Radiom tranzystorowym w pudełku od zapałek było na „Elektrodzie” poświęcone już kilka artykułów. Były to układy realizowane na elementach dyskretnych oraz na układach scalonych. Czy jednak taka sama miniaturyzacja byłaby możliwa również w przypadku użycia do budowy takiego radia lamp elektronowych?
Kilka osób chyba próbowało albo chciało budować takie lampowe radio, ale takich działających konstrukcji nie widziałem i dlatego postanowiłem sam spróbować takie radio zrobić.
Jest co prawda w sieci jeden artykuł z roku 1947, ale trudno uznać, by to radio mieściło się w pudełku od zapałek:
https://onetuberadio.com/2017/10/29/1947-one-tube-matchbox-radio/
Zapytanie o treści „Czy były radia lampowe w pudełku od zapałek, wrzucone w google daje odpowiedź „pudełko od zapałek jest stanowczo za małe, aby pomieścić żarzące się lampy elektronowe, wysokie napięcie i baterie. Kultowe miniaturowe radia z pudełek od zapałek (które radioamatorzy konstruowali zwłaszcza w czasach PRL-u) działały nieco inaczej: odbiorniki tranzystorowe […]opierały się na miniaturowych tranzystorach i układach scalonych. Radia detektorowe: jeszcze prostsze konstrukcje, które nie potrzebowały baterii […].
Zagadnienie wydaje się pozornie niemożliwe do realizacji, ale to nieprawda. Przystępując do budowy radia przyjąłem takie oto założenia:
0) Radio ma umożliwić odbiór PR1 , 225 kHz AM.
1) Zasilanie musi się zmieścić w pudełku od zapałek i musi wystarczyć na chociaż 4-5 godzin grania
2) Odbiór powinien być możliwy na słuchawki, mogą to być słuchawki wysokoomowe
3) Wymagana możliwie duża czułość układu przy jednoczesnej prostocie
4) Dopuszczalne jest dołączenie anteny i uziemienia, ale pożądane jest, żeby odbiornik mógł współpracować z anteną magnetyczną
5) Odbiornik musi być płynnie przestrajany
Przeanalizujmy te wymagania. Wymóg pierwszy da się spełnić, o ile przyjmiemy niżej opisane uwarunkowania. Napięcie anodowe powinno się zawierać w przedziale kilku…kilkunastu woltów. Bateria anodowa może być zbudowana z ogniw pastylkowych albo można użyć baterii do pilotów o oznaczeniu A27- daje ona napięcie 12V i ma pojemność około 55 mAh. Baterię żarzenia można zrealizować z użyciem akumulatora NiMH. Przyjmując, że odbiornik byłby jednolampowy, a do jego budowy użyta byłaby jakaś lampa bateryjna i zakładając, że jej prąd żarzenia byłby nie większy niż 25 – 50 mA wystarczający jest akumulator NiMH o pojemności ok. 200 mAh i napięciu 1,2V. Oczywiście w/w uwarunkowania narzucają, że zastosowana lampa musi być lampą bateryjną o małych wymiarach, ale jednocześnie „dobrych” parametrach, tj. możliwie małym prądzie żarzenia przy możliwie dużym nachyleniu charakterystyki.
Wymóg drugi nie wymaga zastosowania specjalnych środków. Włączenie słuchawek wysokoomowych bezpośrednio w obwód anody lampy nie wymaga stosowania żadnego transformatora.
Wymóg trzeci narzuca od razu, że odbiornik musi być reakcyjny, a najlepiej, gdyby był odbiornikiem refleksowym. Oto bowiem takie układy są najprostsze, a ich czułość jest największa.
Wymóg, a raczej dopuszczenie czwarte oznacza, że ziemia może być łączona z masą odbiornika, a antena może być dołączona za pomocą kondensatora skracającego bezpośrednio do obwodu rezonansowego. Upraszcza to układ odbiornika i oznacza, że można zrezygnować z osobnej cewki antenowej. Aby jednak wpływ anteny na przebieg strojenia był możliwie najmniejszy, kondensator skracający elektrycznie antenę powinien mieć możliwie małą pojemność. Zmniejszenie pojemności implikuje jednak utratę czułości, więc trzeba wybrać tu jakiś kompromis.
