Brad Graham, Kathy McGowan

Gadżety szpiegowskie

Szalony Geniusz

Tytuł oryginału: 101 Spy Gadgets for the Evil Genius, Second Edition

Tłumaczenie: Andrzej Watrak

ISBN: ePub: 978-83-246-8782-4, Mobi: 978-83-246-8783-1

Original edition copyright © 2012, 2006 by The McGraw-Hill Companies, Inc.

All rights reserved.

Polish edition copyright © 2014 by HELION SA

All rights reserved.

All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from the Publisher.

Wszelkie prawa zastrzeżone. Nieautoryzowane rozpowszechnianie całości lub fragmentu niniejszej publikacji w jakiejkolwiek postaci jest zabronione. Wykonywanie kopii metodą kserograficzną, fotograficzną, a także kopiowanie książki na nośniku filmowym, magnetycznym lub innym powoduje naruszenie praw autorskich niniejszej publikacji.

Wszystkie znaki występujące w tekście są zastrzeżonymi znakami firmowymi bądź towarowymi ich właścicieli.

Autor oraz Wydawnictwo HELION dołożyli wszelkich starań, by zawarte w tej książce informacje były kompletne i rzetelne. Nie bierze jednak żadnej odpowiedzialności ani za ich wykorzystanie, ani za związane z tym ewentualne naruszenie praw patentowych lub autorskich. Wydawnictwo HELION nie ponosi również żadnej odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikłe z wykorzystania informacji zawartych w książce.

Wydawnictwo HELION

ul. Kościuszki 1c, 44-100 GLIWICE

tel. 32 231 22 19, 32 230 98 63

e-mail: helion@helion.pl

WWW: http://helion.pl (księgarnia internetowa, katalog książek)

Pliki z przykładami omawianymi w książce można znaleźć pod adresem: ftp://ftp.helion.pl/przyklady/gadszp.zip

Drogi Czytelniku!

Jeżeli chcesz ocenić tę książkę, zajrzyj pod adres

http://helion.pl/user/opinie/gadszp_ebook

Możesz tam wpisać swoje uwagi, spostrzeżenia, recenzję.

Poleć książkę

Kup w wersji papierowej

Oceń książkę

Księgarnia internetowa

Lubię to! » nasza społeczność

O autorach

Brad Graham jest wynalazcą, hobbystą-robotykiem, specjalistą w dziedzinie informatyki oraz założycielem i administratorem strony atomiczombie.com odwiedzanej 2,5 miliona razy miesięcznie. Jest współautorem wydanych przez wydawnictwo McGraw-Hill Professional książek Atomic Zombie’s Bicycle Builder’s Bonanza — jednego z najbardziej kreatywnych poradników poświęconych budowaniu rowerów, oraz Build Your Own All-Terrain Robot. Autor pracuje jako menedżer techniczny w firmie zaawansowanych technologii, gdzie specjalizuje się w konfiguracji i zarządzaniu sieciami komputerowymi, zajmuje się przechowywaniem i odtwarzaniem danych oraz systemami bezpieczeństwa. Brad Graham posiada dyplomy certyfikowanego inżyniera Netware, certyfikowanego specjalisty Microsoft oraz certyfikowanego technika elektroniki i okablowania.

Kathy McGowan zajmuje się obsługą administracyjną, logistyczną i marketingową wielu projektów robotycznych, rowerowych, technicznych i wydawniczych Atomic Zombie™. Zarządza również codzienną działalnością swojej firmy z obszaru zaawansowanych technologii, wieloma stronami internetowymi, w tym atomiczombie.com, oraz różnymi blogami i forami internetowymi. Kathy pisze artykuły dla e-zinów i współpracuje z Bradem Grahamem przy licznych projektach filmowych i telewizyjnych.

Podziękowania

Najserdeczniejsze podziękowania kierujemy jak zawsze do współtwórczyni serii Szalony Geniusz, Judy Brass, starszej redaktor wydawnictwa McGraw-Hill Professional w Nowym Jorku. Twój entuzjazm i wsparcie motywowały nas do postępów w pracy i nauczyły, aby nigdy się nie poddawać. Jesteś wyjątkową kobietą.

Dziękujemy również innym osobom, które interesowały się naszym projektem i zachęcały nas do realizacji marzeń. Szczególnie chcemy podziękować Nathanowi Seidle, szefowi SparkFun Electronics Inc., który przysłał nam wspaniały zestaw elementów elektronicznych i próbek produktów do wykorzystania w naszym laboratorium Szalonych Geniuszów! Dziękujemy również wszystkim osobom, dzięki którym SparkFun.com stał się wspaniałym dostawcą sprzętu dla społeczności Szalonych Geniuszów, majsterkowiczów i hobbystów elektroniki.

Rozdział 17.
Prosty nadajnik szpiegowski

Projekty wykorzystujące częstotliwości radiowe wyglądają na bardziej skomplikowane niż inne projekty elektroniczne, ponieważ w większości przypadków nie można ich zbudować na nielutowanej płytce prototypowej, a ponadto stosuje się w nich elementy, które nie tak łatwo zdobyć, na przykład cewki i kondensatory strojeniowe. Opisany projekt jest przeznaczony dla tych czytelników, którzy jeszcze nie próbowali zbudować żadnego projektu wykorzystującego częstotliwości radiowe. Został tak przygotowany, aby można było łatwo poznać podstawowe zasady budowy obwodów radiowych i zapewnić uzyskanie udanego końcowego produktu.

k LISTA ELEMENTÓW k

Rezystory: R1 = 2,2 kΩ, R2 = 22 kΩ, R3 = 22 kΩ, R4 = 4,7 kΩ, R5 = 1 kΩ, R6 = 100 kΩ

Kondensatory: C1 = 0,047 µF, C2 = 10 µF, C3 = 0,22 µF, C4 = 0,47 µF, C5 = 10 – 50 pF (nastawny), C6 = 5 pF, C7 = 0,022 µF

Tranzystory: Q1 = 2N3904 lub 2N2222A, Q2 = 2N3904 lub 2N2222A

Cewki: L1 = 5 zwojów o średnicy 6 mm drutu miedzianego

Mikrofon: elektretowy, 2-przewodowy

Antena: izolowany drut miedziany o długości 15 – 30 cm

Bateria: zestaw baterii 3 – 9 V

Ten prosty, dwutranzystorowy nadajnik będzie wysyłał dźwięki w pomieszczeniu do dowolnego radioodbiornika fal ultrakrótkich nastrojonego na tę samą częstotliwość co nadajnik, czyli między 80 a 100 megaherców (MHz). Przewidywany zasięg będzie wynosił co najmniej 30 metrów, ale może być znacznie większy w zależności od użytych elementów i jakości końcowego produktu. Obwód jest oparty na opracowanym w latach 60. i publikowanym tysiące razy schemacie, jest więc sprawdzony i gwarantuje, że jeżeli postąpisz według wskazówek, układ będzie działał. Jego wydajność jest przyzwoita, ponieważ jednak jest to jeden z najprostszych możliwych układów nadajnika, nie spodziewaj się wysokiej jakości transmisji czy bezproblemowego działania. Gotowy nadajnik jest pokazany na rysunku 17.0.

Rysunek 17.0. Budowa dwutranzystorowego nadajnika szpiegowskiego

Ponieważ wystarczy, aby niektóre elementy miały „dość zbliżone” parametry do podanych, więc prawdopodobnie będziesz mógł odzyskać z dowolnego starego radia, odbiornika telewizyjnego czy radiowej płytki elektronicznej wszystko co potrzeba (patrz rysunek 17.1). Nawet dwa zastosowane tranzystory są bardzo podstawowymi modelami i praktycznie będzie się nadawał dowolny słaboprądowy tranzystor NPN. Przeglądanie kart katalogowych różnych tranzystorów odzyskanych ze starych płytek elektronicznych jest doskonałą metodą poznania ich ważnych parametrów, takich jak VCEO (ang. Collector Emitter Voltage, napięcie kolektor-emiter), VCBO (Collector-Base Voltage, napięcie kolektor-baza), VEBO (Emitter-Base Voltage, napięcie emiter-baza) oraz IC (Continuous Collector Current, prąd kolektora). Do zbudowania nadajnika nadadzą się dowolne elementy o parametrach zbliżonych do elementów użytych przez nas w tym projekcie. Spośród 10 losowo wybranych tranzystorów NPN, które wypróbowaliśmy, tylko dwa nie wysyłały sygnału w paśmie fal ultrakrótkich.

Rysunek 17.1. Większość potrzebnych elementów możesz odzyskać ze starego radioodbiornika

Jeżeli rozglądasz się za elementami o odpowiednich wartościach, to rezystory, kondensatory, a nawet przewód potrzebny do nawinięcia małej cewki możesz odzyskać ze starej płytki elektronicznej. Jedynym elementem, który prawdopodobnie będziesz musiał zamówić u dostawcy, będzie mały kondensator strojeniowy 10 – 50 pikofaradów (pF), ale proponujemy alternatywny obwód, który w ogóle nie będzie wymagał regulowanego kondensatora. Zanim rozgrzejesz lutownicę, przeczytaj cały projekt, dzięki czemu będziesz wiedział, jakie elementy będą potrzebne i jak zmodyfikować obwód, aby wykorzystać Twój zapas odzyskanych elementów.

Opisany nadajnik można traktować jako dwa niezależne stopnie współpracujące ze sobą. Stopień przedwzmacniacza audio steruje stopniem oscylatora i częstotliwości radiowej. Stopień przedwzmacniacza jest złożony z większości półprzewodników obwodu, włącznie z małym mikrofonem elektretowym w metalowej obudowie, zawierającym własny wbudowany obwód wzmacniacza. Dzięki wbudowanemu wzmacniaczowi mikrofon może sterować przedwzmacniaczem złożonym z jednego tranzystora. Sygnał jest wzmacniany do wysokiego poziomu, wystarczającego, aby usłyszeć niemal każdy szmer w pomieszczeniu (patrz rysunek 17.2).

Rysunek 17.2. Mikrofon elektretowy będzie sterował stopniem przedwzmacniacza

Sygnał z przedwzmacniacza audio będzie następnie przesyłany do stopnia oscylatora w celu uzyskania wymaganej modulacji częstotliwościowej. Aby można było łatwo zbudować i przetestować projekt, najpierw zostanie zbudowany i sprawdzony stopień audio, po czym do obwodu zostaną dodane komponenty związane z częstotliwością radiową.

Mikrofon elektretowy można odzyskać z większości elektronicznych urządzeń domowych rejestrujących dźwięk. Automatyczne sekretarki, stare magnetofony, dyktafony, a nawet zabawki dla dzieci zawierają taki mikrofon. Mikrofon elektretowy bardzo łatwo rozpoznać, jest to metalowa puszka wielkości gumki ołówkowej, z pilśniową nakładką z jednej strony i dwiema końcówkami z drugiej. Niekiedy mikrofon jest umieszczony w gumowej osłonie, którą można ławo usunąć.

Cewki są zazwyczaj najbardziej kłopotliwymi elementami każdego obwodu radiowego i większość majsterkowiczów nie posiada własnych przyrządów do ich mierzenia i testowania. Dobra wiadomość jest taka, że w tym układzie jest tylko jedna cewka, do tego tak prosta w wykonaniu, że nie sposób popełnić błędu (patrz rysunek 17.3)! Wszystko, co będzie potrzebne, to kawałek emaliowanego drutu miedzianego i śruba lub kołek o średnicy 6 mm, na którym zostanie nawinięty drut. Drut można wyciągnąć ze starego transformatora, silnika z zabawki, przekaźnika, elektromagnesu albo kupić w większości sklepów z elementami elektronicznymi. Nie przejmuj się zbytnio przekrojem drutu (średnicą) — w zupełności wystarczy średnica 1 mm lub podobna. Zbudowaliśmy wiele wersji tego nadajnika, używając bardzo różnych typów odzyskanych elementów i układ zazwyczaj działał. W większości przypadków przyczyną problemów były błędne połączenia, a nie użyte elementy.

Rysunek 17.3. Wykonanie cewki radiowej jest wyjątkowo proste

Wykonanie cewki jest bardzo proste i polega na nawinięciu na śrubę pięciu zwojów emaliowanego drutu i odcięciu końców (patrz rysunek 17.4). Pozostaw na każdym końcu odcinki o długości około 2 cm, abyś mógł zdrapać emalię i przylutować cewkę do płytki elektronicznej. To wszystko w temacie przygotowania odpowiedniej cewki. Nada się praktycznie dowolny przewód o średnicy 1 mm, o ile będzie pokryty izolacyjną emalią. Możesz nawet użyć zwykłego przewodu, ale zwoje muszą być umieszczone bardzo blisko siebie i nie mogą się stykać, w przeciwnym razie cewka nie będzie działać. O wiele łatwiej jest użyć emaliowanego drutu.

Rysunek 17.4. Owiń śrubę drutem pięć razy, a otrzymasz cewkę radiową

W pewnym momencie spróbowaliśmy nawet wykonać cewkę złożoną z czterech, jak również sześciu zwojów i wciąż byliśmy w stanie zbudować nadajnik wysyłający sygnał radiowy słyszany w radioodbiorniku. Jednak pięć zwojów pozwalało najłatwiej uzyskać częstotliwość ze środka pasma fal ultrakrótkich. Podczas nawijania drutu na śrubę napinaj go mocno i postaraj się wykonać zwoje jak najściślej. Po wykonaniu pięciu zwojów po prostu wykręć śrubę.

Po wykręceniu śruby z cewki odetnij przewód na obu końcach na długość ok. 2 cm i delikatnie ściśnij cewkę, aby zlikwidować odstępy pomiędzy zwojami. Gotowa cewka będzie działać równie dobrze jak każda inna podobnej wielkości cewka powietrzna wyprodukowana fabrycznie, a jej wykonanie zajmie jedynie 5 minut. Niektóre cewki radiowe są znacznie bardziej skomplikowane, zawierają ferrytowy koralik, a nawet wewnętrzny obwód. Jednak w przypadku tak prostej, niskoprądowej cewki powietrznej niskiej częstotliwości niemal zawsze możesz ją wykonać sam, jeżeli wiesz, ile zwojów będzie potrzebnych (patrz rysunek 17.5).

Rysunek 17.5. Gotowa cewka po usunięciu śruby potrzebnej do jej uformowania

Aby użyć cewki w obwodzie, musisz zdrapać emalię z każdego końca drutu i przylutować cewkę do układu (patrz rysunek 17.6). Możesz użyć małego scyzoryka lub noża i usunąć izolację, zdrapując ją na końcach przewodu. Nie musisz dokładnie usuwać izolacji, ponieważ ciepło wydzielane podczas lutowania roztopi jej resztki. Sprawdź tylko, czy spod izolacji widać miedź, a będziesz mógł przylutować końcówki do punktów lutowniczych płytki.

Rysunek 17.6. Z obu końcówek cewki należy zdrapać emalię

Jeżeli posiadasz duży zapas starych płytek elektronicznych, będziesz mógł w nim znaleźć wszystkie elementy potrzebne w tym projekcie, może z wyjątkiem małego kondensatora strojeniowego (patrz rysunek 17.7). Podczas pozyskiwania elementów skorzystaj z poniższego schematu. Staraj się dobierać elementy o możliwie zbliżonych parametrach. Jeżeli rozglądasz się za starymi płytkami elektronicznymi, pamiętaj, że będą się nadawały niemal dowolne słaboprądowe tranzystory sygnałowe NPN, ale trzeba będzie poszukać w Internecie ich kart katalogowych. Jeżeli zamierzasz użyć tylko nowych elementów, odwiedź sklep z elementami elektronicznymi lub stronę dostawcy internetowego, który sprzedaje je w małych ilościach. My zazwyczaj odzyskujemy potrzebne elementy, ponieważ nierozsądne jest wydawanie 20 złotych na wysyłkę elementów wartych kilkadziesiąt groszy!

Rysunek 17.7. Pozyskanie pozostałych elementów potrzebnych do budowy nadajnika

Przedstawiony schemat dwutranzystorowego nadajnika szpiegowskiego składa się ze stopnia przedwzmacniacza oraz stopnia radiowego oznaczonych odpowiednio strzałkami (patrz rysunek 17.8). Jak widać, stopień przedwzmacniacza zajmuje większość schematu i składa się z większej liczby elementów. Tranzystor Q1 tworzy prosty wzmacniacz audio podłączony bezpośrednio do wyjścia mikrofonu elektretowego. Ponieważ mikrofon również zawiera własny wbudowany wzmacniacz, więc cały system jest bardzo wrażliwy na dźwięki otoczenia i pozwala usłyszeć każdy szmer w dużym pomieszczeniu. Zadaniem większości kondensatorów w stopniu przedwzmacniacza jest stabilizacja obwodu. Ponieważ częstotliwość nadawania zależy od napięcia i obciążenia obwodu, więc bez kondensatorów działających jak bufory zmiany pobieranego przez wzmacniacz prądu mogłyby destabilizować stopień radiowy. Przekonasz się o tym podczas pierwszego strojenia obwodu.

Rysunek 17.8. Schemat prostego, dwutranzystorowego nadajnika szpiegowskiego

Stopień radiowy składa się z tranzystora Q2 i obwodu rezonansowego złożonego z ręcznie wykonanej cewki (L1) i kondensatora strojeniowego (C5). Cewka i kondensator tworzą układ strojenia, który w zależności od ustawienia kondensatora będzie generował drgania o częstotliwości w paśmie radiowych fal ultrakrótkich. Ponieważ obwód strojenia jest sterowany tranzystorem Q2, którym z kolei steruje tranzystor Q1, więc zmiany w stopniu przedwzmacniacza będą wywoływały modulację częstotliwości w stopniu radiowym. Jest to najprostszy z możliwych nadajników! Nadajniki dostępne w sprzedaży zawierają znacznie bardziej skomplikowane obwody złożone z wysokiej jakości elementów zapewniających rzeczywistą stabilność układu. Jak sam się przekonasz podczas eksperymentowania z gotowym urządzeniem, układ jest bardzo podatny na rozstrojenie, gdy zmieni się napięcie lub jakiś przedmiot zostanie zbliżony do anteny lub stopnia radiowego. Nasza mała pluskwa pozostawiona w spokoju oczywiście działa dobrze, ale jej prostota została osiągnięta kosztem jakości.

Wykorzystywaną przez nas od lat metodą ułatwiającą pozyskiwanie elementów i wyszukiwanie zamienników o dopuszczalnych wartościach jest układanie wszystkich elementów bezpośrednio na schemacie systemu (patrz rysunek 17.9). Przydatny będzie schemat kolorów rezystorów, chyba że znasz na pamięć wszystkie kody. Nie możesz po prostu podłączać omomierza do każdego rezystora jeszcze przylutowanego do płytki elektronicznej i oczekiwać wiarygodnego wskazania. Małe szkło powiększające będzie również przydatne, ponieważ rezystory i kondensatory montowane na większości nowoczesnych płytek są bardzo małe.

Rysunek 17.9. Rozmieszczenie zapasu elementów przed rozpoczęciem budowy

Jeżeli natomiast mówimy o kodach kondensatorów, umieszczone na nich liczby wyrażają pojemność w mikrofaradach (µF) oraz liczbę miejsc dziesiętnych po przecinku. Hmm... Dlaczego nie można po prostu umieścić faktycznej wartości? Cóż, byłoby to zbyt logiczne i wymagałoby mniejszej ilości farby, więc nie drążmy tego tematu! Kody kondensatorów wyglądają następująco: kondensator C1 ma pojemność 0,047 µF (#473), C2 jest kondensatorem elektrolitycznym i jest opisany jako 10 µF, C3 ma wartość 0,22 µF (#224), C4 jest kondensatorem elektrolitycznym i jest opisany jako 0,47 µF, C6 ma wartość 5 pF i jest po prostu opisany cyfrą 5. Kondensator C5 jest regulowany (w zakresie około 10 – 50 pF) i prawdopodobnie nie będzie miał żadnych oznaczeń. Być może będziesz go musiał zamówić u dostawcy lub po prostu wyjąć ze starej radiowej płytki drukowanej, mając nadzieję, że będzie pasował. Dobra wiadomość jest taka, że w większości przypadków kondensator będzie się nadawał, ponieważ takie elementy zawsze mają bardzo małe wartości.

Inną możliwością, nie wymagającą pozyskania nastawnego kondensatora C5, jest zastosowanie sześciozwojowej cewki z umieszczonym w niej rdzeniem ferrytowym umożliwiającym zestrojenie układu. Ten sposób będzie wymagał zastąpienia kondensatora C5 stałym kondensatorem o pojemności 10 pF. Spróbuj jednak najpierw znaleźć regulowany kondensator, ponieważ strojenie za pomocą rdzenia ferrytowego jest o wiele bardziej uciążliwe niż za pomocą kondensatora.

Zanim pokażemy, jak zbudować cały obwód, zróbmy małe odstępstwo i zademonstrujmy, jak nie budować prototypów układów radiowych (patrz rysunek 17.10)! Gdy zaczęliśmy zajmować się elektroniką, używając dużych płytek prototypowych i setek półprzewodników, zbudowaliśmy z powodzeniem wiele bardzo skomplikowanych urządzeń, osiągających niekiedy prędkość cyfrową 100 MHz. Zbudowanie udanego projektu na płytce prototypowej jest niemal gwarantowane w przypadku obwodów cyfrowych lub wolno działających obwodów analogowych, więc często pomijaliśmy w ogóle kondensatory obejściowe. Ale tak nie jest w przypadku układów radiowych!

Rysunek 17.10. Jak nie należy budować obwodów radiowych

Musieliśmy przejść twardą szkołę po paśmie łatwych sukcesów w budowaniu nieradiowych prototypów. Gdy po kilku latach zaczęliśmy hobbystycznie eksperymentować z układami radiowymi, po prostu nie mogliśmy uwierzyć, że nie można zbudować na płytce prototypowej nawet tak prostego układu. Zbudowaliśmy przecież komputer z zegarem 100 MHz na płytce prototypowej bez kondensatorów obejściowych! Wiemy, że będzie to po prostu strata czasu, ale zrobimy to tylko dla zabawy.

Zanim stracimy czas na opisane przedsięwzięcie, wyjaśnijmy, dlaczego masz jedną szansę na sto, aby w ogóle zbudować działający układ radiowy na nielutowanej płytce prototypowej. Powodem jest pojemność. Wystarczy rzut oka na spodnią stronę płytki, gdzie znajduje się wiele metalowych pasków łączących rzędy otworów. Metalowe ścieżki działają w rzeczywistości jak małe kondensatory, często o większej pojemności niż niektóre elementy faktycznie użyte w obwodzie. Wyobraź więc sobie działający obwód, do którego zostanie dodanych w każdym miejscu 20 lub więcej kondensatorów o pojemności 5 pF! Jak się zapewne spodziewasz, albo radykalnie zmieni się częstotliwość, albo układ w ogóle nie będzie działał. Nie zrozum nas jednak źle… czasem może działać, ale zazwyczaj rzecz nie jest warta zachodu!

Umieściliśmy wszystkie elementy na małej nielutowanej płytce prototypowej, zwracając uwagę na jak najlepsze odizolowanie stopnia radiowego, a następnie połączyliśmy wszystko ze sobą, używając radia jako odbiornika sygnału. Cóż, tym razem mieliśmy dużo szczęścia, ponieważ po dotknięciu ręką odpowiedniego miejsca w układzie obwód faktycznie wytwarzał niewielkie trzaski w paśmie fal ultrakrótkich! Innymi słowy, stabilność układu była tak kiepska, że obwód radiowy oscylował na wszystkich częstotliwościach i prawie w ogóle nie emitował energii radiowej (patrz rysunek 17.11).

Rysunek 17.11. Właściwie to ten układ działał… ale ledwo, ledwo!

Nawet gdy wreszcie usłyszeliśmy słabe trzaski w odbiorniku, sygnał ledwo dało się usłyszeć i nie był transmitowany żaden dźwięk, tylko sama fala nośna. Ale nawet uzyskanie tego efektu na płytce prototypowej wymagało wielu prób i niemal musieliśmy zakryć dłonią cały układ, aby zwiększyć pojemność w już i tak zwariowanym oscylatorze (patrz rysunek 17.12)! Morał stąd płynie taki, że był to stracony czas i nie należy oczekiwać, że jakikolwiek układ radiowy zbudowany na płytce prototypowej będzie działał, bez względu na to, jakim jesteś mistrzem Jedi w kwestii takich płytek. Oczywiście nie chcemy powstrzymywać Twoich prób, w końcu tak majsterkowicze się uczą — w praktyce, metodą prób i błędów!

Rysunek 17.12. Zestrojenie układu było niemal niemożliwe z powodu rozproszonych pojemności

Aby jak najskuteczniej uniknąć rozproszonych pojemności, ostateczny układ musi być zbudowany na fragmencie płytki perforowanej (patrz rysunek 17.13). Dostępnych jest wiele typów płytek, ale musisz wybrać taką, która nie posiada żadnych punktów lutowniczych ani ścieżek, w przeciwnym razie powtórzy się historia z płytką perforowaną — wszędzie pojawią się rozproszone pojemności. Opisany układ jest tak prosty, że wystarczy fragment płytki o wymiarach 3×5 cm, a nawet możesz go zbudować na kawałku tektury po wykonaniu w niej otworów na końcówki elementów. Najlepsza jest jednak płytka perforowana, a jeżeli budujesz wiele prototypów urządzeń, można ją zamówić u wielu dostawców w dużych arkuszach za niewielką cenę.

Rysunek 17.13. Docelowy obwód będzie zbudowany na płytce perforowanej

Płytka perforowana potrzebna do zbudowania opisanego układu ma mniej więcej takie same rozmiary jak bateria 9 V, ale możesz oczywiście użyć większej płytki, jak również spróbować jeszcze bardziej ją zmniejszyć. Pamiętaj, że im ciaśniej rozmieścisz wszystkie elementy, tym większe rozproszone pojemności wprowadzisz do obwodu. Jeżeli wybierzesz w przybliżeniu wielkość płytki i rozmieszczenie elementów jak opisane dalej, wówczas poprawne działanie układu będzie niemal gwarantowane, o ile nie pomylisz się w połączeniach, a wartości elementów nie będą bardzo odbiegać od specyfikacji (patrz rysunek 17.14).

Rysunek 17.14. Przygotowania do rozmieszczenia elementów na małej płytce perforowanej

Mikrofon elektretowy odzyskany z jakiegoś urządzenia prawdopodobnie nie będzie miał końcówek. Parę nóżek możesz wykonać po odcięciu końcówek od innego elementu i przylutowaniu ich do punktów na spodniej stronie obudowy mikrofonu (patrz rysunek 17.15). Zwróć uwagę, że jeden z punktów jest połączony z zewnętrznym pierścieniem mikrofonu — jest to ujemna końcówka. W przypadku mikrofonu elektretowego polaryzacja ma znaczenie, ponieważ zawarty wewnątrz obudowy mały obwód wzmacniacza musi być odpowiednio zasilony. Rezystor R1 na schemacie podaje napięcie na dodatnią końcówkę mikrofonu. Jeżeli mikrofon będzie podłączony odwrotnie, nie zostanie uszkodzony, ale do stopnia przedwzmacniacza nie będzie wysyłany sygnał audio. Dobrym sposobem jest zaznaczenie lub zarysowanie na obudowie mikrofonu położenia dodatniej końcówki.

Rysunek 17.15. Rozpocznij od przylutowania końcówek do mikrofonu elektretowego

Należy zamontować na płytce perforowanej mikrofon elektretowy, po uprzednim przymocowaniu do niego końcówek (patrz rysunek 17.16). Umieść go przy brzegu płytki, tak aby nie znajdował się zbyt blisko stopnia radiowego ani by jego czoła nie blokował żaden inny element. Jeżeli chcesz, aby mikrofon był bardziej czuły na dźwięki o wyższych częstotliwościach, możesz oderwać filcową nakładkę, ponieważ jest to tylko „wiatrołap” zatrzymujący podmuchy powietrza wydychanego przez osobę mówiącą wprost do otworu mikrofonu. W przypadku nadajnika szpiegowskiego zakładamy, że rozmówca nie będzie go widział, dlatego bariera powietrzna nie jest faktycznie potrzebna. Powtórzmy: zwróć uwagę, która końcówka jest dodatnia, aby rezystor R1 mógł podać wymagany prąd do wewnętrznego wzmacniacza.

Rysunek 17.16. Mikrofon elektretowy umieść na brzegu płytki perforowanej

Wykonanie prostego obwodu na płytce perforowanej polega jedynie na umieszczeniu na niej elementów i zamocowaniu ich przez zagięcie końcówek (patrz rysunek 17.17). Jeżeli końcówki są odpowiednio długie (w przypadku nowych elementów), będziesz mógł bezpośrednio z nich utworzyć ścieżki. W ten sposób można w rzeczywistości zbudować na płytce perforowanej bardzo skomplikowany obwód, aczkolwiek wraz z liczbą elementów rośnie liczba przewodów.

Rysunek 17.17. Elementy są mocowane na płytce perforowanej przez zagięcie końcówek

Najlepszym sposobem zbudowania udanego opisanego obwodu jest wykonanie w pierwszej kolejności stopnia przedwzmacniacza i sprawdzenie go przy użyciu słuchawek lub oscyloskopu (patrz rysunek 17.18). Po umieszczeniu na płytce i połączeniu wszystkich elementów z zielonej części schematu i podłączeniu słuchawek lub urządzenia pomiarowego pomiędzy punktem testowym 1 (TP1) a masą usłyszysz lub zobaczysz sygnał dźwiękowy. Gdy sprawdzisz, że stopień dźwiękowy działa poprawnie, dalsze czynności będą ograniczone do nowych elementów tworzących stopień oscylatora radiowego.

Rysunek 17.18. Umieszczenie elementów stopnia przedwzmacniacza audio

Użyj jak najmniejszej liczby przewodów, ponieważ wprowadzą dodatkową pojemność do gotowego obwodu. Ścieżki na spodniej stronie płytki możesz wykonać, zaginając i łącząc końcówki elementów (patrz rysunek 17.19). Do wykonania mostków i ścieżek można użyć krótkich przewodów lub nawet odciętych końcówek innych elementów. Efekt nie będzie elegancki, ale jeżeli połączenia będą prawidłowe, układ będzie działał równie dobrze jak na profesjonalnej fabrycznie wykonanej płytce.

Rysunek 17.19. Tworzenie ścieżek na spodniej stronie płytki perforowanej

Po połączeniu i sprawdzeniu wszystkich elementów składających się na stopień przedwzmacniacza przylutuj tymczasowy przewód do punktu testowego (TP1) oraz przewody zasilania i masy do podłączenia baterii o napięciu od 3 do 9 V. Jeżeli podłączysz słuchawki pomiędzy punktem testowym TP1 a masą i dmuchniesz w mikrofon, powinieneś usłyszeć warczący odgłos. Oscyloskop zarejestruje również falę analogową generowaną przez stopień przedwzmacniacza (patrz rysunek 17.20).

Rysunek 17.20. Podsłuchiwanie w punkcie testowym w celu sprawdzenia sygnału dźwiękowego

W naszym laboratorium szalonych geniuszy lubimy używać dwóch oscyloskopów — pięknego nowego oscyloskopu cyfrowego ze wszystkimi możliwymi wodotryskami i starego, zdezelowanego rupiecia z lat 70., który nie ma nawet przedniego panelu! Stary kineskopowy oscyloskop świetnie się nadaje do obserwacji w czasie rzeczywistym sygnałów o niskich częstotliwościach pochodzących ze źródeł dźwięku, ponieważ wystarczy go podłączyć i zawsze działa (patrz rysunek 17.21). Taki stary oscyloskop, który można często kupić za kilkanaście złotych w sklepie z częściami zamiennymi, będzie do wielu projektów więcej niż wystarczający. My do obserwacji sygnałów dźwiękowych na bieżąco wolimy używać starego, a nie nowoczesnego, cyfrowego, 400-megahercowego oscyloskopu.

Rysunek 17.21. Oscyloskop pokazuje falę dźwiękową w czasie rzeczywistym

Jeżeli dmuchasz na mikrofon i nie widzisz na oscyloskopie żadnych zmian ani nie słyszysz szumów w słuchawkach, sprawdź wszystkie połączenia. W 99% przypadków problem leży w błędnych połączeniach, więc sprawdź je raz jeszcze, zanim poskarżysz się na forum, że obwód jest do niczego! Nikt nie chce wyjść na nieuka, gdy ktoś inny odkryje, że jakiś element jest odwrotnie podłączony, prawda? Jeżeli chcesz trochę poeksperymentować z przedwzmacniaczem audio, to zmiana wartości rezystora R1 wpłynie na sygnał wyjściowy z wewnętrznego wzmacniacza mikrofonu elektretowego. Wartość 1 kΩ ustawi wzmacniacz na maksimum mocy, natomiast 5 kΩ zmniejszy nieco sygnał.

Gdy zweryfikujesz, że stopień przedwzmacniacza rzeczywiście wysyła sygnał dźwiękowy, dokończ obwód, dodając komponenty składające się na stopień radiowy (patrz rysunek 17.22). Jeżeli masz miejsce na płytce perforowanej, spróbuj odsunąć nieco cewkę i kondensator strojeniowy od innych elementów. Nie jest to absolutnie ważne, ale pamiętaj, że wszystko, co znajdzie się w pobliżu cewki lub kondensatora strojeniowego, będzie wprowadzało dodatkową pojemność i zmieniało nieznacznie częstotliwość. Jeżeli częstotliwość będzie zbyt mocno zmieniona, transmisja będzie odbywać się poza pasmem fal ultrakrótkich lub nie będzie jej wcale.

Rysunek 17.22. Dodanie stopnia do obwodu radiowego

Antena jest w rzeczywistości odcinkiem drutu i jej wielkość nie ma krytycznego znaczenia, ponieważ antena w żaden sposób nie będzie strojona do częstotliwości nadawczej. Przewód o długości 5 cm pozwoli uzyskać zasięg w całym domu, a 15-centrymetrowa antena pokryje całe podwórko. I znów nie spodziewaj się po tym układzie jakiegoś wyjątkowego działania, jak nieprawdziwie informują liczne strony usiłujące sprzedawać takie urządzenia jako nowoczesne, legalne nadajniki szpiegowskie! Jeżeli jesteś w stanie odebrać sygnał za pomocą radia w innym pomieszczeniu, to wykonałeś dobrą robotę, ale możesz się spodziewać zakłóceń i wahań częstotliwości, gdy po pomieszczeniu będą poruszać się inne osoby. Bez bardziej skomplikowanego obwodu stabilizującego, takiego jak oscylator SAW lub oscylator krystaliczny, sygnał wyjściowy będzie się wahał, gdy zmieni się pojemność lub napięcie baterii.

Gotowa płytka wygląda jak bezładnie rozrzucone krople cyny, ale jeżeli połączenia są poprawne, układ jest w pełni funkcjonalny i działa równie dobrze jak zbudowany na profesjonalnie wykonanej płytce drukowanej (patrz rysunek 17.23). Przed podłączeniem zasilania sprawdź polaryzację tranzystora Q1, ponieważ jest to jedyny element, który może zostać uszkodzony w przypadku odwrotnego podłączenia. Elementów, z których składa się stopień radiowy, nie jest zbyt wiele, więc powinno to być proste zadanie.

Rysunek 17.23. Spodnia strona płytki z gotowym obwodem

Strojenie nadajnika jest proste… jeżeli on działa! Do wyregulowania kondensatora będziesz potrzebował nieżelaznego (niemetalowego) narzędzia, ponieważ każdy metalowy przedmiot zbliżony do kondensatora spowoduje zmianę częstotliwości, przez co regulacja będzie bardzo uciążliwa (patrz rysunek 17.24). Może się zdarzyć, że ustawisz nadajnik tak, jak chcesz, po czym po usunięciu narzędzia częstotliwość ulegnie zmianie. W rzeczywistości niewielka zmiana pojawia się nawet wtedy, gdy zbliżysz rękę do płytki z obwodem, więc bądź przygotowany na nieco czarnej magii! Ponadto gdy zmienisz napięcie baterii, konieczne będzie ponowne strojenie, chyba że będziesz miał szczęście i znajdziesz się w zupełnie innym martwym przedziale pasma radiowego.

Rysunek 17.24. Strojenie musi być wykonane za pomocą niemetalowego narzędzia

Aby rozpocząć proces strojenia, znajdź najpierw martwy zakres w paśmie fal ultrakrótkich w okolicach 100 MHz. Umieść swój nadajnik w pobliżu radioodbiornika i powoli obracaj w pełnym zakresie kondensator za pomocą wkrętaka z tworzywa sztucznego. Jeżeli będziesz miał szczęście, to w chwili gdy osiągniesz dokładną częstotliwość radioodbiornika, szum w obwodzie przejdzie w głośny warkot. Ponieważ strojenie może nie obejmować całego pasma fal ultrakrótkich (od 88 do 108 MHz), prawdopodobnie będziesz musiał powtarzać cały proces w krokach po mniej więcej 10 MHz, aż znów będziesz miał szczęście i osiągniesz właściwą częstotliwość (patrz rysunek 17.25). Automatyczny skaner częstotliwości w radioodbiorniku również może odnaleźć nadajnik, ale prawdopodobnie łatwiej będzie dostroić nadajnik do radioodbiornika.

Rysunek 17.25. Strojenie nadajnika może przypominać czarną magię

Nie żartowaliśmy, pisząc, że strojenie może wyglądać jak czarna magia. Jeżeli nadajnik pracuje poprawnie, prawdopodobnie wykorzystuje częstotliwość między 80 a 110 MHz, ale zależy ona od użytych elementów, ich układu na płytce, rozproszonej pojemności i kto wie czego jeszcze. Na potrzeby napisania tej książki zbudowaliśmy dwie wersje tego projektu — przedstawioną wyżej i mniejszą, opisaną dalej. Mimo że w obu wersjach użyliśmy dokładnie tych samych elementów, wyjściowe częstotliwości były zupełnie różne. Większa wersja pracowała na częstotliwości około 100 MHz, a mniejsza na najniższej, 88 MHz. Ach, i pamiętaj jeszcze, że gdy będziesz odsuwał rękę od nadajnika, możesz spodziewać się przesunięcia częstotliwości. I właśnie dlatego radioodbiorniki mają pokrętła! Będziesz musiał po prostu z powrotem dostroić nadajnik.

Chociaż ostrzegaliśmy Cię przed wieloma pułapkami ukrytymi w tym bardzo prostym nadajniku, musimy jeszcze raz powiedzieć, że jeżeli układ będzie zasilany nową baterią, będzie działał całkiem dobrze. Musisz się przyzwyczaić do wszystkich czynników, które będą miały wpływ na wyjściową częstotliwość, takich jak duże przedmioty znajdujące się obok nadajnika, zmiany napięcia baterii, a nawet osoby poruszające się po pomieszczeniu w pobliżu urządzenia (patrz rysunek 17.26). Uruchom nadajnik, a następnie chwyć koniec anteny i przekonaj się, jak częstotliwość spadnie w dolne rejony pasma fal ultrakrótkich. Po uruchomieniu naszego nadajnika i umieszczeniu go na stole mogliśmy wyraźnie słyszeć rozmowę w oddalonym pomieszczeniu, a więc urządzenie raz ustawione i pozostawione w spokoju naprawdę działa.

Rysunek 17.26. Przesunięcie częstotliwości może być spowodowane wieloma czynnikami

Aby projekt wyglądał bardziej szpiegowsko, umieściliśmy na spodniej stronie płytki kawałek dwustronnej taśmy klejącej w celu przymocowania płytki do obudowy baterii. Następnie umieściliśmy taśmę na drugiej stronie baterii, tak aby przechadzając się po interesującym nas pomieszczeniu, móc przykleić gdzieś urządzenie tak jak na filmach szpiegowskich (patrz rysunek 17.27). Oczywiście pluskwy z prawdziwego zdarzenia przeskakują po częstotliwościach, szyfrują cyfrowo transmisję i pracują w paśmie gigaherców, ale i tak ten nadajnik jest fajny, ponieważ został zbudowany z zepsutego radia w ciągu jednego popołudnia!

Rysunek 17.27. Wykonanie nadajnika w bardziej szpiegowskiej postaci

Po przyklejeniu płytki elektronicznej do obudowy baterii musieliśmy ponownie dostroić nadajnik na wybrany martwy zakres (patrz rysunek 17.28). Wyższe częstotliwości są lepsze, ponieważ w radioodbiorniku słychać mniej trzasków, dzięki czemu odbiór jest bardziej wyraźny. Ważne jest również położenie małej anteny, ponieważ niewielkie zmiany mogą powodować wyjście obwodu z częstotliwości nadawczej. Może się nawet okazać, że urządzenie lepiej działa z krótszą i sztywną anteną, która nie da się łatwo wygiąć.

Rysunek 17.28. Kompletny nadajnik gotowy do przyklejenia i działania

Ten prosty nadajnik działa całkiem dobrze, wziąwszy pod uwagę, z jak niewielu elementów się składa. Zasilany nową baterią 9 V pracował przez kilka godzin. W rzeczywistości nie wyczerpaliśmy nawet baterii, testując układ i zapominając ją odłączyć (patrz rysunek 17.29). Nadajnik pobiera tak mały prąd, że może działać godzinami zasilany nawet z baterii 3 V, co zachęciło nas do zbudowania drugiej, mniejszej wersji urządzenia.

Rysunek 17.29. Podsłuchiwanie naszego własnego magazynu w celu zabezpieczenia go przed piratami

Dzięki tak małej liczbie elementów projekt dobrze nadawał się do zminiaturyzowania (patrz rysunek 17.30). Oczywiście im ciaśniej upakujesz elementy, tym większe będą szanse pojawienia się rozproszonych pojemności. Pamiętaj więc, że zmniejszenie rozmiarów oznacza zmniejszenie skuteczności lub nawet całkowity jej brak! Udało nam się ścisnąć wszystkie elementy na kawałku płytki perforowanej nie większym niż średnica niklowej baterii 3 V i układ działał równie dobrze jak w większej wersji, lecz z nieznacznie przesuniętą częstotliwością. W rzeczywistości jest to wersja nr 2 miniaturowego nadajnika, ponieważ wersja nr 1 była wyjątkowo niestabilna. Przemieściliśmy nieco elementy i w magiczny sposób stabilność powróciła. Witaj w świecie ciemnej sztuki budowania obwodów radiowych!

Rysunek 17.30. Jak bardzo możesz pomniejszyć ten układ?

Jeżeli masz pewną rękę i doświadczenie w posługiwaniu się lutownicą, możesz z elementów montowanych powierzchniowo zbudować nadajnik szpiegowski, przy którym pokazana wersja wielkości zawleczki będzie wydawała się olbrzymia. Możliwe jest zbudowanie działającego urządzenia nie większego od gumki ołówkowej, zasilanego parą baterii do zegarka (patrz rysunek 17.31). Oczywiście przy tego typu miniaturyzacji konieczne jest wykonanie jakiejś płytki drukowanej. Użycie narzędzia Dremel nie na wiele się przyda w przypadku elementów montowanych powierzchniowo. Możesz nam przysłać zdjęcie opisanego projektu w wersji mniejszej niż nasza o średnicy 2 centymetrów!

Rysunek 17.31. Gotowa miniaturowa wersja nadajnika

Dziękujemy za przysłuchiwanie się. Mamy nadzieję, że ten projekt był przyjemnym wstępem do budowy wielu innych, ciekawszych i bardziej skomplikowanych gadżetów radiowych. W przyszłości dodamy znacznie więcej projektów nadajników, w tym takie, które mogą przesyłać obraz i zaszyfrowaną informację. Oczywiście wszystkie te urządzenia służą tylko dla zabawy i nie powinny być nigdy użyte do naruszenia czyjejś prywatności lub w niedozwolonych miejscach. Ale teraz musimy już lecieć, bo nieoznakowany samochód podjechał znowu pod nasze laboratorium i facet w czerni zmierza do drzwi… (klik)!