AUDION S TRANZISTOREM
Mnoho ze začátečníků si zkoušelo postavit jednoduchý rozhlasový přijímač, krystalku (a velice správně, vždy je nutno začínat s tím nejjednodušším). Ale po praktických zkouškách byli zklamáni, podle velikosti vazby laděného obvodu s anténou získali buď silný poslech nejbližší stanice, nebo slabý poslech několika stanic.
Obr 1 - Charakteristika polovodičové diody.
Abychom si tento jev objasnili, použijeme nejprve několik základních matematických vztahů a vysvětlíme si je. Průběh stejnosměrné charakteristiky polovodičové diody je znázorněn graficky na obrázku 1, a lze jej vyjádřit vztahem:
kde ID je proud diody, UD je napětí diody a UT je teplotní napětí, které se rovná přibližně 25 mV. Rozvineme-li mocninu v řadu, obdržíme:
Pouze nejbližší, dostatečně silná stanice může na diodu v našem přijímači přivést napětí řádově desítky milivolt. Ostatní slabší stanice vyvolají napětí mnohem menší, takže také zlomek UD/UT je menší než jedna. V tomto případě je možno předešlý vztah zjednodušit, protože všechny vyšší mocniny jsou zcela zanedbatelné, čímž se dostaneme k výrazu
Co nám tedy z tohoto vztahu vyplývá? No je jasné, že pro malé signály má dioda v okolí počátku lineární (přímkový) průběh, a tím pádem se chová jako každý jiný obyčejný odpor a k detekci signálu nedochází. A právě proto nemůžeme ony slabší stanice slyšet.
V některých popisech krystalek se můžeme dočíst, že autor doporučuje diodu kapánek "pootevřít", tedy posunout klidový pracovní bod z počátku souřadnic vnějším napětím. Avšak dle mého názoru je nejlepším řešením přivést na diodu silnější vysokofrekvenční signál, tím způsobem, že před ní zařadíme vysokofrekvenční předzesilovač. Takto se i slabé signály dostanou na diody v dostatečné velikosti.
Nejprve si můžeme vyzkoušet například širokopásmový, tedy neladěný předzesilovač, například podle obrázku 2. Pokud vás mate použití dvou diod, tak vězte, že toto zapojení se nazývá ZDVOJOVAČ NAPĚTÍ a do sluchátek nebo dalších stupňů dodá silnější signál. Na výstup můžeme připojit buď sluchátka s vyšší impedancí (ne od walkmana), nebo lépe – nízkofrekvenční zesilovač. V popisovaném vývojovém vzorku jsem s výhodou použil nízkofrekvenční zesilovač z vyřazené mechaniky CD ROM, jelikož má značnou citlivost a je přizpůsoben pro použití nízkoimpedančních sluchátek – to vše bez práce (viz článek CITLIVÝ ZESILOVAČ na tomto webu, o několik řádků v menu BASTLENÍ výše).
Obr. 2 - Neladěný vf předzesilovač
Vysokofrekvenční předzesilovač podstatně zlepší citlivost jednoduchého přímozesilujícího přijímače. Tento typ přijímačů se vyráběl před sto lety, avšak ani tehdy jejich citlivost nevyhovovala. Kolem roku 1910 se ale objevila myšlenka zvětšit zesílení vstupního obvodu pomocí regulovatelné kladné zpětné vazby (viz Lee de Forest a jeho prvá trioda). A nastal velký kvalitativní skok – vznikly tak zvané zpětnovazební přijímače, audiony (obrázek 3).
Obr. 3 - Elektronkový audion s NF zesilovačem pro malé napájecí napětí.
Vakuová elektronka pracovala jako vysokofrekvenční předzesilovač, i detektor. Jenže pak přišly tranzistory, a vše bylo jinak. Sice víceméně ze zvyku se objevují stavební návody a popisy přijímačů, ve kterých zvládá obě tyto funkce jeden tranzistor, obdobně jako elektronka, jenže pokud se podíváme na funkci tranzistoru podrobněji, zjistíme určité problémy. Tranzistor totiž potřebuje k dostatečnému zesílení určitý, optimální kolektorový proud (cca 2 až 5 mA). V okolí tohoto pracovního bodu jsou však stejnosměrné charakteristiky tranzistoru natolik lineární, že tranzistor není schopen detekce. Naopak bez předpětí báze sice detekuje, avšak jeho zesílení je tak malé, že ani nestačí k zavedení kladné zpětné vazby.
Proto je v tomto případě výhodnější oddělit od sebe obvod vysokofrekvenčního předzesilovače s kladnou zpětnou vazbou a obvod demodulace – detekce. Přesto, že tento předzesilovač nemá nic společného se signály slyšitelných kmitočtů, pro naše účely mu zjednodušeně budeme také říkat audion (z latinského audio – sluch, slyšitelný).
