Г.Тяпичев
«Как построить УКВ радиостанцию». Часть 1. Глава 1.
Часть 1. Самодельные блоки
для УКВ аппаратуры
Предисловие
……………………………………………………1
Монтаж на фольгированном материале
Монтаж на металлическом основании
Глава 1. Блоки усилителей низкой частоты
УНЧ на транзисторах – вариант 1
УНЧ на транзисторах – вариант 2
Предварительный усилитель на транзисторах
Предварительные УНЧ на микросхемах
Часть 1. Самодельные блоки для УКВ аппаратуры
Предисловие
Желание
иметь приличную радиоаппаратуру присутствует у каждого из радиолюбителей.
Только одни из них реализуют свои желания путем приобретения уже готовой,
кем-то изготовленной, аппаратуры, а другие
начинают претворять свои желания в жизнь собственными руками. В итоге,
после накопления достаточного опыта, многим удается создать своими руками такую
аппаратуру, которая позволяет им на равных работать в эфире с владельцами
покупной фирменной аппаратуры. Для
радиолюбителей, желающих сделать своими руками УКВ радиоаппаратуру, как
раз и предназначена эта книга.
В радиолюбительской
литературе можно найти большое количество описаний конструкций радиолюбительской
аппаратуры. Особенно хочу обратить ваше внимание на описания в журналах и
другой литературе радиолюбительских конструкций, созданных Яковом Семеновичем Лаповком (UA1FA). Это один из самых опытных и высококвалифицированных
создателей радиоаппаратуры, причем не только радиолюбительской. Созданная
Г. Джунковским (UA1AB) и Я. Лаповком (UA1FA) в 1966 году конструкция радиостанции первой
категории, известной среди радиолюбителей как «трансивер ДЛ-66», была первой в
СССР радиостанцией, отлично работающей в
режиме передачи и приема однополосной модуляции.
Мною трансивер ДЛ-66 был
изготовлен в 1969 году и прослужил много лет.
Широкую известность
приобрела созданная Я. С. Лаповком
радиостанция первой категории, описанная в книге «Я строю КВ
радиостанцию» ( 1983 год).
Как
показал многолетний опыт, при создании собственной аппаратуры часто получаются
такие ситуации, когда какой – то из каскадов, расположенных где – то в середине
схемы, работает не так, как этого хотелось бы. Особенно неприятно бывает в тех
случаях, когда весь аппарат изготовлен на одной плате и предварительно в
подготовительном периоде были затрачены многие часы на изготовление этой
хитроумной платы с несколькими сотнями отверстий. В итоге все приходится
начинать заново.
Чтобы
избежать подобных стрессовых ситуаций, лучшим вариантом при создании
собственных конструкций является так называемый блочный (модульный) метод
изготовления радиоаппаратуры, при котором аппарат конструктивно состоит из
нескольких отдельных блоков, изготовленных на своих собственных платах. При
этом в любой момент можно будет без особого труда заменить неугодный блок.
Кстати,
описанная в книге Я. С. Лаповка «Я строю КВ радиостанцию» конструкция состоит из еще «более мелких»
элементов – модулей.
Для начала давайте рассмотрим
блок – схемы основных радиолюбительских связных аппаратов – радиоприемника и
радиопередатчика.
На
рис. 1.1 изображена блок – схема простого супергетеродинного приемника.
Надеюсь, что значение слова «супергетеродин» понятно для читателя. Если это не
так, то следует обратиться к любому радиолюбительскому справочнику.
Рис. 1.1. Блок – схема супергетеродинного
приемника
Рассмотрим функциональное назначение каждого из пронумерованных на схеме
отдельных блоков.
1. Сигнал от антенны поступает на блок
под номером 1. Назначение этого блока в том, чтобы не допускать к другим блокам
присутствующие в антенне сигналы помех и усиливать поступающие от антенны
полезные сигналы. Будем называть этот блок Усилителем Высокой Частоты (УВЧ), не забывая о том, что одновременно
с усилением полезного сигнала он обязан выполнять для него роль фильтра, т.е.
не пропускать сигналы помех.
2. Под номером 2 находится блок,
исполняющий роль смесителя двух, поступающих на входы этого блока,
радиосигналов. Одним из сигналов является сигнал от блока 1, второй сигнал
поступает от блока 3, который является маломощным генератором электромагнитных
колебаний. Наличие вспомогательного генератора и смесителя является
обязательным для любого радиоприемника, построенного по супергетеродинной схеме.
3. Маломощный генератор, обозначенный
номером 3, с давних пор принято называть словом «гетеродин». Смысл
супергетеродинной схемы приемника заключается в том, что поступающий от антенны
радиосигнал складывается с сигналом гетеродина, в результате чего на выходе
смесителя будут присутствовать сразу четыре сигнала:
·
сигнал от блока 1,
·
сигнал от гетеродина,
·
сигнал,
представляющий собой сумму двух предыдущих сигналов,
·
сигнал,
представляющий собой разность между сигналом от блока 1 и сигналом гетеродина.
4. Из присутствующих на выходе смесителя
четырех сигналов, нас должен интересовать только сигнал, равный разности частот
сигнала от блока один (полезный принимаемый сигнал) и частоты сигнала
гетеродина. Поэтому следующим после смесителя блоком под номером 4 непременно
должен быть фильтр, пропускающий к последующим каскадам только частоту
полезного (разностного) сигнала. Частота этого полезного сигнала называется Промежуточной Частотой (ПЧ) и содержит
в себе всю полезную информацию, которую мы должны принять из эфира. Вся
дальнейшая работа в последующих каскадах выполняется уже с ПЧ.
5. Следующий блок 5 называется Усилителем Промежуточной Частоты
(УПЧ). УПЧ может состоять из
нескольких усилительных каскадов. Все зависит от величины коэффициента
усиления, которая предназначена этому усилителю.
6.
Блок 6 является детектором и служит для выделения из состава ПЧ полезной
информации в том виде, в котором эта информация может восприниматься нашими
органами слуха или какими – то иными вспомогательными аппаратами, например, модемами.
Как правило, полезная информация выдается в форме Низких (или Звуковых) Частот (НЧ
или ЗЧ).
7.
Блок 7 является Усилителем Низких Частот (УНЧ) и необходим для усиления полезного
сигнала до такой величины мощности, которая может обеспечить нормальную
дальнейшую обработку полезного сигнала. В данном случае мощность выходного
сигнала должна обеспечить нормальную работу изображенного на схеме
громкоговорителя Гр1.
Теперь рассмотрим блок – схему передатчика, изображенную на
рис. 1.2.
Рис. 1.2. Блок – схема радиопередатчика
1. Блок 1 называется Задающий Генератор (ЗГ) и представляет собой маломощный генератор
электромагнитных колебаний определенной частоты. Как правило, задающий
генератор должен иметь возможность изменять излучаемую им частоту в пределах
заданного диапазона.
2. Блок 2 должен исполнять роль усилителя
электромагнитных колебаний задающего генератора (блока 1) и, одновременно,
оградить задающий генератор от негативного воздействия последующих блоков на
частоту излучаемых ЗГ электромагнитных колебаний. Обычно этот блок состоит из
нескольких каскадов. Первым каскадом (со стороны ЗГ) зачастую бывает эмиттерный (или истоковый)
повторитель, который как раз и защищает ЗГ от воздействия последующих за
повторителем каскадов и блоков. Такой каскад носит название «буферный каскад». Следующим после буфера
каскадом должен быть каскад усилительный (если это необходимо).
3. Блок 3 является смесителем
частот двух электромагнитных колебаний. Первая частота – это частота
электромагнитных колебаний ЗГ, вторая частота – частота – частота
вспомогательного генератора, представленного в блоке 4. Смесители могут быть
самых разнообразных конструктивных исполнений. При этом обязательно следует
учитывать тот факт, что выходы всех блоков, от которых сигналы подаются на смеситель,
должны быть согласованы с величинами
входных сопротивлений данной конструкции смесителя.
4. Блок 5 – это вспомогательный маломощный генератор.
Зачастую это бывает многокаскадный генератор
с кварцевой стабилизацией частоты.
5. Как известно, на выходе любого смесителя присутствуют
одновременно четыре сигнала. Следовательно, блок 5 должен быть фильтром, который должен обеспечить
пропуск к следующим блокам только сигналов заданной
частоты. Как правило, в передатчиках этой «заданной частотой» является частота,
представляющая собой сумму частот ЗГ и вспомогательного генератора.
6. Блок 6 служит усилителем по напряжению поступающих от
блока 5 сигналов заданной частоты. Коэффициент усиления этого блока должен
иметь такую величину, чтобы переменное напряжение на выходе этого блока могло
обеспечить нормальную работу следующего блока.
7. Блок 7 является Усилителем
Мощности (УМ) передатчика. Это очень ответственный блок, который должен
обеспечить необходимую мощность сигнала в антенне. Сразу нужно усвоить важность
согласования выходного каскада этого блока с антенной и не допускать включения передатчика в работу с неподключенной
антенной.
8. Блок 8 служит для нагрузить
излучаемую ЗГ частоту полезной «нагрузкой». В данном случае под «полезной нагрузкой» следует
понимать либо сигналы от микрофона, либо сигналы от цифровой (компьютерной)
системы. Такой блок называется модулятор.
Кстати, модулятор не обязательно должен подключаться к ЗГ и воздействовать на
излучаемую им частоту. Имеется вид связи амплитудная
модуляция, при которой модулятор подключается к усилителю мощности.
Итак, я очень коротко
охарактеризовал все основные блок, из которых состоит и может быть изготовлен и
радиоприемник и радиопередатчик. На практике делается так, что приемник и
передатчик размещают в одном корпусе. Такая конструкция носит название радиостанция. При этом появляется
возможность одни и те же блоки использовать и во время передачи и во время
приема. В этом случае радиолюбители называют подобную радиостанцию «трансивер».
Далее в этой части книги я
приведу описания конструкций и схемы различных блоков, из которых можно собрать
различные по сложности и радиоприемники, и радиопередатчики, и радиостанции –
трансиверы. Для каждого из блоков будут приведены конструкции различной степени
сложности. Начинать всегда следует с изготовления самых простых вариантов.
Таким образом вы накопите больший опыт и избавите себя
от неприятных волнений и разочарований.
Изготовление радиоприемника
следует начинать с изготовления и проверки работоспособности блока усиления низкой
частоты, затем следует изготовить детектор, усилитель промежуточной частоты,
смеситель с фильтром ПЧ, гетеродин и усилитель высокой частоты. Получается так,
что радиоприемник изготавливается «начиная с конца». Изготовление
радиопередатчика всегда начинается с изготовления и проверки работоспособности
задающего генератора, т.е. «с начала».
Дальнейшее описание
конструкций различных блоков будет проводиться как раз в соответствии с
приведенным выше порядком изготовления блоков для радиоприемника и радиопередатчика.
Монтаж УКВ аппаратов
Монтаж радиоаппарата
подразумевает соединение, в соответствии с принципиальной электрической схемой,
отдельных радиодеталей в готовое изделие. Существуют специальные правила
монтажа каждого типа радиодеталей, с которыми можно познакомиться либо в
технических условиях на этот тип деталей, либо в радиолюбительской справочной
литературе. В этой книге я не буду касаться правил монтажа различных
радиокомпонентов, а только очень коротко сообщу об общих моментах и способах монтажа
радиодеталей в любительских условиях
Объемный монтаж
Самым первым из освоенных
людьми видом монтажа радиоаппаратов был так называемый «объемный монтаж». При
этом способе монтажа основой конструкции является металлический корпус,
разделенный многочисленными экранными перегородками. Экранные перегородки
отделяют (экранируют) электрически один каскад от другого с целью
предотвращения взаимных наводок.
При объемном монтаже детали
крепятся методом пайки к специальным, изолированным от корпуса, стойкам. Зачастую
в качестве таких стоек может употребляться и резистор и конденсатор, один из
выводов которого припаян к корпусу.
Связь между каскадами
осуществляется изолированными проводами через специальные отверстия в экранных
перегородках. Подвод питания к каскадам всегда выполняется через так называемые
«проходные конденсаторы», которые вставляются в отверстия перегородок и
крепятся винтовыми соединениями.
Среди радиолюбителей иногда
применяется способ выполнения объемного монтажа на пластинках из органического
стекла (плексигласа). В этом случае для всех каскадов, расположенных в одном из
отсеков корпуса, вырезается одна общая
пластинка из оргстекла. На эту пластинку методом горячего вдавливания крепятся
стойки из проволоки. Делается это так. Берется отрезок медного луженного провода и горячим жалом паяльника конец этого
отрезка вдавливается на 2…2,5 мм в пластину. После остывания получается
приличная стойка с двумя концами, подготовленная для припаивания к ней
радиодеталей.
Несмотря на то, что сейчас
мода на такой вид монтажа давно прошла, знать и применять его в обоснованных
случаях даже необходимо.
Монтаж на фольгированном материале
Основной метод
применяющегося в настоящее время монтажа радиоаппаратов связан с применением фольгированного материала. Бывает фольгированный
гетинакс, текстолит, стеклотекстолит и прочие
материалы, включая керамику. Фольгирование бывает и
односторонним и двухсторонним. В промышленности на пластинку из фольгированного материала фотографическим методом или
штампом наносится специальный состав, который укрывает токоведущие дорожки на
этой плате (пластине). Поэтому такие пластины называются «печатными платами».
Пример такой печатной платы вы можете увидеть на рис. 9.6 и
рис. 9.12.
После высыхания краски
пластины опускаются в раствор кислоты, где происходит вытравливание
незащищенных краской участков фольги. Затем плата промывается от кислоты,
удаляется специальная краска с токоведущих участков платы и выполняется лужение
всех токоведущих участков платы.
Мною упущен еще один важный
момент. Дело в том, что радиодетали в прежних конструкциях плат располагались
с противоположной от токоведущих дорожек
стороны. Для выводов этих всех радиодеталей в плате просверливались сотни
отверстий малого диаметра. Все эти отверстия проходили процесс металлизации т.е. на поверхности стенок отверстий наносился
слой меди. Потом вся плата подвергалась лужению, в том числе и стенки всей
массы отверстий.
Если в производственных
условиях, на автоматических линиях весь этот процесс был оправдан, то в радиолюбительских
условиях копировать производственный цикл было бессмысленно. Несмотря на это и
сейчас еще имеются радиолюбители, которые травят платы, сверлят вручную сотни
отверстий, превращая себя из радиолюбителей-конструкторов в радиоремесленников.
Платы должны
изготавливаться радиолюбителем таким образом, чтобы радиодетали крепились к
платам со стороны фольги. При этом нельзя допускать никакого процесса
вытравливания платы кислотой! Токоведущие участки платы должны отделяться один
от другого узкими дорожками, прорезанными ножом-резаком. При таком методе на
изготовление платы уходит гораздо меньше времени, монтаж получается с хорошим
качеством припаивания деталей непосредственно к токоведущим частям платы.
Многие радиолюбители уже с
70-х годов прошлого столетия работают с такими платами. С. Г. Жутяев [1] в эти годы разработал систему монтажа деталей на
«пятачках». Смысл этого способа монтажа заключается в том, что в фольге,
покрывающей плату, специальным циркулем-резаком делается кольцевая канавка,
отделяющая маленький «пятачок» от остальной фольги. К этому пятачку затем, как
при объемном монтаже к стойкам, крепятся радиодетали. Кроме того, Сергей
Георгиевич применил в разработанных им радиостанциях вместо цилиндрических
катушек специальные индуктивные контуры, расположенные параллельно плате на
расстоянии 2..3 мм от неё. Применение этих контуров позволило избавиться
от экранирующих перегородок.
Монтаж на
металлическом основании
Очень часто радиолюбителю
приходится изготавливать различные аппараты только для того, чтобы проверить
какую то возникшую вдруг идею или нет под руками нужного куска фольгированного материала. Мною в таких случаях применяется
«монтаж на квадратиках». Для этого вида монтажа берется кусок белой жести
(например, от банки из-под сгущенного молока), тщательно выпрямляется,
обрезается под нужный размер и обезжиривается ацетоном. Затем из старых плат
вырезаются маленькие квадратика размером, примерно, 5×5 мм. Иногда чуть больше, иногда
– чуть меньше. Фольгированная сторона такого
квадратика подвергается лужению, а обратная сторона слегка обрабатывается
наждачной шкуркой для придания шероховатости. Это нужно для надежного
приклеивания.
Предварительно на листе
бумаги делается рисунок расположения деталей на плате. В соответствии с этим
рисунком в местах крепления деталей на плату приклеиваются заготовленные
квадратика. Для приклеивания квадратиков следует использовать клей марки БФ.
Подойдет и БФ-2, и БФ-4, и БФ-6. Этот клей хорош тем, что сразу же после
приклеивания квадратика, к нему можно припаивать выводы деталей.
Метод монтажа
радиокомпонентов на основании из белой жести очень удобен при работе с
цифровыми микросхемами. Микросхема (например, типа К561) кладется на основание
выводами вверх. Возле подлежащих заземлению выводов микросхемы к основанию
припаиваются небольшие отрезки медной луженой
проволоки диаметром 0,4…0,6 мм и требующие заземления выводы микросхемы
припаиваются к этим отрезкам проводов. Получается очень надежное крепление
микросхемы к основанию. Возле вывода микросхемы, к которому подводится питание приклеивается квадратик или полоска из фольгированного материала. В дальнейшем эта полоска будет
являться шиной подвода питания к нескольким микросхемам. Выводы микросхем между
собой соединяются (в соответствии со схемой) небольшими (15…30 мм)
отрезками тонкого изолированного провода типа ПЭЛ 0,3 или аналогичного. Концы
этих отрезков на длине примерно 5 мм очищаются от эмали и подвергаются
лужению. В последствии такой конец отрезка обматывается один или два раза
вокруг ножки вывода микросхемы и припаивается легким касанием жала нагретого
паяльника. Все получается и удобно и красиво и компактно. Не было ни одного
случая замыкания в таких соединительных и изолированных эмалью проводниках.
Только не забывайте перед такого рода монтажом возле
вывода №1 микросхемы поставить опознавательный знак в виде точки. Такой знак можно сделать или
клеем или лаком (например, лаком для маникюра).
Как говорится в народе
«голь на выдумку хитра». Что поделаешь, если нет фольгированного
материала в достаточном количестве?
Глава 1.
Блоки усилителей низкой частоты
Усилители мощности НЧ
Любительские конструкции различнейших вариантов усилителей мощности НЧ можно найти в
любом радиолюбительском справочнике и различных радиолюбительских журналах,
таких как журналы «Радио», «Радиомир. КВ и УКВ», «Радиолюбитель» и многих других. Так что у
радиолюбителя имеется огромный выбор различных вариантов УНЧ, на любой вкус.
В этой книге я приведу
описания тех конструкций, которые сам опробовал и использовал в своей
радиолюбительской практике.
Начинающим радиолюбителям
следует помнить, что для любительских радиостанций нет необходимости
использовать в качестве УНЧ высококачественные блоки с огромной полосой
пропускания для звуковых частот. Для связного приемника необходимая полоса
пропускания сигналов НЧ составляет 300 …
3000 Герц. Этой полосы пропускания вполне достаточно и для качественного
приема сигналов человеческими органами слуха и для работы аппаратов цифровой
связи. Все частоты, находящиеся выше или ниже указанного диапазона принесут
только вред.
УНЧ на
микросхеме К174УН7
Микросхемы серии К174
предоставляют радиолюбителю большой выбор различных радиоконструкций. К174УН7 представляет собой усилитель НЧ
со следующими параметрами:
q
Напряжение
питания 15 В;
q
Номинальная
выходная мощность 4,5 Вт;
q
Коэффициент
гармоник для выходной мощности 0,05 Вт составляет 2%, для 4,5 Вт – 10%;
q
Полоса частот
от 40 до 20000 Гц;
q
входное
сопротивление 50 кОм;
q
сопротивление
нагрузки 4 Ома;
q
коэффициент
усиления 40 дБ;
q
максимальное
амплитудное значение тока в нагрузке
1,75 А;
q
максимальное
амплитудное значение выходного напряжения 2 В;
q
допустимое
постоянное напряжение на выводе 7
составляет 15 В;
q
допустимое
постоянное напряжение на выводе 8 от минус 0,3 до 2 В;
q
недопустимо
подавать внешнее постоянное напряжение на выводы 5, 6, 12.
Микросхему необходимо ставить на теплоотвод – охладитель.
На рис. 1.3. приведена
принципиальная электрическая схема УНЧ, выполненного на микросхеме К174УН7.
Рис. 1.3. УНЧ на микросхеме К174УН7
Следует учитывать, что
усилитель имеет широкую полосу пропускания звуковых частот. Поэтому на входе
усилителя непременно должен быть установлен фильтр нижних частот. Кроме того,
погасить усиление высоких частот можно подбором корректирующих конденсаторов и
резисторов. Можно значительно увеличить чувствительность УНЧ, если увеличить
резистор R2 до величины 120 Ом..
Усилитель практически не
требует никакой наладки. Впоследствии, после полного изготовления всего
радиоприемника с этим УНЧ, можно будет попробовать изменить выходную частотную
характеристику подбором величин корректирующих конденсаторов и резисторов (если
это будет необходимо!).
Следует помнить, что в
серии К174 имеются и другие микросхемы усилителей НЧ.
УНЧ на
транзисторах – вариант 1
Для любителей работать с
транзисторами старых марок привожу испытанную схему простого УНЧ на транзисторах,
изображенную на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Возможный вариант УНЧ на транзисторах
Чувствительность усилителя
по входу составляет примерно 0,25В, так что для
нормальной работы этого усилителя в составе радиоприемника требуется между
детектором и этим усилителем установить еще один усилитель НЧ, так называемый
«предварительный УНЧ». Предварительный УНЧ должен усиливать сигналы, полученные
от детектора, до величины 0,25В.
Выходная мощность усилителя
примерно 2 Вт, коэффициент гармоник не более 3%, на выход должен подключаться
громкоговоритель с сопротивлением 5 … 8 Ом.
Стабилизация режима
выходного каскада осуществляется с помощью диода VD1. Диод следует подбирать по критерию получения как
можно меньших искажений при малом сигнале на входе. Можно пробовать диоды Д18,
Д310 и другие, при этом следует помнить непременное требование: замену
диода можно проводить только при выключенном питании.
Усилитель может работать и
при более низком напряжении питания. При напряжении питания 9В и сопротивлении
катушки громкоговорителя 8 Ом выходная мощность составит примерно 1 Вт, при
напряжении питания 6В – примерно 0,5 Вт.
Настройка осуществляется
подбором резисторов R1 и R9 таким образом, чтобы величина напряжения на
положительном электроде конденсатора С4 была равна половине
напряжения питания. При этом величина тока в режиме молчания через транзисторы VT4 и VT5 должна быть
в переделах 2…3 мА.
Точно по этой же схеме
можно сделать УНЧ и на современных
транзисторах.
УНЧ на
транзисторах – вариант 2
На рис. 1.5 приведена принципиальная электрическая схема еще одного варианта транзисторного УНЧ. Эта схема аналогична схеме УНЧ в разработанной Я. С. Лаповком конструкции базового приемника КВ радиостанции. В данной схеме, по сравнению с аналогом, применены другие транзисторы.
Рис. 1.5. УНЧ на транзисторах
Настройка УНЧ заключается в
подборе резистора R1 до такой величины, чтобы на
положительном электроде транзистора С4 (в общей точке
для транзисторов VT3 и VT4) величина напряжения составляла половину от
напряжения питания.
Также,
как и предыдущий УНЧ, этот
усилитель нуждается в дополнительном (предварительном) усилителе.
Предварительные усилители НЧ
Предварительный
усилитель на транзисторах
В бытовых радиоприемниках
предварительные НЧ усилители обычно дополняют функциями корректирования
звуковых частот. В радиоприемниках для связи
необходимости в таком корректировании нет, т.к. диапазон воспроизводимых
УНЧ связного приемника не должен выходить за пределы диапазона 300 … 3000 Гц. Поэтому
схемы предварительных усилителей могут быть очень простыми. На рис. 1.6
изображена принципиальная схема простого, но достаточно эффективного в работе
транзисторного предварительного усилителя НЧ. Схема представлена в двух
исполнениях, которые различаются только примененными транзисторами.
Рис. 1.6. Один из вариантов предварительного
УНЧ
Настройка УНЧ заключается в
подборе величины резистора R2 до такой
величины, при которой в режиме молчания величина падения напряжения на
резисторе R4 составит равно половину от
величины напряжения питания. Иными словами, напряжение на коллекторе
транзистора VT2 должно быть равно половине
напряжения питания.
Предварительные УНЧ на
микросхемах
Как правило, разработчик
нового радиоприемника стремится так распределить суммарное усиление между каскадами радиоприемника, чтобы наибольшая
доля усиления приходилась на усилители ПЧ и УНЧ. Поэтому оправдано
стремление радиоконструктора создать УНЧ с
максимально возможным усилением. Решить подобную задачу можно с помощью предусилителей НЧ, выполненных на операционных усилителях.
На рис. 1.7 изображена одна из возможных схем предусилителя
НЧ на операционном усилителе типа К140УД6. Можно использовать также К140УД7,
К140УД12 и другие.
Рис. 1.7. Предусилитель
на К140УД6
Коэффициент усиления
изображенного на рис. 1.7 усилителя равен отношению суммы величин (R5+R6) к величине
сопротивления резистора R1. Например,
если суммарная величина сопротивлений R5 и R6 будет составлять 50 Ом, а величина сопротивления
резистора R1 будет равна 10 Ом, то
коэффициент усиления будет равен 10.
Настройка усилителя
заключается в подборе наиболее удобной величины сопротивления переменного
резистора R5. Собственно говоря, переменный
резистор здесь не нужен. Подбор можно осуществлять различными резисторами с
постоянной величиной сопротивления.
На рис. 1.8 изображена
схема предварительного усилителя на микросхеме К548УН1. Эта микросхема
представляет собой два одинаковых малошумящих УНЧ.
Рис. 1.8. Усилитель на микросхеме К548УН1
На рис. 1.8
представлена схема предварительного усилителя на ИС типа К548УН1. Параметры
усилителя зависят от глубины ООС, которая определяется соотношением
сопротивлений резисторов R1 и R3. При значениях сопротивлений, указанных на схеме,
усилитель характеризуется следующими параметрами:
q
коэффициент
усиления напряжения 100 (равен отношению сопротивлений R1/R3),
q
входное
сопротивление равно 300 кОм,
q
выходное – не более 1 Ом,
q
наивысшая рабочая
частота не менее 100 кГц,
q
коэффициент
гармоник на частоте 1 кГц при сопротивлении нагрузки 10 кОм не более 0,05 %,
q
коэффициент шума
(измеренный в полосе частот до 23 кГц при сопротивлении источника сигнала 10
кОм) не более 2.
Если повысить коэффициент усиления напряжения
до 1000, наивысшая рабочая частота уменьшается примерно до 20 кГц, а
коэффициент гармоник повышается до 0,1 %. Корректирующий конденсатор Cк
включают, если необходимо ограничить диапазон рабочих частот. Показанные в
круглых скобках выводы микросхемы относятся к второму
усилителю, расположенному в этом же корпусе.
Вариант комбинированного УНЧ
На рис. 1.9 изображена
принципиальная электрическая схема усилителя НЧ, который включает в себя
предварительный усилитель на операционном усилителе К140УД6 и усилитель
мощности на 5 транзисторах.
Рис. 1.9. Схема комбинированного УНЧ
Особенностью транзисторного усилителя
мощности является то, что этот усилитель предназначен
для работы в режиме класса АВ, который характеризуется малыми линейными
искажениями. При указанных на схеме величинах радиодеталей, УНЧ обеспечивает
выходную мощность порядка 1 Вт и имеет к.п.д. около 60%. Входное сопротивление
– около 300 Ом, выходное – 10… 20 Ом. Настройка транзисторного усилителя
мощности осуществляется подбором величины резистора R8 до такой величины, при которой напряжение в точке соединения коллекторов
транзисторов VT4 и VT5 станет равным (в режиме молчания) ровно половине напряжения питания.
Каскад на операционном усилителе особенностей не имеет.
Фильтры НЧ
Как уже было сказано при рассмотрении блок-схемы приемника, после
выполнения процесса детектирования нужно очистить полученный сигнал от
присутствующих в нем побочных частот, т.е. необходима фильтрация сигнала. После
детектирования в сигнале непременно присутствуют как высокие (выше 3000 Гц),
так и низкие (ниже 300 Гц) побочные результаты детектирования и различные наводки,
например, сигналы с частотой 50 Гц от источника питания. Кстати, от источника
питания при плохой фильтрации могут наводиться частоты и 100 Гц и 200 Гц – это
более высокие гармоники от частоты электрической сети 50 Гц.
Фильтровать сигнал по ходу
его преобразования в приемнике приходится несколько раз, но в этой главе
рассматриваются конструкции низкочастотных каскадов и рассмотрим конструкции
полосовых НЧ фильтров.
Основная фильтрация сигнала
после детектирования должна осуществляться фильтрами нижних частот (ФНЧ).
Международный стандарт устанавливает верхнюю граничную частоту телефонного
канала 3400 Гц, что обеспечивает хорошую разборчивость речи. Улучшая
помехоустойчивость и селективность приемников, любители довольствуются более
узкой полосой с верхней граничной частотой 2700…3000 Гц.
Простейший ФНЧ,
устанавливаемый на выходе детектора или последнего (телеграфного) смесителя
приемника или трансивера, целесообразно выполнить на LC элементах по так называемой П-образной
схеме рис. 1.10.
Рис. 1.10. Простейший ФНЧ
По моему мнению, это самый
эффективный из подобных фильтров и может с успехом применяться даже в
приемниках прямого преобразования.
Потери, вносимые фильтром,
пренебрежимо малы, селективность его составляет 23 дБ на удвоенной частоте
сигнала среза и 32 дБ на
утроенной частоте этого сигнала. Для больших расстроек
она равна 60 дБ на декаду (десятикратное увеличение частоты). Соотношения между
элементами фильтра определяются формулами: C1 = C2 = 1/2πfcR, L1 = R/πfc,
где fc – частота среза. Сопротивлением R1 обычно служит входное сопротивление УНЧ. Значения L и C достаточно
выдержать с точностью 10 %, поэтому настройки фильтр не требует.
В.Т.Поляков в [5]
рекомендует создавать небольшой подъем в области верхних частот звукового
спектра. Он считает, что такой подъем полезен для улучшения разборчивости,
поэтому целесообразно рассчитывать фильтр на сопротивление в 1,5…2 раза меньше
реального нагрузочного. Типовые значения элементов для fc = 3 кГц таковы: C1 = C2 = 0,05
мкФ, L1= 0,1Гн, R = 1…2 кОм. Катушка наматывается на кольцевом магнитопроводе К16×8×4 из феррита 2000НМ и
содержит 260 витков любого подходящего изолированного провода. Тороидальные катушки хороши тем, что мало подвержены
посторонним магнитным наводкам и чаще всего не требуют экранировки.
Выполнить расчет любых
элементов колебательного контура поможет вам программа INDUKTIW, которую можете взять в Интернете на сайте по адресу:
Индуктивностью фильтра
может служить и одна из обмоток миниатюрного трансформатора от портативных
преемников, лучше всего подходит первичная обмотка выходного трансформатора.
Фильтровать частоты ниже
300…400 Гц обычно нет необходимости – эту роль выполняют
разделительные конденсаторы в УНЧ, емкость которых выбирается из условия C = 1/2πfнR, где fн –
нижняя частота звукового спектра, R
– входное сопротивление следующего за разделительным конденсатором
каскада.
Если у вас в данный момент
нет подходящего размера катушки индуктивности для изготовления фильтра, то
отчаиваться не следует. Вместо катушки L1 (рис. 1.10) впаяйте резистор на 300 … 800 Ом.
При этой замене фильтрация будет несколько хуже, но работоспособность приемника
не пострадает. В некоторых случаях величину этого резистора можно увеличить до
3 кОм.
Вместо заключения
В радиолюбительской
практике применяется огромное количество самых разнообразных схем. Каждый из
нас использует в своей практике те
схемы, которые для него являются более удобными по имеющемуся набору
деталей, или по каким – то иным, только ему понятным принципам. В этой книге я
буду приводить те схемы, которые использую в своей практике. Кому – то они
понравятся, кому – то нет. Мне совсем не думается, что выбранные мною схемы
являются лучшими. Наверняка есть и более удобные схемы на современных
радиокомпонентах. Ищите то, что вам будет
по душе.