Cum îți construiești un radio fără baterii?

Menționăm că următorul aparat poate fi construit de aproape orice persoană cu puțină îndemânare și atenție/răbdare, care respectă instrucțiunile și parcurge articolul.

Unele din cele mai interesante construcții electronice pentru copii sunt aparatele de radio, construite manual, cu sau chiar fără baterii. Da, ați citit bine, se pot construi și folosi destul de ușor aparate de radio fără baterii, pentru ascultarea posturilor de radio cu frecvențe de transmisie (emisie) de la 150KHz (kilohertzi) până la aproximativ 2MHz (megahertzi) sau chiar mai mult.

I. Introducere în domeniul radiofrecvenței și al undelor radio

Undele radio emise / produse de posturile de radio călătoresc cu viteze mari prin aer trecând aproape prin orice obiect/obstacol din mediul înconjurător. Vom vorbi mai detaliat despre posturile de radio cu frecvențe de emisie (transmisie) de valoare mai mică, de ordinul sutelor de KHz sau mii de KHz (MHz).

•  O undă radio poate fi explicată astfel: ea este de fapt o undă electromagnetică emisă în spectrul radio, cu o frecvență de valoare cuprinsă între 3Hz (3 perioade / oscilații într-o secundă) până la 300GHz (300 000 000 000 de perioade  / oscilații într-o secundă, deci 300 de miliarde de oscilații produse într-o secundă, ca timp).

Recapitulare spectru radio:

ELF:     3Hz – 300Hz (Extremely Low Frequency)

VF:        300Hz – 3000Hz (Voice Frequency)

VLF:     3KHz – 30KHz (Very Low Frequency)

LF:        30KHz  – 300KHz (Low Frequency)

MF:       300KHz – 3MHz (Medium Frequency)

HF:       3MHz – 30MHz (High Frequency)

VHF:    30MHz – 300MHz (Very High Frequency)

UHF:    300MHz – 3GHz (Ultra High Frequency)

SHF:    3GHz – 30GHz (Super High Frequency)

EHF:    30GHz – 300GHz (Extremely High Frequency)

Deci spectrul radio începe de la 3Hz și se termină la aproximativ 300GHz. Un post de transmisie sau un emițător care ar putea emite un semnal de frecvență cuprinsă între aceste valori ar fi un post de radio, sau emițător radio, care emite în spectrul radiosau în domeniul radio.

Există semnale electromagnetice (sau unde electromagnetice) care sunt în alte spectre sau mai bine zis în alte domenii:domeniul vizibil (lumina), invizibil (infraroșu) sau domeniul microundelor, de exemplu.

•  Unitatea de măsură pentru frecvență (repetiția unui semnal într-o anumită perioadă de timp) este Hertul (Hertz) și se notează Hz și se citește herț.

Acum că am clarificat ce este frecvența radio, ne concentrăm să aflăm cum putem construi un receptor simplu (un aparat de radio) care să recepționeze posturi de radio cu frecvențe relativ mici, situate la începutul spectrului radio (150KHz – 2000KHz).

Toate undele radio sau undele electromagnetice care călătoresc prin aer au o anumită energie de valoare mică. Această energie poate fi utilizată pentru a „alimenta” un montaj electronic simplu cu care putem asculta postul de radio respectiv.

Să recapitulăm: în aer, în jurul nostru, există tot timpul unde radio, respectiv unde electromagnetice, microunde, unde infraroșu (IR) , unde ultraviolet sau chiar x-ray. Acestea sunt omniprezente, adică nu pot fi oprite. Ochiul uman nu distinge decât unda electromagnetică vizibilă, adică lumina. Corpul uman nu detectează, adică nu simte undele radio.

•  Pe noi ne interesează să folosim o anumită undă electromagnetică de la începutul spectrului radio, cum am spus mai sus, cu care să alimentăm un aparat de radio dar din care să extragem și informațiile care sunt transmise pe această undă, adică emisiunea radio (muzica sau vocea).

II. Componentele necesare construcției unui aparat de radio fără baterii

Ar fi util să construim un aparat cât mai simplu care să se alimenteze cumva din unda radio dar care să o și detecteze (țineți minte acest cuvânt: detecție). Lucrurile par complicate la prima vedere, dar să încercăm să mergem mai departe.

De fapt construcția acestui aparat de radio constă din lipirea /cositorirea într-un anumit fel a câtorva piese electronice simple. Modul prin care vom „colecta” energia de radiofrecvență pe care o vom folosi ulterior la alimentarea acestui aparat se explică prin câteva principii simple. Dar despre asta povestim în capitolul III.

Materiale necesare:

1. Antena – fir lung de aprox. 20 – 25 metri:

Orice sârmă de cupru de lungimea menționată este bună, izolat sau nu, preferabil de diametru/grosime maximă 0.6-0.7mm) – dacă firul este mai gros atunci manipularea lui (folosirea) este mai dificilă iar greutatea (mai ales când este întins) este considerabilă și trebuie să vă asigurați că puteți suspenda acest cablu, fir sau sârmă la o înălțime față de pământ de minim 5 metri.

2. Priza de pământ / împământare – fir lung de aprox. 3 – 5 metri din același material menționat la punctul 1.

3. Dioda ( este specială, cu germaniu, are corp din sticlă și o notație anume)

Există  nenumărate tipuri de diode, cele mai uzuale sunt cele construite din siliciu (Si – metal semiconductor) dar pot fi construite și din alt material semiconductor denumit Ge – Germaniu.

Diodele (mai ales cele cu Si) au roluri diferite, de la redresarea simplă, la comutarea semnalelor de radiofrecvență sau stabilizarea unor tensiuni electrice, au rol de înlocuitor al unei capacități / condensator sau rol de oscilator etc.

Noi dorim să folosim o diodă cu germaniu cu rol de redresare. Este vorba de redresarea unei tensiuni foarte mici, tensiune electrică care provine efectiv din „aer” și din „pământ”. Este așa numitul fenomen de diferență de potențial. Imediat clarificăm.

Tipuri de diode recomandate și care funcționează în acest receptor: EFD108, EFD109, AA118, AA119, OA65, 1N34, 1N60. Ele arată ca în imaginile de mai jos. Dacă identificați o diodă de acest fel pe o placă de circuit imprimat și o puteți recupera fără să o spargeți (atenție, este din sticlă și datorită trecerii anilor piciorușele acesteia s-au oxidat și sunt fragile, deoarece aceste diode nu se mai fabrică și au fost produse de foarte mult timp; au în general cel puțin 20-30 ani).

 De unde puteți procura o astfel de diodă?

– prima variantă, ca să nu pierdeți timpul: în special din aparate de radio vechi (cu cutie de lemn, dar nu cu tuburi electronice / lămpi) – ar fi în regulă să dezasamblați doar aparate nefuncționale, de la bunici, care nu mai funcționează sau care sunt într-o stare deplorabilă (vă trebuie un pistol/stație de lipit să dezlipiți diodele de pe placa de bază a aparatului de radio)

– de pe Ebay (căutați după „germanium diode” ex. 1N34 sau cele menționate mai sus)

– de pe unele site-uri românești ( mai ales www.radioamator.ro)

– dacă nu găsiți, ne scrieți direct și vă trimitem prin poștă gratuit 2 diode cu germaniu !

– radioamatori, radiocluburi și palatele copiilor din orașele în care locuiți; întrebați-i de dioda detectoare pentru pentru radio cu galenă

Testarea diodelor (cu germaniu, în cazul de față)

Nu uitați că dioda are plus (+) și minus (-), adică modul ei de conectare în circuit contează. Cele două piciorușe se numesc anod (A) și catod (K), iar plusul este anodul. Tot timpul catodul este indicat cu ajutorul cerculețelor colorate de pe corpul său. Observați în pozele de mai sus că cerculețele sunt plasate mai aproape de unul din piciorușe. Acela este catodul. O altă variantă să măsurați sau să identificați terminalele diodei este să o măsurați. Comutați multimetrul pe modul de măsurare: diodă. Acesta va genera o tensiune de „deschidere” a diodei de câțiva volți. Atingeți cu cele 2 sonde ale multimetrului de cele 2 piciorușe ale diodei, având scala comutată pe diodă. Dacă aparatul de măsură arată o tensiune continuă de câteva sute de milivolți ( de la 0.15 la 0.35V, orice valoare în acest interval ) înseamnă că firul roșu de la multimetru este conectat acum la anod. Ați identificat un terminal. Acum inversați cele 2 fire ale multimetrului și aparatul ar trebui să nu indice nici o tensiune. În acest caz dioda este bună.

 4. Casca radio ( în care vom asculta emisiunile radio)

Toate componentele din alcătuirea acestui aparat de radio sunt importante dar căștii radio trebuie să îi dăm o atenție specială.  Nu orice cască (de tel. mobil, mp3-player sau ipod) funcționează. In aceste căști nu vom auzi absolut nimic deoarece energia de radiofrecvență cu care acest aparat de radio funcționează este atât de mică încât o cască modernă nu poate reproduce emisiunea radio care ajungeîn ea. Pur și simplu aceste căști au o rezistență prea mică (impedanță se numește) și fac ca acest curent care mișcă membrana căștii să fie foarte mic, iar noi nu vom auzi nimic. Căștile moderne au în general 16, 32 sau 64Ω (ohmi) iar noi avem nevoie de o cască radio cu rezistența de cel puțin 100Ω ..până la aprox. 3-4000Ω. Deci orice cască cu rezistența mai mare de 100Ω  ar trebui să funcționeze. Exemple de cască radio necesară aparatului nostru:

In poza 2, casca este poziționată  în stânga imaginii iar microfonul este cel gălbui.

De unde puteți procura o cască?

– prima sursă ar fi: telefoane fixe vechi, cu receptor și furcă, cu sistem rotativ de apel cu cifre

– Ebay ( căutați după „crystal radio headphone” sau „crystal radio ear piece”)

– radioamatori, radiocluburi și palatele / cluburile copiilor din orașele în care locuiți; întrebați-i de cască de telefon vechi pentru radio cu galenă

III. Schema electronică și funcționarea unui astfel de radio fără baterii

Câteva observații foarte importante pentru a înțelege mai bine experimentul / construcția pe care urmează să o facem:

•  aparatul va recepționa un post de radio (cel mai puternic) din gama undelor medii (MF – medium frequency), situat în domeniul frecvențelor 530KHz și aprox. 1600KHz, deci nu vă așteptați să auziți posturi de radio FM: KissFm, Radio ZU sau altele de genul :);

• receptorul este destinat audiției emisiunilor cu modulație de amplitudine, calitatea recepției nu va fi comparabilă cu cea din frecvențele superioare și pentru emisiuni FM;

• datorită faptului că aparatul de radio folosește extrem de puțină energie din mediul înconjurător (în special din aer și din pământ) este necesar să fim destul de aproape (10-20km) de cel puțin un post de radio din domeniul undelor medii. În orașe, spre exemplu, dacă aveți un post de radio sau un re-translator al unui post de radio național, puteți asculta foarte ușor postul respectiv, deoarece energia de radiofrecvență (puterea de radio-emisie) a acelui post în apropierea locuinței Dvs. va fi foarte mare;

• dacă locuiți mai departe de cel mai apropiat post de radio (60-100km) este necesar să folosiți o antenă mai mare (30-40m lungime) și o legatură la pământ (priză de pământ / împământare) la fel de bună. O să vă explicăm cum puteți face acest lucru;

sursa imagine: http://byrev.space/myblog/wp-content/uploads/sites/10/radio-galena.gif

Schema electronică funcționează în felul următor: firul lung de antenă împreună cu o conexiune la pământ poate genera o tensiune electrică chiar și continuă de aproximativ 1-2V și curent extrem de mic, în funcție de lungimea antenei și de conexiunea la pământ.

Această tensiune electrică conține și informația utilă pe care vrem să o redresăm (detectăm) cu dioda redresoare cu germaniu (sau detectorul). În momentul când detectăm această informație, sub formă de curent electric, ea va circula prin firele căștii direct în acestea și o vom auzi la intensitate destul de mică, dar perceptibilă.

Recapitulare:

• antena împreună cu priza de pământ „alimentează” receptorul cu energie electrică de foarte mică intensitate cât și cu energie de radiofrecvență

• dioda redresoare cu germaniu (detecție) redresează energia de radiofrecvență din antenă ( procedeul se cheamă demodulare)

• o parte din energia electrică colectată de ansamblul antenă – priză de pământ (1-2V) „cade” sau se „pierde” prin dioda detectoare (aproximativ 0.15 – 0.3V). O diodă cu siliciu nu va funcționa în acest montaj (de tip 1N4148 sau 1N4007), deoarece acestea au căderi de tensiune sau tensiuni de deschidere de ordinul 0.5-0.8V și prea multa energie din ansamblu antenă-priză de pământ s-ar pierde prin ea, noi nemaiputând asculta postul de radio ulterior

• oricum am poziționa dioda detectoare pe casca radio, aceasta va funcționa, deoarece curenții mici de radiofrecvență din antenă sunt de tip alternativ (nu continuu) și vor trece oricum prin dioda detectoare

• redresarea este fenomenul de schimbare / transformare a curentului alternativ (semnalul radio  din antena, în cazul nostru) în curent continuu, pentru alimentarea căștii de rezistență mare, dacă va amintiți.

IV. Realizarea practică a aparatului și punerea sa în funcțiune

Resursele puse la dispoziție de site-ul nostru vă pot ajuta să identificați ușor compoentele electronice, inclusiv dioda. Le găsiți AICI.

 Pas 1: Să începem cu antena. Încercați să gasiți un punct de sprijin la înalțimea de cel puțin 5m față de sol. Exemple: crengile unui copac, stâlp, prăjină de lemn înfiptă în pământ etc. Veți avea nevoie de ajutor să suspendați antena, măcar un capăt al acesteia. O variantă ar fi să agățați o greutate de capătul pe care vreți să îl suspendați și să aruncați respectiva greutate cu sârma/firul după ea, într-un copac (aveți grijă să nu spargeți geamuri sau să nu loviți vecini sau chiar familia etc.)

La oraș poate fi puțin mai simplu, mai ales dacă locuiți la etajele superioare (3,4,5 etc.). Suspendați pe geam în jos și pe lângă bloc firul respectiv (puteți să alegeți un fir mai subțire, mai puțin vizibil). Nu uitați…ar trebui să aveți cel puțin 10m de fir de antenă.

Practic celălalt capăt al antenei ar trebui să coboare înspre locul unde plănuiți să montați sau să ascultați aparatul de radio. Fie geam, fie birou sau masă de lucru. Încercați să fixați firul de antenă bine, să nu alunece înapoi spre geam sau în alte locuri.

Pas 2: – la casă:  încercați să infiptați un țăruș de metal în pământ în spatele casei sau într-un loc necirculat, la aprox. 20-30cm în pământ. De acest țăruș fixați bine firul de la priza de pământ. Dezizolați firul pe o lungime de 10cm și înfășurați-l pe țărușul metalic ca acesta să facă un contact electric cât mai bun, aproape perfect. Asigurați-vă că țărușul nu este ruginit, aparatul de radio nu va funcționa în acest caz. Ca țăruș puteți folosi și un umeraș metalic de haine (sârmă oțelită) de care legați firul de împământare și pe care îl îngropați în pământ la 20-30cm adâncime.

sursa: elforum.info, Retro Radio

– la oraș: capătul dezizolat al firului corespunzător prizei de pământ se conectează la partea metalică de lângă robinet a caloriferului, având grijă ca acel contact electric să fie cât mai bun.

– la munte / câmpie: dacă sunteți în apropierea unui lac, legați de capătul dezizolat al firului corespunzător prizei de pământ o conservă goală sau o bucată mai mare de metal pe care o puteți arunca efectiv în apă (apa va face o legătura electrică foarte bună cu pământul, respectiv va constitui o împământare bună).

Pas 3: după conectarea prizei de pământ conectați sondele unui aparat de măsură (care este reglat pe tensiune continuă 2V sau 20V) la firul corespunzător antenei și la cel de la priza de pământ. Ar trebui să puteți citi o valoarea de tensiune de ordinul volților, între 1 și 2V.

Pas 4: – încercați să găsiți care sunt terminalele de contact ale căștii radio, măsurând cu ajutorul multimetrului valoarea acesteia, în ohmi.

Pas 5: – pregătiți terminalele diodei detectoare curățându-i piciorușele cu un cu cuter/lamă ascuțită de eventuali oxizi sau rugină, dacă este cazul. Cositoriți respectivele terminale pregătindu-le astfel de lipire. NU încălziți excesiv dioda, mai mult de 5 secunde pentru un picioruș, sticla se va crăpa iremediabil!

Pas 6: – lipiți cele 2 terminale ale diodei pe terminalele căștii radio

Pas 7: – lipiți antena pe anodul diodei și priza de pământ pe catodul diodei

În acest moment, dacă apropiați casca de ureche ar trebui să auziți un post de radio destul de puternic! Țineți cont că deocamdată cu acest receptor nu puteți să schimbați frecvența postului de radio recepționat!

În poza de mai jos puteți vedea și versiunea noastră îmbunătățită de receptor radio fără baterii, dar cu posibilitatea schimbării postului de radio.

Schema receptorului radio îmbunătățit din poza de mai sus, este următoarea:

Urmează publicarea unui video cu receptoarele (ambele variante). Noi le folosim la Clubul Micilor Electroniști dar încă nu am făcut un video demonstrativ care să arate funcționarea lor, deoarece le-am construit și copiii le-au luat direct acasă. O galerie foto cu aceste receptoare este prezentată mai jos: