Radio de cristal - Crystal radio

Acest articol se referă la receptoarele radio care nu sunt alimentate. Pentru oscilatoarele controlate de cristal (așa cum se utilizează în radiouri), consultați Oscilatorul cu cristal .
„Crystal set” redirecționează aici. Pentru formația rock australiană, consultați Setul de cristal .
Radio suedez de cristal din 1922 realizat de Radiola , cu căști. Dispozitivul din partea de sus este detectorul de mustăți al pisicii radioului . Este furnizată o a doua pereche de mufe pentru căști.
Radio cu cristale Arrow din epoca anilor 1970 comercializat copiilor. Căștile sunt în stânga. Sârma antenei, dreapta, are o clemă pentru atașarea la obiecte metalice, cum ar fi un pat, care servesc ca o antenă suplimentară pentru a îmbunătăți recepția.

Un receptor radio de cristal , numit și set de cristale , este un receptor radio simplu , popular în primele zile ale radioului. Folosește doar puterea semnalului radio recepționat pentru a produce sunet, fără a avea nevoie de energie externă. Este numit pentru componenta sa cea mai importantă, un detector de cristale , fabricat inițial dintr-o bucată de mineral cristalin, cum ar fi galena . Această componentă este acum numită diodă .

Radio-urile de cristal sunt cel mai simplu tip de receptor radio și pot fi realizate cu câteva piese ieftine, cum ar fi un fir pentru o antenă, o bobină de sârmă, un condensator, un detector de cristale și căști (deoarece un set de cristale are o putere insuficientă pentru un difuzor ). Cu toate acestea, acestea sunt receptoare pasive , în timp ce alte radio utilizează un amplificator alimentat de curent de la o baterie sau o priză de perete pentru a face semnalul radio mai puternic. Astfel, seturile de cristale produc un sunet destul de slab și trebuie ascultate cu căști sensibile și pot recepționa posturi numai într-un interval limitat.

Proprietatea rectificatoare a unui contact între un mineral și un metal a fost descoperită în 1874 de Karl Ferdinand Braun . Cristalele au fost utilizate pentru prima dată ca detector de unde radio în 1894 de către Jagadish Chandra Bose , în experimentele sale de optică cu microunde. Au fost folosite pentru prima dată ca demodulator pentru recepția de comunicații radio în 1902 de către GW Pickard . Radio-urile de cristal au fost primul tip de receptor radio utilizat pe scară largă și tipul principal utilizat în epoca telegrafiei fără fir . Vândut și făcut de casă de milioane, radioul de cristal ieftin și de încredere a fost o forță motrice majoră în introducerea radioului către public, contribuind la dezvoltarea radioului ca mediu de divertisment odată cu începutul difuzării radio în jurul anului 1920.

În jurul anului 1920, seturile de cristale au fost înlocuite de primele receptoare de amplificare, care foloseau tuburi de vid . Odată cu acest progres tehnologic, seturile de cristale au devenit învechite pentru uz comercial, dar au continuat să fie construite de hobbyiști, grupuri de tineri și Boy Scouts, în principal ca o modalitate de a învăța despre tehnologia radioului. Sunt încă vândute ca dispozitive educaționale și există grupuri de entuziaști dedicați construcției lor.

Radioanele de cristal primesc semnale modulate de amplitudine (AM), deși au fost construite modele FM . Ele pot fi proiectate pentru a primi aproape orice bandă de frecvență radio , dar majoritatea primesc banda de transmisie AM . Câțiva primesc benzi cu unde scurte , dar sunt necesare semnale puternice. Primele seturi de cristale au primit semnale de telegrafie fără fir difuzate de emițătoare spark-gap la frecvențe de până la 20 kHz.

Istorie

O familie care asculta un radio de cristal în anii 1920
Brevetul SUA 836.531 al lui Greenleaf Whittier Pickard, diagramă „Mijloace pentru primirea informațiilor comunicate prin unde electrice”
Biroul de standarde al SUA 1922 Circularul 120 „ Un simplu costum de casă care primește radio ” i-a învățat pe americani să construiască un radio de cristal.

Radio-ul de cristal a fost inventat de un lanț lung, parțial obscur de descoperiri la sfârșitul secolului al XIX-lea, care a evoluat treptat în receptoare radio din ce în ce mai practice la începutul secolului al XX-lea. Cea mai timpurie utilizare practică a radioului de cristal a fost de a primi semnale radio de cod Morse transmise de la emițătoarele de scânteie de către experimentatorii radioamatori timpurii . Pe măsură ce electronica a evoluat, capacitatea de a trimite semnale vocale prin radio a provocat o explozie tehnologică în jurul anului 1920, care a evoluat în industria de radiodifuziune de astăzi .

Primii ani

Radio de cristal (1915) păstrat la Muzeul radioului - Monteceneri (Elveția)

Telegrafia radio timpurie a folosit scântei și emițătoare de arc , precum și alternatoare de înaltă frecvență care rulează la frecvențe radio . Coherer a fost primul mijloc de detectare a unui semnal radio. Acestea, însă, nu aveau sensibilitatea pentru a detecta semnale slabe.

