УКВ ЧМ ПРИЕМНИК

May 27, 2010 by admin Комментировать »

В. Римский

Ринский Владимир Исаакович инженер кафедры нормальной физиологии Ивано-Франковского мединститута, родился в 1934 го­ду. В одиннадцать лет собрал свою первую радиоконструкцию регенеративный радиоприемник. После окончания с отличием физи­ко-математического факультета пединститута, помимо преподава­тельской работы, руководил техническими кружками, разрабатывал учебно-демонстрационные пособия, измерительные приборы, радио­приемные устройства. Участник республиканских, областных и го­родских радиовыставок. Опубликовал около 50 статей, в том числе в журнале «Радио» и сборниках ВРЛ, три книги.

До недавнего времени УКВ ЧМ радиостанции прослушивали исключительно с помощью супергетеродинных приемников. Причем и радиолюбители использовали традиционные промышленные схемо­технические решения [1, 3], реализация которых в любительских ус­ловиях требовала сложной измерительной аппаратуры и трудоем­кой настройки.

В последнее десятилетие стали появляться приемники прямого преобразования, в которых спектр сигнала переносится непосред­ственно в диапазон звуковых частот, где и достигается основное усиление. Необходимая избирательность обеспечивается с помощью простых фильтров нижних частот (ФНЧ).

Вначале приемники прямого преобразования завоевали призна­ние в любительской радиосвязи, а затем стали применяться и для УКВ ЧМ диапазона благодаря использованию в них синхронного детектора, обладающего достаточной избирательностью, чувствитель­ностью и помехоустойчивостью [4 — 7].

Сущность синхронного детектирования ЧМ сигналов заключается в управлении детектором с помощью вспо­могательного напряжения, частота которого равна частоте сигнала, но сдвинутого по фазе на 90°. В боль­шинстве случаев такое напряжение вырабатывается ге­теродином, входящим в состав системы фазовой авто­подстройки частоты — ФАПЧ [8].

clip_image001

Рис. 1. Структурная схема УКВ ЧМ приемника

Структурная схема УКВ ЧМ приемника прямого пре­образования с синхронным детектором и ФАПЧ пред­ставлена на рис. 1. Принятые антенной WA1 колебания радиочастоты fp поступают на полосовой фильтр пред­варительной селекции Z1, выделяющий полезные сигна­лы и ослабляющий помехи. Прошедший через фильтр сигнал Uc частотой fc подается на фазовый детектор (ФД) U1, к которому подводятся также колебания ча­стотой fr от перестраиваемого гетеродина G1, При произвольных значениях частот гетеродина и сигнала фазовый детектор работает как обычный смеситель, и на его выходе появляются колебания разностной частоты f= |fr — fc|. При равенстве же частот гетеродина и сигна­ла выходное напряжение фазового детектора пропор­ционально разности фаз колебаний гетеродина и сигна­ла фг — фс.

Выход фазового детектора через ФНЧ Z2 соединен со входом усилителя постоянного тока (УПТ) А1, а вы­ход последнего — с управляющим элементом Е1, изме­няющим частоту гетеродина, а также с ФКЧ Z3. Далее следует усилитель звуковой частоты (УЗЧ) А2, нагру­женный на динамическую головку ВА1.

В зависимости от первоначально установленной ча­стоты гетеродина и вида поступающего сигнала возмож­ны несколько режимов работы приемника.

1. При значительной расстройке гетеродина относительно сигнала разностная частота оказывается выше частоты среза ФНЧ Z2, коле­бания не поступают на вход УПТ — на выходе его нет управляюще­го напряжения.

2. При перестройке гетеродина на частоту, близкую к частоте сигнала, приходит в действие система ФАПЧ. Колебания разностной частоты проходят через ФНЧ Z2 и усиливаются УПТ, на выходе которого появляется управляющее напряжение. Оно приложено к управляющему элементу Е1, который изменяет частоту гетеродина, приближая ее к частоте сигнала. — происходит синхронизация коле­баний гетеродина принимаемым сигналом. Максимальная начальная расстройка |fr — fc|, при которой еще возможна синхронизация, на­зывается полосой захвата системы ФАПЧ. В результате синхрониза­ции устанавливается точное равенство частот гетеродина и сигнала и разность фаз (~90°) пр-д определенном значении управляющего напряжения.

