3.1. Детекторы радиоизлучений

3.1. Детекторы радиоизлучений

Простейший детектор радиоволн

Даже если вам нечего опасаться, но вы хотели бы выяснить, не шпионит ли кто-нибудь за вами с помощью подслушивающей аппаратуры, соберите схему, показанную на рис. 3.1. Устройство представляет собой простейший детектор радиоволн со звуковой индикацией. С его помощью можно отыскать в помещении работающий микропередатчик. Детектор радиоволн чувствителен к частотам вплоть до 500 МГц. Настраивать детектор при поиске работающих передатчиков можно путем изменения длины телескопической приемной антенны.

Рис. 3.1. Простейший детектор поля

Телескопическая приемная антенна воспринимает высокочастотные электромагнитные колебания в диапазоне до 500 МГц, которые затем детектируются диодом VD1 типа Д9Б. Высокочастотная составляющая сигнала отфильтровывается дросселем L1 и конденсатором С1.

Низкочастотный сигнал поступает через резистор R1 на базу транзистора VT1 типа КТ315, что приводит к открыванию последнего и, как следствие, к открыванию транзистора VT2 типа КТ361. При этом на резисторе R4 появляется положительное напряжение, близкое к напряжению питания, которое воспринимается логическим элементом DD1.1 микросхемы DD1 типа К561ЛА7 как уровень логической единицы. При этом включается генератор импульсов на элементах DD1.1, DDI.2, R5 и СЗ. С его выхода импульсы с частотой 2 кГц поступают на вход буферного каскада на элементах DD1.3, DD1.4. Нагрузкой этого каскада служит звуковой пьезокерамический преобразователь ZQ1 типа ЗП-1, который преобразует электрические колебания частотой 2 кГц в акустические. С целью увеличения громкости звучания преобразователь ZQ1 включен между входом и выходом элемента DD1.4 микросхемы DD1. Питается, детектор от источника тока напряжением 9 В через параметрический стабилизатор на элементах VD2, R6.

В детекторе используются резисторы типа МЛТ-0,125. Диод VD1 можно заменить на ГД507 или любой германиевый высокочастотный.

Транзисторы VT1 и VT2 могут быть заменены на КТ3102 и КТ3107 соответственно. Стабилитрон VD2 может быть любым с напряжением стабилизации 4,7–7,0 В. Пьезокерамический преобразователь ZQ1 можно заменить на ЗП-22.

Настраивать детектор лучше всего с использованием высокочастотного генератора. Подключите к выходу генератора изолированный провод — антенну, и параллельно ему расположите антенну детектора.

Таким образом вы слабо свяжете детектор с генератором. Исследуйте весь радиодиапазон, начиная с частоты 500 кГц и до точки, где детектор перестанет воспринимать радиоволны. Заметьте, как с изменением частоты изменяется чувствительность детектора.

Детектор поля со звуковой сигнализацией и регулировкой чувствительности

От предыдущего данное устройство отличается более высокой чувствительностью и возможностью регулировки чувствительности. Это устройство одновременно и сложнее вышеописанного. Принципиальная схема детектора приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Детектор поля со звуковой сигнализацией

Сигнал, принимаемый антенной, усиливается широкополосным трехкаскадным апериодическим усилителем высокой частоты на транзисторах VT1-VT3 типа KT3101. Усиленный сигнал с нагрузки транзистора VT3, резистора R10, через конденсатор С9 поступает на детектор, собранный по схеме удвоения напряжения на диодах VDI, VD2.

Положительное напряжение с регулятора чувствительности резистора R11 поступает на диоды VD1 и VD2 типа Д9Б. Протекание небольшого начального тока через эти диоды приводит к увеличению чувствительности детектора. Одновременно это напряжение поступает на базу транзистора VT4 типа КТ315 через диод VD3 типа Д9Б и резистор R14. Базовый ток приводит к открыванию транзистора VT4. На его коллекторе устанавливается потенциал логической единицы. При увеличении уровня сигнала на входе устройства постоянное напряжение на конденсаторе С10 уменьшается. Это ведет к закрыванию транзистора VT4. Уровень логической единицы, появляющийся на коллекторе транзистора VT4, разрешает работу генератора прямоугольных импульсов на элементах DD1.1, DD1.2, R17 и С11. Положительные импульсы частотой около 2 Гц разрешают работу генератора прямоугольных импульсов на элементах DD1.3, DD1.4, R18 к С12. С выхода этого генератора прямоугольные импульсы с частотой следования 1.5–2 кГц, промоделированные частотой 2 Гц, поступают на пьезокерамический преобразователь ZQ1 типа ЗП-1. Питание устройства осуществляется от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 типа КС156 и резисторе R16.

В устройстве использованы резисторы типа МЛТ-0.125. Транзисторы VT1-VT3 можно заменить на КТ3120, KT3124 или КТ368. В последнем случае уменьшается диапазон регистрируемых сигналов. Диоды VD1-VD3 могут быть любые германиевые высокочастотные. Стабилитрон VD4 может быть любым с напряжением стабилизации 5.6–7,0 В.

Настройку детектора производят по вышеприведенной методике.

Верхний предел частоты регистрируемых сигналов у этого детектора может достигать 900-1000 МГц. Регулировка прибора заключается в установлении такого уровня чувствительности детектора резистором R11, при котором компенсируется фоновый уровень радиоизлучения в данном помещении. При этом звуковой сигнализатор не должен работать. При приближении детектора к источнику излучения (микропередатчику) уровень напряженности поля начинает превышать фоновый и звуковая сигнализация срабатывает.

Простой малогабаритный детектор поля с индикацией на двух светодиодах.

От описанных выше конструкций данная отличается малыми габаритами, малым количеством используемых деталей и, вместе с тем, достаточно высокой чувствительностью. В этом детекторе поля использовано новое схемное решение. Хорошо известно, что измерение ВЧ напряжении, меньших 0,5 В, затруднено тем, что уже при переменном напряжении менее 0,2–0,3 В все полупроводниковые диоды становятся неэффективными. Существует, однако, способ измерения малых переменных напряжений с использованием сбалансированного диодно-резистивного моста, позволяющий измерять напряжение менее 20 мВ при равномерной АХЧ до 900 МГц. Принципиальная схема устройства, использующего данный способ, приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Простой детектор поля с индикацией на двух светодиодах

Основу данного устройства составляет микросхема DA1 типа КР1112ПП2. Эта микросхема включает в себя устройство определения баланса электрического моста с индикацией. Микросхема имеет встроенный источник опорного напряжения.

Сигнал, наводимый в антенне, усиливается широкополосным апериодическим усилителем высокой частоты на транзисторе VT1 типа KT3101. Усиленное переменное напряжение высокой частоты через конденсатор СЗ поступает в диодно-резистивный мост на диодах VD1-VD4 типа ГД507 и резисторах R3-R5. От источника опорного напряжения (вывод 3 микросхемы DA1) через резисторы R3-R5 и диоды VD1-VD4 протекает небольшой (примерно несколько микроампер) прямой ток, который улучшает условия детектирования и увеличивает чувствительность детектора. В выпрямлении измеряемого переменного напряжения участвуют только диоды VD1 и VD2, а два других — VD3, VD4 — образуют соседнее плечо моста, на котором создается начальное напряжение, балансирующее мост, и одновременно служат для его термокомпенсации. Все диоды подобраны с возможно более близкими вольт-амперными характеристиками. Конденсатор С4 отфильтровывает переменную составляющую выпрямленного напряжения. Резистор R4 служит для точной балансировки моста. При хорошей балансировке устройство будет реагировать только на напряжение, являющееся результатом выпрямления измеряемого сигнала. Выпрямленное напряжение и напряжение, балансирующее мост, через резисторы R7 и R8 поступают на входы усилителя постоянного тока, расположенного в микросхеме DA1. В зависимости от состояния баланса моста сигнал индикации поступает на один из светодиодов VD5 или VD6 — типа АЛ307. Таким образом, при балансе моста (отсутствие сигнала) включен светодиод VD5, а при наличии сигнала (нарушение баланса моста) — светодиод VD6. В качестве диодов VD1-VD4 можно использовать любые высокочастотные диоды. Светодиоды могут быть любого типа. В качестве источника питания используется источник постоянного тока напряжением 2,5–5 В.

Детектор поля с линейной шкалой из восьми светодиодов, регулировкой чувствительности и звуковой индикацией

Данное устройство имеет некоторое сходство с описанным выше. Так, имеется усилитель ВЧ и детектор на сбалансированном резистивно-диодном мосте. Отличительной особенностью данного детектора поля является фильтр высокой частоты на входе, усилитель постоянного тока на двух операционных усилителях, звуковой генератор, линейная светодиодная шкала и индикатор разряда батареи. Все это делает данное устройство несомненно более простым и удобным в эксплуатации. Принципиальная схема детектора поля приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Детектор с линейной шкалой из 8 светодиодов

Сигнал, принимаемый антенной, поступает на фильтр высокой частоты на элементах С2, L1, СЗ, L2, необходимый для подавления сигналов частотой менее 20 МГц. Это необходимо для уменьшения уровня низкочастотных сигналов, обычно составляющих фоновое радиоизлучение. С ФВЧ сигналы частотой более 20 МГц поступают на вход апериодического широкополосного усилителя высокой частоты, собранного на транзисторе VT1 типа KT3101. С нагрузки усилителя резистора R2 — напряжение высокой частоты через конденсатор С5 поступает на диоды VD1, VD2 типа ГД507, входящие в состав резистивно-диодного моста. Для балансировки моста используется резистор R4. Работа моста уже была подробно описана выше.

Продетектированное низкочастотное напряжение, сглаженное конденсатором С6, поступает на усилитель постоянного тока, выполненный на двух операционных усилителях DA1.1 и DA1.2, входящих в состав микросхемы К1401УД1. С выхода элемента DA1.1 постоянное напряжение поступает на генератор звуковой частоты, выполненный на операционном усилителе DA1.3. Частота генератора зависит от уровня постоянного напряжения на неинвертирующем входе элемента DA1.3, которое, в свою очередь, зависит от уровня входного сигнала. Таким образом, чем больше уровень входного сигнала, тем выше частота генератора звуковой частоты. С выхода генератора звуковой сигнал поступает на базу транзистора VT4 типа КТ315, в коллекторную цепь которого включен пьезокерамический преобразователь ZQ1 тина ЗП-1.

Микросхемы DA2 и DA3 типа К1401УД1 составляют основу линейной шкалы. Операционные усилители, входящие в состав этих микросхем, включены по схеме компараторов напряжения. На неинвертирующие входы этих компараторов поступает опорное напряжение с линейки резисторов R14-R21. Другие входы компараторов соединены вместе, на них поступает постоянное напряжение с выхода усилителя постоянного тока DA1.2. При изменении этого напряжения от 0 до максимального значения происходит переключение компараторов, на выходе которых включены светодиоды VD5-VD14, образующие линейную светоизлучающую шкалу. Чем выше уровень сигнала на входе, тем больше светодиодов включено. Для уменьшения потребляемого светодиодной шкалой тока используется принцип динамической индикации. Для этого на базу транзистора VT2 типа КТ315 поступают импульсы с генератора звуковой частоты DA1.3, вызывая поочередное закрывание и открывание транзистора VT2. При закрывании транзистора VT2 положительное напряжение источника питания через резистор R32 поступает на катоды светодиодов VD5-VD14, что приводит к запиранию последних. Ток через светодиоды не течет и они гаснут.

При открывании транзистора VT2 катоды светодиодов замыкаются на минус источника питания, и те светодиоды, на аноде которых присутствует положительное напряжение, загораются. Благодаря инерционным свойствам человеческого глаза мигание светодиодов становится незаметным. Индикатор разряда батареи выполнен на элементе DA1.4 и светодиодах VD13, VD14. При снижении напряжения источника питания уменьшается ток, протекающий через стабилитрон VD15 и светодиод VD13 и, соответственно, напряжение на аноде VD13. Это вызывает включение светодиода VD14. Уровень срабатывания устанавливается подстроечным резистором R33 при настройке. Все устройство питается от стабилизатора, собранного на элементах VT3, VD15, VD13, R34, С8.

В устройстве использованы резисторы тина МЛТ-0,125. Светодиоды VD5-VD14 могут быть любыми. Диоды VD1-VD4 — любые высокочастотные германиевые. Катушки L1 и L2 бескаркасные, диаметром 8 мм, намотанные проводом ПЭВ 0,6 мм. Катушка L1 8 витков, катушка L2 — 6 витков. Резистор R4 — любой переменный резистор с линейной характеристикой. Транзисторы VT2-VT4 могут быть типа КТ3102. Стабилитрон VD15 можно заменить на КС147, КС168, КС170.

Пьезокерамическпй преобразователь ZQ1 — любой. Можно также использовать динамическую головку сопротивлением более 50 Ом, резистор R36 при этом можно из схемы исключить.

Настройка схемы особенностей не имеет.

Перед началом работы необходимо настроить детектор на максимальную чувствительность резистором R4. Вращением движка резистора R4 добиваются свечения 1–2 светодиодов и выключения звуковой сигнализации. Прибор готов к работе.

Детектор поля с логарифмической шкалой на 12 светодиодах и звуковой индикацией

В состав детектора поля входят ФВЧ, усилитель ВЧ, диодный детектор, усилитель постоянного тока с логарифмической зависимостью коэффициента усиления, звуковой генератор с изменяющейся частотой и светодиодная шкала из 12 светодиодов. Детектор способен регистрировать работающие радиомикрофоны в диапазоне частот 20-600 МГц. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Детектор с логарифмической шкалой на 12 светодиодах

Сигнал, наводимый в антенне, фильтруется ФВЧ на элементах С2, L1, СЗ, L2 и поступает на широкополосный апериодический усилитель. Последний выполнен на высокочастотном транзисторе VT1 тина КТЗ101. Нагрузкой усилителя служит эмиттерный повторитель на транзисторе VT2 типа КТ3101. Сигнал, снимаемый с регулятора чувствительности — резистора R4, поступает через конденсатор С6 на диодный детектор, собранный на диоде VD1 типа Д9Б. Высокочастотные составляющие фильтруются RC-фильтрами R5, С7 и R6, С8.

Низкочастотный сигнал поступает на усилитель на микросхеме DA1 типа КР140УД1208. Коэффициент усиления этого усилителя определяется значением резистора R9. При малом уровне входного сигнала усилитель на DA1 имеет большое усиление. По мере увеличения сигнала происходит открывание диода VD2 типа КД522, сопротивление которого изменяется по логарифмическому закону. Это приводит к изменению сопротивления обратной связи также по логарифмическому закону. С выхода усилителя на микросхеме DA1 сигнал поступает на светодиодный индикатор и звуковой генератор.

Звуковой генератор выполнен на транзисторе VT3 типа КТ315 и микросхеме DD1 типа К561ЛА7. Конденсатор С9 заряжается через резистор R11 до напряжения открывания транзистора VT3. Это приводит к смене уровня логической единицы на уровень логического нуля на коллекторе транзистора VT3. При этом катод диода VD3 типа КД522 оказывается подключенным через резистор R18 к минусу источника питания. Конденсатор С9 быстро разряжается через цепь VD3, R18, что ведет за собой закрывание транзистора VT3. Конденсатор С9 снова начинает заряжаться и весь процесс повторяется. Прямоугольные импульсы преобразуются пьезокерамическим преобразователем ZQ1 типа 3П-22 в звуковые. При увеличении напряжения на выходе усилителя DA1 уменьшается время заряда конденсатора С9 до напряжения открывания транзистора VT3, а это, в свою очередь, приводит к увеличению частоты следования импульсов генератора. Таким образом, при увеличении уровня входного сигнала происходит повышение тональности звукового сигнала.

Основой светодиодного индикатора является микросхема DA2 типа КМ1003ПП2. Микросхема КМ1003ПП2 является специализированной и выполняет функцию управления светодиодной шкалой, обеспечивая высвечивание столбика на шкале из 12 светодиодов, которые загораются поочередно при изменении входного напряжения от минимального до максимального значения. Яркость свечения светодиодов поддерживается постоянной. Входной сигнал, через делитель напряжения на резисторах R13, R16, поступает на вход микросхемы DA2 (вывод 17).

На выводы 16 и 3 микросхемы DA2 подаются уровни опорного напряжения, определяющие, соответственно, минимальное (светодиоды не горят) и максимальное (горят все светодиоды) значения входного сигнала. Питается устройство от источника питания напряжением 5,6 В.

Светодиод VD4 типа АЛ307 служит для индикации включения прибора.

Все используемые детали малогабаритные. Детали ФВЧ описаны выше. Микросхема DA1 может быть заменена на КР1407УД2 или любой другой операционный усилитель со своими цепями коррекции. Вместо микросхемы DD1 можно применить К561ЛЕ5. При замене диода VD1 на ГД507 диапазон прибора может быть увеличен до 900.

Микросхема DA2 может быть заменена на A277D.

Работа с прибором аналогична вышеприведенному устройству, чувствительность прибора регулируется резистором R4.