Schéma nejjednoduššího, avšak dostatečně kvalitního a citlivého přijímače s audionem pro poslech pásma středních vln je na obrázku 4.
Obr.4 – Audion
Tranzistor T1 (libovolný vf typ, ve vzorku byl použit KF508 i KC508 se stejnými výsledky) pracuje v zapojení se společným emitorem. Zesílený vysokofrekvenční signál se odebírá z kolektoru přes vazební kondenzátor 10n (z důvodu oddělení stejnosměrné složky) na známý detekční obvod. Pracovní odpor kolektoru je tvořen potenciometrem 1k, z jehož běžce zavádíme do obvodu báze (opět přes oddělovací kondenzátor) část zesíleného vysokofrekvenčního signálu. Protože tranzistor obrací fázi signálu o 180°, a my potřebujeme kladnou zpětnou vazbu, musíme signál v laděném obvodu znovu pootočit o 180°. Tohoto pootočení docílíme tak, že vývody cívky L2 jsou oproti vývodům cívky L1 přehozeny. To znamená, že když je u cívky L1 připojen k zemi konec vinutí, u cívky L2 je to začátek vinutí (za předpokladu, že obě cívky jsou vinuty stejným směrem).
V přívodu napájecího napětí je zapojen oddělovací člen tvořený odporem a dvěma kondenzátory, slouží nám k oddělení audionu od dalších stupňů. Na výstup detektoru opět připojíme vhodný nízkofrekvenční zesilovač, buď klasický tranzistorový, nebo s integrovaným obvodem, či již zmíněný zesilovač z CD mechaniky.
Při uvádění do chodu nastavíme hlasitost asi na polovinu. Pak opatrně protáčíme potenciometrem zpětné vazby a hledáme charakteristické klapnutí, důkaz, že kladná zpětná vazba funguje a právě rozkmitala vstupní obvod. Při ladění se nám ozvou jednotlivé stanice typickými hvizdy. V okolí kmitočtu stanice při přibližování zprava či zleva tón klesá, až při přesném naladění klesne k nule. Pak stačí jemně zmenšit zpětnou vazbu až vysadí a ze sluchátek či reproduktoru se ozve pořad naladěné stanice.
Lze dokázat, že kladná zpětná vazba zavádí do laděného obvodu záporný (negativní) odpor. Tento negativní odpor se odečítá od kladného odporu, jenž vzniká nejen ztrátami v cívce, ale i vnějším zatížením, například anténou. V okamžiku, kdy je záporný odpor stejně velký jako odpor kladný, je ztrátový odpor laděného obvodu nulový a činitel jakosti Q velmi veliký (teoreticky nekonečný). Postačí nepatrný podnět, aby vznikly kmity, obvod osciluje. Je tedy zřejmé, že kladnou zpětnou vazbou lze nejen zvětšit zesílení, ale zároveň i zvýšit selektivitu. Teoreticky by bylo možné dosáhnout nekonečného zesílení, avšak šumy a vnější vlivy celý obvod rozkmitají dříve, než se tomuto ideálnímu vlivu přiblížíme.
Při příjmu rozhlasových (fonických) stanic nastavíme samozřejmě zpětnou vazbu před bod rozkmitání. Při příjmu nemodulované telegrafie (A1A, CW) je však nutno vazbu "utáhnout" těsně za bod rozkmitání. Zázněje vlastních a přijímaných kmitů dávají po smíšení v detekčním obvodě slyšitelný tón v rytmu telegrafních značek, nebo hlas operátorů, vysílajících s jedním postranním pásmem (SSB), tedy v případě příjmu krátkých vln. Na středních vlnách tento jev prakticky nenastane (i když vyloučit se nedá naprosto nic). Ale pozor na to, že kmitající vf zesilovač vlastně představuje malý vysílač, který může rušit okolní posluchače. Proto doporučuji zachovat při práci se zpětnou vazbou maximální opatrnost, zvláště v tom případě, když používáme venkovní anténu.
Je nutno dbát na to, aby zpětná vazba nasazovala a vysazovala lehce, a vždy ve stejném úhlu natočení potenciometru při obou směrech pohybu. V případě, že se nám objeví na výstupu vrčení, nebo tón stále stejné výšky, došlo zřejmě k tomu, že se tranzistor rozkmital na nějakém kmitočtu, třeba i v oboru nízké frekvence. V tomto případě doporučuji zkusmo měnit hodnoty vazebních kondenzátorů od báze a od potenciometru k cívkám laděného obvodu, popřípadě zkusit propojit krajní vývody potenciometru menším kondenzátorem řádově desítky pF.