La începutul secolului al XX-lea, diverși cercetători au descoperit că anumite minerale metalice , cum ar fi galena , ar putea fi utilizate pentru a detecta semnale radio.

Fizicianul indian Jagadish Chandra Bose a fost primul care a folosit un cristal ca detector de unde radio, folosind detectoare de galene pentru a primi microunde începând cu anul 1894. În 1901, Bose a solicitat un brevet american pentru „Un dispozitiv pentru detectarea perturbărilor electrice” care menționa utilizarea un cristal de galena; acest lucru a fost acordat în 1904, # 755840. La 30 august 1906, Greenleaf Whittier Pickard a depus un brevet pentru un detector de cristale de siliciu, care a fost acordat la 20 noiembrie 1906.

Un detector de cristale include un cristal, de obicei o sârmă subțire sau o sondă de metal care intră în contact cu cristalul și suportul sau carcasa care ține aceste componente în poziție. Cel mai comun cristal folosit este o bucată mică de galenă ; pirita a fost, de asemenea, adesea folosită, deoarece era un mineral mai ușor de reglat și stabil și suficient pentru puterea semnalului urban. Câteva alte minerale au funcționat de asemenea bine ca detectoare. Un alt beneficiu al cristalelor a fost că acestea puteau demodula semnale modulate de amplitudine . Acest dispozitiv a adus radiotelefoane și difuzare vocală către un public public. Seturile de cristal reprezentau o metodă ieftină și simplă din punct de vedere tehnologic de a primi aceste semnale într-un moment în care industria radiodifuziunii embrionare începea să crească.

Anii 1920 și 1930

În 1922 (pe atunci numit) Biroul de Standarde al SUA a lansat o publicație intitulată Construcția și funcționarea unui costum simplu de casă de recepție radio . Acest articol a arătat cum aproape orice familie care are un membru la îndemână cu instrumente simple ar putea face un radio și să se adapteze la vreme, prețurile recoltei, timpul, știrile și opera. Acest design a fost semnificativ în aducerea radioului la publicul larg. NBS a urmat acest lucru cu o versiune mai selectivă în două circuite, construcția și funcționarea unui echipament de recepție radio cu două circuite cu detector de cristal , care a fost publicat în același an și este încă construit frecvent de entuziaști astăzi.

La începutul secolului al XX-lea, radioul avea puține utilizări comerciale, iar experimentarea radio era un hobby pentru mulți oameni. Unii istorici consideră că toamna anului 1920 este începutul difuzării radio comerciale în scopuri de divertisment. Stația KDKA din Pittsburgh , deținută de Westinghouse , și-a primit licența de la Departamentul de Comerț al Statelor Unite chiar la timp pentru a transmite rapoartele alegerilor prezidențiale Harding-Cox . Pe lângă rapoartele despre evenimente speciale, transmisiile către fermieri a rapoartelor privind prețul culturilor au fost un serviciu public important în primele zile ale radioului.

În 1921, aparatele de radio fabricate din fabrică erau foarte scumpe. Din moment ce familiile mai puțin bogate nu își permiteau să dețină una, ziarele și revistele aveau articole despre cum să construiască un radio de cristal cu obiecte obișnuite de uz casnic. Pentru a minimiza costul, multe dintre planuri au sugerat înfășurarea bobinei de reglare pe containere goale din carton, cum ar fi cutii de fulgi de ovăz, care au devenit o bază comună pentru aparatele de radio de casă.

Crystodyne

În anii 1920 începutul anilor Rusia , Oleg Losev a fost experimentat cu aplicarea unei tensiuni distorsiunilor la diferite tipuri de cristale pentru fabricarea de detectoare de radio. Rezultatul a fost uimitor: cu un cristal de zincită ( oxid de zinc ) a câștigat amplificare. Acesta a fost un fenomen de rezistență negativă , cu zeci de ani înainte de dezvoltarea diodei tunelului . După primele experimente, Losev a construit receptoare regenerative și supereterodine și chiar emițătoare.

Un cristalin ar putea fi produs în condiții primitive; poate fi realizat într-o forjă rurală, spre deosebire de tuburile de vid și dispozitivele moderne cu semiconductori. Cu toate acestea, această descoperire nu a fost susținută de autorități și a fost uitată în curând; niciun dispozitiv nu a fost produs în cantitate masivă dincolo de câteva exemple pentru cercetare.

„Radiouri Foxhole”

„Radio Foxhole” folosit pe frontul italian în cel de-al doilea război mondial. Acesta folosește un fir de creion atașat la un știft de siguranță care apasă pe o lamă de ras pentru un detector.

Pe lângă cristalele minerale, straturile de oxid ale multor suprafețe metalice acționează ca semiconductori (detectoare) capabili de rectificare. Aparatele de radio cu cristale au fost improvizate folosind detectoare realizate din cuie ruginite, bănuți corodați și multe alte obiecte obișnuite.

