ПРОСТОЙ УКВ ПРИЕМНИК

August 6, 2014 by admin Комментировать »

В. ПОЛЯКОВ (СССР)

Приемник. Предлагаемый приемник предназначен для прослушивания местных радиопередач, ведущихся с частотной модуляцией в диапазоне УКВ 66 … 73 МГц, в соответствии со стандартом, принятым в СССР. Без каких-либо изменений схемы и конструкции приемник можно настроить и на европейский диапазон 88 . .. 108 МГц. В отличие от широко распространенных супергетеродинных приемников этот аппарат выполнен по схеме с прямым преобразованием частоты и является, по сути дела, синхронным приемником. Хотя способ синхронного детектирования сигналов известен давно, практическое применение он получил лишь в последнее время, в связи с появлением достаточно совершенной элементной базы. По некоторым параметрам, таким как чувствительность, селективность, стабильность настройки, синхронные приемники прямого преобразования пока еще уступают супергетеродинным, но проще в изготовлении и налаживании, обеспечивая в то же время высокое качество звуковоспроизведения. Они имеют минимальное число высокочастотных цепей и контуров, допускают широкое использование интегральных микросхем, просты и некритичны в конструктивном отношении. Приемники прямого преобразования непрерывно совершенствуются и настоящая конструкция является лишь очередной попыткой создать простое устройство, пригодное для качественного радиоприема в условиях средней или высокой напряженности поля УКВ станций. Для дальнего приема УКВ приемник не предназначат.

Структурная схема синхронного приемника ЧМ сигналов показана на рис. 1. Приемник содержит усилителя радиочастоты А1, смеситель или фазовый детектор U1, фильтр нижних частот 7.1, усилитель постоянного тока и звуковых частот А2 и гетеродин G1, управляемый варикапом VI. Все названные элементы, кроме УРЧ, входят в кольцо фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), составляя основу всего приемника. Завершают структурную схему второй фильтр нижних частот 22 и оконечный усилитель звуковой частоты АЗ, нагруженный на громкоговоритель В1. Усилители РЧ и 34 А1 и АЗ выполняются по обычным, широко известным схемам „ и используются по своему прямому назначению. Остановимся подробнее на работе остальных элементов схемы.

Суть действия системы ФАПЧ состоит в синхронизации колебаний местного гетеродина G1 с колебаниями принимаемого сигнала. При достижении синхронизации наступает режим захвата, в котором частоты сигнала и гетеродина совпадают или находятся в целочисленном кратном отношении,- например /2 = /, /2, как в

описываемом приемнике. На смеситель 171 в режиме захвата поступают сигналы с совпадающими частотами, но несколько различающиеся по фазе. Естественно, что при этом на выходе смесителя частота сигнала /3 равна нулю, и выделяется лишь некоторое постоянное напряжение, соответствующее разности фаз сигналов на входе. Напомним, что при синфазных сигналах на входах смесителя напряжение на его выходе положительно, при противофазных – отрицательно, а при квадратурных (т. е. имеющих относительный фазовый сдвиг 90°) равно нулю. В режиме захвата колебания сигнала и гетеродина оказываются приблизительно в квадратуре. Когда при модуляции частота входного сигнала изменяется, это соотношение фаз несколько нарушается и на выходе смесителя вырабатывается напряжение ошибки, заставляющее гетеродин приемника отслеживать изменения частоты сигнала. Управляющее напряжение, подаваемое на варикап VI, является продектированным звуковым сигналом.

Основными параметрами системы ФАПЧ являются полосы захвата и удержания. Полоса удержания численно равна максимальной расстройке, при которой еще не происходит срыва слежения, и при условии, что частота сигнала (или гетеродина) изменяется достаточно медленно. При быстрых изменениях частоты срыв может произойти и при значительно меньших расстройках. Полоса удержания прямо пропорциональна амплитуде входного сигнала и коэффициенту усиления усилителя постоянного тока А2. Полоса захвата численно равна максимальной расстройке, при которой система ФАПЧ самостоятельно входит в синхронизм, т. е. захватывает сигнал. Полоса захвата пропорциональна полосе удержания, но всегда меньше ее, что обусловлено наличием фильтра петли Ζ1. При отсутствии этого фильтра полосы захвата и удержания равны, но селективность и помехоустойчивость системы ФАПЧ минимальны. Понижение частоты среза фильтра петли улучшает эти параметры и одновременно сужает полосу захвата. Полоса воспроизводимых системой звуковых частот примерно соответствует полосе захвата. Для нормального приема ЧМ сигналов радиовещательных станций без срывов слежения полоса захвата должна быть не ниже 15 кГц (наивысшая модулирующая частота), а полоса удержания – не менее 50 кГц (максимальная девиация ЧМ сигнала). На практике необходим определенный запас по полосам захвата и удержания для того, чтобы температурный дрейф частоты гетеродина, импульсные помехи, скачки напряжения питания и прочие нестационарные процессы не приводили к срывам слежения.

Частота среза фильтра нижних частот Ζ2, установленного на выходе системы ФАПЧ, выбирается равной наивысшей частоте воспроизводимого звукового спектра (обычно около 15 кГц). Этот фильтр не пропускает в УЗЧ ультразвуковые компоненты шума и биений с сигналами соседних по частоте станций. В этот же фильтр может входить стандартная ДС-цепочка коррекции предыскажений модулирующего сигнала со стандартизованной постоянной времени 50 мкс.

При создании приемника прямого преобразования на основе системы ФАПЧ конструктору приходится сталкиваться с рядом специфических проблем. Одна из них – это самовозбуждение системы при достаточно сильных входных сигналах, когда полосы захвата и удержания становятся очень широкими, соизмеримыми с полосой пропускания усилителя А2. В этих условиях фазовых сдвиг сигнала управления в петле на высших частотах может превзойти 90° и обратная связь по частотным отклонениям из отрицательной превращается в положительную. Самовозбуждение устраняется при правильном подборе элементов фильтра Ζ1 – фазовая характеристика усилителя и фильтра не должна выходить за пределы 0 . . . 90°. Такое требование к фазовой характеристике накладывает ограничение и на амплитудно-частотную характеристику усилителя совместно с фильтром – крутизна ее спада в сторону высоких частот не должна превосходить 20 дБ на декаду (десятикратное изменение частоты) или 6 дБ на октаву (двукратное изменение частоты). По этой причине в фильтре Ζ1 чаще всего применяются пропорциоиально-интегрирующие RC-цепочки.

Другая проблема – обеспечение устойчивости и стабильности настройки приемника с достаточно высркой чувствительностью. Если в петле ФАПЧ установлен усилитель А2 с высоким коэффициентом усиления, то его температурный дрейф, а также несбалансированное в смесителе выпрямленное напряжение гетеродина вызовут значительный уход частоты гетеродина. Тот же нежелательный эффект дают и наводки гетеродинного напряжения на антенну и входные цепи. Напряжение наводки синхронно детектируется смесителем и создает сигнал ошибки в петле, не имеющий никакого отношения к полезному сигналу слежения и нарушающий нормальный режим захвата в петле ФАПЧ. Так, например, при чувствительности приемника около 100 мкВ напряжение наводок, приведенное к входу, не должно превосходить нескольких десятков микровольт, а температурный дрейф усилителя – нескольких десятков микровольт на градус. Влияние напряжения гетеродина, выпрямленного диодами смесителя, можно уменьшить точкой” балансировкой последнего. Разумеется, для приемника прямого преобразования пригодны только балансные смесители. В описываемом приемнике установлен смеситель на встречно-параллельных диодах, практически не детектирующий сигнал гетеродина. Более того, для нормальной работы такого смесителя частота гетеродина должна быть вдвое ниже частоты сигнала, что значительно уменьшает влияние наводок на входные цепи.

Рассмотрим теперь принципиальную схему приемника, показанную на рис. 2. Входной сигнал через разъем антенны XI поступает во входной полосовой фильтр, образованный контурами L1C1V1 и L2C2V2. Между катушками контуров имеется индуктивная связь. Для согласования сопротивлений антенны (75 Ом) и первичного контура (несколько килоом) антенна подключается к отводу контурной катушки L1. Оба контура полосового фильтра перестраиваются по диапазону варикаыми матрицами VI и V2. Добротность контуров достаточно высока и может быть доведена до 100 … 120 при использовании катушки высокого качества. Предельная добротность контуров определяется добротностью варикапных матриц (ие менее 150). Высокодобротные контуры позволяют сузить полосу пропускания входного фильтра и тем самым повысить реальную селективность приемника.

Для повышения чувствительности в приемнике установлен двухкаскадный апериодический УРЧ. Чтобы первый каскад не шунтировал входной контур, в нем применен полевой транзистор V4, обладающий высоким входным сопротивлением. Одновременно это повышает и коэффициент передачи входных цепей. Второй каскад УРЧ выполнен на биполярном транзисторе V5. Высокая граничная частота этого транзистора позволяет получить значительное усиление каскада. Связь между каскадами по постоянному току непосредственная, что упрощает схему. В усилителе

Рис. 2

предусмотрен регулятор усиления – подстроечный резистор R6, дающий возможность уменьшить чувствительность приемника при установке его в месте с высокой напряженностью поля УКВ станций. Это позволяет подобрать оптимальную полосу удержания. При увеличении сопротивления резистора R6 увеличивается смещение на затворе транзистора V4, что приводит к его закрыванию. Уменьшение тока стока, в свою очередь, уменьшает падение напряжения на резисторе нагрузки R8 и смещение на базе транзистора V5, отчего последний также закрывается. Усиление УРЧ при малых токах стока и коллектора транзисторов резко падает.

Усиленное напряжение сигнала снимается с резистора нагрузки второго каскада УРЧ R10 и поступает на смеситель, выполненный на встречно-параллельных германиевых диодах V9, V10. Германиевые диоды были выбраны потому, что они требуют меньшего напряжения гетеродина по сравнению с кремниевыми, что уменьшает влияние продетектированного напряжения гетеродина на балансировку усилителя постоянного тока при неидентичных диодах. На другой вход смесителя через конденсатор СЮ подается напряжение гетеродина, снимаемое с катушки связи L3. Диоды смесителя в данной схеме соединены по постоянному току только со входами операционного усилителя А1, служащего усилителем постоянного тока и звуковых частот. Такое решение заметно уменьшает разбалансировку усилителя при перестройке гетеродина по диапазону или при изменениях его высокочастотного напряжения, подаваемого на смеситель. Кроме того, из-за отсутствия на входе смесителя контура, настроенного на частоту сигнала, уменьшается влияние второй гармоники гетеродина на точность балансировки.

Принцип работы смесителя на встречно-параллельных диодах состоит в следующем. Напряжение гетеродина на диодах подбирается таким (около 0,2 В), чтобы диоды отпирались лишь на пиках положительной (один диод) и отрицательной (другой диод) полуволн этого напряжения. При переходе гетеродинного напряжения Через нуль оба диода закрыты. Таким образом, цепь встречно-параллельных диодов замыкается дважды за период гетеродинного напряжения, обеспечивая преобразование частоты как бы на второй гармонике гетеродина. Однако в действительности токов с частотой второй гармоники гетеродина, равной частоте сигнала, в смесителе не возникает. Встречно-параллельные диоды имеют симметричную ВАХ, близкую по форме к кубической параболе. Поэтому они не детектируют ни напряжение сигнала, ни напряжение гетеродина, что крайне важно для повышения чувствительности и помехоустойчивости приемника прямого преобразования.

Гетеродин приемника выполнен на полевом транзисторе V6 по схеме индуктивной трехточки. Исток транзистора Лрисоединен к отводу катушки контура гетеродина L4, образуя, таким образом, цепь обратной связи. Сам же контур включен в цепь затвора транзистора. Гетеродин перестраивается в диапазоне частот 32,9 … 36,5 МГц при изменении напряжения смещения варикапной матрицы V3. Это соответствует перестройке приемника в диапазоне частот сигнала 65,8. . ,73 МГц. Для стабилизации амплитуды колебаний гетеродина служат кремниевые диоды V7, V8, подключенные встречно-параллельно к отводу контурной катушки гетеродина L4. Они симметрично ограничивают сигнал на уровне около 0,5 В. Хотя для стабилизации амплитуды достаточно одного диода, но из-за его несимметричной характеристики повышается содержание второй гармоники в выходном сигнале гетеродина, что ухудшает работу смесителя. Встречно-параллельные ограничивающие диоды второй гармоники не генерируют, а третья и другие нечетные гармоники на работу смесителя влияют слабо.

Напряжение постоянного тока и звуковых частот, выделяемое на диодах смесителя, усиливается операционным усилителем А1 типа К140УД1А. Резисторный делитель R12R13 служит для установки режима усилителя по постоянному току. Дополнительно положение рабочей точки регулируется подстроечным резистором R20, в небольших пределах изменяющим напряжение на инвертирующем входе. Пределы регулировки зависят от сопротивления резистора R17. Поскольку в приемнике применено однополярное питание, точной установке „нуля” операционного усилителя соответствует напряжение на его выходе, равное половине напряжения питания (+6 В).

Фильтр петли ФАПЧ в данной конструкции объединен с цепями коррекции операционного усилителя. Высокочастотная цепочка R16C12 включена параллельно инвертирующему входу (неинвертирующий вход по переменному току заземлен конденсатором большой емкости СП). Эта цепочка, создает завал частот от примерно 100 кГц до 3 МГц с крутизной 6 дБ на октаву, ослабляя сигналы биений от соседних по частоте станций и тем самым повышая селективность приемника. Более высокие частоты биений уже не пропускаются самим усилителем. Основные низкочастотные элементы коррекции R18C13 и R19C14 включены в цепь обратной связи усилителя, создавая спад в сторону высоких частот с крутизной несколько менее 6 дБ на октаву. Фазовый сдвиг усиливаемого сигнала при этом оказывается менее 90°, что и обеспечивает устойчивую работу системы ФАПЧ в достаточно большом диапазоне входных сигналов. В то же время коэффициент усиления для сигналов постоянного тока и низких звуковых частот оказывается больше, чем для высоких. Вследствие этого полоса удержания получается больше полосы захвата, обеспечивая стабильность режима захвата после настройки на станцию. Глубокая обратная связь по частоте способствует уменьшению нелинейных искажений при демодуляции ЧМ сигнала.

Усиленное напряжение постоянного тока и звуковых частот с выхода усилителя А1 подается через резистор R23 на варикапные матрицы VI—V3, регулируя частоту настройки гетеродинного и входных контуров. Для перестройки приемника по диапазону на те же матрицы через резистор R22 поступает изменяемое вручную постоянное напряжение с потенциометра настройки R21. Контуры УРЧ ввиду их достаточно широкой (несколько сотен килогерц) полосы пропускания требуется только перестраивать по диапазону, а отслеживать частотную модуляцию сигнала они не должны. Поэтому управляющее напряжение на варикапные матрицы входных контуров подается через развязывающую цепь R3C3, отфильтровывающую звуковые частоты. На выходе системы ФАПЧ установлены цепочки фильтрации ультразвуковых частот R24C16 и коррекции предыскажений R25C17. Лродектированный и отфильтрованный звуковой сигнал через регулятор громкости R27 подается на УЗЧ приемника.

Входной каскад УЗЧ собран на полевом транзисторе V12. Благодаря высокому входному сопротивлению он не шунтирует выход операционного усилителя и регулятор громкости. Предоконечный каскад выполнен на биполярном транзисторе VI3, а выходной собран по схеме составного двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах разного типа проводимости V15-V18. Усилитель звуковой частоты нагружен на громкоговоритель или акустическую систему с сопротивлением постоянному току 4…8 Ом и номинальной мощностью 4 Вт. Для уменьшения нелинейных искажений в предоконечном каскаде применена „вольтодобавка” – резистор нагрузки R32 присоединен не к общему проводу, а к выходу усилителя. Той же цели служит и резистор R31 отрицательной обратной связи, охватывающей весь усилитель. Диод V14, открытый коллекторным током транзистора VI3 предоконечного каскада, создает на базах транзисторов выходного каскада небольшое начальное смещение и стабилизирует режим этих транзисторов при изменениях окружающей температуры.

Приемник питается от простейшего сетевого выпрямителя, собранного по мостовой схеме на диодах V19—V22. Напряжение питания радиочастотной части приемника и операционного усилителя стабилизировано цепочкой R26V11. Конденсаторы С23 и С24, шунтирующие первичную обмотку трансформатора питания, способствуют ослаблению импульсных помех, распространяющихся по сетевым проводам

Почти все детали приемника кроме органов управления и выпрямителя расположены на печатной плате размерами 165 X 75 мм. Размещение деталей на плате (вид со стороны фольги) показано на рис 3. Печатная плата выполнена из одностороннего фольгировэнного стеклотекстолита Проводящие „дорожки” и „островки”, на которых выполнен монтаж, окружены большими по площади участками „заземленной” фольги Изолирующие канавки можно протравить, прорезать резаком или програвовать. Такое решение хотя и несколько увеличивает емкость монтажа, но позволяет в значительной степени избавиться от паразитных связей между различными цепями схемы Кроме того, монтаж получается прочнее, а при травлении экономятся химикалии.

Катушки приемника намотаны на каркасах диаметром 5,5 мм виток к витку проводом ПЭЛШО 0,25 Каркасы можно подобрать готовые или выточить из любого высокочастотного изолирующего материала, например из органического стекла. В каркасы завинчиваются магнетитовые подстроечники диаметром 4 и длиной 6.. .7 мм. Можно использовать подстроечники от броневых магнитопроводов СБ-12а. Катушки L1 и L2 содержат по 6 витков, отвод катушки L1 сделан от второго витка. Расстояние между осями каркасов катушек L1 и L2 составляет 10 мм. Катушка гетеродина L4 содержит 12 витков с отводом от третьего витка. Катушка связи L3 имеет 2 витка, намотанных вплотную к „заземленному” выводу контурной катушки L4. Для катушек приемника можно использовать и другие каркасы, например диаметром 7,5 мм от контуров телевизионных приемников с магнетитовыми подстроечниками СЦР-1. В этом случае рекомендуется несколько увеличить диаметр провода и длину намотки, чтобы сохранить’прежнюю индуктивность. Полезно заэкранировать катушки, используя экраны упомянутых контуров, а для создания связи между входными контурами включить конденсатор емкостью 0,2…0,4 пф. В контурах Приемника установлены подстроечные конденсаторы Cl, С2 и С5 типа КПК-М. Конденсаторы Сб, С9, CIO, С12-С14 желательно выбрать керамические, конденсаторы СЗ, С4, С7, С8, СИ, С16, С17 типа КЛС или КЛГ, к остальным конденсаторам и резисторам особых требований не предъявляется В приемнике можно применить транзисторы, диоды и микросхему указанных типов с любыми буквенными индексами. Вместо варикапных матриц КВС111 (А или Б) можно включить пары варикапов с номинальной емкостью, равной удвоенной емкости варикапной матрицы. Схема включения варикапов остается такой же, как и в матрице. Диоды смесителя V9 и V10 желательно подобрать как можно точнее с помощью омметра по одинаковому прямому сопротивлению. Подбирать диоды можно и на готовом приемнике, руководствуясь следующим с правильно подобранными диодами выходное напряжение усилителя А1 изменяется незначительно при перестройке по диапазону, изменениях амплитуды или срыве колебаний гетеродина. Ограничительные диоды V7 и V8 можно взять любые высокочастотные кремниевые, с номинальной емкостью не более нескольких пикофарад. Трансформатор питания можно подобрать готовый, любого типа, рассчитанный на мощность не менее 15. . .20 Вт Эффективное напряжение на вторичной обмотке должно составлять 12…15 В При самостоятельном изготовлении трансформатор наматывается на сердечнике Ш20Х25 Первичная обмотка содержит 2200 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,15 мм Вторичная обмотка – 140 витйов провода той же марки, диаметром 0,47 мм

Рис. 3

Конструкция шасси приемника показана на рис. 4. Габариты шасси (ориентвочно 280X140X70 мм) полностью определяются размерами печатной платы, трансформатора и конденсаторов фильтра выпрямителя. Основу шасси образуют передняя задняя панели, изготовленные из листового дюралюминия толщиной 1,5…2 мм. 1анели скреплены четырьмя дюралюминиевыми стойками квадратного или другого сечения, расположенными по углам панелей. Крепежные винты завинчиваются торец стоек. На передней панели размещены потенциометры настройки R21, регтора громкости R27, выключатель сети S1 и сигнальная лампа Н1. На задней па- [ели расположены сетевой разъем ХЗ, разъемы подключения громкоговорителя (2 и антенны XI. На ней же закреплены трансформатор питания Т1 и конденсаторы фильтра выпрямителя С20 и С21. Печатная плата закрепляется на шасси любым яюсобом, например с помощью дюралюминиевых уголков. Расположение печатной тэты и других крупногабаритных деталей видно из рисунка. Изготовленная конструкция либо вставляется в коробчатый корпус, либо (что проще) облицовывается (ерхней, нижней и боковыми панелями. Верхнюю и нижнюю панели для улучшения жранировки приемника лучше изготовить из дюралюминия, а для боковых панелей иожно взять декоративный пластик. Описанная конструкция шасси удобна тем, гго при налаживании и ремонте обеспечен свободный доступ к любым деталям прмника. На оси потенциометра настройки R21 закрепляется ручка большого диамеа с круглой шкалой.

Налаживание приемника начинают с проверки режимов транзисторов и микросхемы. Напряжение на эмиттерах транзисторов выходного каскада УЗЧ VI7 и V18 должно составлять ровно половину напряжения питания. Его можно установить, подбирая сопротивление резистора R29. Полезно измерить ток покоя выходного каскада, включив миллиамперметр в цепь коллектора транзистора VI7. Оптимальное значение тока лежит в пределах 10. . .20 мА. При меньшем токе покоя возможны искажения типа „ступенька”, больший ток приводит к нагреву выходных транзисторов. Ток покоя можно отрегулировать, подбирая тип диода V14. Диоды серий Д2, Д9, Д18, Д20 с различными буквенными индексами имеют и различное прямое

Рис. 4 сопротивление. Чем оно больше, тем больше ток покоя выходных транзисторов. Напряжение на стоке полевого транзистора V12 некритично, оно может лежать в пределах 4. . 9 В. При больших отклонениях следует подобрать сопротивление резистора R30. Коэффициент усиления УЗЧ можно подобрать, изменяя сопротивление резистора обратной связи R31. Проверив прохождение звукового сигнала от цепи затвора транзистора V12 до выхода, приступают к налаживанию собственно приемника.

Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей. – Кн. 3. – М.: Радио и связь, 1987. — 144 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1113)

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