Простой УКВ ЧМ приемник с синхронно-фазовым детектором (ГТ311)
В современном городе, насыщенном электрооборудованием промышленных предприятий, различными видами транспорта, многочисленными бытовыми электроприборами, присутствует высокий уровень импульсных помех, затрудняющих прием радиовещательных станций на длинно- и средневолновом диапазонах.
Более благоприятны условия приема УКВ ЧМ вещания на супергетеродинные радиоприемники. Однако изготовить их самостоятельно без необходимых измерительных приборов радиолюбителю довольно трудно.
УКВ сверхрегенераторы в настоящее время почти вышли из употребления, поскольку их собственное излучение создает помехи другим радиоприемникам.
Начинающим радиолюбителям наиболее доступна постройка УКВ ЧМ приемников прямого преобразования с синхронно-фазовым детектором. Хотя такие приемники пока еще не получили широкого распространения, но благодаря ряду положительных свойств они могут быть рекомендованы любителям.
Несмотря на сложность физических процессов, протекающих в таком приемнике, он может быть выполнен на одном транзисторе с минимальным количеством настраиваемых контуров.
Функциональная схема упрощенного ЧМ приемника прямого преобразования с синхронно-фазовым детектором представлена на рисунке 1. Предварительную селекцию принимаемых антенной WA1 сигналов обеспечивает полосовой фильтр Z1 (например, система связанных контуров или одиночный контур).
Рис. 1. Функциональная схема упрощенного ЧМ приемника прямого преобразования с синхронно-фазовым детектором.
Выделенное им напряжение полезного сигнала Uc поступает на фазовый детектор U1, к которому приложено также напряжение Ur от перестраиваемого гетеродина G1. В фазовом детекторе происходит перемножение этих напряжений, в результате чего образуется частотный спектр продуктов детектирования.
Фильтр нижних частот выделяет из него постоянную и низкочастотную составляющие, которые подаются на усилитель постоянного тока и звуковых частот А1. Усиленное им напряжение Uy воздействует на управляющий элемент Е1 (например, варикап), изменяя с его помощью частоту гетеродина G1 до её точного совпадения с частотой сигнала, то есть происходит синхронизация гетеродина принимаемым сигналом.
Если он промодулирован по частоте, то синхронизация гетеродина поддерживается в каждый момент времени благодаря колебаниям мгновенного значения напряжения Uy в соответствии с модуляцией осуществляется слежение частоты гетеродина за частоты) сигнале.
Таким образом, напряжение Uy воспроизводит напряжение модуляции, а вырабатывающая его замкнутая петля U1Z2A1E1G1U1 системы автоматического регулирования частоты представляет собой ЧМ детектор, называемый синхронно-фазовым.
Иногда фазовую автоподстройку частоты дополняют цепью прямой синхронизации гетеродина сигналом (пока-
зана штриховой линией). Она оказывается особенно полезной в начальной стадии процесса синхронизации — при настройке приемника на частоту радиостанции.
С выхода ЧМ детектора переменная составляющая напряжения Uy подается на телефон ВF1 и преобразуется им в звуковые колебания. Очевидно, полоса пропускания приемного тракта, в том числе и усилителя А1, должна быть не меньше ширины воспроизводимого спектра звуковых частот.
Достоинствами синхронно-фазового детектора являются: высокая избирательность и чувствительность, малые искажения, слабая зависимость амплитуды выходного напряжения от входного (что эквивалентно действию автоматической регулировки усиления), подавление АМ сигналов и импульсных помех.
Даже краткое описание принципа его действия дает представление о сложности происходящих в нем процессов, а схема (рис. 1) создает впечатление громоздкости устройства. Тем не менее такой приемник может быть реализован всего на одном транзисторе благодаря его многократному использованию.
В частности, хорошие результаты получены при испытаниях нескольких вариантов простого приемника, схема которого, предложенная радиолюбителем А. Захаровым, приведена на рисунке 2.
Принципиальная схема приемника
Принятый антенной WA1 сигнал через разъем X1 н конденсатор связи С1 поступает на колебательный контур L1С2, настраиваемый на частоты вещательного УКВ ЧМ диапазона 66—73 МГц. Выделенное контуром напряжение сигнала с отвода катушки L1 через конденсаторы С3 и С4 подается на базу транзистора VT1.
В сочетании с соответствующими элементами схемы ои одновременно выполняет функции фазового детектора, перестраиваемого гетеродина, управляющего устройства, фильтра нижних частот, усилителя постоянного тока и звуковой частоты.
Фазовое детектирование происходит на P-N переходах транзистора, эквивалентных полупроводниковым диодам, к которым приложены напряжения сигнала и гетеродина. Гетеродинный контур L2С5 включен в цепь коллектора транзистора, а напряжение положительной обратной связи подается через конденсатор С6 в цепь эмиттера, создавая условия, необходимые для возбуждения автоколебаний.
Особенностью данного приемника является настройка гетеродина на частоты, вдвое меньшие частоты сигнала (33—36,5 МГц). Благодаря этому осуществляется эффективная развязка входных и гетеродинных цепей, сводятся к минимуму излучения гетеродина через антенну и обеспечивается устойчивая работа приемника в целом.
При настройке на принимаемую радиостанцию управление частотой гетеродина происходит вначале путем прямой синхронизации сигналом на второй гармонике гетеродина, а затем вследствие изменения динамической емкости коллекторного P-N перехода, которая входит в гетеродинный контур.
Рис. 2. Принципиальная схема УКВ ЧМ радиоприемника.
В качестве усилителя постоянного тока и звуковой частоты транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, так как сопротивление цепи L1С2СЗС4 токам звуковой частоты ничтожно мало, а постоянная составляющая тока базы фиксирована с помощью резистора R1.
Для выделения звуковых частот, выравнивания частотной характеристики усилителя и стабилизации усиления служит фильтр нижних частот, образованный выходным сопротивлением транзистора VT1, емкостью конденсатора С7 и индуктивностью обмотки телефона BF1.
Оптимальный электрический режим транзистора задают подбором тока его базы, для чего изменяют сопротивление резистора R1 при, налаживании приемника.
Конструкция и детали
Приемник питается от одного аккумулятора или гальванического элемента через выключатель SA1.
Монтажная плата приемника (рис. 3) выполнена из фольгированного стеклотекстолита или гетинакса методом прорезания фольги с помощью резака, изготовленного из обломка ножовочного полотна.
Рис. 3. Монтажная плата приемника со схемой расположения элементов.
Выводы деталей припаяны непосредственно к токоведущим площадкам платы. Катушки: L1 содержит 7+7 витков, L2 — 20 витков провода ПЭВ 0,51, намотанного на полистироловых каркасах диаметром 7 мм, длиной 20 мм с резьбовыми латунными (или бронзовыми) подстроечными сердечниками диаметром 5 мм, длиной 20 мм, снабженными полистироловыми ручками диаметром 10 мм, длиной 8 мм.
Транзистор ГТ311Ж можно заменить на ГТ311И. Миниатюрный телефон BF1 с трубчатым звукопроводом и ушным вкладышем-оливой от слухового аппарата можно заменить другими высокоомными телефонами (низкоомные работают хуже). Допустимо применить и обычные электромагнитные головные телефоны, например, распространенные ТОН-2, ТОН-2А, НИР и т. д., соединив оба излучателя параллельно.
Конденсаторы С1, С2, С4 — С7 — керамические, С3 — оксидный. Источник питания — дисковый аккумулятор Д-0,06 или заменяющий его ртутно-цинковый элемент РЦ53М установлен в держатель из упругого листового металла. Детали держателя припаяны к фольгированным площадкам платы.
Антенным гнездом служит отрезок латунной трубки, а ответный штекер припаян к антенне — гибкому изолированному проводу длиной около 0,5 м (ее подбирают при налаживании приемника в зависимости от силы принимаемых сигналов). Выключатель — любой конструкции.
Радиоприемник помещен в полистироловый корпус размером 70Х 25Х 28 мм, в качестве которого использован футляр от кассеты для фотоаппарата «Вега» («Киев-30»). Малые размеры и масса позволяют располагать конструкцию вблизи уха и прослушивать радиопередачи с помощью звукопровода и ушного вкладыша. В случае использования обычных телефонов приемник следует укрепить на оголовье. Возможны и другие варианты конструктивного оформления.
Настройка
Для проверки работы гетеродина нужно приблизить к его катушке L2 изолированный провод, соединенный с антенным входом любого другого радиоприемника, имеющего УКВ ЧМ диапазон 66—73 МГц.
Колебания гетеродина должны прослушиваться на вспомогательном приемнике как шипящий звук, с возможностью плавной перестройки в пределах всего диапазона вращением сердечника катушки L2 ручкой «настройка». Если на участке диапазона слышен свист, рокот или же, напротив, колебания ослабевают или срываются, то следует подобрать сопротивление резистора R1.
Временно присоединив к гнезду антенну длиной несколько метров (желательно наружную), настраивают приемник на местную УКВ ЧМ вещательную станцию ручкой «настройка».
Затем заменяют антенну более короткой и настраивают входную цепь сердечником катушки L1 — ручкой «вход», чтобы прием был устойчивым и сохранялся при небольшой расстройке гетеродина. Более значительная расстройка должна приводить к резкому прекращению приема, обычно со щелчком.
Основной орган управления — ручка «настройка». Ручкой «вход» пользуются для улучшения избирательности и ослабления взаимных помех при наличии двух или более местных УКВ ЧМ программ с небольшим разносом частот между ними. Наилучшая избирательность достигается при минимальной длине антенны, но еще достаточной для устойчивого приема.
В. Ринский, г. Ивано-Франковск, Украина. МК-92-1.