Când trupele aliate au fost oprite în apropiere de Anzio, Italia în primăvara anului 1944, receptoarele radio personale cu alimentare erau strict interzise, ​​deoarece germanii dispuneau de echipamente care puteau detecta semnalul oscilatorului local al receptorilor superheterodini . Seturile de cristale nu au oscilatoare locale acționate electric, prin urmare nu au putut fi detectate. Unii soldați ingenioși au construit seturi de „cristal” din materiale aruncate pentru a asculta știri și muzică. Un tip a folosit o lamă de ras de oțel albastră și un fir de creion pentru detector. Punctul de plumb care atingea învelișul de oxid semiconductor (magnetită) de pe lamă a format o diodă de contact a punctului brut. Reglând cu atenție firul creionului pe suprafața lamei, acestea ar putea găsi pete capabile de rectificare. Seturile au fost dublate „ radiouri transee “ de presa populară, și au devenit parte din folclorul de -al doilea război mondial .

În unele țări ocupate de germani în timpul celui de-al doilea război mondial au existat confiscări pe scară largă de aparate de radio de la populația civilă. Acest lucru i-a determinat pe ascultătorii hotărâți să-și construiască propriile receptoare clandestine, care adesea se ridicau la puțin mai mult decât un set de cristale de bază. Oricine face acest lucru riscă închisoarea sau chiar moartea dacă este prins, iar în cea mai mare parte a Europei semnalele de la BBC (sau alte stații aliate) nu erau suficient de puternice pentru a fi primite pe un astfel de set.

Anii de mai târziu

Radio de cristal folosit ca receptor de rezervă pe o navă Liberty din al doilea război mondial

Deși nu și-a recâștigat niciodată popularitatea și utilizarea generală de care se bucura la începuturile sale, circuitul radio de cristal este încă folosit. De Cercetașii au păstrat construirea unui set de radio în programul lor din anii 1920. Un număr mare de articole de noutate prefabricate și truse simple au putut fi găsite în anii 1950 și 1960, iar mulți copii interesați de electronică au construit unul.

Construirea de aparate de radio cu cristale a fost o nebunie în anii 1920 și din nou în anii 1950. Recent, pasionații au început să proiecteze și să construiască exemple ale instrumentelor timpurii. Se depune mult efort în aspectul vizual al acestor seturi, precum și în performanța lor. Concursurile anuale de cristale radio „DX” (recepția pe distanțe lungi) și concursurile de clădiri permit acestor proprietari de seturi să concureze între ei și să formeze o comunitate de interes pentru subiect.

Principii de baza

Schema bloc a unui receptor radio de cristal
Schema de circuit a unui radio de cristal simplu.

Un radio de cristal poate fi considerat un receptor radio redus la esențialul său. Se compune din cel puțin aceste componente:

  • O antenă în care curenții electrici sunt induși de undele radio .
  • Un circuit rezonant ( circuit acordat) care selectează frecvența postului de radio dorit din toate semnalele radio primite de antenă. Circuitul reglat constă dintr-o bobină de sârmă (numită inductor ) și un condensator conectat împreună. Circuitul are o frecvență rezonantă și permite undelor radio la acea frecvență să treacă către detector în timp ce blochează în mare măsură undele la alte frecvențe. Una sau ambele bobine sau condensatoare sunt reglabile, permițând reglarea circuitului la diferite frecvențe. În unele circuite nu se folosește un condensator, iar antena îndeplinește această funcție, deoarece o antenă care este mai scurtă decât un sfert de lungime de undă a undelor radio pe care este destinat să o primească este capacitivă.
  • Un detector de cristal semiconductor care demodulează semnalul radio pentru a extrage semnalul audio ( modulație ). Detectorul de cristale funcționează ca un detector de lege pătrat , demodulând curentul alternativ de frecvență radio la modulația sa de frecvență audio. Ieșirea frecvenței audio a detectorului este convertită în sunet de către căști. Seturile timpurii au folosit un „ detector de mustăți de pisici ” format dintr-o mică bucată de mineral cristalin, cum ar fi galena, cu un fir fin care atingea suprafața sa. Detectorul de cristal a fost componenta care a dat cristale radio numele lor. Seturile moderne folosesc diode semiconductoare moderne , deși unii pasionați încă experimentează cu cristale sau cu alți detectori.
  • Un căști pentru a converti semnalul audio în unde sonore, astfel încât acestea să poată fi auzite. Puterea redusă produsă de un receptor de cristal este insuficientă pentru a alimenta un difuzor , prin urmare se folosesc căști.
Diagrama picturală din 1922 care arată circuitul unui radio de cristal. Acest circuit comun nu a folosit un condensator de reglare , ci a folosit capacitatea antenei pentru a forma circuitul reglat cu bobina. Detectorul a fost un detector de mustăți de pisici , format dintr-o bucată de galenă cu un fir subțire în contact cu el pe o parte a cristalului, făcând un contact cu dioda

Deoarece un radio de cristal nu are sursă de alimentare, puterea sonoră produsă de căști provine exclusiv de la emițătorul postului de radio recepționat, prin undele radio captate de antenă. Puterea disponibilă pentru o antenă de recepție scade odată cu pătratul distanței sale față de emițătorul radio . Chiar și pentru o stație de difuzare comercială puternică , dacă este la mai mult de câțiva kilometri de receptor, puterea primită de antenă este foarte mică, de obicei măsurată în microwați sau nanoți . În seturile moderne de cristale, pot fi auzite semnale la fel de slabe ca 50 picowatti la antenă. Radiouri Crystal pot primi astfel de semnale slabe , fără a utiliza amplificare numai datorită marii sensibilității umane auzului , care poate detecta sunete cu o intensitate de numai 10 -16 W / cm 2 . Prin urmare, receptorii de cristal trebuie să fie proiectați pentru a converti energia din undele radio în unde sonore cât mai eficient posibil. Chiar și așa, ele sunt de obicei capabile să recepționeze stații la distanțe de aproximativ 25 de mile pentru stațiile de difuzare AM , deși semnalele de radiotelegrafie utilizate în epoca telegrafiei fără fir ar putea fi recepționate la sute de mile, iar receptoarele de cristal au fost utilizate chiar și pentru comunicarea transoceanică în timpul acea perioadă.

Proiecta

Dezvoltarea comercială a receptorului pasiv a fost abandonată odată cu apariția unor tuburi de vid fiabile în jurul anului 1920, iar cercetarea ulterioară a cristalelor radio a fost realizată în primul rând de radioamatori și pasionați. Au fost utilizate multe circuite diferite. Următoarele secțiuni discută părțile unui radio de cristal în detaliu.

Antenă

Antena convertește energia din undele radio electromagnetice într-un curent electric alternativ din antenă, care este conectat la bobina de reglare. Deoarece într-un radio de cristal toată puterea provine de la antenă, este important ca antena să colecteze cât mai multă energie din unda radio posibil. Cu cât este mai mare o antenă, cu atât poate intercepta mai multă putere. Antenele de tipul utilizate în mod obișnuit cu seturile de cristale sunt cele mai eficiente atunci când lungimea lor este apropiată de multiplul unui sfert de lungime de undă a undelor radio pe care le primesc. Deoarece lungimea undelor utilizate cu radiourile de cristal este foarte lungă ( undele benzii de difuzare AM au o lungime de 182-566 m sau 597–1857 ft), antena este realizată cât mai mult posibil, dintr-un fir lung , spre deosebire de bici. antene sau antene cu buclă de ferită utilizate în aparatele de radio moderne.

Pasionații de radio cu cristale serioși utilizează antene de tip „L inversat” și „T” , formate din sute de metri de sârmă suspendate cât mai sus posibil între clădiri sau copaci, cu un fir de alimentare atașat în centru sau la un capăt care duce în jos la receptor . Cu toate acestea, mai des se utilizează lungimi aleatorii de sârmă care atârnă pe ferestre. O practică populară în primele zile (în special în rândul locuitorilor apartamentelor) a fost de a folosi obiecte metalice existente, cum ar fi somiere , scări de incendiu și garduri din sârmă ghimpată ca antene.

Sol

Antenele cu fir utilizate cu receptoarele de cristal sunt antene monopol care își dezvoltă tensiunea de ieșire în raport cu solul. Receptorul necesită astfel o conexiune la masă (pământ) ca circuit de retur pentru curent. Firul de masă a fost atașat la un radiator, la o țeavă de apă sau la un stâlp metalic introdus în pământ. În primele zile, dacă nu se putea realiza o conexiune la sol adecvată , se folosea uneori contrapăsarea . Un teren bun este mai important pentru seturile de cristale decât pentru receptoarele alimentate, deoarece seturile de cristale sunt proiectate să aibă o impedanță de intrare redusă necesară pentru a transfera energia eficient din antenă. Este necesară o conexiune la masă cu rezistență redusă (de preferință sub 25 Ω), deoarece orice rezistență la sol reduce puterea disponibilă de la antenă. În schimb, receptoarele moderne sunt dispozitive acționate de tensiune, cu impedanță mare de intrare, deci fluxuri de curent reduse în circuitul de antenă / masă. De asemenea, receptoarele alimentate de la rețea sunt împământate în mod adecvat prin cablurile lor de alimentare, care sunt la rândul lor atașate la pământ prin intermediul unui pământ bine stabilit.

Circuit reglat

Cel mai vechi circuit receptor de cristal nu avea un circuit reglat

Circuitul acordat , format dintr-o bobină și un condensator conectați împreună, acționează ca un rezonator , similar cu o diapazonă. Sarcina electrică, indusă în antenă de undele radio, curge rapid înainte și înapoi între plăcile condensatorului prin bobină. Circuitul are o impedanță ridicată la frecvența semnalului radio dorit, dar o impedanță scăzută la toate celelalte frecvențe. Prin urmare, semnalele la frecvențe nedorite trec prin circuitul reglat la masă, în timp ce frecvența dorită este transmisă în schimb către detector (diodă) și stimulează căștile și se aude. Frecvența stației primite este frecvența de rezonanță f a circuitului reglat, determinată de capacitatea C a condensatorului și inductanța L a bobinei:

Circuitul poate fi ajustat la diferite frecvențe, variind inductanța (L), capacitatea (C) sau ambele, „reglând” circuitul la frecvențele diferitelor posturi de radio. În seturile cu cel mai mic cost, inductorul a fost făcut variabil printr-un contact cu arc, apăsând înfășurările care ar putea aluneca de-a lungul bobinei, introducând astfel un număr mai mare sau mai mic de rotații ale bobinei în circuit, variind inductanța . Alternativ, un condensator variabil este utilizat pentru a regla circuitul. Unele seturi de cristale moderne folosesc o bobină de reglare a miezului de ferită , în care un miez magnetic de ferită este mutat în și din bobină, variind astfel inductanța prin schimbarea permeabilității magnetice (acest lucru a eliminat contactul mecanic mai puțin fiabil).

Antena este o parte integrantă a circuitului reglat și reactanța sa contribuie la determinarea frecvenței de rezonanță a circuitului. Antenele acționează de obicei ca o capacitate , deoarece antenele mai scurte de un sfert de lungime de undă au reactanță capacitivă . Multe seturi de cristale timpurii nu aveau un condensator de reglare și se bazau în schimb pe capacitatea inerentă antenei de sârmă (pe lângă capacitatea parazitară semnificativă din bobină) pentru a forma circuitul reglat cu bobina.

Primele receptoare de cristal nu aveau deloc un circuit reglat și constau doar dintr-un detector de cristale conectat între antenă și masă, cu un căști peste el. Deoarece acest circuit nu avea elemente selective în funcție de frecvență în afară de rezonanța largă a antenei, avea o capacitate redusă de a respinge stațiile nedorite, astfel încât toate stațiile dintr-o bandă largă de frecvențe au fost auzite în căști (în practică cele mai puternice de obicei îneacă alții). A fost folosit în primele zile de radio, când doar unul sau două posturi se aflau în raza limitată a unui set de cristale.

Potrivirea impedanței

Circuit radio cu cristale „Two slider”. și exemplu din anii 1920. Cele două contacte glisante de pe bobină au permis ajustarea impedanței radioului pentru a se potrivi cu antena pe măsură ce radio a fost reglat, rezultând o recepție mai puternică

Un principiu important utilizat în proiectarea radio cu cristale pentru a transfera puterea maximă către căști este potrivirea impedanței . Puterea maximă este transferată dintr-o parte a unui circuit în alta atunci când impedanța unui circuit este conjugatul complex al celeilalte; aceasta implică faptul că cele două circuite ar trebui să aibă rezistență egală. Cu toate acestea, în seturile de cristale, impedanța sistemului antenă-masă (în jur de 10-200 ohmi ) este de obicei mai mică decât impedanța circuitului acordat al receptorului (mii de ohmi la rezonanță) și variază, de asemenea, în funcție de calitatea solului atașament, lungimea antenei și frecvența la care este acordat receptorul.

Prin urmare, în circuitele de recepție îmbunătățite, pentru a se potrivi impedanței antenei cu impedanța receptorului, antena a fost conectată doar printr-o porțiune a virajelor bobinei de reglare. Acest lucru a făcut ca bobina de reglare să acționeze ca un transformator de potrivire a impedanței (într-o conexiune cu autotransformator ), în plus față de furnizarea funcției de reglare. Rezistența redusă a antenei a fost mărită (transformată) cu un factor egal cu pătratul raportului de rotații (raportul numărului de rotații la care a fost conectată antena, la numărul total de rotații ale bobinei), pentru a se potrivi rezistenței circuitul reglat. În circuitul „cu două glisoare”, popular în era wireless, atât antena cât și circuitul detector au fost atașate la bobină cu contacte glisante, permițând ajustarea (interactivă) atât a frecvenței de rezonanță, cât și a raportului de rotații. Alternativ, a fost utilizat un comutator multipoziție pentru a selecta robinetele de pe bobină. Aceste comenzi au fost ajustate până când stația a sunat cel mai tare în căști.

Circuit cuplat direct cu robinete pentru potrivirea impedanței

Problema selectivității

Unul dintre dezavantajele seturilor de cristale este că acestea sunt vulnerabile la interferențele de la stațiile apropiate în frecvență de stația dorită. Deseori se aud simultan două sau mai multe posturi. Acest lucru se datorează faptului că circuitul simplu reglat nu respinge bine semnalele din apropiere; permite trecerea unei bande largi de frecvențe, adică are o lățime de bandă mare ( factor Q scăzut ) în comparație cu receptoarele moderne, oferind receptorului o selectivitate redusă .

Detectorul de cristale a înrăutățit problema, deoarece are o rezistență relativ scăzută , astfel a „încărcat” circuitul reglat, atrăgând curent semnificativ și astfel amortizând oscilațiile, reducând factorul Q astfel încât să permită printr-o bandă mai largă de frecvențe. În multe circuite, selectivitatea a fost îmbunătățită prin conectarea detectorului și a circuitului căștilor la un robinet doar o fracțiune din spire ale bobinei. Acest lucru a redus încărcarea impedanței circuitului reglat, precum și îmbunătățirea potrivirii impedanței cu detectorul.

Cuplaj inductiv

Circuit cuplat inductiv cu potrivire de impedanță. Acest tip a fost utilizat la majoritatea receptoarelor de cristal de calitate la începutul secolului al XX-lea
Receptor de cristal construit de amatori cu transformator de antenă „cuplaj liber”, Belfast, în jurul anului 1914

La receptoarele de cristal mai sofisticate, bobina de reglare este înlocuită cu un transformator de cuplare a antenei cu miez de aer reglabil, care îmbunătățește selectivitatea printr-o tehnică numită cuplare liberă . Aceasta constă din două bobine de sârmă cuplate magnetic , una ( primară ) atașată la antenă și masă și cealaltă ( secundară ) atașată la restul circuitului. Curentul din antenă creează un câmp magnetic alternativ în bobina primară, care a indus un curent în bobina secundară care a fost apoi rectificată și alimentată cu căști. Fiecare dintre bobine funcționează ca un circuit acordat ; bobina primară a rezonat cu capacitatea antenei (sau uneori un alt condensator), iar bobina secundară a rezonat cu condensatorul de reglare. Atât primarul, cât și secundarul au fost acordate la frecvența stației. Cele două circuite au interacționat pentru a forma un transformator rezonant .

Reducerea cuplajului dintre bobine, separându-le fizic astfel încât mai puțin câmpul magnetic al uneia să se intersecteze cu celălalt, reduce inductanța reciprocă , îngustează lățimea de bandă și are ca rezultat o reglare mult mai clară și mai selectivă decât cea produsă de un singur circuit reglat. . Cu toate acestea, cuplajul mai slab a redus, de asemenea, puterea semnalului trecut la al doilea circuit. Transformatorul a fost realizat cu cuplaj reglabil, pentru a permite ascultătorului să experimenteze diverse setări pentru a obține cea mai bună recepție.

Un design obișnuit în primele zile, numit „cuplaj liber”, consta dintr-o bobină secundară mai mică în interiorul unei bobine primare mai mari. Bobina mai mică a fost montată pe un raft, astfel încât să poată fi alunecată liniar în sau în afara bobinei mai mari. Dacă s-ar întâlni interferențe radio, bobina mai mică ar fi alunecată mai departe din cea mai mare, slăbind cuplajul, îngustând lățimea de bandă și respingând astfel semnalul de interferență.

Transformatorul de cuplare a antenei a funcționat și ca un transformator de potrivire a impedanței , care a permis o potrivire mai bună a impedanței antenei cu restul circuitului. Una sau ambele bobine aveau de obicei mai multe robinete care puteau fi selectate cu un comutator, permițând reglarea numărului de ture ale transformatorului și, prin urmare, „raportul de ture”.

Transformatoarele de cuplare erau dificil de reglat, deoarece cele trei reglaje, reglarea circuitului primar, reglarea circuitului secundar și cuplarea bobinelor, erau toate interactive, iar schimbarea uneia le afecta pe celelalte.

Detector de cristale

Articol principal: Detector de cristale (radio)
Detector de cristale Galena
Diodă de germaniu utilizată în radiouri moderne cu cristale (aproximativ 3 mm lungime)
Cum funcționează detectorul de cristale. (A) modulat în amplitudine semnalul radio din circuitul reglat. Oscilațiile rapide sunt unda purtătoare de frecvență radio . Semnalul audio (sunetul) este conținut în variațiile lente ( modulare ) a amplitudinii (prin urmare , modularea amplitudinii pe termen lung, AM) a valurilor. Acest semnal nu poate fi convertit în sunet de către căști, deoarece excursiile audio sunt aceleași pe ambele părți ale axei, în medie spre zero, ceea ce ar duce la nicio mișcare netă a diafragmei căștilor. (B) Cristalul conduce curentul mai bine într-o direcție decât cealaltă, producând un semnal a cărui amplitudine nu ajunge la zero, dar variază cu semnalul audio. (C) Un condensator de bypass este folosit pentru a elimina impulsurile purtătoarei de frecvență radio, lăsând semnalul audio
Circuit cu baterie de polarizare a detectorului pentru a îmbunătăți sensibilitatea și sonerie pentru a ajuta la reglarea mustății pisicii

Detectorul de cristale demodulează semnalul de radiofrecvență, extragând modulația ( semnalul audio care reprezintă undele sonore) din unda purtătoare de radiofrecvență . În primele receptoare, un tip de detector de cristale folosit adesea era un „ detector de mustăți de pisici ”. Punctul de contact dintre fir și cristal a acționat ca o diodă semiconductoare . Detectorul de mustăți de pisici a constituit o diodă Schottky brută care a permis curentului să curgă mai bine într-o direcție decât în ​​direcția opusă. Seturile de cristale moderne folosesc diode semiconductoare moderne . Funcțiile de cristal ca un detector plic , redresor curent alternativ semnalul radio la o pulsatorie de curent continuu , vârfurile de care trasează semnalul audio, astfel încât acesta poate fi convertit la un sunet de căști, care este conectat la detector. Curentul rectificat de la detector are impulsuri de frecvență radio de la frecvența purtătoare din el, care sunt blocate de reactanța inductivă ridicată și nu trec bine prin bobinele căștilor de primăvară. Prin urmare, un condensator mic numit condensator bypass este adesea plasat peste terminalele căștilor; reactanța sa scăzută la frecvență radio ocolește aceste impulsuri în jurul căștilor la sol. În unele seturi, cablul căștilor avea suficientă capacitate încât această componentă să poată fi omisă.

Doar anumite site-uri de pe suprafața cristalului au funcționat ca joncțiuni rectificatoare, iar dispozitivul a fost foarte sensibil la presiunea contactului cristal-fir, care ar putea fi perturbată de cea mai mică vibrație. Prin urmare, un punct de contact utilizabil trebuia găsit prin încercare și eroare înainte de fiecare utilizare. Operatorul a târât firul pe suprafața cristalului până când s-a auzit un post de radio sau sunete „statice” în căști. Alternativ, unele aparate de radio (circuit, dreapta) foloseau un buzzer alimentat de baterie atașat la circuitul de intrare pentru a regla detectorul. Scânteia la contactele electrice ale buzzerului a servit ca o sursă slabă de static, așa că atunci când detectorul a început să funcționeze, buzzing-ul a putut fi auzit în căști. Buzzerul a fost apoi oprit, iar radioul a fost reglat la postul dorit.

Galena (sulfura de plumb) a fost cea mai frecventă cristală utilizată, dar au fost folosite și alte tipuri de cristale, cele mai frecvente fiind pirita de fier (aurul prostului, FeS 2 ), siliciu , molibdenit (MoS 2 ), carbură de siliciu (carborund, SiC ), și un zicita - bornit (ZnO-Cu 5 FeS 4 ) cristal la cristal-joncțiune de comerț cu numele Perikon . Aparatele de radio cu cristale au fost, de asemenea, improvizate dintr-o varietate de obiecte obișnuite, cum ar fi lame de ras din oțel albastru și creioane de plumb , ace ruginite și bănuți. În acestea, un strat semiconductor de oxid sau sulfură de pe suprafața metalică este de obicei responsabil pentru acțiunea de rectificare.

În seturile moderne, se utilizează o diodă semiconductoare pentru detector, care este mult mai fiabilă decât un detector de cristale și nu necesită ajustări. diode de germaniu (sau uneori diode Schottky ) sunt folosite în locul diodelor de siliciu, deoarece căderea lor mai mică de tensiune înainte (aproximativ 0,3 V față de 0,6 V) le face mai sensibile.

Toți detectorii cu semiconductori funcționează destul de ineficient în receptoarele de cristal, deoarece intrarea de joasă tensiune a detectorului este prea mică pentru a rezulta o diferență mare între direcția de conducere mai bună înainte și conducerea inversă mai slabă. Pentru a îmbunătăți sensibilitatea unora dintre detectorii de cristal timpurii, cum ar fi carbură de siliciu, o mică tensiune de polarizare înainte a fost aplicată pe detector de către o baterie și un potențiometru . Biasul deplasează punctul de funcționare al diodei mai sus pe curba de detecție producând mai multă tensiune de semnal în detrimentul unui curent de semnal mai mic (impedanță mai mare). Există o limită a beneficiului pe care acesta îl produce, în funcție de celelalte impedanțe ale radioului. Această sensibilitate îmbunătățită a fost cauzată de deplasarea punctului de funcționare DC la un punct de operare (impedanță) mai dorit de tensiune-curent pe curba IV a joncțiunii . Bateria nu a alimentat radioul, ci a furnizat doar tensiunea de polarizare care necesită puțină energie.

Casti

Radio modern din cristal cu căști piezoelectrice

Cerințele pentru căștile utilizate în seturile de cristale sunt diferite de căștile utilizate cu echipamentele audio moderne. Acestea trebuie să fie eficiente în conversia energiei semnalului electric în unde sonore, în timp ce majoritatea căștilor moderne sacrifică eficiența pentru a obține o reproducere de înaltă fidelitate a sunetului. În seturile timpurii construite de casă, căștile erau componenta cea mai costisitoare.

Căști magnetice de 1600 ohmi.

Primele căști folosite cu seturi de cristal din epoca wireless aveau drivere de fier în mișcare, care funcționau într-un mod similar cu difuzoarele din corn din perioada respectivă. Fiecare cască conținea un magnet permanent în jurul căruia era o bobină de sârmă care forma un al doilea electromagnet . Ambii poli magnetici erau aproape de o diafragmă de oțel a difuzorului. Când semnalul audio de la radio a fost trecut prin înfășurările electromagnetului, curentul a fost cauzat să curgă în bobină, ceea ce a creat un câmp magnetic variabil care a crescut sau a scăzut din cauza magnetului permanent. Aceasta a variat forța de atracție asupra diafragmei, provocând vibrația acesteia. Vibrațiile diafragmei împing și trag aerul din fața acestuia, creând unde sonore. Căștile standard utilizate în munca telefonică aveau o impedanță scăzută , adesea de 75 Ω, și necesitau mai mult curent decât ar putea furniza un radio cu cristale. Prin urmare, tipul utilizat cu aparatele de radio cu cristale (și alte echipamente sensibile) a fost înfășurat cu mai multe rotații de sârmă mai fină, dându-i o impedanță ridicată de 2000-8000 Ω.

