Г.Тяпичев
«Как построить УКВ радиостанцию». Глава 11.
Глава 11. УКВ ЧМ радиоприемники
Простой приемник для диапазона 145 МГц
УКВ приемник для диапазона 432 МГц
Глава 11. УКВ ЧМ радиоприемники
В первой части этой книги
вы познакомились со всеми основными составными частями любого УКВ приемного или
передающего аппарата. Следующим этапом освоения процесса создания в домашних
(любительских) условиях УКВ аппаратов нужно научиться своими
руками создавать эти аппараты.
В этой главе мною приведены
принципиальные электрические схемы простых радиоприемников, которые могут быть
самостоятельно изготовлены радиолюбителями, начинающими осваивать УКВ, из
описанных ранее блоков. На рис. 11.1 представлена блок – схема каждого из
описанных ниже радиоприемников.
Рис. 11.1. Блок – схема радиоприемника
Блок 1 – это усилитель
высокой частоты (УВЧ), блок 2 – смеситель сигналов ВЧ, блок 3 – многокаскадный
гетеродин, блок 4 – дополнительный каскад усиления промежуточной частоты, блок
5 – ЧМ радиоприемник на МС К174ХА34, блок 6 – усилитель сигналов низкой частоты
(УНЧ), Гр – громкоговоритель.
В качестве блока 6
рекомендую использовать УНЧ, выполненный на микросхеме К174УН7, описанный в главе 1, или аналогичный на К174УН4.
МС К174ХА34, обозначенная как блок 5, описана в главе 2. Можно также в
качестве блока 5 использовать МС К174ХА42, описание которой находятся в конце
этой главы. Можно использовать и другие простейшие УКВ ЧМ приемники, например,
простой УКВ приемник с ФАПЧ, схема которого показана на рис. 2.7.
Блок 4 не является
обязательным.
Блоки 1, 2 и 3 во всех
описанных ниже радиоприемниках объединены в одно устройство, которое называется
«УКВ конвертер». В приведенных ниже описаниях всех УКВ ЧМ радиоприемников
изменяется только схема УКВ конвертера.
Всегда нужно помнить
основное правило – начинать освоение любого дела следует с самого простого
варианта. Самым простым УКВ ЧМ радиоприемником может быть приемник, сделанный
на базе микросхемы К174ХА34 (TDA 7021). Если
у вас нет никакой возможности приобрести эту микросхему, то начинать следует с
простого УКВ ЧМ радиоприемника с ФАПЧ (рис. 2.7).
Всегда нужно помнить и еще
одно правило – прежде чем начать изготовление УКВ приемника или УКВ конвертера
следует решить вопрос о том, какой генератор вы будете использовать для точной
настройки приемника на нужный диапазон частот.
Самый простой радиоприемник
Самый простой УКВ
радиоприемник можно создать с использованием только одной микросхемы К174ХА34 (TDA 7021).
На этой микросхеме можно
собрать УКВ ЧМ радиоприемник с отличным качеством сигнала, на который можно
будет принимать не только местные, но и достаточно удаленные радиостанции.
Если делать УКВ
радиоприемник только на одной микросхеме, то вы можете получить аппарат с следующими параметрами.
q
Напряжение
питания, В ………………………. 3…4
q
Чувствительность
(не хуже), мкВ/м ………….. 5
q
Потребляемый ток
(не более), мА ……………. 6
q
Сопротивление
нагрузки (не менее), Ом …….. 8
q
НЧ напряжение на
выходе, мВ ……………….. 300
q
Отношение
сигнал/шум (не менее), дБ ………. 40
Для начала сделаем на этой
МС УКВ ЧМ радиоприемник для приема сигналов вещательных радиостанций,
работающих в диапазоне частот 65…74 МГц (или 88…108 МГц, на ваше
усмотрение).
Выбор этих широковещательных
УКВ диапазонов выбран по той причине, что сигналы работающих здесь станций
очень громкие и отпадает необходимость в создании специального генератора
сигналов для настройки приемной аппаратуры на
диапазон. Для начинающего создателя УКВ приемной аппаратуры это очень
важно.
Из материала в главе 2 этой книги и рис. 2.8
вы уже имеете представление о том, что МС 174ХА34 содержит в своем составе
гетеродин, усилитель ПЧ, частотный детектор с ФАПЧ и предварительный усилитель
НЧ.
Схема простейшего УКВ ЧМ
радиоприемника на частоты диапазона 65…74 МГц (или 88…108 МГц) показана на
рис. 11.2.
Рис. 11.2. Схема простейшего УКВ ЧМ приемника
Если вы сравните схему,
изображенную на рис. 2.8 со схемой рис. 11.2, то заметите, что это
практически одна и та же схема, различия не существенны. Рассмотрим подробнее
работу схемы простейшего УКВ ЧМ радиоприемника.
Питание микросхемы
осуществляется с помощью простого стабилизатора, выполненного на транзисторе VT1. В данном варианте применен стабилитрон из числа
тех, что имелись на тот момент у автора. Вместо стабилитрона VD1 типа Д814 можно поставить любой другой стабилитрон,
рассчитанный на меньшую величину напряжения. Можно вообще стабилитрон заменить
цепочкой из двух или трех диодов типа Д220. При этом диоды должны включаться в
противоположной полярности. Главное заключается в том, чтобы подобрать резистор
R2 такой величины, чтобы на этом резисторе был погашен
весь избыток напряжения, и чтобы на микросхему было подано не
более +3,5В. Подбирать величину резистора R2 нужно начиная с большого номинала. Можно сделать
стабилизатор на микросхеме КР1157УР501 или аналогичной.
Контур гетеродина
включается между источником питания и выводом 5 микросхемы.
На схеме показано, что
контур гетеродина настраивается конденсатором переменной емкости С7. Это один из возможных вариантов, недостатком которого
является то, что ручку настройки С7 нужно каким-то
удлинителем выводить на переднюю панель приемника. Если у вас имеется варикап
типа КВ109В, то очень просто можно сделать электронную настройку на частоты
принимаемых радиостанций. Схема простой электронной настройки показана на
рис. 11.3
Рис. 11.3. Схема электронной настройки
На рис. 11.3 показаны
два возможных варианта выполнения электронной настройки. Первый вариант
является основным, и только в том случае, если у вас нет варикапа, то можно
пойти на выполнение второго варианта. Диоды VD1 и VD2 следует
подбирать по наибольшей ширине диапазона настройки.
Рассчитать элементы
электронной настройки вам поможет графическая зависимость величины емкости (в
пФ) в точке соединения диодов VD1 и VD2 от величины поданного от резистора R3 напряжения (в В). Кривая
на графике рис. 11.4 как раз и показывает эту зависимость.
Рис. 11.4. График зависимости емкости диодов от
напряжения
Мною проведены
несколько экспериментов с различными парами диодов типа Д220 и Д223.
Эксперименты проводились на испытательном министенде, схема которого показана на рис. 10.15. Во
всех случаях зависимость, показанная на рис. 11.4 практически оставалась
неизменной. Так что емкость пары диодов изменяется в пределах от 35 до 150 пФ только при
изменении подаваемого на эту пару диодов напряжения в пределах от нуля до
0,6 В.
Регулировать величину
емкости, подаваемой в контур при электронной настройке можно изменением емкости
С1. Рассчитать
величину емкости С1, подключаемой
последовательно с емкостью диодов, можно
с помощью программы INDUKTIW (см. Приложение 3).
В случае подключения
электронной настройки, конденсатор С7 будет служить
для установки верхней частоты диапазона.
Катушка L1 может иметь 10…12 витков для диапазона частот
65…74 МГц, а для диапазона 88…108 МГц L1 должна иметь 5…8 витков. В обоих случаях катушка L1 наматывается проводом ПЭЛ 0,5 на оправке диаметром
3,5 мм. Оправкой может служить хвостовик сверла Ø 3,5 мм.
После намотки катушка растягивается в длину таким образом, чтобы между витками
был зазор в 1 мм.
К выводам 12 и 13
микросхемы через конденсаторы С8 и С9 включается
контур входного сигнала L2C5. На этот контур через катушку связи подается сигнал
от антенны или от предварительного усилителя высокой частоты. Катушка L1 может иметь 5…8 витков для диапазона 65…74 МГц
и 4…6 витков для диапазона 88…108 МГц. Катушка наматывается на оправке
Ø 3,5 мм проводом ПЭЛ 0,5. Контур L2С5 подстраивается конденсатором С5 на середину
нужного вам диапазона. После намотки катушка растягивается в длину таким
образом, чтобы между витками был зазор в 1 мм.
Катушка связи L3 в любом варианте имеет 3 витка и намотана поверх
катушки L2 (точно по центру L2). Провод может быть ПЭЛ 0,3.
Выход сигнала к усилителю
низкой частоты производится от вывода 14 микросхемы через конденсатор С11 и
переменный резистор R1. К этому выходу могут быть
подключены головные телефоны (наушники). Если вам необходим громкоговорящий
прием сигналов радиостанций, то необходимо сделать дополнительный УНЧ. Это
может быть УНЧ по схеме рис. 1.3 или рис. 1.4. Или любой другой УНЧ.
Настройка устройства может
быть выполнена следующим образом. Контур L2C5 отсоединить
от конденсаторов С8 и С9. Свободный вывод конденсатора
С9 соединить с корпусом, а через конденсатор С8 подать
на вывод 12 микросхемы ЧМ сигнал необходимой частоты. Если генератора на нужную
частоту нет, то к конденсатору С8 нужно подсоединить или внешнюю УКВ антенну
(можно телевизионную) или просто длинный провод, который будет служить антенной
для приема сигналов местных вещательных радиостанций нужного диапазона. Подстройкой конденсатором С7
следует добиться появления отдетектированного НЧ
сигнала на выходе резистора R1. В случае
необходимости нужно установить параллельно L1 дополнительный конденсатор или изменить число витков
катушки L1.
После настройки контура
гетеродина, подключается входной контур L2С5 и он
настраивается по максимуму сигнала на выходе. При этом сигнал с нужной частотой
подается на катушку L3 через конденсатор очень малой
емкости. В конечном варианте к катушке L3 подсоединяется антенна, предназначенная для приема
сигналов в нужном диапазоне частот.
Пример расчета электронной настройки
Для расчета элементов
контура гетеродина представим, что нам необходимо выполнить электронную
настройку в пределах любительского диапазона 142…146 МГц. В качестве
варикапа будет использоваться система из двух диодов типа Д220. Будем считать,
что нами так подобраны величины сопротивлений дополнительных резисторов, что на
диоды будет подаваться напряжение от 0,1 до 0,4 В,
что будет соответствовать емкостям от 50 до 140 пФ.
Запускаем программу INDUKTIW2 и на первой страничке этой программы вводим в
соответствующие окна редактирования среднюю частоту диапазона 145 МГц и
примерную величину емкости контура 15 пФ. Нажимаем на клавишу «Выполнить
расчет» и получаем необходимые величины, в том числе и главную для нас величину
индуктивности контура на средней частоте (0,08 мкГн).
Далее нажимаем клавишу
«Запомнить индуктивность». Здесь имеется в ввиду, что нужно запомнить индуктивность контура на средней
частоте диапазона, с которой будем далее иметь дело. В нижнем окне
редактирования появляется занесенная в память величина индуктивности
0,08 мкГн.
Определяем минимальную емкость
контура гетеродина, соответствующую самой высокой частоте диапазона
146 МГц. Для этого вводим в окно редактирования новое значение частоты
(146 МГц), очищаем окно с
индуктивностью и нажимаем клавишу «Выполнить расчет». В результате этого
действия нами получено новое значение индуктивности контура, которое будет
соответствовать верхней частоте диапазона. Нажимаем клавишу «Расчет емкости» и
записываем на листок бумаги полученную величину минимальной емкости контура
14,8 пФ.
Определяем максимальную
емкость контура, соответствующую самой низкой частоте диапазона 144 МГц.
Вводим в окно редактирования новое значение частоты (144 МГц), очищаем окно с индуктивностью и нажимаем
клавишу «Выполнить расчет». В результате этого действия нами получено новое
значение индуктивности контура, которое будет соответствовать нижней частоте
диапазона. Нажимаем клавишу «Расчет емкости» и записываем на листок бумаги
полученную величину максимальной емкости контура 15,2 пФ.
Теперь переходим на шестую
страничку программы, которая называется «Конденсатор». Здесь мы должны
определить величину емкости конденсатора С3, подключаемого последовательно с
емкостью электронной настройки С1. Емкость С3 должна
быть такой величины, чтобы обеспечить электронную перестройку частоты в
пределах 15,2 – 14,8 = 0,4 пФ.
Вводим в соответствующие
окна редактирования конденсатора С1 величины
минимальной (50 пФ) и максимальной
(140 пФ) емкостей. В окно для емкости С2 вводим
цифру 0, в окно для С2 вводим какую то величину, например, 10. Нажимаем клавишу
«Выполнить расчет» и получаем величины
минимальной и максимальной емкостей итоговой емкости С0
8,333 и 9,333 пФ. Если найти разность этих величин, то получим 9,333 –
8,333 = 1,0 пФ, что значительно больше необходимой нам величины
0,4 пФ. Этот вариант не походит,
нужно попробовать другую величину емкости С3.
Вводим величину С3 равную
5, после нажатия клавиши «Выполнить расчет» получаем величины 4,545 и 4,828 пФ.
Находим разность 4,828 – 4,545 = 0,282 пФ. Эта величина много меньше необходимой. Пробуем ввести С3 = 7, получаем величины 6,667
и 6,14 пФ. 6,667 – 6,14 = 0,527 пФ. Это уже близко к нужной величине, но все
еще великовато. Пробуем ввести С3 = 6 и получаем
величины 5,357 и 5,753 пФ. Находим разность 5,573 – 5,357 = 0,396 пФ. Это почти
хорошо, можно на величине С3 = 6 пФ и
остановиться, а можно уже без дальнейших расчетов принять С3 = 6,5 пФ.
В заключении расчета определяем величину емкости дополнительного
конденсатора, который будет подключен параллельно катушке гетеродина совместно
с емкостью электронной настройки. Ранее было определено, что параллельно
катушке гетеродина должна быть подключена переменная емкость от 14,8 до
15,2 пФ. Если из 14,8 вычесть минимальную емкость электронной настройки
5,357, то получим величину 14,8 – 5,357 = 9,443 пФ. Такую величину емкости
может обеспечить подстроечный конденсатор емкостью
4…15 пФ.
Расчет контура гетеродина с
электронной настройкой выполнен. Точно по такой же методике можно выполнить
расчет и для любого варикапа.
Другой вариант МС К174ХА34
Имеющиеся у меня экземпляры
микросхемы TDA 7021 содержат по 16 выводов. В
то же время имеется информация о том, что микросхемы К174ХА34 имеют по 18
выводов. В этом случае, естественно, назначение выводов будет различаться.
На рис. 11.5 привожу
схему аналогичного УКВ приемника, но выполненную на микросхеме с 18 выводами.
Рис. 11.5. Другой вариант схемы
Радиоприемник, собранный
по схеме
рис. 11.5 имеет точно такие же параметры, как и радиоприемник по
предыдущей схеме. Параметры катушек индуктивности полностью совпадают.
Простой
приемник для диапазона 145 МГц
МС К174ХА34 нормально
работает на УКВ вещательном диапазоне 88…108 МГц. Вполне возможно, что ваш
экземпляр этой микросхему будет так же хорошо работать и на частотах
любительского диапазона 145 МГц. В этом случае вы сможете стать
обладателем самого простого ЧМ приемника на этот диапазон. Попробуйте!
Если этот вариант у вас
получится, то для улучшения чувствительности приемника на его вход можно
подключить преселектор для 145 МГц, схему
которого можно найти в главе 6. Более
полное описание этого аппарата можно взять в Интернете на сайте по адресу http://r3xb-tga.narod.ru/ в разделе «Модемы».
Простой УКВ ЧМ
радиоприемник для частот любительского диапазона 145 МГц можно создать
также с помощью бытового радиоприемника с УКВ диапазоном. Для этого
дополнительно к бытовому приемнику с УКВ диапазоном, который становится
базовым, нужно сделать конвертер, который мог бы сигналы диапазона 145 МГц
переносить на частоты базового приемника. Это может быть конвертер, схема
которого приведена на рис. 6.10 (или на рис. 6.9). Затруднения могут
быть при этом у начинающих с выбором необходимого кварцевого резонатора.
Попробуем вместе разобраться с этой проблемой.
Итак, мы имеем базовый УКВ
ЧМ радиоприемник на диапазон 65…74 МГц и горим желанием сделать к этому
радиоприемнику конвертер на диапазон 144…146 МГц. Стоит задача выбора
схемы конвертера и кварцевого резонатора для гетеродина конвертера. Схему
конвертера необходимо выбирать ориентируясь на
имеющиеся в наличии транзисторы, потому что конвертеры по указанным выше двум
схемам работают практически одинаково.
Для выбора кварцевого
резонатора проведем простейший расчет частоты сигнала на выходе гетеродина
конвертера. В расчете будем использовать
среднюю частоту нужного нам диапазона 145 МГц.
В этом случае частота на
выходе кварцевого гетеродина конвертера должна быть в пределах (145 – 65 = 80
МГц, 145 – 74 = 71 МГц) от 71 до 80 МГц. Если в генераторе использовать третью
гармонику, то кварц должен быть в пределах (71 : 3 =
23,6 МГц, 80 : 3 = 26,6 МГц) от 23,6 до
26,6 МГц. Если у вас имеется кварцевый резонатор
на какую либо частоту в указанных пределах, то это просто замечательно. На
таком кварце можно сделать очень простой гетеродин. Если такого кварца нет, то
продолжаем расчет.
Если в гетеродине
использовать шестую гармонику, то кварц должен быть в пределах (71 : 6 = 11,83 МГц, 80 : 6 = 13,333 МГц) от 11,83 МГц до
13,333 МГц. Если такой кварц имеется, то это тоже очень хороший вариант,
если кварца нет, то продолжаем расчет.
Выбираем для гетеродина
работу на девятой гармонике. Кварц для этого случая должен быть в пределах (71
: 9 = 7,888 МГц, 80 : 9 = 8,888 МГц) от 7,888 до 8,888 МГц.
Далее, если нужно,
определяем частоты кварцев для обеспечения работы на 12 гармонике, на 16 и 18
гармониках. На диапазоне 432 МГц и выше приходится порой применять
кварцевые генераторы, работающие на еще более высоких гармониках.
Теперь попробуем
проанализировать схемы конвертеров, показанные на рис. 6.9 и
рис. 9.10 с тем, чтобы выбрать наиболее подходящую
для наших условий. Схема на рис. 6.9 имеет слишком много каскадов усиления
в УВЧ, а это не очень хорошо в смысле возможностей самовозбуда
каскадов УВЧ и связанных с этим сложностей при наладке. В то же время в этом конвертере более удачная схема
гетеродина, потому что она может нормально работать с умножением частоты кварца и на шесть и на
девять.
Конвертер на рис. 6.10
имеет очень привлекательный УВЧ на двухзатворном
транзисторе. Дело в том, что усиление одного
каскада на двухзатворном полевом транзисторе многими радиолюбителями
приравнивается к усилению двух каскадов на биполярных транзисторах при очень
малых шумах полевых транзисторов. Особенно, если у вас имеется двухзатворный полевой транзистор КП327, то раздумывать вообще не стоит. К тому же следует учитывать
большое усиление сигнала в смесителе, выполненном на втором двухзатворном
полевике.
Итак, лучшим вариантом
может быть применение УВЧ от схемы на рис. 6.10, а гетеродин желательно применить от схемы на
рис. 6.9.
Схема возможного
варианта такого конвертера показана на
рис. 11.6.
Рис. 11.6. Схема нового конвертера
Приступим к назначению
кварцевого резонатора. В качестве примера выбираем кварц на частоту
13,333 МГц. Если нет возможности организовать работу гетеродина на шестой
гармонике, то нужно попытаться приобрести кварц на частоту 8,867 МГц. Это
достаточно распространенный кварцевый резонатор.
При использовании
кварцевого резонатора на частоту 13,333 МГц на выходе гетеродина будем иметь
13,333×6 = 79,98 МГц. Величина промежуточной частоты получится 145 –
79,98 = 65,02 МГц.
При использовании кварца на
частоту 8,867 МГц на выходе будем иметь частоту 8,867×9 =
79,803 МГц. Величина промежуточной частоты
145 – 79,83 = 65,17 МГц.
Вы наверняка обратили
внимание на то, что в обоих случаях я старался использовать кварц на более
высокую рабочую частоту. Это делалось для того, чтобы частота на выходе
гетеродина и частота ПЧ различались на как можно большую величину.
Представьте себе, что я
выбрал бы кварц на рабочую частоту 7,88 МГц. Тогда частота на выходе
гетеродина была бы 71 МГц, а величина промежуточной частоты получилась бы
145 – 71 = 74 МГц. Получился такой вариант, когда частота на выходе
гетеродина практически была бы равна промежуточной частоте. В динамике вашего
приемника стоял бы постоянный гул и никакой прием
радиостанций был бы невозможен, т.к. достаточно мощная частота гетеродина без
всяких помех проникала бы в ваш приемник и полностью забивала слабые сигналы от
других радиостанций.
Между прочим, разница между
частотами 79 МГц и 65 МГц не так уж и велика. Так что было бы гораздо
лучше, если бы вы при таком построении приемника, выбрали бы для ПЧ частоту
порядка 40…50 МГц. Надеюсь, что об этом варианте вы подумаете позднее, в
своей собственной конструкции УКВ ЧМ приемника, в котором будет использоваться
микросхема К174ХА34.
Следующим этапом нашей
работы будет проработка возможного варианта корпуса, в котором должны
располагаться каскады УВЧ и гетеродина конвертера.
На рис. 11.7 показан один
из возможных вариантов схематического плана корпуса.
Рис. 11.7. Схематический план корпуса
Корпус разбит на отдельные
отсеки экранирующими перегородками. В каждом из отсеков показаны обозначения
основных элементов схемы (катушки, подстроечные
конденсаторы, транзисторы), размещенных в данном отсеке.
Крайний справа отсек
показан пунктирными линиями и предназначается для дополнительного каскада
усиления ПЧ. Схема этого каскада может быть точно такой, как схема каскада
усиления ПЧ, показанная ниже на рис. 11.10.
В лучшем случае корпус
должен быть изготовлен из листовой латуни, в худшем – из белой жести, который
тоже может работать очень даже не плохо. Высота экранирующих перегородок может
быть порядка 20…24 мм. Другие размеры отсеков выбирайте исходя из ваших
возможностей. Одно из основных требований при монтаже УКВ узлов – минимальная
длина выводов радиодеталей. Чем выше частота, тем важнее становится это
требование.
Каскад или группа каскадов,
размещенных в одном отсеке, должны выполняться на общей плате, заземленные
поверхности которой должны быть короткими проводниками соединены с корпусом.
Чем в большем количестве мест заземленная поверхность платы будет соединена с
корпусом, тем лучше.
Пришло время заняться
определением параметров катушек колебательных контуров. Для этого очень удобно
использовать разработанную мною программу INDUKTIW2, которую можно взять в Интернете на сайте http://r3xb.nm.ru/
Описание этой программы и
один из примеров того, как этой программой пользоваться, приведены в Приложении 3.
Запускам в работу программу
INDUKTIW2. На главной странице этой программы в окна
редактирования вводим среднюю частоту диапазона 145 МГц и емкость
конденсатора 7 пФ. Нажимаем клавишу «Выполнить расчет» и получаем величину
индуктивности нужной нам катушки 0,17 мкГн. Если эта величина нас
устраивает, то нажимаем клавишу «Да». Этим действием полученная величина
индуктивности 0,17 мкГн вводится в память и в соответствующие окна
редактирования каждой из последующих страниц программы, т.е. далее мы можем
определить по этой величине индуктивности количество витков и диаметр катушки.
Переходим на страницу 2,
которая называется «Катушка 1». На этой странице вводим в окна редактирования
диаметр катушки 9 мм и длину намотки 10 мм. Получаем число витков
5,46. По собственному опыту знаю, что программа проводит расчет идеального
варианта, на самом деле существуют всякие неучтенные емкости, поэтому
количество витков нужно брать несколько меньше. Примем, что катушки L1, L2 и L3 будут иметь по 5 витков, наматывать их нужно на
каркасе диаметром 8 мм, тогда расчетный диаметр катушки получится как раз
9 мм. Хорошо запомните эти мои рекомендации и используйте их постоянно,
при определении параметров любых контуров. Это очень важно!
Катушка L4 должна быть настроена на частоту 65 МГц,
величину емкости для этой катушки назначаем 15 пФ. Проводим расчет и
получаем величину индуктивности 0,318 мкГн. Для определения числа витков
вводим диаметр катушки 9 мм, длину катушки 10 мм. Получаем количество
витков 8,32. Катушка связи L5 наматывается
поверх катушки L4 возле заземленного конца этой
катушки и имеет 3 витка.
Катушка L6 настраивается на третью гармонику кварца
13,333×3 = 39,999 = 40 МГц. Индуктивность этой катушки при
емкости 25 пФ получается равной 0,63 мкГн, количество витков при
диаметре 9 мм и длине 15 мм получается 12,2 витка. Выбираем, что
число витков L6 равно 12.
Катушка L7 настраивается на шестую гармонику кварца
13,333×6 = 79,9 = 80 МГц. Индуктивность этой катушки будет
0,263 мкГн при емкости 15 пФ. Количество витков – 6,7, при диаметре
9 мм и длине 10 мм.
Итак, все необходимые
расчеты сделаны. По показанной мною методике теперь вы сможете самостоятельно
выполнить расчет всех элементов любой схемы. Теперь нужно сесть и сделать себе
УКВ ЧМ радиоприемник на диапазон 145 МГц.
Успехов!
Изменяем схему конвертера
Вернемся еще раз к разнице
между величинами частоты на выходе гетеродина и величиной ПЧ. Существует один
очень эффективный способ намного увеличить эту разницу. Имеется в виду тот факт,
что существует ряд смесителей, которые могут работать на половинной частоте гетеродина.
Одним из таких смесителей является смеситель, выполненный на встречно
параллельных ВЧ диодах. Один из возможных вариантов такого смесителя показан на
рис. 4.10. Еще один из таких смесителей, но выполненный на полевых
транзисторах, показан на рис. 4.6.
На рис. 11.8 показана
схема конвертера рис. 11.6 с совершенно другим смесителем, выполненным на встречнопараллельных диодах. В качестве смесительных диодов
для этих, сравнительно низких частот, подойдут диоды ГД507, КД514, КД522, а
также некоторые из обращенных туннельных диодов.
Рис. 11.8. Схема со смесителем на диодах
Сигнал от гетеродина на
смеситель подается через конденсатор С20 и катушку L4, которая состоит из трех витков провода ПЭЛ 0,3,
намотанных поверх катушки L3.
Настройка всех описанных в
этой главе конвертеров выполняется одинаково. Сначала проверяется правильность
монтажа, затем настраиваются на соответствующие частоты все контуры гетеродина.
После этого на антенный вход конвертера подается сильный сигнал от генератора
шума и выполняется грубая настройка всех контуров УВЧ по максимальному шумовому
сигналу. В заключении проводится настройка УВЧ по генератору сигнала и, если
необходимо, проверка шумовых свойств УВЧ.
Методики настройки всех
каскадов описаны ранее.
Для настройки смесителя,
выполненного на двух встречнопараллельных диодах,
необходимо к контрольной точке КТ подключить миллиамперметр с током полного
отклонения 10 мА и убрать перемычку S. После
этого подать на конвертер питание и подборкой конденсатора С20 добиться, чтобы
ток через диоды, измеренный миллиамперметром, был в пределах 3…5 мА.
Восстановите перемычку S после
выполнения настройки смесителя.
Приемник с МС К174ПС1
В описанном выше радиоприемнике
для диапазона 145 МГц можно в качестве смесителя применить микросхему
К174ПС1 или К174ПС4. Информацию о применении этих микросхем смотрите в главе 4. МС К174ПС4 предназначена
для работы в качестве смесителей на частотах до 1000 МГц. МС К174ПС1 имеет
более скромные параметры.
На рис. 11.9
представлена принципиальная схема УКВ конвертера, в котором смеситель выполнен
на К174ПС1 по балансной схеме.
Рис. 11.9. Конвертер с балансным смесителем
Применение в качестве
смесителя специально предназначенной для этих целей микросхемы позволяет
получить заведомо хорошие параметры и избежать возможных ошибок. Но смеситель
по схеме рис. 11.9 использует только часть возможностей, заложенных в этот
прибор.
Объединение в одном
смесителе двух балансных смесителей позволяет получить так называемый кольцевой
балансный смеситель, который практически в выходном сигнале не содержит
компонентов гетеродина и ВЧ сигнала. МС К174ПС1(ПС4)
как раз и предназначена для работы по схеме кольцевого балансного смесителя.
На рис. 11.10 показана
принципиальная электрическая схема конвертера, в котором МС К174ПС1 работает
как кольцевой балансный смеситель.
Рис. 11.10. Конвертер с кольцевым балансным
смесителем
Катушки связи L3 и L8 наматываются
одновременно двумя скрученными проводами поверх катушек L2 и L7
соответственно и имеют по два или три витка. Начало одного провода соединяется
с концом другого, образуя среднюю точку. Метод изготовления подобных катушек
связи описан выше. Дроссели Др1 и Др2 наматываются
проводом ПЭЛ 0,3 длиной 0,1…0,15 λ на
оправке 3…4мм.
Приведенные на
рис. 11.9 и рис. 11.10 схемы могут работать с любыми УВЧ и
гетеродинами, описанными в данной книге.
УКВ приемник для диапазона
432 МГц
УКВ ЧМ радиоприемник для
диапазона 432 МГц сделаем также на базе МС К174ХА34 в соответствии с
рис. 11.1.
Для начала сделаем
прикидочный расчет по выбору кварцевого резонатора.
Будем считать, что МС
К174ХА34 может прилично работать в диапазоне частот от 66 до 110 МГц. Это
значит, что любую частоту из этого интервала мы можем использовать в качестве
промежуточной частоты приемника. Средняя частота любительского диапазона
432…436 МГц будет равна 434 МГц. При этом частота на выходе
гетеродина может находиться в интервале частот от (435 – 66 = 369 МГц) 369 МГц
до (435 – 110 = 325 МГц) 325 МГц.
Если на выходе гетеродина
выделять 24 гармонику, то необходим кварц с рабочей частотой в пределах от (369 : 24 = 15,375 МГц) 15,375 МГц до (325 : 24 =
13,54 МГц) 13,54 МГц.
Если использовать 27
гармонику, то необходим кварц с частотой в пределах от (369 :
27 = 13,666 МГц) 13,666 МГц до (325 : 27 = 12,04 МГц)
12,04 МГц.
Если использовать 32
гармонику, то необходим кварц с частотой в пределах от (369 : 32 =
11,53 МГц) 11,53 МГц до (325 : 32 = 10,15 МГц) 10,15 МГц.
Если использовать 36
гармонику, то необходим кварц с частотой в пределах от (369 :
36 = 10,25 МГц) 10,25 МГц до (325 : 36 = 9,03 МГц)
9,03 МГц.
Далее можно делать
аналогичные расчеты для 48, 54, 64 и 72 гармоник. Надеюсь, вы обратили внимание
на тот факт, что я выбираю только те гармоники, на которых каскады умножителей
могут работать или как удвоители частоты, или как утроители.
Пробовать заставить умножительный каскад работать на
более высоких гармониках не советую.
При использовании 24
гармоники в задающем генераторе можно выделить 3 гармонику, затем использовать
три каскада удвоения частоты.
3×2×2×2 = 24.
При использовании 27
гармоники в задающем генераторе можно выделить 3 гармонику, затем два каскада утроителей частоты. 3×3×3 = 27.
При использовании 32
гармоники в задающем генераторе можно попытаться выделить 4 гармонику, затем
использовать три каскада удвоения частоты. 4×2×2×2 = 32.
При использовании 36
гармоники в задающем генераторе можно выделить 3 гармонику, затем использовать
еще один утроитель и два каскада удвоения частоты.
3×3×2×2 = 36.
Сразу нужно оговориться,
что кварцевые резонаторы на частоты 8, 9, 12, 16, 24, 36 и т.д. имеют свои
гармоники на частотах начала любительских диапазонов. Поэтому применять кварцы
на эти частоты в гетеродинах недопустимо.
Предположим, что у нас
имеется кварц на частоту 9,216 МГц. Это значит, что мы должны на выходе
гетеродина получить 36 гармонику. Схема гетеродина будет выглядеть как 3×3×2×2
= 36.
На рис. 11.11
приведена принципиальная схема конвертера на любительский УКВ диапазон
432…436 МГц.
Рис. 11.11. Схема конвертера для диапазона
435 МГц
Конвертер содержит УВЧ на
транзисторе VT1, смеситель на VT2 и многокаскадный гетеродин на транзисторах VT3, VT4, VT5 и VT6.
Сигнал от антенны поступает
на контур L1С1, затем усиливается каскадом
на VT1. Контуры L2C6 и L3C8 создают полосовой фильтр для частот диапазона
432 МГц, после которого сигнал подается на один из затворов смесителя VT2. На второй затвор смесителя через конденсатор С28
подается сигнал гетеродина.
Гетеродин состоит из
кварцевого генератора на VT3, причем
генератор работает на третьей гармонике кварцевого резонатора Z1, каскада последующего утроения частоты на VT4 и двух каскадов удвоения частоты на VT5 и VT6.
На выходе гетеродина
получим частоту 9,216 × 36 = 331,776 МГц.
В этом случае промежуточная
частота должна быть переменной и изменяться от 100,224 до 104,224 МГц. Как
правило, радиолюбитель будет использовать только узкий участок диапазона,
поэтому беспокоиться о перестройке контуров промежуточной частоты не стоит. В
крайнем случае, для расширения полосы пропускания по ПЧ, параллельно каждой из
контурных катушек в тракте ПЧ можно подключить резистор сопротивлением 1…2к.
Это несколько уменьшит добротность контура и расширит полосу пропускания по ПЧ.
Если вдруг вам покажется,
что приемнику не хватает усиления, то можно попробовать сразу же после
смесителя установить дополнительный каскад усиления по ПЧ на транзисторе KT368. Схема такого каскада показана на рис. 11.12.
Рис. 11.12. Схема дополнительного каскада усиления
ПЧ
Используя программу INDUKTIW, назначим основные параметры для контуров УВЧ,
смесителя и гетеродина.
Линии L1, L2 и L3 выполнены из медного провода Ø 2мм,
длина 30 мм. Располагаются параллельно основанию на высоте 5…7 мм.
Отвод от середины, у L1 отвод для
антенны сделать на расстоянии 8 мм от заземленного конца. Линии L2 и L3 располагаются
параллельно друг другу на расстоянии 10…15 мм.
При расчете параметров
катушки L4 по программе INDUKTIW вводим частоту 102 МГц и емкость 15 пФ.
Получаем величину индуктивности 0,16 мкГн и число витков 5 при диаметре
катушки D = 9 мм и длине 10 мм. Катушка L5 имеет 3 витка провода ПЭЛ 0,3 и наматывается поверх
катушки L4 у её заземленного по ВЧ конца.
Катушка L6 должна наматываться на каркасе диаметром 8 мм с
подстроечным сердечником. Частота настройки (третья
гармоника кварцевого резонатора) 28 МГц, по результатам расчета (без учета
сердечника) должна иметь 18,5 витков, но учитывая, что
катушка будет подстраиваться сердечником, назначим число витков 13.
Катушки L7 и L8 должны
располагаться параллельно друг другу на расстоянии между краями витков катушек
8…10 мм. Параметры этих катушек рассчитываются на частоту 83 МГц
(девятая гармоника) и величину емкости 15 пФ. Получается индуктивность
0,24 мкГн, число витков 6 при диаметре катушки 9 мм и длине намотки
10 мм.
Катушка L9 может выполняться или в виде обычной катушки, тогда
при индуктивности 0,093 мкГн она должна иметь 6 витков (диаметр
3,5 мм, длина 7 мм), либо в виде линии длиной 50 мм из провода
Ø 2 мм. Один из отводов делается от середины катушки (линии),
второй – удален от первого на 5 мм ближе к заземленному концу.
Линия L10 имеет длину 30 мм, выполнена из провода
Ø 2 мм. Располагается параллельно основанию на удалении
5…7 мм.
Линия связи L11 имеет длину 15 мм, выполнена из провода
Ø 1 мм, располагается параллельно L10 на расстоянии 2…3 мм.
Теперь рассмотрим возможную
конфигурацию корпуса, в котором должны быть размещены все каскады конвертера. Схематическое
изображение экранирующих перегородок корпуса показано на рис. 11.13.
Рис. 11.13. Возможный вариант корпуса
На рис. 11.13
обозначены примерные расположения наиболее значимых элементов конвертера.
Настройка радиоприемника
Настройку любого только что
сделанного радиоаппарата непременно следует начинать с проверки правильности
монтажа. Этим правилом пренебрегать ни в коем случае нельзя.
Настройку будем производить
с помощью самодельного прибора ГИР (гетеродинный измеритель резонанса, описан в
главе 10), работающего в режиме
волномера, и обычного мультиметра (тестера). Мультиметр должен находиться в режиме измерения переменного
напряжения, при этом измерения необходимо проводить через дополнительный
последовательно подключенный резистор сопротивлением 10 кОм. Объяснение
такой необходимости смотрите ниже.
Настройку гетеродина
начинаем с проверки работы кварцевого генератора. Конденсатор 1000…2000 пФ
подключаем параллельно катушке L8. Вольтметр
переменного напряжения (через резистор 10 кОм) подключаем к эмиттеру
транзистора VT3 и конденсатором 2000…10000 пФ замыкаем базу VT3 на корпус. При этом наблюдаем резкое (до нуля)
уменьшение показаний вольтметра. При отсоединении конденсатора от базы VT3 показания вольтметра должны резко
возрасти. Это говорит о возбуждении генератора на частоте кварца.
Убираем конденсатор,
подключенный параллельно L8 и
соединяем базу транзистора VT3 с
корпусом при помощи конденсатора емкостью 2000…10000 пФ. Таким образом мы перемыкаем этим конденсатором кварцевый
резонатор. При этом кварцевый автогенератор превращается в
обычный LC-генератор,
частота генерации которого определяется контуром L8C15C16.
Вращением сердечника катушки L8 надо
установить частоту генерации, близкую к утроенной частоте кварцевого
резонатора. Контролировать частоту генератора следует прибором ГИР, находящимся
в режиме волномера. В дальнейшем этот прибор будем называть просто «волномер».
После этого блокирующий конденсатор отключаем от базы транзистора VT3 и производим точную подстройку частоты контура L8C15C16 (вращением сердечника катушки L8) по максимуму показаний волномера, установленного на
частоту третьей гармоника кварца (28 МГц) .
Далее приступаем к
настройке цепи умножителей гетеродинного тракта. При настройке умножителей
необходимо контролировать режимы работы транзисторов по постоянному току.
Удобнее всего измерять напряжение на коллекторе, так как при известном
сопротивлении резистора, стоящего в коллекторной цепи, легко определить ток,
протекающий через транзистор:
I = (En – Ek)/Rk, где I – ток,
протекающий через транзистор, мА; En – напряжение источника питания, В; Ek –
напряжение на коллекторе транзистора, В; Rk – сопротивление коллекторного резистора,
кОм.
Особенность измерения
режима заключается в том, что это измерение надо проводить в рабочем состоянии,
е.е. при наличии сигнала. Дело в том, что большинство транзисторов, примененных
в гетеродине, работают в режиме больших
сигналов, а это значит, что режимы работы по постоянному току и по
высокой частоте взаимосвязаны. При этом подключение щупа измерительного прибора
может повлиять на режим работы каскада по высокой частоте и, таким образом,
ввести ошибку в измерения. Другая опасность заключается в том
, что даже при измерении режима
транзистора, работающего в режиме малых сигналов, при присоединении щупа
возможно самовозбуждение каскада. Такое самовозбуждение может значительно
повлиять на режим работы транзистора и, таким образом, исказить результаты
измерений. Для того, чтобы подобные эффекты не
возникали, надо производить измерения через резистор сопротивлением 10 кОм и более. Резистор надо закрепить на
кончике щупа, для того чтобы проводник, подключенный к схеме, имел минимальную
длину. Очевидно, что наличие добавочного резистора занижает показания
вольтметра, однако возникающую погрешность нетрудно учесть. Для удобства
измерений можно, например, перейти на меньший передел вольтметра, а затем,
подобрав сопротивление внешнего резистора, вернуться к прежней шкале.
Налаживание первого утроителя, выполненного на транзисторе VТ4, начинается с регулировки режим
а возбуждения. Подбором емкости
конденсатора С17 надо добиться того, чтобы постоянное напряжение на коллекторе
транзистора составило 5…6 В. Это будет
соответствовать коллекторному току транзистора VТ4 около 6 мА.
После этого следует
приступить к настройке двухконтурного фильтра L7C20—L8C21. Настройка
производится по максимуму коллекторного тока транзистора VT5, стоящего в следующей ступени умножителя. Точность
настройки контура на частоту нужной гармоники следует контролировать
волномером. Для этого катушку волномера следует приблизить к торцевой части
измеряемой катушки и вращением измерительного органа частотомера измерить
частоту максимальных показаний прибора.
Необходимую степень возбуждения транзистора VT5 можно регулировать, изменяя точку подключения
контуров фильтра к коллектору транзистора VТ4 и базе
транзистора VТ5. При подборе отводов на
катушках надо следить, чтобы оба контура были нагружены примерно в одинаковой
степени. О значении нагруженной добротности контура можно судить по остроте
настройки с помощью подстроечного конденсатора. Если
один из контуров имеет более «тупую» настройку, то отвод на катушке следует
перепаять ближе к заземленному выводу. При
правильной настройке, постоянное напряжение на коллекторе транзистора VТ5 должно составлять 5…6 В. Если ток будет несколько
больше указанного, то это не плохо. Главное – надо следить за тем, чтобы
транзистор не нагревался. Если транзистор заметно наощупь
нагревается, то следует уменьшить подаваемое на этот транзистор возбуждение.
Точно также,
как и транзистор VT5,
настраивается работа транзистора VT6. При этом, для контроля за правильностью настройки контура L10C28 на нужную
частоту, следует пользоваться измерительной линией, описанной в главе 10 (см. рис. 10.5).
Настройку УВЧ следует
начать с установки тока через транзистор VT1. Величина тока должна быть порядка 2…3 мА,
устанавливается эта величина подбором резистора R4 при положении резистора R3 в состоянии наибольшей громкости (наибольшая
величина сопротивления R3). Ток
измеряется миллиамперметром в цепи стока транзистора. Точка замера отмечена на
схеме крестиком.
Затем аналогичным путем
устанавливается (резистором R9) ток
величиной 1…2 мА через транзистор смесителя VT2.
Для грубой настройки УВЧ на
антенный вход следует подключить генератор шума (см. материал в главе 10). Грубая настройка контуров L1C1, L2C, L3C8 и L4 выполняется соответствующими подстроечными
конденсаторами по максимуму шумов на выходе приемника. Точную настройку следует
выполнить с использованием сигнала от специального генератора или по шумам
эфира.
При необходимости можно
измерить шумовую характеристику УВЧ по описанной в главе 10 методике.
Если нет транзистора…
Если у вас нет малошумящих двухзатворных полевых транзисторов, то УВЧ всех ранее
описанных конвертеров и на диапазон 145 МГц и на диапазон 432 МГц
можно выполнить на малошумящих биполярных транзисторах отечественного
производства.
Такими транзисторами
являются КТ3128А, ГТ346, ГТ328 и ГТ313Б. Все они применялись в производстве
бытовых телевизоров и УКВ радиоприемников.
На транзисторах КТ3128А
можно создать УВЧ со следующими параметрами:
q
Расчетный
коэффициент шума на частоте 600 МГц, дБ ……6,3
q
Коэффициент
усиления двухкаскадного УВЧ, дБ …………..15
q
Напряжение
питания, В ……………………………………… 9…12
На рис. 11.14
представлена принципиальная электрическая схема УВЧ и смесителя, которую можно
применить в рассмотренных ранее УКВ конвертерах в случае, если нет двухзатворных полевых транзисторов типа КП327 и КП350.
Рис. 11.14. Схема УВЧ на биполярных транзисторах
Схема УВЧ не имеет каких либо особенностей. Сигнал с антенного входа
выделяется контуром L1C1 и усиливается каскадом на VT1. Полосовой фильтр L2C5 – L4C6 преграждает
путь различным помехам. Каскад на VT2
является вторым усилителем ВЧ. Усиленный сигнал выделяется в контуре L5C10. Транзистор VT3 является смесителем частот. На затвор VT3 поступает сигнал с контура L5C10, а в цепь
истока подается сигнал от гетеродина. Результирующая частота ПЧ выделяется
контуром L6C13 и через катушку связи L7 подается к УПЧ.
Линии L1, L2, L4 и L5 по размерам и
форме аналогичны линиям на рис. 11.11. Катушка L6 аналогична такой же катушке на рис. 11.11.
Петля L3 имеет размер (примерно) 12×12 мм.
Дроссели Др1 и Др2 намотаны на оправке диаметром 3 мм куском
провода ПЭЛ 0,3, который должен иметь длину (0,1…0,2)λ.
При настройке резисторами R3 и R6
устанавливаются коллекторные токи VT1 и VT2, которые должны быть равны и
составлять 1…2 мА. Ток через транзистор VT3 устанавливать не нужно.
Конденсаторы С3, С8 и С14 –
проходные. Штриховыми линиями показаны расположения перегородок в корпусе.
Если эту схему применить
для диапазона 145 МГц, то параметры контуров можно взять из
вышерасположенной схемы конвертера для этого диапазона.
Малошумящие
транзисторы
Во всех описанных в этой
книге усилителей высокой частоты на различные диапазоны применены
широкодоступные транзисторы отечественного производства. Во многих случаях
этого бывает достаточно. Но если вы хотите получить от УВЧ минимально возможный
уровень шумов, а это обеспечит приемнику максимальную чувствительность, то
нужно искать и применять в первом каскаде УВЧ только специальные малошумящие
транзисторы.
Одним из таких транзисторов
можно назвать арсенидгаллиевый полевой транзистор ATF-10136 (или ATF-1D136), который имеет коэффициент шума на частоте
500 МГц равный 0,4дБ. Отечественные транзисторы AП325 и 3П602 имеют близкие шумовые параметры.
О микросхеме К174ХА42
Уже после того, как был полностью подготовлен материал
этой главы, у меня появилась информация о микросхеме К174ХА42, которая так же,
как и МС К174ХА34 представляет собой готовый полностью УКВ ЧМ радиоприемник.
Для радиолюбителей эта микросхема очень удобна тем, что работает до частоты
150 МГц. А это значит, что микросхема легко превращается в УКВ ЧМ приемник
для диапазона 145 МГц.
Мне пока не пришлось поэкспериментировать с МС К174ХА42,
надеюсь, что это удастся сделать читателям этой книги. Далее привожу информацию
по этой МС.
Микросхемы К174ХА42А (TDA7000) и К174ХА42Б (TDA7010) предназначены для работы в экономичных
радиовещательных и связных приемниках частотно-модулированных сигналов.
Микросхемы содержат все функциональные узлы супергетеродинного ЧМ приемника (от
антенного входа до выхода НЧ) и требуют для его реализации минимум навесных
элементов: резонансный LC-контур, несколько конденсаторов и один резистор.
Регулировка такого приемника сводится к настройке
контура гетеродина - установке границ диапазона. Это стало возможным благодаря
низкой промежуточной частоте - 70 кГц, что позволяет использовать для селекции
сигнала ненастраиваемые RC-фильтры, отказавшись от критичных полосовых резонансных LC-фильтров.
Микросхема оснащена высокоэффективной корреляционной
системой подавления шума (бесшумной настройки – БШН). Она подавляет звуковой
сигнал при неточной настройке, входном сигнале с уровнем, близким к уровню
шума, и при настройке на зеркальный канал.
МС К174ХА42А(TDA7000)
рассчитана для работы в связных радиоприемных устройствах.
а К174ХА42Б(TDA7010) – в
радиовещательных приемниках бытового назначения. Микросхема К174ХА42 может
также найти применение и в радиотрактах телевизионной
аппаратуры, в телефонах с радиоканалом, в системах личной и служебной
радиосвязи, устройствах поискового вызова, охранных устройствах, в аппаратуре
телеуправления. Небольшое число требуемых внешних элементов, простота настройки
и низкая стоимость делают ее весьма привлекательной для широкого использования
в радиолюбительских конструкциях.
Выпускают эту микросхему в пластмассовом корпусе двух
вариантов: К174ХА42А – в восемнадцативыводном корпусе
2104.18-4(238.18-3), а К174ХА42Б – в шестнадцативыводном
2103.16-9 (238.16-2).
Масса прибора не превышает 2,5 г. Полный аналог
К174ХА42А - микросхема TDA7000; аналогом К174ХА42Б является МС TDA7010.
К174ХА42А и К174ХА42Б отличаются лишь
типом корпуса.
Основные электрические характеристики при tокр. ср = 25±10°С
Номинальное напряжения питания, В ……………………….... 4,5
Потребляемый ток, мА, не более
................................................. 8
Частота входного ВЧ сигнала, МГц ……………………………. 1,5...150
Чувствительность (входное напряжение ограничения по уровню -3 дБ),
мкВ..................................................................................................
6
Выходное напряжение НЧ, мВ ....................................................
100
Коэффициент нелинейных искажений, %, не более ................ 0,5
Сопротивление нагрузочного резистора в цепи открытого коллектора усилителя ЗЧ,
кОм, не более, при напряжении питания 4,5 В. ...........................22
9 В .............................47
Отношение сигнал/шум*, дБ, не менее ........................................ 50
Коэффициент подавления составляющей AM*, дБ, не менее ..... 50
*Значения этих
параметров измерены при следующих условиях: напряжение питания 4,5 В, входная частота ВЧ сигнала 69 МГц, девиация частоты ±50
кГц, модулирующая частота 1 кГц; при измерении коэффициента подавления AM
глубина модуляции равна 30%.
Предельно допустимые значения параметров
Напряжение питания, В
................................................. .2,7...9
Наибольшее входное напряжение РЧ,
мВ .................... 200
Рабочий температурный интервал, С .......................... -10...+55
Упрощенная функциональная схема прибора К174ХА42А
изображена на рис. 11.15.
Рис. 11.15. Схема К174ХА42А
ЧМ приемник МС К174ХА42А построен по супергетеродинной
схеме с однократным преобразованием частоты. Входной сигнал после усиления
смешивается с сигналом гетеродина. Благодаря относительно низкой промежуточной
частоте (ПЧ) сигнала, снимаемого с выхода смесителя, амплитуда побочных
составляющих преобразования настолько мала, что они практически отсутствуют на
входе усилителя сигнала промежуточной частоты.
Для подавления внеполосных сигналов предусмотрен
активный полосовой фильтр ПЧ четвертого порядка. Выходной сигнал фильтра
усилитель-ограничитель 1 нормирует по амплитуде. Усилитель-ограничитель 1 имеет
большой коэффициент усиления (более 90 дБ) и большой динамический диапазон.
Преобразованный сигнал ПЧ поступает на вход частотного детектора и одновременно
на вход коррелятора.
Частотный детектор представляет собой преобразователь
частота-напряжение. Демодулированное напряжение
низкой частоты поступает, во-первых, на второй усилитель-ограничитель и далее
на гетеродин, замыкая в системе петлю обратной связи по частоте, и, во-вторых,
на вход коммутатора системы бесшумной настройки (БШН) и затем на
предварительный усилитель НЧ и на выход приемника.
Выходной сигнал коррелятора используют для управления
коммутатором системы БШН, подавляющей межстанционные помехи.
Кроме указанных узлов, микросхема содержит внутренний
стабилизатор питающего напряжения (на схеме не показан), выходной усилитель НЧ
(он изображен на схеме в виде транзистора VT1) и генератор шума, входящий в
систему БШН. Генератор шума имитирует ЧМ шум и подключается коммутатором к
входу предварительного усилителя НЧ при переходах от одной принимаемой станции
к другой или при неточной настройке. Шумовой сигнал в этих случаях
свидетельствует о работоспособности приемно-усилительного тракта. В микросхеме
К174ХА42Б управление генератором шума не предусмотрено.
В приемнике применена частотная демодуляция с обратной
связью по частоте - выходной НЧ сигнал демодулятора использован для
соответствующего смещения частоты гетеродина в противофазе с сигналом ПЧ. Этим достигнуто уменьшение девиации частоты сигнала ПЧ и, как
следствие, практически полное отсутствие гармонических искажений выходного
сигнала.
Необходимая степень "сжатия девиации"
получается, если емкость колебательного контура гетеродина Со = Ск+Cпар+Свар выбрать из эмпирического
соотношения: Со = Fo/2
(Ск – емкость контурного конденсатора, Спар – паразитная емкость контура, Свар – емкость варикапа - элемента перестройки,
емкость везде в пикофарадах; Fo – частота
настройки контура, в мегагерцах). Это выражение, применимое для всех значений
частоты в диапазонах УКВ-1 и УКВ-2, позволяет определить параметры контура
гетеродина – емкость конденсатора, а затем индуктивность катушки.
Для подавления сигналов паразитных каналов приема
служит система БШН. Работа системы основана на корреляции сигнала ПЧ и того же
сигнала, задержанного и инвертированного. Оба сигнала подводят к входу
коррелятора. Если прямой сигнал Uпч представляет собой последовательность когерентных
импульсов постоянного периода (как это и бывает в случае приема
радиовещательной станции), то задержка сигнала U'пч должна быть равна периоду
следования. Такой сигнал получают инвертированием прямого сигнала.
Инвертирование и задержку сигнала выполняет фазовый
фильтр (на схеме рис. 11.15 не показан). При точной настройке на станцию формы
обоих сигналов идентичны и имеют высокую степень корреляции. При расстройке фаза сигнала U'пч смещается
относительно прямого - корреляция мала. В результате действия помех или шума
возникают значительные изменения периода и формы сигнала U'пч; в этих случаях корреляции
практически нет.
По результату сравнения этих сигналов коррелятор
вырабатывает сигнал управления коммутатором, плавно включающим усилитель НЧ при
высокой корреляции или генератор шума при слабой. Этим исключается прохождение
на выход приемника различных щелчков, помех и резких звуков.
Образцовое напряжение, необходимое для работы
частотного демодулятора и коррелятора, формируют внутренние активные фазовращатели, выполненные на операционных усилителях с
единичным коэффициентом усиления, фазовращатель
(фазовый фильтр) обеспечивает сдвиг фазы сигнала на π/2 на частоте fпч
= К/Сф,
где Сф -
емкость конденсатора, подключенного к выв. 17 микросхемы (см. рис. 11.16). При сопротивлении резисторов R2 и R3 микросхемы, указанном на этой схеме, и емкости конденсатора Сф, равной 330 пф (С7 на рис. 11.16), fпч = 70 кГц.
Входной и выходной сигналы Uпч и U'пч
остаются равными по напряжению при любой частоте.
В корреляторе внутренний фазовращатель
с внешним конденсатором, подключенным к выв. 18,
сдвигают фазу еще на π/2. Таким образом, общий сдвиг фазы
сигналов будет равным 180°. После инвертирования одного из сигналов происходит
их сравнение.
Корреляционная система БШН с обратной связью по частоте в конечном счете обеспечивает единственный канал
приема и точную настройку на станцию. Выходной сигнал коррелятора (с вывода 1)
может быть использован для управления индикатором настройки.
На рис. 11.16 приведена принципиальная схема типового простого премного
устройства ЧМ сигналов на МС К174ХА42А.
Рис. 11.16 Схема приемника ЧМ сигналов на К174ХА42А
Конденсатор С16 (см. рис. 11.16) определяет постоянную
времени системы бесшумной настройки. Фильтр R1C12 задает постоянную
времени цепи коррекции предыскажений сигнала НЧ. От
емкости конденсатора С11 зависит уровень шума, поступающего в НЧ тракт; чем
больше емкость, тем громче шум. Если необходимо обеспечить абсолютно бесшумную
настройку, этот конденсатор не подключают.
Конденсатор С10 входит в состав фильтра петли ОС по
частоте. Он устраняет побочные составляющие сигнала ПЧ на
выходе частотного детектора и определяет постоянную времени цепи ОС; влияет
также на форму амплитудно-частотной характеристики тракта.
Конденсатор С15 - фильтр в цепи питания микросхемы.
Конденсатор С5 превращает симметричный РЧ вход микросхемы в
несимметричный. При монтаже конденсатора С5 необходимо максимально укоротить
его выводы и принять меры к уменьшению индуктивной и емкостной связи с контуром
гетеродина. Конденсатор С6 - фильтровый в цепи местной
обратной связи усилителя-ограничителя 1, а С7 и С8 - фазосдвигающие
конденсаторы фазовых фильтров частотного детектора и коррелятора
соответственно.
Типовая схема включения микросхемы К174ХА42Б
представлена на рис. 11.17.
Рис. 11.17. Типовая схема включения К174ХА42Б
Цоколевка MC К174ХА42А:
выв. 1 -
подключение конденсатора фильтра коррелятора;
выв. 2 - выход
усилителя НЧ (с открытым коллектором);
выв. 3 -
подключение конденсатора генератора шума;
выв. 4 -
подключение конденсатора фильтра петли ОС по частоте;
выв. 5 - плюсовой
вывод питания;
выв. 6 -
подключение LC-контура гетеродина;
выв. 7-12 -
подключение конденсаторов полосового фильтра ПЧ;
выв. 13,14 - вход
усилителя сигнала радиочастоты;
выв. 15 -
подключение конденсатора входной цепи усилителя-ограничителя 1;
выв. 16 - общий
вывод; минусовый вывод питания:
выв. 17-
подключение конденсатора фазовращателя частотного
детектора;
выв.
18-подключение конденсатора фазовращателя
коррелятора.
В каталогах фирм, торгующих радиокомпонентами, можно
найти эти микросхемы. Особенно интересна МС К174ХА42А.