Экономичный КВ-УКВ радиоприемник на транзисторах (9-22 мГц, 65-108 мГц)
В настоящее время экономичность радиоприемников приобретает все большее значение. Как известно, многие промышленные приемники экономичностью не отличаются, а между тем во многих населенных пунктах страны долговременные отключения электроэнергии стали уже обычным явлением. Стоимость элементов питания при частой их замене также становится обременительной. А вдали от "цивилизации" экономичный радиоприемник просто необходим.
Автор данной публикации задался целью создать экономичный радиоприемник с высокой чувствительностью, способностью работать в диапазонах КВ и УКВ. Результат получился вполне удовлетворительный - радиоприемник способен работать от одного элемента питания и по току покоя лишь немного уступает конструкции, описание которой приведено в [1]. Приемник сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 1 В. Чувствительность приемника весьма высокая - точно измерить ее не удалось из-за отсутствия соответствующей измерительной аппаратуры.
Основные технические характеристики:
Диапазон принимаемых частот, МГц:
- КВ-1 ................. 9,5...14;
- КВ-2............... 14,0 ... 22,5;
- УКВ-1 ............ 65...74;
- УКВ-2 ............ 88...108.
Селективность тракта AM по соседнему каналу, дБ,
- не менее ..................... 30;
Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом, мВт, при напряжении питания:
- Uпит =1,6 В ................ 30;
- Uпит=1,0В ................. 11.
Ток, потребляемый при отсутствии сигнала, мкА, не более:
- диапазон AM .............. 280;
- диапазон УКВ ............ .310;
Ток, потребляемый при средней громкости, мА:
- при работе на громкоговоритель .............. 2 ... 4;
- при работе на телефон ТМ-2м ....... 0,5.
Длительность работы от элемента типа АА или 316 при средней громкости в громкоговорителе, ч ........ 400.
При испытаниях приемник работал ежедневно по 9 ч вместо абонентского громкоговорителя. При использовании щелочного элемента типа LR6 "ALKALINE" время работы возрастает в несколько раз. Срок службы таких элементов достигает 5 лет, что делает их удобными при долговременном использовании.
Для повышения экономичности приемник пришлось оптимизировать, сделав как можно более экономичным каждый его узел. Было ясно, что основная мощность источника питания будет расходоваться усилителем звуковой частоты, именно этому узлу было уделено повышенное внимание.
Испытания корпуса от приемника «СОКОЛ-404» со встроенным громкоговорителем 0,5ГД-37 показали, что для комфортного индивидуального прослушивания иногда вполне достаточно выходной мощности 1 ...3 мВт, а для воспроизведения такого сигнала с приемлемым качеством максимальная мощность усилителя может не превышать 30 мВт. Для «тихих» небольших помещений это значение можно уменьшить в 2-3 раза.
Разумеется, важно иметь громкоговоритель с высоким КПД. Испытания показывают, что динамические головки с диаметром диффузора менее 5 см в основном очень малоэффективны, что делает их непригодными для экономичного радиоприемника.
При разработке схемы были определены некоторые особенности работы транзисторов, работающих в режимах микротоков. Из формул, приведенных в [2], транзистор при Ік = 10 мкА обладает большим собственным сопротивлением эмиттера, равным примерно 2,5 кОм. При таком токе даже при h21э = 40 входное сопротивление каскада, собранного по схеме с общим эмиттером, достигает 100 кОм, что позволяет с успехом применять полное включение колебательного контура в цепь базы транзистора.
С другой стороны, крутизна характеристики транзистора на таком токе не превышает 0,4 мА/В поэтому для получения хорошего усиления сопротивление нагрузки каскада должно составлять несколько десятков кОм. Если нагрузкой является колебательный контур, то для получения большего резонансного сопротивления следует выбирать значение индуктивности побольше, а значение емкости - поменьше. Особенно это важно для каскадов УВЧ.
Следует также иметь в виду, что частотные свойства транзисторов при токе 10 мкА ухудшаются в несколько раз из-за влияния внутренних емкостей транзистора. Следовательно, для экономичных каскадов следует подобрать транзисторы с малой емкостью коллектора и высокой граничной частотой.
Принципиальная схема приемника
Предлагаемый вниманию читателей радиоприемник состоит из двух независимых трактов AM и ЧМ, что позволило до предела упростить коммутацию диапазонов. Может показаться, что схема приемника (рис. 1) слишком сложна и содержит много транзисторов, но транзисторы в пластмассовых корпусах стоят сейчас дешевле конденсаторов.
Рис. 1. Принципиальная схема экономичного КВ-УКВ радиоприемника на транзисторах.
В зависимости от потребностей радиолюбитель может выбрать для себя только один из трактов или уменьшить число диапазонов. Оба тракта имеют стабилизированное питание 0,93 В и работают на общий УЗЧ. Тракт AM выполнен на транзисторах VT1-VT12. УРЧ собран по схеме с общим эмиттером на транзисторе VT1. Гетеродин выполнен по схеме емкостной трехточки на транзисторе VT2.
При замыкании контактов переключателя SA1 катушки УРЧ L1, L2 и гетеродина L3, L4 включаются в каждой паре параллельно, что соответствует работе в поддиапазоне КВ-2.
Транзистор Т3 выполняет функции смесителя. Схема его включения нетрадиционная, однако уже была использована в [1]. По постоянному току база и коллектор соединены вместе. При этом напряжение на эмиттере транзистора определяется открытым р-п переходом база-эмиттер и равно примерно 0,5 В. Это напряжение и является питанием для коллекторной цепи.
Поскольку при малых токах напряжение насыщения транзистора обычно составляет 0,1 ...0,2 В, транзистор создает на нагрузке напряжение размахом до 0,3 В, что в данном случае вполне достаточно. Таким образом ток, потребляемый каскадом, определяется только сопротивлением резистора в эмиттере транзистора.
Сигнал ПЧ с частотой 465 кГц через двухконтурный фильтр подан непосредственно на базу транзистора Т4, который, как уже отмечалось, имеет высокое входное сопротивление и контур почти не шунтирует. Первые три каскада УПЧ запитаны через транзистор Т10, который вместе с транзистором Т11 работают в усилителе АРУ.
При увеличении напряжения на выходе детектора напряжение на эмиттере транзистора Т11 также увеличивается. Это приводит к частичному закрыванию транзистора Т10, и усиление первых трех каскадов УПЧ снижается.
Для приема сигналов любительских радиостанций в диапазоне 14 МГц в приемнике предусмотрен телеграфный гетеродин на транзисторе Т8, который потребляет ток около 3 мкА. Отключают его переключателем SA2.
В тракте установлено всего три контура ПЧ, но все они имеют довольно острую настройку, обеспечивая нужную избирательность и чувствительность. Однако избирательность нетрудно увеличить, установив вместо резистора R9 еще один такой же контур. При этом сопротивление резистора R8 лучше уменьшить до 22-24 кОм.
На транзисторе Т12 собран предварительный каскад УЗЧ, который усиливает сигнал до уровня чувствительности основного УЗЧ.
Тракт AM был испытан с разными катушками на частотах от 3 до 30 МГц. Для изменения границ КВ поддиапазонов достаточно изменить число витков катушек L1-L4.
Тракт ЧМ собран на транзисторах VT13-VT24 с низкой промежуточной частотой и счетным детектором Такой вариант имеет недостаток - двойную настройку на каждую радиостанцию, но зато такой принцип довольно просто реализовать в экономичном режиме. Вместе с тем избирательность тракта оказалась достаточной, чтобы качественно и без помех принимать сигналы радиостанций, которые отличаются по частоте всего на 300 кГц.
УРЧ тракта ЧМ выполнен на транзисторе VT13 по схеме с общей базой. Контуры УРЧ и гетеродина полностью идентичны, так как работают практически на одной частоте. Нагрузка смесителя - резистор R26.
Конденсатор С42 эффективно замыкает нагрузку по высоким частотам, и отфильтрованный сигнал промежуточной частоты полосой 50... 100 кГц усиливается пятикаскадным усилителем ПЧ, выполненным на транзисторах VT16 - VT20. Из-за влияния внутренних емкостей транзисторов усиление каскадов быстро падает с ростом частоты, что естественным образом формирует необходимую АЧХ. Для получения достаточной полосы пропускания транзисторы в УПЧ применены с малой емкостью коллектора, иначе полоса пропускания может быть слишком узкой, что приведет к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.
Для расширения полосы можно увеличить ток через транзисторы, пропорционально уменьшая номиналы резисторов R29, R30, R32, R34, R36 и R38. Конденсаторы в УПЧ оказывают влияние на формирование АЧХ, поэтому их номиналы не следует сильно изменять.
УПЧ усиливает сигнал до уровня не менее 0,2 В. На транзисторах VT21 и VT22 собран формирователь импульсов. При отсутствии сигнала транзистор VT21 открыт до насыщения, на его коллекторе напряжение низкое и транзистор VT22 надежно закрыт. Отрицательные полупериоды сигнала ПЧ слегка закрывают транзистор VT21, а VT22 при этом открывается.
В результате на резисторе R41 формируются прямоугольные импульсы с большой амплитудой. Эти импульсы продифференцированы цепью С53, VD2. Таким образом, на диоде VD2 образуется последовательность коротких импульсов равной длительности, частота следования которых меняется по закону модуляции. Открывая транзистор VT23 частотного детектора, импульсы сглаживаются фильтром C54R43C55, преобразуясь в сигнал звуковых частот. Далее он поступает на каскад предварительного усиления на транзисторе VT24.
Емкость конденсатора С56 выбрана такой, чтобы ослабить частоты ниже 200 Гц, которые громкоговоритель все равно не воспроизводит. Эти частоты только бесполезно перегружают УЗЧ, мощность которого и без того ограничена, и вызывают повышенное потребление тока. Из этих соображений выбраны и емкости конденсаторов С32 и С58.
УЗЧ собран на транзисторах Т25, Т29 - Т33. Режим его работы определяет напряжение на коллекторе транзистора Т25. Этот транзистор запитан частично от стабилизатора напряжения через резистор R48, а частично от элемента питания через резистор R53. Соотношением сопротивлений этих резисторов удалось добиться сохранения симметричности ограничения синусоидального сигнала при изменении напряжения питания от 1,6 до 1,0 В.
Стабилизатор напряжения собран на транзисторах VT26 - VT28 и сохраняет на выходе напряжение 0,93 В при разрядке элемента питания до 1 В.
Детали радиоприемника
Транзисторы VT1 и Т3 можно заменить на КТ3127А, КТ326А, а с несколько худшими результатами - КТ326Б. Транзисторы Т4- Т7 и Т9 должны иметь малую емкость коллектора и h213 не менее 50. Транзисторы Т10 и Т11 имеют h213 не менее 250. В телеграфном гетеродине хорошо работает транзистор КТ361В.
В тракте ЧМ требования к транзисторам УПЧ такие же, как и в тракте AM. Вместо КТ339Г неплохо работают транзисторы КТ368 или КТ316, а также любые с емкостью коллектора не более 2 пф. В крайнем случае вполне можно использовать транзисторы с емкостью 6 пф, например, КТ3102Б, но при этом следует в три раза увеличить ток коллектора каждого такого каскада, уменьшая сопротивление нагрузки. Общая экономичность после этого несколько снизится.
В качестве VT13 - VT15 лучше всего работают транзисторы типа КТ363, но с несколько худшими результатами можно применить КТ3128А, КТ3109А. В частотном детекторе можно применить ГТ309, ГТ310 с малым значением Іко. При отключенном конденсаторе С53 ток утечки транзистора должен создавать падение напряжения на резисторе R42 не более 50 мВ.
В УЗЧ вместо ТЗ0 - ТЗЗ могут быть применены германиевые низкочастотные транзисторы нужной проводимости с h213 не менее 50, желательно их попарно подобрать.
Транзисторы Т25 - Т29 имеют h21э не менее 200. Особенно это касается транзистора VT26. Вместо него можно применить КТ3107И, КТ350А.
Оксидные конденсаторы должны иметь минимальный ток утечки, особенно С64 и С65. Хорошо работают конденсаторы типа К52-16. Оксидные конденсаторы должны быть рассчитаны на 16-25 В, и перед установкой их необходимо выдержать под максимальным напряжением до уменьшения тока утечки до единиц микроампер.
Блок КПЕ применен от китайской автомагнитолы. Контуры ПЧ в тракте AM применены готовые от радиоприемника "Сувенир". Вполне применимы и другие контуры с конденсаторами 510 пф.
Применение контуров с большей емкостью приведет к снижению усиления каскадов, нагруженных на эти контуры. Для восстановления усиления придется увеличить ток потребления указанных каскадов.
Катушки L1 - L4 намотаны на каркасах КВ катушек от приемника «Океан» или им подобных. L1 и L3 имеют по 20 витков, a L2 и L4 - по 25 витков провода ПЭВ-2 0,2 мм. Катушка L4 имеет отвод от 7-го витка, считая от заземленного вывода. Катушка L7 намотана на четырехсекционном каркасе и имеет 400 витков провода ПЭВ-2 0,1 мм. Экрана она не имеет.
В тракте ЧМ катушки L9 - L12 намотаны на каркасах диаметром 4,5 мм с латунными подстроечниками. L9 и L11 имеют по 14 витков, a L10 и L12 - по 15 витков провода ПЭВ-2 0,3 мм. Переключатель SA1 типа ПД-2 2П4Н от приемника "ОЛИМПИК".
Налаживание приемника
Для налаживания приемника необходимы осциллограф, вольтметр с входным сопротивлением не менее 1 МОм и генератор синусоидального сигнала 34. Чтобы упростить процедуру налаживания приемник сначала лучше собрать на макете, распаивая детали на длинных выводах между шинами питания, и только после налаживания перенести уже подобранные детали на печатную плату. Устройство не «капризно» и на макете работает устойчиво.
Стабилизатор напряжения требует подбора резистора R52 по напряжению на выходе 0,93...0,94 В. При этом вместо нагрузки следует подключить резистор с сопротивлением 3,3 кОм. Конденсатор С59 должен быть присоединен к выходу стабилизатора. Следует помнить, что после пайки нужно подождать 5 мин, чтобы детали остыли и выходное напряжение установилось.
Затем налаживают УЗЧ. Вначале резисторы R59 и R60 лучше не припаивать. При этом ток покоя усилителя может достигать 1... 1,5 мА. Подбором резистора R47 нужно добиться симметрии ограничения синусоидального сигнала на выходе УЗЧ.
После этого подбирают резисторы R59 и R60, начиная с номинала 30 кОм. Сопротивления резисторов постепенно уменьшают, следя за увеличением искажений типа "ступенька" и уменьшением тока покоя. Следует выбрать для себя приемлемое качество звучания при минимальном токе покоя. У автора ток покоя составил 110 мкА. Затем, изменяя напряжение питания от 1,6 до 1 В, следует убедиться, что ограничение синусоидального сигнала остается симметричным, в противном случае нужно будет подобрать резисторы R48 и R53.
После сборки тракта AM нужно измерить напряжение АРУ на конденсаторе С16. Оно не должно быть менее 0,8 В Для его повышения нужно уменьшить сопротивление резистора R17 на 10...20 % или подобрать транзистор VT10 с большим значением h21э- После того как УПЧ заработает, следует налаживать гетеродин. Чтобы он сразу заработал, нужно сначала увеличить его потребляемый ток.
Для этого сопротивление резистора R4 уменьшают до 3,3 кОм и настраивают приемник по сигналу ГСС или по принимаемым радиостанциям. Настройку контуров удобно производить по минимуму напряжения АРУ на конденсаторе С16. После окончания настройки тракта следует увеличить сопротивление резистора R4 до такой величины, при которой гетеродин надежно возбуждается во всем диапазоне частот. Таким же образом налаживают и телеграфный гетеродин.
Налаживание тракта ЧМ несложно. Касаясь базы транзистора Т16, можно убедиться в работоспособности усилителя ПЧ. Гетеродин налаживают так же, как в тракте AM.
Добившись приема радиостанций, нужно уменьшить емкость связи с антенной, чтобы прием ухудшился. Это даст возможность настроить в резонанс катушки L10 и L9. Необходимо помнить, что сначала надо настраивать диапазон УКВ -1, когда контакты SA1 разомкнуты, и настройке подлежат катушки L10 и L12 После этого, замкнув контакты SA1, настраивают диапазон УКВ - 2 катушками L9 и L11.
В дополнение
В качестве корпуса для приемника можно применить любой промышленного производства с достаточно большим громкоговорителем, имеющим сопротивление звуковой катушки не менее 8 Ом. Автор использовал корпус с громкоговорителем от приемника "Сокол-404".
При соблюдении элементарных принципов составления печатного монтажа можно быть уверенным в хорошей работоспособности приемника. В случае отсутствия опыта размещение деталей на плате может повторять их размещение по принципиальной схеме. Пример монтажа для выбранного корпуса показан на рис. 2.
Рис. 2. Пример монтажа радиоприемника в корпусе от приемника "Сокол-404".
Некоторые радиолюбители изготавливают печатные платы из двустороннего стеклотекстолита, причем с одной стороны медное покрытие оставляют сплошным и соединяют его с общим проводом для лучшей экранировки. В отношении описываемого приемника автор настоятельно рекомендует этого не делать Емкость монтажа при этом получится такой большой, что даже работоспособность конструкции будет весьма сомнительной.
Следует также принять меры против «микрофонного» эффекта, который нередко наблюдают в радиоприемниках с высокочастотными диапазонами.
В случае необходимости можно ввести в приемник диапазоны средних или длинных волн, предусмотрев схему необходимой коммутации и дополнительный преобразователь частоты. Коллектор смесительного транзистора можно просто подключить к коллектору ТЗ. Схемотехнику, слегка доработав, а также данные катушек можно использовать из публикации [1]. При этом напряжение питания следует подавать только на один из смесителей.
Испытания приемника показали, что качество его работы не уступает промышленным образцам. В диапазоне УКВ приемник обладает хорошим звучанием, на КВ следует отметить его малые собственные шумы. В диапазоне 14 МГц на телескопическую антенну удается принимать множество любительских радиостанций.
Литература:
- Малишевский И. Малогабаритный радиовещательный приемник. - Радио, 1989, № 1,с. 56.
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т.1, гл. 2.10. - М.: Мир, 1983.
Автор: С. Мартынов, г. Тольятти, Самарской обл.
Источник: Радио, 2003 год, №12.