Проект по физике "Радиопередатчик своими руками"

АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА СМОЛЕНСКА

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа №9 имени Ю.А. Гагарина» города Смоленска

ПРОЕКТ

Радиопередатчик своими руками

Выполнил работу: Кривкин Иван Дмитриевич,

учащийся 10А класса

Руководитель: Емельянова Елена Сергеевна,

учитель физики

Смоленск

2025

Содержание

1. Введение

Радиопередатчики играют ключевую роль в мире коммуникаций, обеспечивая передачу информации на большие расстояния без проводов. Они используются в самых разных сферах, от радиовещания до мобильной связи. Основная функция радио передатчика заключается в преобразовании звуковых или других сигналов в радиоволны, которые затем могут быть переданы в эфир. Эти волны способны проникать через различные преграды, что делает их эффективными для связи в разнообразных условиях.

Актуальность. Радиопередатчики играют важную роль в системах связи, позволяя передавать информацию на значительные расстояния и обеспечивая взаимодействие между различными устройствами.

Цель работы: создание радиопередатчика своими руками в домашних условиях и демонстрация его работы.

Задачи: 1. Изучить литературу по истории развития радиосвязи;

2. Исследовать устройство радио на разных этапах его развития;

3. Создать радиопередатчик.

Гипотеза: возможно ли создать радиопередатчик в домашних условиях, без использования сложных технических средств?

Объект исследования: средства радиосвязи.

Методы исследования:

1. Изучение материала;

2. Наблюдение;

3. Моделирование;

4. Эксперимент.

2. Теоретическая часть

2.1 История изобретения и развитие радиопередатчика

В  1887 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц осуществил прорыв в области беспроводной связи. Он изобрёл и построил радиопередатчик и радиоприёмник, также провёл опыты по передаче и приёму радиоволн, чем доказал существование электромагнитных волн, исследовал основные свойства электромагнитных волн.

Первый в мире радиопередатчик, построенный Генрихом Герцем

Ранние радиопередатчики, основанные на искровом разряде с использованием катушки Румкорфа, обладали простой конструкцией — в их колебательном контуре с помощью искрового разряда возбуждались затухающие колебания, а модулятором являлся телеграфный ключ — он замыкал и размыкал цепь питания катушки Румкорфа. С помощью такого радиопередатчика информация передавалась в кодированной дискретной форме — например азбукой Морзе или иным условным сводом сигналов. Мощность искровых передатчиков доходила до сотен киловатт. Недостатками их был низкий КПД, а также очень широкий спектр излучаемых им радиоволн. В результате одновременная работа нескольких близко расположенных искровых передатчиков была практически невозможной из-за интерференции их сигналов, а приемники «забивались» сигналом близкого передатчика. Строительство искровых передатчиков прекратилось около 1916 года.

С 1912 года применялись передатчики с электрической дугой, включенной в колебательный контур. Дуговой передатчик, в отличие от искрового, генерирует незатухающие колебания, то есть позволяет передавать голосовой сигнал с амплитудной модуляцией. Телеграфный сигнал приходилось передавать методом частотной манипуляции: при нажатом ключе смещалась настройка колебательного контура, и передатчик излучал на другой частоте; именно на эту частоту следовало настраивать приемники. Дуговым был, например, 100-киловаттный передатчик радиостанции на Шаболовке в Москве, пущенный в действие в феврале 1920 года. Из-за свойств дугового разряда дуговые генераторы работали только на длинных волнах, получить с их помощью частоту больше 400 кГц невозможно.

Другим направлением развития стали электромашинные генераторы переменного тока, используемые с 1908 года. Такие генераторы позволяли получить достаточно стабильные колебания определенной частоты, которую можно изменять, регулируя частоту вращения ротора генератора. Мощность могла достигать десятков и сотен киловатт. Сигнал такого генератора можно модулировать по амплитуде, что позволяет передавать по радио звуковой сигнал. Однако электромашинный генератор практически пригоден для генерации частот не выше десятков килогерц, то есть передатчик может работать только в самом длинноволновом диапазоне. До 1950-х годов электромашинные передатчики использовались в радиовещании и радиосвязи. Так, в 1925 г. на Октябрьской радиостанции в Ленинграде были установлены два генератора мощностью 50 и 150 кВт конструкции В. П. Вологдина. Как исторический памятник в Швеции сохраняется в рабочем состоянии радиостанция Гриметон (открыта в 1925 г.) с генератором Александерсена мощностью 200 кВт, спроектированным для работы на частотах до 40 кГц.

Изобретение в 1913 году  Мейснером  (Германия) электронного генератора и дальнейшее развитие электронных вакуумных ламп позволило усовершенствовать устройство радиопередатчика и устранить недостатки искровых, дуговых и электромашинных систем. В ламповых передатчиках стало возможно осуществить любой вид модуляции, работу на любой частоте во всем радиодиапазоне, получить выходную мощность в диапазоне от тысячных долей ватта до тысяч киловатт. Структурная схема радиопередатчика остается с тех пор в общих чертах неизменной вплоть до настоящего времени. Первый ламповый передатчик в России был построен в Нижегородской радиолаборатории под руководством М. А. Бонч-Бруевича и установлен в 1922 г. в Москве на радиовещательной станции им. Коминтерна. Передатчик имел мощность 12 кВт и работал на волне 3200 м. Вторая радиостанция Коминтерна была создана в 1927 году на улице Шаболовка на месте устаревшей дуговой радиостанции.

Рис.1 Вторая радиостанция Коминтерна на Шаболовке 37, Москва

Дальнейшие технологические прорывы в области связи и радиотехники — твердотельные аналоги электронных ламп (транзисторы), кварцевые резонаторы, новые виды модуляции и методы стабилизации частоты — сопровождались только количественными изменениями параметров радиопередатчиков: уменьшением размеров и потребляемой мощности, повышением стабильности и КПД, расширением частотного диапазона и т. д.

2.2 Устройство радио

Радио состоит из двух основных устройств: радиоприемника и радиопередатчика. Рассмотрим устройство радио и подробнее остановимся на радиопередатчике, на одном из его главных компонентов.

Устройство радио:

1. Антенна: Улавливает радиоволны и передает их на радиоприемник или радиопередатчик.

2. Радиоприемник: Принимает радиоволны, восстанавливает модулирующий сигнал и преобразует его обратно в удобную для человека форму с помощью громкоговорителя.

3. Радиопередатчик: Генерирует радиосигналы для передачи информации. Это основной компонент, который создаёт и отправляет радиоволны. Принцип работы радиопередатчика основан на модуляции сигналов, что позволяет передавать информацию (голос, видео, данные и т.д.) на больших расстояниях.

Принцип работы радио заключается в следующем:

1. Звуковая информация преобразуется микрофоном в электрический сигнал, который модулирует радиоволны, создаваемые передатчиком.

2. Приёмник принимает радиоволны, восстанавливает модулирующий сигнал и преобразует его обратно в удобную для человека форму с помощью громкоговорителя.

2.3 Устройство радиопередатчика:

Устройство и принцип работы:

1. Генерация сигнала: Все начинается с источника сигнала. Это может быть, например, микрофон, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал. В случае цифровых данных источник может быть компьютером или другим устройством, генерирующим необходимые данные.

2. Модуляция сигнала: Полученный электрический сигнал нужно совместить с несущей волной для создания радиосигнала. Модуляция — это процесс, при котором параметры сигнала (амплитудная, частотная, фазовая) варьируются в соответствии с исходным сигналом.

3. Усиление: После модуляции сигнал, как правило, достаточно слабый и требует усиления. Усилители увеличивают мощность сигнала, чтобы он мог преодолеть большие расстояния. Мощность сигнала должна быть достаточной для обеспечения хорошего качества связи на желаемом радиусе.

4. Передача сигнала через антенну: Увеличенный сигнал отправляется к антенне. Антенна играет ключевую роль, так как преобразует электрические сигналы в радиоволны. В зависимости от конструкции антенна может выпускать радиоволны с различными характеристиками, что влияет на дальность и качество передачи.

5. Излучение радиоволн: Антенна начинает излучать радиоволны в пространство. Эти волны распространяются и могут быть приняты другими устройствами (радиоприемниками) на значительном расстоянии. Область покрытия зависит от частоты сигнала и характеристик антенны.

6. Фильтрация сигналов: На этом этапе сигнал может проходить через фильтры, которые удаляют ненужные гармоники и шумы, улучшая качество передаваемого сигнала

7. П
   рием: Радиоприемник улавливает радиоволны, передаваемые с радиопередатчика, которые несут информацию. Затем происходит демодуляция сигнала, где исходный сигнал восстанавливается из модулированного сигнала.

Рис.2 Схема простейшего радиопередатчика

3. Практическая часть

Моделирование и создание радиопередатчика

Подробно изучив устройство и принцип работы радиопередатчика, а также, подготовив его схему, я пришел к выводу, что можно собрать радиопередатчик, который будет работать на частотной модуляции, в домашних условиях без использования сложных технических устройств. Для его создания мне потребовались следующие предметы и материалы:

1. Паяльник 25W

2. Микрофон

3. Резисторы

4. Конденсаторы

5. Транзисторы

6. Макетная плата 3 на 7см

7. Провода сечением 0.8

8. Дроссель

9. Крона на 9V

Первый этап создания радиопередатчика начался с нанесения на макетную плату сигнальных дорожек, служащих для соединения всех элементов. Далее был взят провод сечения 0.8мм, и я начал наматывать 10 витков на оправу 6мм для создания катушки. Затем, визуально разделив катушку на две равные части, припаял к середине провод того же сечения, чтобы сделать ответвление в сторону. Также из провода этого же сечения я сделал антенну.

На втором этапе я начал заниматься важными составляющими радиопередатчика – резисторами, транзисторами и конденсаторами. Я расположил их на макетной плате согласно схеме и начал поочередно припаивать.

На третьем этапе начал припаивать дроссель, он выступает в роли фильтра, который убирает нежелательные шумы. Расположил его возле антенны. Затем припаял ранее сделанную катушку.

В заключительном этапе начал припаивать одни из важных составляющих радиопередатчика, а именно источник сигнала, то есть микрофон, и источник электрической энергии – крону на 9V.

В итоге у меня получился довольно простой частотный радиопередатчик, который способен предавать радиоволны на небольшое расстояние. Чтобы узнать то, как работает созданное устройство, необходимо взять радиоприёмник и настроить его на нужную частоту.

Р
ис.3 Схема радиопередатчика, создаваемого для этого проекта

4. Заключение

Радиопередатчик играет важную роль в современном обществе, обеспечивая беспроводную связь и передачу информации на большие расстояния. Он является основой для таких технологий, как радиовещание, мобильная связь, GPS, что делает возможными коммуникацию и передачу данных в реальном времени. Без радиопередатчиков многие аспекты повседневной жизни, такие как доступ к интернету, навигация и обмен информацией, стали бы невозможными. Их технологическое развитие открывает новые возможности для улучшения связи и расширяет горизонты применения в различных сферах.

В ходе моего проекта были выполнены задачи, достигнута цель - создание радиопередатчика, и подтверждена гипотеза.

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиопередатчик

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_transmitter_design

3. https://rutube.ru/video/86aea1f88de0fde1d718a8a57d0470eb/?r=plemwd