Описанные явления развиваются быстро, и нарастание управ­ляющего напряжения происходит скачкой- Некоторые частотные со­ставляющие скачка проходят через ФНЧ.-ZS, усиливаются и воспро­изводятся динамической головкой в виде щелчка. Этот звук служит признаком настройки приемника на немодулированный сигнал, на­пример, в паузе модуляции радиостанции.

3. Если же сигнал модулирован по частоте, полоса захвата как бы расширяется, что облегчает настройку на радиостанцию. Мгновенная разность фаз сигналов гетеродина и сигнала изменяется с частотой модуляции, управляющее напряжение на выходе УПТ колеблется, и управляющий элемент вынуждает частоту гетеродина следовать за изменениями частоты сигнала. При этом колебания управляющего напряжения, соответствующие закону модуляции сиг­нала, проходят через ФНЧ Z3, напряжение звуковой частоты усили­вается и воспроизводится динамической головкой.

Вообще приемник может работать и без ФНЧ Z3, но благодаря ему несколько ослабляются шумы и возможные интерференционные помехи от других станций с близкими частотами, а также устраня­ется избыток высокочастотных составляющих звука.

Приемник с ФАПЧ малочувствителен к AM сигналам, например гармоникам вещательных KB радиостанций. При сильных помехах AM подавляется не полностью и может слабо прослушиваться в паузах ЧМ передачи.

4. Переход на прием другой ЧМ станции происходит довольно своеобразно. Если, с целью перестройки, изменять емкость или индуктивность контура гетеродина, то вначале его частота продол­жает оставаться равной частоте принимаемого сигнала в результа­те действия ФАПЧ при нарастании постоянной составляющей управляющего напряжения. Имеет место так называемое удержание частоты гетеродина, при котором прием продолжается, хотя и мо­гут возникнуть искажения звука из-за появления асимметрии пере­менной составляющей управляющего напряжения.

clip_image002

Рис. 2. Принципиальная схема УКВ ЧМ приемника

Однако пределы действия ФАПЧ ограничены характеристиками УПТ и управляющего элемента. Поэтому при некотором критическом значении управляющего напряжения автоподстройка нарушается, синхронизация гетеродина срывается, и его частота скачком изменя­ется до нового значения fr. Управляющее напряжение падает до нуля, и прием прекращается со щелчком.

Разность частот |fr — fr| называется полосой удержания системы ФАПЧ. Она всегда больше полосы захвата, однако не должна быть слишком широкой, чтобы не препятствовать нормальной настройке приемника на другие станции. Настройка осуществляется дальней­шим изменением емкости или индуктивности контура гетеродина вплоть до его синхронизации частотой очередной станции. Если же полоса удержания будет чрезмерно велика, возможны «перескоки» настройки с одной станции на другую.

Таким образом, специфической частью УКВ ЧМ приемника, представленного структурной схемой, явля­ется выделенный штрихпунктирным прямоугольником синхронный частотный детектор с ФАПЧ, который со­держит замкнутую петлю автоматического регулирова­ния U1Z2A1E1G1U1. На первый взгляд такой приемник представляется довольно сложным, причем большая часть его каскадов приходится на частотный детектор с ФАПЧ. Однако он может быть собран всего на одной-двух микросхемах средней степени интеграции и не­скольких дискретных элементах [7].

Возможен и более простой приемник, который можно собрать по схеме, приведенной на рис. 2. Его основой является предложенный А. Захаровым [2] синхронный фазовый детектор, в котором синхронизация гетеродина прямым захватом сочетается с упрощенной системой ФАПЧ. Каскад на транзисторе VT1 одновременно вы­полняет функции преобразователя спектра сигнала в область звуковых частот, перестраиваемого гетеродина, синхронизатора, УПЧ, ФНЧ, управляющего элемента и предварительного усилителя 34. Кроме того, обеспечи­вается независимость выходного напряжения 34 от уровня входных ЧМ сигналов, что эквивалентно дейст­вию АРУ, осуществляется подавление AM и импульсных помех.

Достоинством данного синхронного детектора явля­ется также преобразование на второй гармонике гетеро­дина, генерирующего частоту вдвое меньшую частоты сигнала. Благодаря этому достигается более устойчивая работа многофункционального каскада и предотвраща­ется возможность помех другим приемникам от излуче­ния гетеродина.

Напряжение радиочастоты, наведенное в штыревой антенне WA1, поступает через конденсатор связи С1 на входной контур L1C2, настроенный-на среднюю частоту вещательного УКВ ЧМ диапазона и имеющий достаточ­но широкую полосу пропускания. Выделенный контуром сигнал подается через конденсаторы СЗ, С4 на базу тран­зистора VT1, работающего как преобразователь частоты с включением по схеме ОЭ и нагруженного цепью R3C9.

В гетеродине приемника транзистор VT1 включен по схеме ОБ, поскольку база соединена с общим проводом через конденсаторы СЗ, С4 и часть катушки L1, пред­ставляющую для генерируемых частот малое сопротив­ление. Контур гетеродина L2C6 настраивается конденса­тором переменной емкости Сб на половину частоты сиг­нала. Самовозбуждение обеспечивается положительной обратной связью через конденсатор С8. Дополнительная связь через последовательный контур L3C7, настроенный на среднюю частоту диапазона, увеличивает амплитуду второй гармоники гетеродина в цепи коллектора транзи­стора VT1 (благодаря этому повышается чувствитель­ность приемника).

Гетеродин синхронизируется прямым захватом на второй гармонике, так как ток коллектора транзистора VT1 содержит составляющую с частотой сигнала, кото­рая протекает через контур L2C6. Он представляет для нее емкостное сопротивление, а для колебаний гетеро­дина — активное, благодаря чему напряжение сигнала отстает по фазе на 90° от напряжения гетеродина. Это создает условия для синхронного детектирования ЧМ сигнала и подавления AM помех.

Коллекторный и эмиттерный переходы транзистора VT1 выполняют функции ключевых элементов синхрон­ного детектора, выходное напряжение которого выделя­ется на резисторе R2. Относительно него транзистор является УПТ (и предварительным усилителем 34) с включением по схеме ОБ, так как постоянное напряже­ние на базе фиксируется током резистора R1, а для на­пряжения ЗЧ база соединена с общим проводом через конденсаторы СЗ, С4 и часть катушки L1. Усиление та­кого каскада приблизительно равно отношению сопро­тивлений резисторов в цепях коллектора и эмиттера (в данном случае =20), причем цепь R3C9 представляет собой простейший ФНЧ, ослабляющий высокочастотные составляющие напряжения.

Усиленное до нескольких десятков милливольт на­пряжение, выделяющееся на резисторе R3, оказывается приложенным к коллекторному переходу транзистора VT1 и изменяет его «цинамическую емкость — она под­ключена к контуру L2C6. Возникающая при этом ФАПЧ дополняет синхронизацию гетеродина прямым захва­том, поддерживая ее при изменениях девиации ЧМ сигнала.

Сигнал ЗЧ фильтруется от высокочастотных колеба­ний и постоянной составляющей с помощью второго ФНЧ, образованного резистором R5, разделительным конденсатором СЮ и динамической входной емкостью транзистора VT2. Он включен по схеме ОЭ и работает в режиме класса А, выбранном для уменьшения иска­жений. В цепь коллектора транзистора включен транс­форматор Т1, согласующий выходное сопротивление уси­лителя с сопротивлением динамической головки ВА1. Громкость ее звучания регулируют переменным рези­стором R6, а тембр — переменным резистором R7.

Приемник питается от батареи GB1 через выключа­тель SA1. Цепь питания заблокирована конденсатором С13 сравнительно большой емкости, обеспечивающим устойчивую работу при частичной разрядке батареи. Нежелательные связи через цепи питания устраняются также конденсаторами С9 и СП.

О-деталях приемника. Катушки L1 — L3 намотаны проводом ПЭЛ 0,51 на керамических (или из другого материала) каркасах диаметром 6 мм, в качестве кото­рых использованы резисторы ВС-1 сопротивлением свы­ше 2 МОм. Шаг намотки 1 мм. Катушка L1 содержит 5 + 5 витков, L2 — 22, a L3 — 13 витков.

Транзисторы КТ315Б можно заменить на КТ315Г или КТ315Е. Кроме того, на месте VT2 может работать транзистор МП37Б или МП38А.

Конденсаторы постоянной емкости С1, С2 С5 С8 — КТ-2 (или КТ-1, КД-1, КД-2); СЗ, С9, СП — КД-2 (можно КМ, КПС, КЛГ); С4, С10, C13 — K50-3 (К50-12); С12-МБМ (МБГЦ). Конденсатор перемен­ной емкости С6 — типа КПВ (с наращенной осью), со­держит 4 неподвижные и 3 подвижные пластины. Под-строечный конденсатор С7 — типа КПК-Т (можно КПК-МН).

Постоянные резисторы Rl — R5 могут быть МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, ВС-0,125. Переменный резистор R6 — проволочный типа СП5-28А или непроволочный типа СПО с максимальным сопротивлением от 47 до 100 Ом. Переменный резистор R7 — СПЗ-4ВМ (можно другого типа) с сопротивлением of 2,2 до 4,7 кОм и со­вмещенный с выключателем SA1.

clip_image003

Рис. 3. Внешний вид приемника

clip_image005

Рис. 4. Чертежи монтажных плат приемника

Трансформатор Т1 — выходной от приемников «Спи­дола», ВЭФ-12, ВЭФ-201. Он выполнен на магнитопро-воде Ш8Х8; обмотка I содержит 350 + 350 витков про­вода ПЭЛ 0,18, обмотка II — 92 витка ПЭЛ 0,29 в два провода. Динамическая головка ВА1 — 1ГД-30 или дру­гая повышенной чувствительности, мощностью до 1 Вт (например, 0,5ГД-17, 1ГД-8).

clip_image006

Рис. 5. Монтаж деталей на плате 2

Гнезда XS1 — XS5 и однополюсные вилки ХР1 — ХР5 могут быть любой конструкции. Батарея GB1 — 3336 или три элемента 332, 343, 373, соединенные после­довательно.

Конструктивно приемник состоит из трех узлов, вы­деленных на принципиальной схеме штрихпунктирными линиями: А1 — корпус со съемной антенной, А2 — узел обработки сигнала, A3 — узел звуковоспроизведения и питания. Узлы соединены между собой с помощью гнезд и вилок.

Антенну лучше всего использовать телескопичес­кую от переносных транзисторных радиоприемников. По­дойдет и четвертьволновый штырь — отрезок жесткого провода диаметром 3 мм и длиной около 1 м. Верхний конец провода следует согнуть кольцом (во избежание травм), а к нижнему припаять вилку ХР1.

Пластмассовый корпус приемника и динамическая головка — от абонентского громкоговорителя «Черемши­на». Пригодны корпусы и головки от громкоговорителей III класса других марок. В корпусе просверлены отвер­стия для гнезда XS1, ручек управления и выпилено пря­моугольное окно для шкалы (рис. 3).

Узел А2 содержит плату 1 (рис. 4, а) с конденсатором переменной емкости и простейшей шкалой настройки и плату 2 (рис. 4, б) с боль­шинством радиодеталей, а узел A3 — плату 3 (рис. 4, в). Чертежи плат нужно перенести на координатную сетку с шагом 5 мм (тет­радную бумагу в клеточку), наклеить их на заготовки толщиной 2 мм и размерами 45X150 мм из гетинакса или жесткого слоистого де­коративного пластика, по­сле чего просверлить и обра­ботать все отверстия и вы­резы.


clip_image008

Рис. 6. Примеры соеди­нения деталей

clip_image010

Рис. 7. Монтаж деталей на плате 3

clip_image012

Рис. 8. Крепление плат 1 и 2


Монтаж платы 2 и раз­мещение на ней деталей по­казан на рис. 5. Соединения выполнены луженым прово­дом диаметром 0,5 мм, ко­торый продевают через от­верстия платы диаметром 1,5 мм и сгибают в виде пе­тель (рис. 6, а). Выводы деталей пропускают через отверстия платы (рис. 6, б) и припаивают к соедини­тельным проводникам (рис. 6, в), удаляя затем высту­пающие концы выводов. В отверстия диаметром 6 мм устанавливают гнезда XS2 — XS5, поджимая под их гай­ки концы соединительных проводников.

В связи с относительно большими габаритами и не­одинаковой высотой деталей узла A3 они смонтированы на плате 3 объемным методом (рис. 7). Динамическая головка и батарея питания расположены в корпусе вне платы 3. Соединения узла 3 выполнены гибкими провод­никами в поливинилхлоридной изоляции, часть из ко­торых объединена в жгут.

По окончании мон­тажа устанавливают конденсатор перемен­ной емкости на плату 1 и прикрепляют ее к плате 2 четырьмя вин­тами с распорками из отрезков металличес­кой трубки (рис. 8). На ось конденсатора надевают ручку с ука­зателем (например, «клювик»). Выводы конденсатора припаи­вают к проводникам платы 2, причем его статор — к проводни­ку, соединенному с кол­лектором транзистора VT1.

После этого можно приступать к нала­живанию приемника. Вставив вилки ХР2 — ХР5 в соответствую­щие гнезда, включают приемник и проверяют режимы (их измеряют авометром Ц437 или аналогичным), указан­ные на принципиаль­ной схеме. Признаком работы гетеродина яв­ляется уменьшение на­пряжения на конден­саторе С9 при замыкании выводов конденсатора перемен­ной емкости. В противном случае нужно увеличить емкость конденсатора С8.

Налаживание облегчается при наличии генератора сигналов или гетеродинного индикатора резонанса, с по­мощью которых настраивают контуры на частоты, ука­занные на схеме. При отсутствии приборов можно ис­пользовать вспомогательный вещательный радиоприем­ник с УКВ диапазоном. Соединенный с его антенным

входом проводник приближают к конденсатору перемен­ной емкости, установленному в среднее положение, и пе­рестраивают вспомогательный приемник до обнаруже­ния им второй гармоники гетеродина — по характер­ному шипящему звуку. По шкале вспомогательного приемника определяют границы диапазона при крайних положениях конденсатора переменной емкости и при не­обходимости корректируют их.

clip_image013

Рис. 9. Размещение плат в корпусе приемника

Например, если при минимальной емкости конден­сатора вторая гармоника гетеродина прослушивается на частоте 71 МГц (длина волны 4,2 м), то для повыше­ния частоты вместо конденсатора С5 устанавливают другой, меньшей емкости. Если же при максимальной емкости конденсатора переменной емкости гармоника слышна на частоте 67 МГц (длина волны 4,5 м), то ча­стоту понижают, увеличивая индуктивность катушки L2 сближением ее витков.

После этого пробуют принять передачи местной УКВ ЧМ радиостанции или ретранслятора. Если прием будет прерываться или сопровождаться посторонними звуками (свист, рокот), нужно изменить емкость подстроечного конденсатора С7 и подобрать сопротивление резистора R1. Затем ослабляют входной сигнал, временно укоротна антенну, и добиваются максимальной громкости при падежном удержании синхронизации сближением или раздвижением витков катушек L1 и L3. Повторяют укладку границ диапазона, как описано выше, после чего фиксируют витки катушек нитроклеем.

В заключение подбирают резистор R4 для получения наилучшего звучания приемника.

По окончании налаживания платы узлов А2 и A3 вставляют в корпус и укрепляют в нем (рис. 9). В от­верстие крышки корпуса устанавливают гнездо XS1 и поджимают под его гайку проводник, соединенный с конденсатором С1. Батарею питания прикрепляют к дну корпуса металлическим хомутиком или липкой лентой.

Литература

1. Алексеев Ю. П. Современная техника радиовещательного приема. — М.: Связь, 1975.

2. Захаров А. УКВ ЧМ приемники с ФАПЧ. — Радио, 1935, № 12, с. 28 — 30.

3. Кононович Л. М. Современный радиовещательный при­емник. — М.: Радио и связь, 1986.

4. Момот Е. Г. Проблемы и техника синхронного радиопри­ема. — М.: Связьиздат, 1961.

5. Павлов Б. А. Синхронный прием. — М.: Энергия, 1977.

6. Погарцев И. УКВ приемник с ФАПЧ. — Радио, 1986, № 5, с. 36.

7. Поляков В. Т. Радиовещательные ЧМ приемники с фа­зовой азтоподстройкой. — М.: Радио и связь, 1983.

8. Щербак Ю. Фазовая автоподстройка частоты. — Радио. 1978, № 4, с. 39 — 41.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты