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BASIC4MCU | 하드웨어 | RF | H-2NR 광석라디오 키트

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작성자 키트 작성일2017-08-25 13:12 조회2,760회 댓글0건

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초보자용으로 광석라디오 키트를 만들어 보았다. 

 

이런 타입의 라디오는 국내에서는 "광석 라디오" 또는 "게르마늄 라디오" 로 알려져 있으며

해외에는 "크리스탈 라디오(Crystal radio)" 라고 한다. 

 

이 라디오는 직접 검파(Straight)  방식으로, 증폭단이 없으며 전체가 모두 수동소자(Passive)로 이루어져 있다. 

 

증폭, 주파수 변환, 디지털 프로세싱 등이 전혀~~ 없으므로  배터리가 필요하지 않으며 

이어폰으로 나오는 소리는 RF 에너지가 그대로 음파로 변환(검파, Detection, Demodulation)된 것이다. 

 

구조가 간단하고, 별도의 배터리가 필요하지 않으므로 전자과학교재로써 종종 사용된다.

 

광석라디오 기본 원리는 다른 사이트에 많이 나와 있으므로....

어디까지나 아마추어의 입장에서 이 키트를 연구해 보았다. 

 

* 당신이 "라디오 광" 이라면 이 내용이 흥미가 있을 것이다.

단, 아마추어의 관점에서 어처구니 없이 깊은 내용도 나온다.(*포기하지 말라..)

 

 

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1 만원대에 팔리고 있는 광석라디오 키트 

세운상가에 있는 새로나키트(홍인전자) 제품이다.

 

구성품은  가변콘덴서(바리콘),  동조코일(바안테나), 크리스탈 이어폰, 게르마늄 다이오드, 안테나선(친절하게 마그넷 와이어가 들어가 있다), PCB 등이다. 

 

 

아래는 회로도 이다.

 

 

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먼저 설명서 어디에도 나오지 않는 이 라디오의 수신 주파수 범위를 알아본다.

 

1. 안테나 11M 와  어스선 4M 로 되어 있음.

- 안테나 11M 는 40M 밴드(7MHz)의 1/4 파장에 대응한다.

- 어스선(카운터포이즈)은 4M 로 16M(18MHz) 밴드의 1/4 파장에 대응한다.

* 설명서 대로라면 일단 7~18MHz 사이에 안테나가 잘 맞는다. 

 

2. 바리콘의 가변용량(LCR 미터로 측정)

- 단자 1 : 157 pf

- 단자 2 : 76 pf

병렬로 사용하므로 약 233pf 이며,  통상적으로 1/10 정도까지 조절가능

즉 23~230pf 까지 가변가능.

바리콘 단자가 두개로 나눠 있는 이유는, 하나는 동조코일에서의 동조용이고 또 하나는 슈퍼헤테로다인 수신기에서의 LO(Local oscillator)용 임. 

슈퍼헤테로다인 방식의 중파 수신기에서는  LO 와 수신주파수의 차가 455KHz 가 되도록 작동함.

여기서는 직검파 방식이므로, LO 용 바리콘도 합쳐서 동조(튜닝) 용으로 사용한다 (이유, 동조 범위를 넓히기 위해서..)

 

3.교환식 동조코일 용량

 

1번: 1.6uH

2번: 2.0uH

3번: 2.8uH

 

230pf 바리콘만으로 조합했을 경우 아래와 같은 동조 범위가 나온다.

 

 

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각 코일간 인덕턴스가 큰 차이가 없는 관계로 대차는 없다.

다만 낮은 쪽은 인덕턴스의 부족으로 6MHz 정도로 제한이 걸린다.

이 이유로 바리콘 이외의 별도의 세리믹트리머가 더 달려 있게 된다.(나는 달지 않음..)

 

만약에 AM 중파방송 수신을 하고 싶은 사람이라면, 

코일 하나를 빼내고 그 자리에 아래 그림과 같은 470uH (471) 인덕터를 달면 된다. 

 

 

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470uH 인덕터 사용시 위 차트에서 보다시피 1.8~0.5 MHz 까지 동조되기 때문에 AM 수신에 문제가 없다. AM 중파 방송 영역은 526~1605KHz 이다.

 

 

이 키트에서의 핵심 부품은 X-TAL 이어폰 이라고 하는 크리스털 이어폰이다(아래 사진)

이것이 없으면 이 라디오는 들리지 않는다.

 

 

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이 이어폰은 Hi-impedance 타입이라고 해서, 여러분이 일반적으로 쓰는 헤드폰이나 휴대폰용 이어폰과는 완전히 다르다.

 

옛날에는 로셀염 등의 압전소자를 이용한 크리스탈 이어폰을 사용했는데, 내구성이 취약한 문제가 있었다.

어렸을 적, 나도 떨어뜨려서 고장난 이후로는 광석 라디오의 청취를 포기했었던 기억이 있다.


최근 광석 라디오에는 더이상 내구성이 떨어지는 압전효과 결정(수정)으로 만든 이어폰을 사용하지 않고, 
피에조 버저(피에조 세라믹)를 이용한 크리스탈 이어폰을 사용한다. 

스스로 이 이어폰을 만들어 보고자 한다면 아래 사이트를 참고한다.


이 피에조 세라믹 버저는 종래의 수정으로 만든 크리스탈 이어폰 보다 
임피던스가(impedance)  낮고 캐패시턴스도(capacitance) 도 엄청나게 크다.

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* 만약 일반 스피커나 이어폰으로 듣고 싶다면.. 

임피던스 매칭 트랜스를 써야 하는데, 쉽게 구하기 어려울 것이다. 
220V -> 12V   아답터용 트랜스를 써서, 12V 출력 측에는  이어폰이나 스피커를 연결하고,  220V 측에는 광석라디오의 출력을 연결하면 잘 나온다. 
이 때 단자가 더 있으면 크게 나오는 측으로 연결하면 된다(220V 보다 110V 단자가 더 크게 나올 수도 있다..)
220V 에서 12V 트랜스 이면 권선비로는 약 18:1 이다.  임피던스비는 권선비의 제곱이므로,  약 324 : 1 의 임피던스 비를 갖는다. 
출력측에 8옴 스피커를 연결하면, 광석라디오의 부하 임피던스는 약 2.6Kohm 정도가 된다. 


* 작은 에너지로 큰 소리를 내려면 이어폰 구조가 아래와 같은게 좋다.


 

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사실 이 구조는 야채 장사 하시는 분들이 사용하는 확성기의 드라이브 유닛과 거의 똑같은 구조이다. 
확성기의 드라이브 유닛 역시 효율을 높이기 위해 위 구조가 그대로 적용되어 있다. 

다만 이런 구조의 경우 "음질" 하고는 거리가 멀다는 것만 알아두자.

 

 

 

* 개조 

 

* 앞서 설명했다시피 나는 470uH 인덕터(SMPS용 초크코일)를 달아서  AM 방송 청취 중이다.

 

* 실제 키트에 포함된 이어폰의 캐패시턴스를 재보았더니 약 20nF(20000pF) 였다.

따라서 조금 별난 부품이 하나 더 들어갔는데, OPT 정합부 라는 매칭 트랜스가 바로 그것이다. 하지만 붙이나 떼나 효과는 거의 없다. 

아래 그림에서처럼 1N60 이 센터탭에 하나 더 물려서 승압을 시키는 용도인데 이 역시 오히려 역효과가 발생하고 말았다

만약에 여러분이 충분히 임피던스가 낮은 안테나가 있다면 효과가 좋을 것이다.  

하지만 몇 미터 정도 전선을 걸치는 것만으로는 그렇게 성능 좋은 안테나가 아니다.

 

* 오히려 아래 그림에 표시된 1번 1N60 을 제거하고, X-TAL 이어폰을 그 자리에 물려서 동조측에서 본 부하임피던스를 두배로 늘려주는 것이 

   선택도 면에서 더 유리하게 작용했다. (현재는 스위치로 센터탭과 양단을 전환해서 테스트 중)

 

* 1N60(point contact type) 대신 1N60P(schottky type) 를 쓸 경우 안테나가 충분히 성능이 좋다면 선택도가 개선 된다.

단, 안테나 성능이 좋지 않다면 1N60P 로는 미세신호 수신이 다소 어렵다.

 

 

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* 광석 라디오의 핵심

 

사실 광석라디오의 핵심은 임피던스 매칭이 전부이다 라고 말해도 과언이 아니다.

그래서, 과거 광석라디오들을 주의깊게 살펴 보면 코일에 임피던스 매칭을 위한 탭이 상당히 많이 나 있다. 

 

첫번째 임피던스 매칭은  안테나와 동조 회로 사이다. 

여기서는 전통적인 고주파(RF) 임피던스 매칭 회로가 필요하며,  청취하는 방송의 주파수에 의존한다. 

동조코일의 임피던스는 상당히 높다, 이 임피던스와 부하 임피던스가 어느정도 맞으면 혼신이 덜하고 잘 들린다. 

 

두번째 임피던스 매칭은  동조 코일과 이어폰 사이 이다. 

일반 트랜스로 검파 후에 할 수도 있고, 동조 회로에 2차 코일을 감고 탭을 내어, 검파 이전에 할 수도 있다. 
인터넷에서 crystal radio 로 찾아보면 아주 다양한 라디오들과 회로들이 있다.


* 단파방송 청취 요령

전리층의 상태에 의해 수신상태가 크게 변하며, 해가 뜬 이후에는 청취가 어렵다.  
대부분의 방송들은 한국어 시간이 있다. 
대표적인 한국어 방송으로 미국의 소리(VOA - Voice Of America) 가 있으며 방송시간과 주파수는 
아래 사이트에서 찾을 수 있다.


[아침 방송]


한반도 시각 4AM - 6AM (1900-2100 UTC)

단파  5915, 7365, 9490 kHz
 

[저녁 방송] 
 

한반도 시각 8PM - 12AM (1100-1500 UTC)


단파  7460, 15775, 9490(9-10PM), 11935(10PM-12AM) kHz
중파  1188 kHz





* FM  광석 라디오? 


가능하다, 다만 검파 방식이 다르기 때문에 강전계 지역(FM 송신소와 가까운 지역)에서만 청취 가능하다.)

FM crystal radio 로 검색해보면 많이 나온다.


.끝..

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