Seturile de cristale moderne folosesc căști de cristal piezoelectrice , care sunt mult mai sensibile și, de asemenea, mai mici. Acestea constau dintr-un cristal piezoelectric cu electrozi atașați de fiecare parte, lipiți de o diafragmă ușoară. Când semnalul audio din setul radio este aplicat electrozilor, acesta face ca cristalul să vibreze, vibrând diafragma. Căștile din cristal sunt concepute ca muguri urechi care se conectează direct la canalul auditiv al purtătorului, cuplând sunetul mai eficient la timpan. Rezistența lor este mult mai mare (de obicei megohmi), astfel încât nu „încarcă” foarte mult circuitul reglat, permițând o selectivitate crescută a receptorului. Rezistența mai mare a căștilor piezoelectrice, în paralel cu capacitatea sa de aproximativ 9 pF, creează un filtru care permite trecerea frecvențelor joase, dar blochează frecvențele mai mari. În acest caz, nu este necesar un condensator de bypass (deși în practică se folosește adesea unul mic de aproximativ 0,68 la 1 nF pentru a îmbunătăți calitatea), dar în schimb trebuie adăugat un rezistor de 10-100 kΩ în paralel cu intrarea căștilor.

Deși puterea redusă produsă de radiourile de cristal este de obicei insuficientă pentru a conduce un difuzor , unele seturi de casă din anii 1960 au folosit unul, cu un transformator audio pentru a se potrivi cu impedanța redusă a difuzorului la circuit. În mod similar, căștile moderne cu impedanță redusă (8 Ω) nu pot fi utilizate nemodificate în seturile de cristale, deoarece receptorul nu produce suficient curent pentru a le conduce. Acestea sunt uneori folosite prin adăugarea unui transformator audio pentru a-și potrivi impedanța cu impedanța mai mare a circuitului antenei de conducere.

Folosiți ca sursă de alimentare

Un radio de cristal reglat la un emițător local puternic poate fi utilizat ca sursă de alimentare pentru un al doilea receptor amplificat al unei stații îndepărtate care nu poate fi auzit fără amplificare.

Există o lungă istorie de încercări nereușite și revendicări neverificate de recuperare a puterii în purtătorul semnalului primit în sine. Seturile de cristal tradiționale folosesc redresoare cu jumătate de undă . Deoarece semnalele AM au un factor de modulație de doar 30% în funcție de tensiune la vârfuri, nu mai mult de 9% din puterea semnalului recepționat ( ) este informație audio reală, iar 91% este doar tensiune continuă rectificată. <corecție> Cifra de 30% este standardul utilizat pentru testarea radio și se bazează pe factorul mediu de modulație pentru vorbire. Transmițătoarele AM ​​proiectate și gestionate corect pot fi rulate la modulație 100% pe vârfuri fără a provoca distorsiuni sau „splatter” (exces de energie a benzii laterale care radiază în afara lățimii de bandă a semnalului intenționat). Având în vedere că este puțin probabil ca semnalul audio să fie la vârf tot timpul, raportul de energie este, în practică, chiar mai mare. S-a depus un efort considerabil pentru a converti această tensiune DC în energie sonoră. Unele încercări anterioare includ un amplificator cu un singur tranzistor în 1966. Uneori eforturile de a recupera această putere sunt confundate cu alte eforturi de a produce o detecție mai eficientă. Această istorie continuă acum cu proiecte la fel de elaborate ca „unitate de putere cu comutare în două unde inversată”.

Galerie

Soldat ascultând un radio de cristal în timpul primului război mondial, 1914
Semnalizatori australieni care utilizează un receptor de cristal Marconi Mk III, 1916.
Set de cristale Marconi Type 103.
SCR-54 -Un set de cristale folosit de US Signal Corps în Primul Război Mondial
Receptor de cristal Marconi Type 106 utilizat pentru comunicarea transatlantică, cca. 1917
Set de "cuplaj liber" de casă (sus) , Florida, ca. 1920
Radio de cristal, Germania, ca. 1924
Radio de cristal suedez „box” cu căști, cca. 1925
Radio german marca Heliogen care prezintă bobina "coș-țesut", 1935
Radio marca poloneză Detefon, 1930-1939, folosind un cristal de tip „cartuș” (sus)
În epoca telegrafiei fără fir , înainte de 1920, receptoarele de cristal erau „de ultimă generație” și au fost produse modele sofisticate. După 1920, seturile de cristale au devenit alternativa ieftină la radiourile cu tuburi de vid , utilizate în situații de urgență și de către tineri și săraci.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe