Громкоговорящий УКВ ЧМ приемник на двух транзисторах КТ315
Принципиальная схема самодельного громкоговорящего УКВ радиоприемника на двух транзисторах КТ315. 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 нижиих частот (ФНЧ).
Вначале приемники прямого преобразования завоевали признание в любительской радиосвязи, а затем стали применяться и для УКВ ЧМ диапазона благодаря использованию в иих 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].
Структурная схема 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= |fг-fс|. 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 ФНЧ Z3. Далее следует усилитель звуковой частоты (УЗЧ) А2, нагруженный на динамическую головку ВА1.
Рис. 1. Структурная схема УКВ ЧМ приемника.
В зависимости от первоначально установленной частоты гетеродина и вида поступающего сигнала возможны несколько режимов работы приемника.
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.
При перестройке гетеродина на частоту, близкую к частота сигнала, приходит в действие система ФАПЧ. Колебания разностной частоты проходят через ФНЧ Z2 и усиливаются УПТ, на выхода 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 |fг - fс|, при которой еще возможна синхронизация, называется полосой захвата системы ФАПЧ. В результате синхронизации устанавливается точное равенство частот гетеродина н сигнала и разность фаз («90°) при определенном значении управляющего напряжения.
Описанные явления развиваются быстро, и нарастание управляющего напряжения происходит скачком. Некоторые частотные составляющие скачка проходят через ФНЧ Z3, усиливаются и воспроизводятся динамической головкой в виде щелчка. Этот звук служит признаком настройки приемника на немодулированный сигнал, например, в паузе модуляции радиостанции.
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, ио 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 КВ радиостанций. При сильных помехах AM подавляется ие полностью и может слабо прослушиваться в паузах ЧМ передачи.
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, прн котором прием продолжается, хотя и могут возникнуть искажения звука из-за появления асимметрии переменной составляющей управляющего напряжения.
Однако пределы действия ФАПЧ ограничены характеристиками УПТ и управляющего элемента. Поэтому прн некотором критическом значении управляющего напряжения автоподстройка нарушается, синхронизация гетеродина срывается, и его частота скачком изменяется до нового значения fr. Управляющее напряжение падает до нуля, н 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].
Принципиальная схема
Возможен и более простой приемник, который можно собрать по схеме, приведенной на рис. 2. Его основой является предложенный А. Захаровым Г21 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 ЗЧ. Кроме того, обеспечивается независимость выходного напряжения ЗЧ от уровня входных ЧМ сигналов, что эквивалентно действию АРУ, осуществляется подавление AM и импульсных помех.
Рис. 2. Принципиальная схема УКВ ЧМ приемника на транзисторах КТ315.
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, настроений на среднюю частоту вещательного УКВ ЧМ диапазона и имеющий достаточно широкую полосу пропускания. Выделенный контуром сигнал подается через конденсаторы С3, С4 на базу транзистора VТ1, 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 С3, С4 и часть катушки L1, представляющую для генерируемых частот малое сопротивление. Контур гетеродина L2C6 настраивается конденсатором переменной емкости С6 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 VТІ 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 VТ1 выполняют функции ключевых элементов синхронного детектора, выходное напряжение которого выделяется на резисторе R2. Относительно него транзистор является УПТ (и предварительным усилителем ЗЧ) 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 С3, С4 и часть катушки L1. Усиление такого каскада приблизительно равно отношению сопротивлений резисторов в цепях коллектора и эмиттера (в данном случае примерно 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 VТ1 и изменяет его Динамическую 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 С10 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.
Детали и конструкция
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 С11.
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 6+5 витков, L2 - 22, а L3 - 13 витков. Транзисторы КТ315Б можно заменить на КТ315Г или КТ315Е.
Кроме того, на месте VТ2 может работать транзистор МП37Б или МП38А.
Конденсаторы постоянной емкости С1, С2, С5, С8 - КТ-2 (или КТ-1, КД-1, КД-2); С3, С9, СП - КД-2 (можно КМ, КПС, КЛГ); С4, С10, С13 -К50-3 (К50-12); С12 -МБМ (МБГЦ). Конденсатор переменной емкости С6 - типа КПВ (с наращенной осью), содержит 4 неподвижные и 3 подвижные пластины. Подстроечный конденсатор С7 - типа КПК-Т (можно КПК-МН).
Постоянные резисторы R1 - R5 могут быть МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, ВС-0,125. Переменный резистор R6 - проволочный типа СП5-28А или непроволочный типа СПО х максимальным сопротивлением от 47 до 100 Ом. Переменный резистор R7 - СПЗ-4ВМ (можно другого типа) с сопротивлением 6т 2,2 до 4,7 кОм и совмещенный с выключателем SA1.
Рис. 3. Внешний вид приемника.
Трансформатор Т1 - выходной от приемников «Спидола», ВЭФ-12, ВЭФ-201. Он выполнен иа магнитопроводе Ш8Х8; обмотка I содержит 350 +350 витков провода ПЭЛ 0,18, обмотка II - 92 витка ПЭЛ 0,29 в два провода. Динамическая головка ВА1 - 1 ГД-30 или другая повышенной чувствительности, мощностью до 1 Вт (например, 0,5ГД-17, 1ГД-8).
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 штрихнунктирными линиями: А1 - корпус со съемной антенной, А2 - узел . обработки сигнала, АЗ - узел звуковоспроизведения и питания. Узлы соединены между собой с помощью гнезд н 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 трави), 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 н простейшей шкалой настройки и плату 2 (рис. 4, б) с большинством радиодеталей, а узел АЗ - плату 3 (рис. 4, е).
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.
Рис. 4. Чертежи монтажных плат приемника.
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 АЗ 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.
Рис. 5. Монтаж деталей на плате 2.
Ряс. 6. Примеры соединения деталей.
Рис. 7. Монтаж деталей на плате 3.
Рис. 8. Крепление плат 1 и 2.
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.
Рис. 9. Размещение плат в корпусе приемника.
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 приемника
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.
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 иа частоте 67 МГц (длина волны 4,5 м), то частоту понижают, увеличивая индуктивность катушки L2 сближением ее витков.
После «того 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 укоротив антенну, и добиваются максимальной громкости при надежном 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 АЗ вставляют в корпус и укрепляют в нем (рис. 9). В отверстие крышки корпуса устанавливают гнездо XS1 и поджимают тюд его гайку проводник, соединенный с конденсатором С1.
Батарею питания прикрепляют к дну корпуса металлическим хомутиком или липкой лентой.
Ринский В. И.
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.
Литература:
- Алексеев Ю. П. Современная техника .радиовещательного приема, 1975.
- Захаров А. УКВ ЧМ приемники с ФАПЧ. Радио-1985-12.
- Кононович Л. М. Современный радиовещательный приемник, 1986.
- Момот Е. Г. Проблемы и техника синхронногорадиоприема, 1961.
- Павлов Б. А. Синхронный прием, 1977.
- Погарцев И. УКВ приемник с ФАПЧ, Р-1986-6.
- Поляков В. Т. Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой, 1983.
- Щербак Ю. Фазовая автоподстройка частоты, Р-1978-4.