Audion je jedním z mála jednoduchých přijímačů, který zvládá příjem AM, CW i SSB. V minulosti byl pro tuto vlastnost mezi radioamatéry velmi oblíbený. Náklady na jeho výrobu nebyly velké a za málo peněz přinášel poměrně hodně „muziky”. Bohužel jeho technické parametry měly své limity a jeho běžně používaná zapojení jen stěží mohla konkurovat nástupu superhetů. Zářící hvežda audionu už během historie dávno pohasla, přesto roku 1974 RNDr. Ivan Šolc CSc. (OK1JSI) v červnovém čísle časopisu Amatérské rádio publikoval několik způsobů, které pomohly zvýšit selektivitu detektoru s jediným rezonančním obvodem na krátkých vlnách tak, že standardně dosahuje efektivního Q řádu 104 a při kvalitním materiálovém a mechanickém provedení v některých případech dokonce řádu řádu 105.
...a to je už hodně velký pokrok. Je to vlastně i velká šance pro ty, kteří mají hrůzu ze složitých obvodů s mnoha cívkami, ale přesto by chtěli svým vlastnoručně vyrobeným přístrojem dostatečně selektivně poslouchat na hustě obsazených radioamatérských krátkovlnných pásmech. Povězme si krok po kroku, co je příčinou tohoto technického zlepšení a jak úpravy provést. Popíšeme si to na zcela obyčejné krátkovlnné "dvoulampovce" s dvojitou triodou (podobné Twinplexu.)
Úskalí jednoduchých přijímačů
Selektivitu přijímačů s jediných ladícím obvodem snižuje především příliš těsná vazba s anténou a jí způsobené tlumení (nebo tlumení způsobené příliš těsnou vazbou s VF předzesilovačem). Další příčinou snížené selektivity je zatížení rezonančního obvodu vlastním detektorem, zvláště jeho ztrátovými kapacitami a tlumení mřížkovým proudem. Selektivitu lze naopak zvyšovat volnou vazbou s anténou, kvalitním provedením VF obvodů, malými kapacitami (případně použitím Clappova obvodu), kladnou zpětnou vazbou a zmenšením tlumení od detektoru (zejména snížením jeho mřížkového proudu a optimalizací fázových poměrů). To jsou všeobecně známé věci a postupy. Je však zapotřebí je obezřetně zkombinovat a nepohřbít základní výhodu, kterou takový přijímač má - jeho jednoduchost.
Mít kvalitní venkovní anténu se silným signálem (která by nám umožňovala provést anténní vazbu volnou za pomocí malé kapacity), zdůrazňovat potřebu krátkých propojů a kvalitního provedení cívky (keramika) i ladícího kondenzátoru (vzduchový, případně s keram. izol. nosníky) včetně použití vhodné elektronky není asi potřeba zájemcům o krátkovlnný poslech zvlášť připomínat. Popišme si proto věci méně běžné...
Řízení (snížení) mřížkového proudu
Níže uvedené schémátko ukazuje audion (s elektronkou ECC85 nebo ECC88 či PCC88) doplněný NF zesilovačem, ke kterému je využita druhá polovina duotriody. Zdroje jsou pro názornost zakresleny jako baterie. V praxi se samozřejmě předpokládá, že bude použitý síťový zdroj (ale není smyslem tohoto článku, se jeho detaily zabývat). Krátkovlnná cívka rezonančního (ladícího) obvodu je řešená jako výměnná. Z toho důvodu je pouze třívývodová a kladná zpětná vazba je na odbočku cívku zavedena z katody první triody. Velikost (okamžik nasazení) zpětné vazby je řízeno změnou anodového napětí první triody pomocí potenciometru M25 (či jiné podobné hodnoty), což však má vliv na reaktanci elektronky a způsobuje částečné rozladění naladěné stanice. Signál z antény je navázán přes kondenzátor s velmi malou kapacitou a taktéž mřížka elektronky je navázána přes poměrně malý kondenzátor 22pF. Všechna tato uspořádání mají za cíl, kromě dobré a stabilní funkce detektoru na krátkých vlnách i dobrou selektivitu a zabránění přehlcení od silných stanic.
