Раздел 5. Мощная тиристорная схема детектора

После доказательства работоспособности маломощной тиристорной схемы детектора приступили к созданию более мощной схемы, представленной ниже.

Основу регистрационной и исполнительной части схемы составляет мощный тиристор КУ202М, выдерживающий рабочий ток до 5А. Однако просто заменить маломощный тиристор КУ106В в предыдущей схеме на мощный тиристор КУ202М не получилось. Понадобились следующие доработки.

Во-первых, в управляющей цепи на базе транзистора исправили ошибку включения конденсаторов. Теперь конденсатор С3 включён перед конденсатором С4. Схема сохраняет работоспособность при обоих вариантах включения конденсатора С3, однако последний вариант предпочтителен из-за большей чувствительности. Как и в предыдущей схеме, кратковременный мощный высокочастотный сигнал от включения сотового телефона на передачу воспринимается антенной Ант и через разделительный и одновременно резонансный конденсатор С1 подаётся да детектор из высокочастотных диодов VD1 и VD2 типа КД514А. Конденсатор С3 накапливает заряд от принятого детектором сигнала, а конденсатор С4 инвертирует знак заряда. Действительно, на верхней обкладке конденсатора С3 будет положительный заряд (+), а на нижней – отрицательный (-) в соответствие со схемой включения диодов VD1 и VD2 высокочастотного детектора. Однако транзистор VT1 – это транзистор обратной проводимости, то есть типа n-p-n. Он открывается положительным сигналом на базе. Так как электроёмкость конденсатора С3 во много раз превышает электроёмкость конденсатора С4, то управляющая цепь (база транзистора) VT1 надёжно закрывает коллекторно-эмиттерный переход, потому что на левой обкладке конденсатора тоже будет положительный заряд, а на правой – отрицательный. Конденсатор С4 имеет очень маленькую электроёмкость, поэтому пропустит только высокочастотный сигнал на базу. Когда на базе транзистора VT1 появится положительный сигнал,, транзистор откроется.

Во-вторых, для усиления сигнала был применён транзистор типа КТ342В с очень большим коэффициентом усиления. По паспорту коэффициент усиления по току в схеме включения с общим эмиттером h_21Э у этого транзистора достигает 2000. Измерили этот коэффициент у применённого транзистора, он оказался равен h_21Э=872. В предыдущей схеме этот коэффициент не превосходил значения 100. Такой большой коэффициент усиления позволяет малыми токами, которые наблюдаются в принятом сигнале от сотового телефона, управлять более большими, на три порядка больше, токами нагрузки. Микроамперные токи сигнала телефона могут управлять миллиамперными токами в силовой цепи транзистора.

В-третьих, пришлось пересчитать ограничительный резистор R1=1К, чтобы транзистор VT1 не перегорел от избыточного коллекторного тока. При напряжении питания 12В и при сопротивлении 1К коллекторный ток никогда не превысит 12мА, что вполне допустимо для транзистора типа КТ342В. Реально ток будет меньше из-за настроечных резисторов R2 и R3.

В-четвёртых, в коллекторную цепь включили два переменных резистора в режиме реостатов. Резистор R2=2К2 является подстроечным, его сопротивление регулируется маленькой отвёрткой для грубой настройки чувствительности детектора. Резистор R3=1К является регулируемым поворотной ручкой и служит для точной настройки чувствительности детектора. Резисторы R2 и R3 введены в схему для отстройки прибора от внешнего фона излучений. В различных местах излучательный фон различный. Эти резисторы позволяют игнорировать этот фон, но регистрировать превышение этого фона.

В-пятых, тиристор применён мощный типа КУ202М. Это позволило включить в его силовую цепь и лампочку 12В мощностью 10Вт, и автомобильную сирену. При этом лампочка включена без возможности разрыва электрической цепи, а сирена может быть как подключена, так и отключена выключателем S2. Сирена – это дополнительный звуковой индикатор, а лампочка – постоянный световой индикатор детектора.

Наконец, в питающую цепь схемы включили стабилизирующую напряжение 12В микросхему типа КА7812. Эта схема всегда выдаёт на выходе напряжение точно 12В при колебаниях напряжения на входе от 13В до 20В. Стабилизатор напряжения питания необходим для надёжной работы регуляторов чувствительности R2 и R3. Конденсаторы С5 и С6 необходимы для правильной и надёжной работы регулятора напряжения на микросхеме КА7812. Диод VD3 типа Д237А – это защита от переполюсовки, то есть от неправильного подключения источника питания. Ключ S1 служит для включения детектора, а также для сброса светового и (или) звукового сигнала после срабатывания детектора на сигнал обнаруженного сотового телефона. Ключ S1 обязательно должен присутствовать в схеме. Если триристор КУ202М откроется из-за наличия сигнала сотового телефона, а также в случае возможного ложного срабатывания, например, при настройке фона, то этот тиристор можно будет закрыть только выключением напряжения питания с помощью ключа S1.

Детектор с мощной тиристорной схемой был собран, испытан и применён на контрольной работе в школе и в институте. Доказана работоспособность предложенной электронной схемы обнаружения сигнала сотового телефона.

Ниже приводится фотоотчёт о создании детектора сигнала сотового телефона с мощной тиристорной схемой.

Отрезали необходимый кусок фольгированного стеклотекстолита, тщательно зачистили фольгу мелкой наждачной бумагой, обезжирили жидкостью «Ласка» для снятия лака с ногтей распечатали на лазерном принтере рисунок печатной платы.

Рисунок платы надо распечатать на лазерном принтере в режиме максимального расхода тонера на обложке глянцевого журнала.

Раскалённым в режиме «Лён» утюгом 2-3 минуты «приутюживали» распечатку рисунка платы тонером к фольге.

Полчаса отмачивали бумагу в тазу с тёплой водой, бумага отслоилась от тонера, остатки бумаги аккуратно пальцем скатали от тонера.

Получили вот такую плату для травления в хлорном железе (III). Схему печатной платы практически не изменяли по сравнению с маломощной тиристорной схемой, потребовалось только увеличить её размеры из-за увеличенных габаритов тиристора КУ202М по сравнению с маломощным тиристором КУ106В.

Подготовили раствор хлорного железа (III), налили в пластмассовую ванночку, опустили туда плату приблизительно на полчаса, покачивали, помешивали.

Другую плату травили в стеклянной кружке. Посматривали, как постепенно растворяется тонкий слой меди на стеклотекстолите в растворе хлорного железа (III). Не рекомендуется засовывать пальцы в раствор.

Вот так выглядит вытравленная плата. Медная фольга под тонерам лазерного принтера не растворилась. Где не было тонера, там произошло полное растворение медной фольги в растворе хлорного железа (III).

Вытравленную плату высушили. Теперь надо снять тонер с медной фольги.

Для снятия тонера лазерного принтера применяем жидкость «Ласка» для снятия лака с ногтей. Можно применять жидкость «Нежность» и, наверняка, любую другую, которой пользуются женщины. Просто сильно трём ватным тампоном.

Вот так выглядит оттёртая от тонера плата.

Сверлильным станком делаем отверстия D=0,9мм по разметке, всю фольгу платы залуживаем припоем ПОС-61.

Сверлим отверстия D=0,9мм.

Постепенно залуживаем медную фольгу припоем ПОС-61.

Залуженная плата выглядит не очень красиво, но технологичность важнее красоты. Если не залудить, то в лучшем случае замучаемся припаивать радиодетали, а в худшем - пережжём их, особенно транзистор и высокочастотные диоды.

Со стороны пластмассы ещё раз сверлим те же самые отверстия, чтобы удалить затёкший в них припой ПОС-61 при залуживании медной фольги.

Плата готова к установке радиодеталей.

Последовательно устанавливаем и припаиваем радиодетали.

Вид платы с деталями сверху.

Главный исполнительный элемент – мощный тиристор КУ202М.

Корпус детектора решили изготовить из древесно-волокнистой плиты (ДВП). Она очень легко пилится ножовкой по дереву – это бумага.

В корпус установили плату и автомобильную сирену.

Установили регулировочный резистор для настройки на естественный фон.

Вот так выглядит прибор после регистрации сигнала сотового телефона. А если включить тумблер, то дополнительно начинает звучать сирена от охранной сигнализации автомобиля. Ну, очень громко!

Заключение

Цель работы заключалась в сборке, описании механизма действия и применения детектора сотовой связи в образовательном учреждении. В связи с ней нами были созданы две установки детектора сотовой связи, которые сразу же проходили испытание в условиях гимназии.

Этот ученик убеждается, что пользоваться телефоном во время контрольной работы вряд ли целесообразно.

А это возмущение группы против нарушителя правил проведения аттестации.

1-й вариант детектора – известная схема Сергея Комарова.

Этот детектор очень надёжный, полезный для индивидуального применения. Полностью согласны с автором, что эту установку удобно разместить на рабочем месте, где есть подозрения в сильных высокочастотных излучениях. Установка не требует источника питания, может работать бесконечно долго. Однако для школьных условий она не удобна: учитель не может постоянно смотреть на стрелку микроамперметра. Для широкомасштабного внедрения нужны простейшие средства индикации и сигнализации – световые и звуковые.

2-й вариант – высокочастотный детектор с усилителем на одном транзисторе и с маломощным тиристором для фиксации факта включения сотового телефона. Эта схема новая, во всяком случае аналогов такой схемы с таким применением найдено не было. Короткий мощный импульс при включении сотового телефона на передачу открывает тиристор, который потом уже так просто не закрыть. Этот факт срабатывания сотового телефона фиксируется постоянным свечением индикатора даже после полного выключения телефона.

3-й вариант - высокочастотный детектор с усилителем на одном транзисторе и с мощным тиристором для фиксации факта включения сотового телефона. Мощный тиристор позволяет включить в исполнительную сигнализацию лампочки накаливания практически любой мощности до 60Вт. Он позволяет также параллельно лампочке или лампочкам подключать при необходимости звуковые индикаторы, вплоть до сирен автомобильных охранных сигнализаций. Именно такой прибор был испытан в гимназии. Факт наличия детектора срабатывания сотового телефона дисциплинирует учащихся, заставляет их подумать о последствиях разговора по сотовому телефону во время контрольной работы.

В качестве гипотезы нами было выдвинуто предположение о возможности собранного детектора улавливать сигналы сотовых телефонов, тем самым препятствуя распространению негативных тенденций в образовании, касающихся списывания. Считаем, она полностью подтвердилась.

Список использованной литературы

1. Вавильченко А.С. Электромагнитные поля.- М.: Новый Век, 2003.- 223 с.

2. Некрасов А.П. Чудесная физика.- М.: Академия, 2011.- 240 с.

3. Клинов П.М. Физические эксперименты в современной школе.- М.: Парадокс, 1998.- 452 с.

4. Комаров С. Чувствительный индикатор электромагнитного поля //РАДИО.-2003.- № 3.- С. 66.

5. http://www.radiostation.ru/home/expexch3.html

Приложение 1.

Чувствительный индикатор электромагнитного поля (статья С.Комарова)

Задача детектирования малых сигналов может быть успешно решена использованием в схеме детектора обращенных диодов. ВАХ обращенного диода (ОД) приведена на рисунке 1 и как видно, ее обратная ветвь начинается из нуля. Такая форма обратной ветви определяется тем, что ОД при нулевом смещении p-n перехода находится в состоянии электрического пробоя. Или иными словами обратное напряжение пробоя такого диода рано нулю. Такое свойство p-n перехода достигается высокой концентрацией легирующих примесей в исходном полупроводниковом материале.

Прямая же ветвь ВАХ соответствует характеристике обычного диода и для различных полупроводников начинается с 0,3 В для германия, с 0,6 В для арсенида галлия. Таким образом, «перевернув» диод «вверх ногами» (Рис. 2) мы получаем идеальный детектор с ВАХ, начинающейся из нуля и с «обратным напряжением» — доли вольта. Для детектирования слабых электромагнитных полей — это лучшее, что существует в современной элементной базе.
Впрочем, приглядевшись к ВАХ обращенного диода, в ней можно заметить и ярко выраженную нелинейность третьего порядка, что позволяет с успехом его применять в смесителях высокочувствительных радиоприемников и конвертеров. Я не уверен в чистоте эксперимента, но в годы моей активной работы на диапазоне 430 МГц (конец 70-х, коллективная УКВ радиостанция МГУ — UK3ACF), простая замена диода в смесителе конвертера на обращенный, повышала громкость принимаемых радиостанций на 2-3 балла. При этом эфир становился «чище» и полностью исчезали перегрузки от мощных станций.

Итак, индикатор электромагнитного поля с детектором на обращенных диодах. Схема обычного детекторного приемника без колебательного контура (Рис. 3). Чувствительность прибора определяется исключительно имеющимся стрелочным микроамперметром. При использовании прибора с полным отклонением стрелки при токе в 50 микроампер, индикатор обнаруживает передатчики сотовых сетей с расстояния в насколько сотен метров.

Радиовещательные передатчики УКВ и FM диапазонов обеспечивают отклонение стрелки индикатора на 30-70% шкалы при дальности 1,5-2 км. Практически, ходя с этим прибором по Москве, редко удается найти место, где бы стрелка показывала ноль. Особенно интересные эффекты можно наблюдать в квартирах на высоких этажах. Иногда в совершенно непонятном месте комнаты прибор показывает почти полное отклонение стрелки. Подробное же исследование и осмотр близлежащих зданий, видимых из окна, обнаруживает нахождение в прямой видимости передающих антенных систем.

Небольшая доработка прибора с введением колебательного контура еще более увеличит чувствительность прибора и позволит наблюдать пронстранственные картины полей определенных радиопередатчиков или вещательных радиостанций. При этом, желательно, для достоверной идентификации того или иного радиопередатчика дополнить схему прибора высокоомными наушниками (R ≥ 2 КОм), включенными по переменному току параллельно стрелочному прибору (Рис. 4).

К положительным качествам прибора можно также отнести и то, что при помещении его в поля с высокой напряженностью, детектируемое напряжение никогда не превышает долей вольта в силу специфики ВАХ обращенного диода. Это качество предохраняет микроамперметр от выхода из строя.

Данный прибор может быть весьма полезен в радиокружках и в учебных заведениях для наглядной иллюстрации пространственной интерференционной картины интегрального электромагнитного поля, окружающего нас повседневно.

Детали:
В индикаторе могут быть использованы обращенные диоды серий ГИ401 или АИ402.
Конденсаторы C1 (Рис. 3), С2, С3 (Рис. 4) — К10-17-1в или любые другие керамические безвыводные для поверхностного монтажа, С4 (Рис. 4) — КМ-6 или К10-28, К10-47. Переменный конденсатор С1 (Рис. 4) — с воздушным диэлектриком.

Катушка L1 должна быть намотана толстым (∅ ≥ 1 мм), желательно посеребреным проводом на керамическом ребристом каркасе, для работы индикатора в диапазоне метровых волн. В дециметровом диапазоне L1 может быть выполнена в виде бескаркасной намотки посеребренным проводом ∅ ≥ 2 мм.

На более высоких частотах возможно использование полосковых резонаторов.
В качестве стрелочного индикатора в приборе применен микроамперметр М4204 с током полного отклонения стрелки — 50 мкА и сопротивлением рамки — 1600 Ом. Эти параметры не критичны и возможно использование любого микроамперметра с током полного отклонения стрелки менее 100 микроампер.
Конструкция:

Антенна прибора (Рис. 5) представляет собой широкополосный вибратор, имеет линейную поляризацию и выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. На ней же расположены все элементы схемы (Рис. 6) и крепится микроамперметр с помощью своих винтовых выводов. С помощью такой антенны можно легко определять поляризацию наблюдаемого электромагнитного поля и даже, при некотором навыке, изменение поляризации при отражении электромагнитных волн от стен железобетонных зданий и крупных металлических предметов.

Дата добавления: 2015-07-26