Wymóg piąty narzuca konieczność strojenia albo pojemnościowego albo indukcyjnego. Zważywszy, że kondensatory strojone, nawet najmniejsze mogą zabrać objętość 25-50% dostępnej „kubatury” radia, z musu pozostaje strojenie indukcyjne.
Po analizie tych wymagań można doprecyzować jeszcze kilka spraw. W grę wchodzi użycie lampy, która ma możliwie duże nachylenie charakterystyki, ma możliwie mały prąd żarzenia i ma możliwie małe wymiary. Z tego względu nie miało sensu budowanie własnej lampy. Gabaryty takiej samodzielnie zbudowanej lampy można wprawdzie bardzo zmniejszyć, ale trudno jest przy tym uzyskać pożądane jej parametry elektryczne. Możliwe jednak, że w przyszłości spróbuję jeszcze zrobić własną lampę do takiego zastosowania. Wybór lampy fabrycznej po poszukiwaniach padł na pentodę DL68. Ma ona katalogowe nachylenie charakterystyki 0,42 mA/V przy napięciu anodowym 22,5V i napięciu siatki -2,2V, zaś prąd żarzenia 25 mA. W układzie radia ta lampa pracuje przy prawie o połowę niższym napięciu anodowym niż katalogowe, ale napięcie siatki jest bliskie 0V, wskutek czego nachylenie charakterystyki pozostaje nadal znaczne. Należy się spodziewać, że dobre wyniki powinno dać też użycie lampy radzieckiej 1Ż29b. Używając jednej części katody tej lampy można ograniczyć prąd żarzenia do 33 mA. Nachylenie charakterystyki tej lampy wynosi 2 mA/V przy napięciu anodowym 45V i jest prawdopodobne, że pozostanie ono znaczne po obniżeniu napięcia anodowego. Nie próbowałem jednak używać tej lampy, a gabaryty jej są nieco większe niż lampy DL68. Być może ktoś zechce spróbować użyć tej lampy i sprawa się wówczas ostatecznie wyjaśni.
Obwód rezonansowy musi być wykonany jako miniaturowy. Nie można w takiej sytuacji liczyć na budowę cewek o dużej dobroci. Dobroć rzędu 60, to wszystko na co można w takich warunkach uzyskać. Próby wykazały, że stosując dzielony karkas i mały rdzeń ferrytowy wkręcany w ten karkas można nawinąć 600 zwojów drutu o średnicy 0,05 mm i otrzymać w ten sposób cewkę o indukcyjności maksymalnej rzędu 6 mH, zaś bez rdzenia cewka ta ma indukcyjność około 2,5 mH. Z uwagi na to, że cewka reakcyjna powinna mieć około 1/3 ilości zwojów cewki rezonansowej (siatkowej) uzyskujemy orientacyjną liczbę zwojów cewki reakcyjnej równą 200 zwojów.
Zbudowane na próbę klasyczne reakcyjne radio grało dobrze przy napięciu anodowym 9V, ale trzeba było pomyśleć, jak sensownie regulować reakcję i jak zrobić, aby to radio było radiem refleksowym, aby dzięki temu można lepiej wykorzystać lampę. Rozpatrując różne metody regulacji reakcji doszedłem do wniosku, że regulacja napięciem w siatce drugiej za pomocą miniaturowego potencjometru jest najpraktyczniejsza, natomiast regulację poprzez odsuwanie cewki reakcyjnej trzeba było odrzucić jako nieprawtyczną. Regulacja potencjometrem w siatce drugiej jest płynna, pracuje „miękko” i nie ma potrzeby manipulowania położeniem cewki reakcyjnej. Do zawrócenia sygnału m.cz. jeszcze raz do lampy posłużył miniaturowy transformator międzystopniowy (prawdopodobnie od aparatu słuchowego) o przekładni 1:3. Uzwojenie pierwotne ma oporność około 400 omów (łączone z siatką drugą lampy), uzwojenie pierwotne około 1200 omów, ale brak jest bliższych informacji dotyczących danych nawojowych tego transformatora. Jeśli ktoś będzie chciał takie lub podobne radio zbudować, będzie musiał zapewne sobie nawinąć sam na trochę większym karkasie z rdzeniem permalojowym. Koniec końców, powstał powstał układ radia pokazany na schemacie.
