контура.

Расчет частоты колебательного контура проведем используя формулу:

ƒ = 1 / (2 * π * √(LC)), где:

  • ƒ - резонансная частота контура, Гц;
  • π - число Пи, 3,1415;
  • L - индуктивность катушки, Гн;
  • С - емкость конденсатора, Ф.

Рассчитаем частоту колебательного контура взяв при этом нижнюю емкость конденсатора КПЕ что у меня есть: С = 20 пФ = 0.00000000002 Ф  = 20 * 10−12Ф.

ƒ1 = 1 / (2 * 3.14 * √ (0.00000000002*0.0000093)) = 11675725,7 Гц = 11,67 МГц.

Теперь то же самое но берем верхнюю границу емкости КПЕ, возьмем больше половины: С = 300пФ = 0.0000000003 Ф = 300 * 10−12Ф.

ƒ2 = 1 / (2 * 3.14 * √ (0.0000000003*0.0000093)) = 3014659,4 Гц = 3,01 МГц.

И того, используя катушку индуктивности с приведенными выше параметрами и мой КПЕ я смогу покрыть диапазон примерно  от 3 до 11 МГц.

Таблица КВ диапазонов

Короткие волны, отражаясь от поверхности земли могут распространяться на достаточно большие дистанции. То, насколько качественно мы сможем принимать волны разной длины зависит от многих факторов, одним из наиболее выраженных является время суток: день или ночь.

В день хорошо распространяются менее длинные волны, а ночью - большей длины.

Ниже приведу для справки таблицу вещательных КВ диапазонов с примечанием по зависимости от времени суток:

  • 11 метров, 25.600 - 26.100 MHz (дневной);
  • 13 метров, 21.450 - 21.850 MHz (дневной);
  • 15 метров, 18.900 - 19.020 MHz (дневной);
  • 16 метров, 17.480 - 17.900 MHz (дневной);
  • 19 метров, 15.100 - 15.900 MHz (дневной);
  • 21 метр, 13.500 - 13.870 MHz;
  • 25 метров 11.600 - 12.100 MHz;
  • 31 метра, 9.400 - 9.990 MHz;
  • 41 метра, 7.200 - 7.600 MHz;
  • 49 метров, 5.730 - 6.295 MHz;
  • 60 метров, 4.750 - 5.060 MHz (ночной);
  • 75 метров, 3.900 - 4.000 MHz (ночной);
  • 90 метров, 3.200 - 3.400 MHz (ночной);
  • 120 метров, 2.300 - 2.495 MHz (ночной).

Исходя из моих расчетов, что произведены выше, я смогу охватить радиоприемником диапазоны примерно в пределах 41 - 25 метров.

Изготовление катушки индуктивности

Все данные есть в наличии, можно приступать к изготовлению катушки индуктивности. Для иллюстрации подключения катушек размещу здесь часть схемы из своего радиоприемника.

катушки индуктивности включение

Рис. 3. Схема включения катушек индуктивности в радиоприемнике(начала намотки обозначены точкой).

Если смотреть по схеме то для одного диапазона можно мотать на каркас всего две катушки: контурная заменит L1 и L2, а катушка связи заменит L3 и L4, при этом переключатель S1 можно исключить.

Я все же принял решение сделать 4 катушки как на схеме ради эксперимента, интересно как поведет себя такое решение в КВ диапазоне, к тому же возможно что получится захватить еще более низкочастотный диапазон в добавку к основному.

ВНИМАНИЕ:  необходимо соблюдать начала и концы намотки при монтаже катушки, а также направление намотки каждой из обмоток. Подробно читай в статье: Самодельный батарейный радиоприемник на лампе 2К2М.

Первым делом нужно изготовить каркас на котором будем мотать провод. Под каркас можно использовать кусок полиэтиленовой или пластиковой трубы или же другой цилиндр нужного диаметра.

Мне понадобится каркас диаметром 45мм, поскольку нашел в барахле трубу немного меньшим диаметром 40мм и чтобы ее не портить было принято решение склеить вокруг нее каркас из бумаги.

Каркас для катушки - трубка

Рис. 4. Каркас для катушки - кусок трубы.

Для склеивания использовал листы формата А4 - бумага достаточно плотная, хорошо подходит для подобных целей. Сначала мотаем на каркас 1-2 листа бумаги без промазывания клеем, это нужно чтобы можно было потом изять трубу.

Несколько слоев бумаги для каркаса катушки

Рис. 5. Несколько проклеенных между собой слоев бумаги для каркаса будущей катушки.

Теперь намазываем клеем каждый лист бумаги и оборачиваем в него каркас. Наклеивать желательно 5 и более листов бумаги - это поможет достигнуть достаточной прочности каркаса когда он высохнет. Для высушивания достаточно 12 часов, если клеить клеем ПВА.

После того как каркас высох оказалось что он настолько стянулся на трубе что ее извлечь теперь не предоставляется возможным - пришлось разрезать каркас вдоль и после изъятия склеить надрез. Каркас готов и он достаточно прочен для того чтобы мотать на него толстый провод.

Каркас из бумаги для катушки индуктивности

Рис. 6. Каркас из бумаги для катушки индуктивности готов.

Для намотки использовал медный проводник диаметром 0.8мм и 0.5мм - контурная и катушка связи соответственно.

Самодельная катушка индуктивности для КВ диапазона

Рис. 7. Самодельная катушка индуктивности для КВ диапазона готова!

Самодельная катушка КВ - вид со стороны выводов

Рис. 8. Самодельная катушка КВ - вид со стороны выводов.

Для удобства я пометил точками начала намотки катушек - это поможет не запутаться при подключению ее к радиоприемнику. Крепление проводников реализовал сделав отверстия в каркасе при помощи иглы.

Катушка индуктивности - скрепляем витки обмоток воском

Рис. 9. Скрепляем витки обмоток воском.

Для того чтобы витки обмоток катушки держались надежно вместе можно склеить их клеем или же просто капнуть по несколько капелек воска.

Установка КВ катушки в радиоприемник

Теперь катушка для КВ диапазона готова к установке в радиоприемник. Нужно стараться использовать максимально короткие выводы от обмоток при соединении их с компонентами радиоприемника.

КВ катушка в самодельном регенеративном радиоприемнике

Рис. 10. Катушка КВ диапазона установлена в радиоприемник. (клик  - увеличение).

Самодельный регенеративный КВ радиоприемник на одной лампе

Рис. 11. радиоприемник с установленной катушкой КВ диапазона, вид сзади.  (клик  - увеличение).

самодельный кв приемник на лампе

Рис. 12. Готовый КВ приемник и старая катушка для диапазонов СВ-ДВ.

Работа с приемником в КВ диапазоне

Приемник готов к работе, можно приступать к экспериментам. Пробы проводились в вечернее-ночное время. Сначала была подключена длинная антенна - кусок грубого медного провода длиной порядка 10 метров.

С такой антенной удалось поймать несколько станций, причем ручка регулировки обратной связи никак не влияла на работу радиоприемника, мне это показалось странным - возможно перепутал начала и концы при подключении обмоток обратной связи.

Подключение заземления также не улучшило результатов работы радиоприемника. Решил попробовать в качестве антенны медный штырь диаметром 1-1,2мм и длиной порядка 1-1,5м.

После включения радиоприемника результат не заставил себя ждать - удалось поймать несколько станций, причем ручка регенерации работала теперь отлично и удавалось словить и усилить достаточно слабые сигналы вещательных станций.

Получилось услышать Радио-Свобода, вещание из других стран, кодированные сигналы и другие станции на КВ. Самое большое скопление станций наблюдалось на пороговой границе регулировки КПЕ (С = 20пФ), скорее всего если  уменьшить этот порог до 10 пФ то удастся поймать еще больше станций или же нужно делать перерасчет катушки с последующей ее перемоткой.

Приемник стал менее устойчивым к перестройке под воздействием рук и касаний разных частей схемы. Иногда можно даже побаловаться с антенной приемника как с антенной терменвокса(музыкальный инструмент).

Что еще можно попробовать

После расчетов сразу возникла мысль: можно ведь просчитать количество витков и сделать несколько катушек на разные поддиапазоны, а для их переключения использовать переключатель на несколько положений (5 например). В таком случае катушка связи будет одна (L3), а контурную катушку (L1) мотаем делая отводы от определенного количества витков.

Заключение

Эксперимент удался! Я получил интересный опыт и было увлекательно. Изначально не планировал писать о расчетах катушки и колебательного контура но посчитал что это может быть полезно для тех кто захочет повторить эксперимент. К тому же в процессе подготовки материалов и расчетов я узнал некоторые вещи о которых раньше и не подозревал.

Комментарии к публикации (11):
ЮВК #1ЮВК
30 Январь 2015 19:50

Есть хорошая книжка МРБ №102 - в ней описывается приемник на двух лампах 2к2м - так вот - в этом приемнике более удачный регенеративный каскад с регулировкой ОС резистором - советую присмотреться

+3
Artur #2Artur
03 Апрель 2015 23:36

мне кажется опечатка в результате ?
’2 = 1 / (2 * 3.14 *  (0.0000000003*0.0000093)) = 7554714,8 Гц = 7,56 МГц.
у меня получается 3,03 МГц.
’1 = совпадает

+1
ph0en1x #3ph0en1x
04 Апрель 2015 02:38

Artur, спасибо за замечание, действительно просчитался. Пересчитал несколько раз и поправил значения в статье.
В следующей статье уже использовал специализированную среду для расчетов SciLab - Многодиапазонная КВ катушка для однолампового регенератора.

0
ale242 #4ale242
21 Июль 2015 19:55

Интересно, а диаметр провода нужно учитывать при расчетах?

0
ph0en1x #5ph0en1x
23 Июль 2015 14:59

От диаметра провода и количества витков зависит длина намотки катушки индуктивности, а последние два параметра уже участвуют в расчете, поэтому учитывать его нужно. Можно подогнать параметры катушки под тот диаметр провода, который есть в наличии, для этого измените немного формулу.
Оригинальная формула: L = D*D*n*n / (45*D + 100*l)
l = n*W/10
где l - длина намотки(см), n - количество витков, W - диаметр провода в изоляции(мм).
Подставляем и получаем формулу: L = D*D*n*n / (45*D + 10*n*W)
Теперь для расчета индуктивности катушки потребуется:

  1. D - диаметр каркаса катушки, см;
  2. n - количество витков катушки;
  3. W - диаметр провода в изоляции.

 

Вот и все.

0
Camel #6Camel
09 Декабрь 2016 13:38

Чувак, если тебе не понравилось 14-44пФ, взял бы еще конденсатор. И откуда у тебя там 300пФ взялось, когда ты сам его сузил до 44?

0
ph0en1x #7ph0en1x
09 Декабрь 2016 21:19

Дополнительным конденсатором не удастся сузить емкость использованного мною КПЕ до 5-60пФ, к примеру, достаточно выполнить несколько расчетов чтобы в этом убедиться. Если бы изначально собирал КВ приемник, а не переделывал с СВ-ДВ диапазона то КПЕ использовал бы совсем другой, а так для эксперимента вполне оказалось достаточно.

Расчеты контура производились с учетом емкости КПЕ (20-400пФ, взял верхнюю границу 300пФ) без дополнительного конденсатора.
Вероятно что вы пролистали статью не вникая в подробности... )

0
Leon #8Leon
07 Февраль 2017 06:30

Здравствуйте! Подскажите, а как в ваших расчетах получилась длинна намотки катушки 1.1см& У меня получилось l= 12*0.8/10 = 0.96см

0
ph0en1x #9ph0en1x
07 Февраль 2017 10:49

Leon, измерялась длина намотки по факту, при помощи линейки. Нужно не забывать что 0,8мм - это диаметр медного провода очищенного от эмали.
Поэтому фактический диаметр не очищенного медного провода (с эмалью) получился: 11мм/12витков = 0.92мм.

0
masik #10masik
05 Июль 2017 12:21

подскажите пожалуйста параметры катушки для передатчика на кв-1. Есть провод 1мм и кондер 12-495 пф на почту safelocks[at]ukr.net Спасибо!!!

0
ph0en1x #11ph0en1x
05 Июль 2017 15:02

Радиовещательный диапазон КВ-1 (75 м) или SW (75 m) - частоты 3,95-4,00 МГц.
Дальше все зависит от принципиальной схемы передатчика, ищите расчеты контуров в справочниках по конструированию радиоаппаратуры для связи на КВ.

0