Standardně bývá u audionu připojený mřížkový odpor na katodu triody či na horní konec cívky a přes její vinutí na katodu či zem. Mřížkové předpětí pak vzniká samočinně při mřížkové detekci a je závislé na síle přijímané stanice. Pracovní bod se většinou pohybuje v oblasti nulového předpětí nebo u některých přijímačů bývá na mřížku přiváděn záměrně kladný potenciál, aby se zvýšila věrnost reprodukce silných signálů. Mřížkový proud se pak běžně pohybuje v hodnotách od 0,3 do 5 mikroampérů. To je však přesný opak, než potřebujeme pro zvýšení selektivity. Chceme-li zvýšit selektivitu, nemůžeme nechat detektor, aby si mřížkové předpětí vytvářel sám podle libosti, ale musíme zapojení upravit tak, abychom mohli předpětí řídit ručně sami a zůstávalo stabilní, na námi nastavené hodnotě.
K tomu účelu byl přijímač doplněný zdrojem pro záporné napětí o napětí 4 až 5 voltů a pomocí potenciometru se podle potřeby nastaví potřebné mřížkové předpětí a přes odpor 1M5 se přivede na mřížku detekční elektronky. Do obvodu je možné zapojit i mikroampérmetr a sledovat, zda nějaký mřížkový proud protéká, nebo zda se ho podařilo co nejvíce snížit. Často se podaří dostat jej i při nasazené vazbě na hodnotu od 0,05 do 1 mikroampéru. Tedy podstatně méně, než v původním zapojení audionu. Samozřejmě čím zápornější napětí potenciometrem nastavíte, tím nižší bude proud procházející elektronkou a o to vyšší napětí budete muset nastavit druhým potenciometrem pro anodu, aby elektronka fungovala a při poslechu CW nebo SSB správně fungovala zpětná vazba.
Anodová detekce
Když našim cílem nebude maximální akustická hlasitost (které má do sluchátek dvoulampovka více než dost), ale cílem bude selektivita, pak ještě lepších výsledků než v předchozím případě dosáhneme, když místo mřížkové detekce donutíme triodu* k detekci anodové. Provede se to přímým napojením mřížky na rezonanční obvod a vložením odporu a kondenzátoru do propoje katody s odbočkou na cívce (pro získání pracovního předpětí). Současně je zapotřebí anodu blokovat vůči zemi výraznější kapacitou. Změny součástek jsou na schématu zvýrazněny fialovou tečkou:
Touto úpravou jsme sice získali anodovou detekci, ale přišli jsme o možnost měnit mřížkové přepětí. Takže co s tím?
*) Anodovou detekci lze použít i u audionu s pentodou. Ale pozor, má to svá pravidla! Aby anodová detekce u pentody správně fungovala, musí to být pentoda se strmou lineární charakteristikou a krátkým ukončením křivky v závěrné oblasti (např. AF7; 6F32; EF184 a pod.) Nehodí se pentoda "selektoda" s táhlou obloukovitou charakteristikou nelineární (AF3; EF9; EBF89; EF183 a podobné, které jsou používané často v mezifrekvenčních stupních superhetů). Pokud chceme použít pentodu pro anodovou detekci, musí používat stálé napětí na stínící mřížvě g2. Nelze tedy použít tuto mřížku pro regulaci zpětné vazby.
Nastavitelné mřížkové předpětí při anodové detekci
Mřížkové předpětí elektronky není vztažené k zemi, ale k její katodě. Pokud bychom se pokusili nějakým způsobem napětí katody přídavným napětím zvýšit, "vzdálíme" ji tím "výše" od země. A protože mřížka vede přes cívku přímo k zemi, bude se mřížka "z pohledu" katody jevit zápornější. K tomu účelu můžeme do obvodu vřadit úplně stejný potenciometr, jakým měníme napětí pro anodu. Jen s tím rozdílem, že tentokrát jeho běžec spojíme přes odpor s katodou. Běžcem potenciometru pak budeme měnit v malých mezích napětí na katodě, tím regulovat záporné předpětí na mřížce a více či méně uzavírat proud procházející triodou. To má velkou výhodu v tom, že správnou činnost zpětné vazby nastavíme původním potenciometrem anodového napětí jen nahrubo a jemně doseřídíme potenciometrem spojeným s katodou, právě pomocí mřížkového předpětí, které naladěšní stanice ovlivňuje minimálně (a snažíme se je držet pokud možno velké). Změny ve schématu opět ukazují fialové tečky:
K tomu, aby pomocný proud vedený z kladného pólu anodového zdroje přes potenciometr na katodu její potenciál pozdvihl a "přepral" úbytek napětí na katodovém odporu 6K5 je zapotřebí určitá energie, která se ve výsledku na tomto řetězci součástek mění na teplo. Pokud z nějakého důvodu potřebujete anodový zdroj šetřit (např. vyrábíte si ho měničem ze žhavícího akumulátoru), je potřeba zvolit způsob energeticky úspornější. Možností (místo "pozdvihování" potenciálu katody přídavným napětím z potenciometru), je naopak "uvolnění" katody od země. Proud procházející elektronkou vytvoří na potenciometru napětí samočinně. Technicky je to jednodušší a funguje zde i jakási forma "samostabilizace" pracovního bodu:
Máte-li obavu nebo jiný důvod pouštět se do stavby přijímače s anodovou detekcí (dle předchozího obrázku), můžete naprosto stejné řešení řízení mřížkového předpětí udělat i u původního přijímače s mřížkovou detekcí:
Když nic jiného, tímto řešením vám odpadnou zbytečné starosti se zřízením a udržováním zdroje se záporným potenciálem (tzv. mřížkové baterie). Tento systém se dá doinstalovat dokonce i do těch přijímačů, kde je zpětná vazba vřazena v anodovém okruhu (jen je potřeba si pamatovat, že v takovém případě je potřeba katodu blokovat přímo na zem přes vysokofrekvenčně kvalitní kondenzátor nejméně 1nF.
Dalo by se říci že poslední z výše uvedených schémat je "značka ideál", ale není tomu tak. V tomto případě vede vývod katody na zemní potenciál přes kondenzátor 100nF a odpor 2K5. Odpor rezonační obvod tlumí podstatně více, než řešení s potenciometrem navázeným na kladnou větěv anodového zdroje, kde je odpor překlenuje kondenzátor a vede na cívku. Musíte si tedy vybrat, zda se spokojíte s nepatrně větší spotřebou a vyšší složitostí obvodu nebo dáte přednost jednoduchosti, energetické úspornosti ale o něco menší selektivitě, než ke které by se dalo dopracovat. Samozřejmě ať zvolíte ten, či onen způsob, vždy bude selektivita podstatně vyšší, než když nepoužijete vůbec nic a přijímač bude klasický neupravený audion.
Jak poznáte, že se selektivita přijímače zvýšila?
Nalaďte si na radioamatérském krátkovlnném pásmu nějakou stanici, která vysílá telegrafním provozem CW. Aby jste ji slyšeli, budete muset mít "nasazenou" zpětnou vazbu. Když budete přes poslouchanou stanici přelaďovat, bude se výška tónu měnit. Když má přijímač špatnou selektivitu, "slyší" stanici i když je od ní značně odladěný. To se projevuje tak, že tón při ladění stoupá od nuly k velmi vysokým tónům a při tom stále ještě stanici čitelně slyšíte. Když má zpětnovazební přijímač selektivitu dobrou, chová se jinak. Když prolaďujete nějakou telegrafní stanici, pak její tón sice zpočátku také od nuly stoupá, ale ještě dříve než dosáhne nějakých závratně vysokých tónů rychle slábne a při dalším ladění (pryč od stanice) už jej přestáváte slyšet úplně. Tím se otevírá volný prostor, ve kterém můžete zaslechou jinou, podstatně slabší stanici, která by pracovala poblíž původní stanice silné a kterou byste v předchozím případě neslyšeli. A o to právě jde.
Přeji hodně zábavy u dalších pokusů...
(Pokud vás nebaví hrát si a experimentovat, můžete si postavit „optimalizovaný audion” v zapojení, jaké pro své potřeby používal OK1JSI.
[autor: OK2TAR, datum: 2.1.2016, licence: CC-BY-ND]
§ Upozornění:
Informace obsažené na těchto stránkách jsou poskytovány „tak jak jsou", bez jakýchkoli záruk. Veškerá rizika související s použitím těchto informací přebírá uživatel. Tyto stránky obsahují informace, získané vlastním studiem i praktickými pokusy. Při nich nebyla důsledně řešena problematika bezpečnosti, ochrany před úrazem nebo škodou, ani souladu s platnými normami, bezpečnostními nebo jinými předpisy. Stránky jsou proto pouze informací o vlastních poznatcích, studiu a zkušenostech, nejsou odbornou radou nebo odborným návodem ve smyslu nového Občanského zákoníku. Praktickým využitím těchto informací podstupujete riziko škody nebo úrazu. Veškerá rizika podstupuje sami a autor stránek za ně nepřebírá žádnou zodpovědnost. Výrobu nebo úpravy všech zde uvedených zařízení provádí každý na vlastní nebezpečí. Výkresy, náčrty a konstrukce neprošly žádným schválením podle ČSN, ISO ani jiných norem a je věcí realizátora, aby si toto zajistil.