Wzmocniony sygnał m.cz. , wydzielony w uzwojeniu pierwotnym transformatora został podany do obwodu siatkowego lampy. Dzięki temu nastąpił kilkukrotny wzrost wzmocnienia. Gdyby potencjometr miał oporność nie 50 a 500 kiloomów, byłoby możliwe włączenie go między siatkę drugą a plus napięcia anodowego, jednak nie znalazłem takiego miniaturowego potencjometru. Możliwe byłoby wówczas wyłączanie odbiornika wyłącznikiem jednosekcyjnym poprzez wyłączenie żarzenia i jeszcze dalsze ograniczenie prądu pobieranego z baterii, bez potrzeby rozpływu tego prądu do masy przez potencjometr. Mając jednak do dyspozycji potencjometr o oporności 50 kiloomów uziemiłem jego dolne wyprowadzenie, a do wyłączania radia zastosowałem dwa miniaturowe wyłączniki. Pobór prądu z baterii anodowej nie przekracza 0,7 mA, co przy pojemności baterii anodowej 55 mAh zapewnia około 80 godzin pracy bez wymiany tej baterii. Z uwagi na to, że lampa pobiera prąd żarzenia 25 mA, przy pojemności akumulatora żarzenia 170 mAh zapewnia to około 7 godzin pracy baterii żarzenia. Po tym czasie akumulator ładuje się, bez wyjmowania go z radia.
Strojenie radia odbywa się za pomocą miniaturowego śrubokrętu poprzez pokręcanie rdzenia ferrytowego. Strojenie jest konieczne przy zmianie współpracującej anteny.
Próby wykazały możliwość współpracy radia z anteną ramową. Przy rozpiętości ramy 40 x 40 cm i liczbie zwojów tej anteny wynoszącej 50 zwojów indukcyjność anteny wynosi około 2,5 mH. Nawinięcie wykonano drutem miedzianym o średnicy 0,35 mm izolowanym bawełną. Dołączając do tej anteny kondensator strojeniowy od radia tranzystorowego można dobrać optymalne warunki pracy tej anteny. Strojenie prowadzi się wówczas następująco: Najpierw przy przekroczonym progu reakcji kręci się rdzeniem cewki w radiu. Gdy audycja staje się słyszalna na tle gwizdu reakcji, reakcję zmniejsza się do zaniku wzbudzenia i kondensatorem dołączonym do anteny szuka się optymalnego dostrojenia na największą głośność i czystość odbioru. Jeśli antena ramowa ma współpracować tylko z tym radiem, to do anteny można dolutować na stałe kondensator, a dostrajanie prowadzić wyłącznie przez pokręcanie rdzeniem cewki w radiu. Odbiór na antenę ramową w odległości około 190 km w linii prostej od nadajnika jest wyraźny, ale głośniejszy jest odbiór przy użyciu klasycznej anteny (około 20 m) i uziemienia. Siła głosu jest tak duża, że przy odbiorze na słuchawki konieczna jest regulacja potencjometrem, daleko przed punktem wzbudzenia reakcji. Próby z klasyczną anteną i uziemieniem, przeprowadzone w Krakowie, w odległości około 330 km od nadajnika wypadły też pomyślnie.
Próby odbioru z użyciem anteny ferrytowej dały gorsze wyniki. Choć odbiór był możliwy, to siła głosu jest jednak niewielka.
Lampa została zamontowana na „podstawce” z wyciętych 5 pinów podstawki precyzyjnej pod układ scalony. Podstawka ta została przyklejona do karkasu cewki. Na tak wykonanym „chassis” zmontowano większość elementów odbiornika i przyklejono je do bakelitowej płytki o wymiarach denka od „szufladki pudełka zapałek. Do akumulatora żarzenia dogrzano blaszki niklowe (blacha o grubości 0, 15 mm a następnie uzyskane „wąsy” dolutowano do oczek lutowniczych przymocowanych do płytki bakelitowej.
Aby słuchawki było wygodnie odłączać, odbiornik jest wyposażony w gniazdko słuchawkowe „Jack”, które także zmieściło się we wnętrzu odbiornika.
Kilka osób chyba próbowało albo chciało budować takie lampowe radio, ale takich działających konstrukcji nie widziałem i dlatego postanowiłem sam spróbować takie radio zrobić.
Jest co prawda w sieci jeden artykuł z roku 1947, ale trudno uznać, by to radio mieściło się w pudełku od zapałek:
https://onetuberadio.com/2017/10/29/1947-one-tube-matchbox-radio/
Zapytanie o treści „Czy były radia lampowe w pudełku od zapałek, wrzucone w google daje odpowiedź „pudełko od zapałek jest stanowczo za małe, aby pomieścić żarzące się lampy elektronowe, wysokie napięcie i baterie. Kultowe miniaturowe radia z pudełek od zapałek (które radioamatorzy konstruowali zwłaszcza w czasach PRL-u) działały nieco inaczej: odbiorniki tranzystorowe […]opierały się na miniaturowych tranzystorach i układach scalonych. Radia detektorowe: jeszcze prostsze konstrukcje, które nie potrzebowały baterii […].
Zagadnienie wydaje się pozornie niemożliwe do realizacji, ale to nieprawda. Przystępując do budowy radia przyjąłem takie oto założenia:
0) Radio ma umożliwić odbiór PR1 , 225 kHz AM.
1) Zasilanie musi się zmieścić w pudełku od zapałek i musi wystarczyć na chociaż 4-5 godzin grania
2) Odbiór powinien być możliwy na słuchawki, mogą to być słuchawki wysokoomowe
3) Wymagana możliwie duża czułość układu przy jednoczesnej prostocie
4) Dopuszczalne jest dołączenie anteny i uziemienia, ale pożądane jest, żeby odbiornik mógł współpracować z anteną magnetyczną
5) Odbiornik musi być płynnie przestrajany
Przeanalizujmy te wymagania. Wymóg pierwszy da się spełnić, o ile przyjmiemy niżej opisane uwarunkowania. Napięcie anodowe powinno się zawierać w przedziale kilku…kilkunastu woltów. Bateria anodowa może być zbudowana z ogniw pastylkowych albo można użyć baterii do pilotów o oznaczeniu A27- daje ona napięcie 12V i ma pojemność około 55 mAh. Baterię żarzenia można zrealizować z użyciem akumulatora NiMH. Przyjmując, że odbiornik byłby jednolampowy, a do jego budowy użyta byłaby jakaś lampa bateryjna i zakładając, że jej prąd żarzenia byłby nie większy niż 25 – 50 mA wystarczający jest akumulator NiMH o pojemności ok. 200 mAh i napięciu 1,2V. Oczywiście w/w uwarunkowania narzucają, że zastosowana lampa musi być lampą bateryjną o małych wymiarach, ale jednocześnie „dobrych” parametrach, tj. możliwie małym prądzie żarzenia przy możliwie dużym nachyleniu charakterystyki.
Wymóg drugi nie wymaga zastosowania specjalnych środków. Włączenie słuchawek wysokoomowych bezpośrednio w obwód anody lampy nie wymaga stosowania żadnego transformatora.
Wymóg trzeci narzuca od razu, że odbiornik musi być reakcyjny, a najlepiej, gdyby był odbiornikiem refleksowym. Oto bowiem takie układy są najprostsze, a ich czułość jest największa.
Wymóg, a raczej dopuszczenie czwarte oznacza, że ziemia może być łączona z masą odbiornika, a antena może być dołączona za pomocą kondensatora skracającego bezpośrednio do obwodu rezonansowego. Upraszcza to układ odbiornika i oznacza, że można zrezygnować z osobnej cewki antenowej. Aby jednak wpływ anteny na przebieg strojenia był możliwie najmniejszy, kondensator skracający elektrycznie antenę powinien mieć możliwie małą pojemność. Zmniejszenie pojemności implikuje jednak utratę czułości, więc trzeba wybrać tu jakiś kompromis.
Wymóg piąty narzuca konieczność strojenia albo pojemnościowego albo indukcyjnego. Zważywszy, że kondensatory strojone, nawet najmniejsze mogą zabrać objętość 25-50% dostępnej „kubatury” radia, z musu pozostaje strojenie indukcyjne.
Po analizie tych wymagań można doprecyzować jeszcze kilka spraw. W grę wchodzi użycie lampy, która ma możliwie duże nachylenie charakterystyki, ma możliwie mały prąd żarzenia i ma możliwie małe wymiary. Z tego względu nie miało sensu budowanie własnej lampy. Gabaryty takiej samodzielnie zbudowanej lampy można wprawdzie bardzo zmniejszyć, ale trudno jest przy tym uzyskać pożądane jej parametry elektryczne. Możliwe jednak, że w przyszłości spróbuję jeszcze zrobić własną lampę do takiego zastosowania. Wybór lampy fabrycznej po poszukiwaniach padł na pentodę DL68. Ma ona katalogowe nachylenie charakterystyki 0,42 mA/V przy napięciu anodowym 22,5V i napięciu siatki -2,2V, zaś prąd żarzenia 25 mA. W układzie radia ta lampa pracuje przy prawie o połowę niższym napięciu anodowym niż katalogowe, ale napięcie siatki jest bliskie 0V, wskutek czego nachylenie charakterystyki pozostaje nadal znaczne. Należy się spodziewać, że dobre wyniki powinno dać też użycie lampy radzieckiej 1Ż29b. Używając jednej części katody tej lampy można ograniczyć prąd żarzenia do 33 mA. Nachylenie charakterystyki tej lampy wynosi 2 mA/V przy napięciu anodowym 45V i jest prawdopodobne, że pozostanie ono znaczne po obniżeniu napięcia anodowego. Nie próbowałem jednak używać tej lampy, a gabaryty jej są nieco większe niż lampy DL68. Być może ktoś zechce spróbować użyć tej lampy i sprawa się wówczas ostatecznie wyjaśni.
Obwód rezonansowy musi być wykonany jako miniaturowy. Nie można w takiej sytuacji liczyć na budowę cewek o dużej dobroci. Dobroć rzędu 60, to wszystko na co można w takich warunkach uzyskać. Próby wykazały, że stosując dzielony karkas i mały rdzeń ferrytowy wkręcany w ten karkas można nawinąć 600 zwojów drutu o średnicy 0,05 mm i otrzymać w ten sposób cewkę o indukcyjności maksymalnej rzędu 6 mH, zaś bez rdzenia cewka ta ma indukcyjność około 2,5 mH. Z uwagi na to, że cewka reakcyjna powinna mieć około 1/3 ilości zwojów cewki rezonansowej (siatkowej) uzyskujemy orientacyjną liczbę zwojów cewki reakcyjnej równą 200 zwojów.
Zbudowane na próbę klasyczne reakcyjne radio grało dobrze przy napięciu anodowym 9V, ale trzeba było pomyśleć, jak sensownie regulować reakcję i jak zrobić, aby to radio było radiem refleksowym, aby dzięki temu można lepiej wykorzystać lampę. Rozpatrując różne metody regulacji reakcji doszedłem do wniosku, że regulacja napięciem w siatce drugiej za pomocą miniaturowego potencjometru jest najpraktyczniejsza, natomiast regulację poprzez odsuwanie cewki reakcyjnej trzeba było odrzucić jako nieprawtyczną. Regulacja potencjometrem w siatce drugiej jest płynna, pracuje „miękko” i nie ma potrzeby manipulowania położeniem cewki reakcyjnej. Do zawrócenia sygnału m.cz. jeszcze raz do lampy posłużył miniaturowy transformator międzystopniowy (prawdopodobnie od aparatu słuchowego) o przekładni 1:3. Uzwojenie pierwotne ma oporność około 400 omów (łączone z siatką drugą lampy), uzwojenie pierwotne około 1200 omów, ale brak jest bliższych informacji dotyczących danych nawojowych tego transformatora. Jeśli ktoś będzie chciał takie lub podobne radio zbudować, będzie musiał zapewne sobie nawinąć sam na trochę większym karkasie z rdzeniem permalojowym. Koniec końców, powstał powstał układ radia pokazany na schemacie.
Wzmocniony sygnał m.cz. , wydzielony w uzwojeniu pierwotnym transformatora został podany do obwodu siatkowego lampy. Dzięki temu nastąpił kilkukrotny wzrost wzmocnienia. Gdyby potencjometr miał oporność nie 50 a 500 kiloomów, byłoby możliwe włączenie go między siatkę drugą a plus napięcia anodowego, jednak nie znalazłem takiego miniaturowego potencjometru. Możliwe byłoby wówczas wyłączanie odbiornika wyłącznikiem jednosekcyjnym poprzez wyłączenie żarzenia i jeszcze dalsze ograniczenie prądu pobieranego z baterii, bez potrzeby rozpływu tego prądu do masy przez potencjometr. Mając jednak do dyspozycji potencjometr o oporności 50 kiloomów uziemiłem jego dolne wyprowadzenie, a do wyłączania radia zastosowałem dwa miniaturowe wyłączniki. Pobór prądu z baterii anodowej nie przekracza 0,7 mA, co przy pojemności baterii anodowej 55 mAh zapewnia około 80 godzin pracy bez wymiany tej baterii. Z uwagi na to, że lampa pobiera prąd żarzenia 25 mA, przy pojemności akumulatora żarzenia 170 mAh zapewnia to około 7 godzin pracy baterii żarzenia. Po tym czasie akumulator ładuje się, bez wyjmowania go z radia.
Strojenie radia odbywa się za pomocą miniaturowego śrubokrętu poprzez pokręcanie rdzenia ferrytowego. Strojenie jest konieczne przy zmianie współpracującej anteny.
Próby wykazały możliwość współpracy radia z anteną ramową. Przy rozpiętości ramy 40 x 40 cm i liczbie zwojów tej anteny wynoszącej 50 zwojów indukcyjność anteny wynosi około 2,5 mH. Nawinięcie wykonano drutem miedzianym o średnicy 0,35 mm izolowanym bawełną. Dołączając do tej anteny kondensator strojeniowy od radia tranzystorowego można dobrać optymalne warunki pracy tej anteny. Strojenie prowadzi się wówczas następująco: Najpierw przy przekroczonym progu reakcji kręci się rdzeniem cewki w radiu. Gdy audycja staje się słyszalna na tle gwizdu reakcji, reakcję zmniejsza się do zaniku wzbudzenia i kondensatorem dołączonym do anteny szuka się optymalnego dostrojenia na największą głośność i czystość odbioru. Jeśli antena ramowa ma współpracować tylko z tym radiem, to do anteny można dolutować na stałe kondensator, a dostrajanie prowadzić wyłącznie przez pokręcanie rdzeniem cewki w radiu. Odbiór na antenę ramową w odległości około 190 km w linii prostej od nadajnika jest wyraźny, ale głośniejszy jest odbiór przy użyciu klasycznej anteny (około 20 m) i uziemienia. Siła głosu jest tak duża, że przy odbiorze na słuchawki konieczna jest regulacja potencjometrem, daleko przed punktem wzbudzenia reakcji. Próby z klasyczną anteną i uziemieniem, przeprowadzone w Krakowie, w odległości około 330 km od nadajnika wypadły też pomyślnie.
Próby odbioru z użyciem anteny ferrytowej dały gorsze wyniki. Choć odbiór był możliwy, to siła głosu jest jednak niewielka.
Lampa została zamontowana na „podstawce” z wyciętych 5 pinów podstawki precyzyjnej pod układ scalony. Podstawka ta została przyklejona do karkasu cewki. Na tak wykonanym „chassis” zmontowano większość elementów odbiornika i przyklejono je do bakelitowej płytki o wymiarach denka od „szufladki pudełka zapałek. Do akumulatora żarzenia dogrzano blaszki niklowe (blacha o grubości 0, 15 mm a następnie uzyskane „wąsy” dolutowano do oczek lutowniczych przymocowanych do płytki bakelitowej.
Aby słuchawki było wygodnie odłączać, odbiornik jest wyposażony w gniazdko słuchawkowe „Jack”, które także zmieściło się we wnętrzu odbiornika.
Fajne? Ranking DIY
