ЛЮБИТЕЛЬСКИЙ УКВ ЧМ ПРИЕМНИК

М. ВЕНЕВЦЕВ, Радио №1/1967, ст.17

Прежде чем перейти к описанию схемы и конструкции приемника, рассмотрим некоторые особенно­сти, связанные с радиоприемом и работой транзисторов в диапазоне ультракоротких волн.

Отличительной особенностью радиовещания на ультракоротких вол­нах является использование частот­ной модуляции (ЧМ), в то время как на других диапазонах волн для этой цели применяется исключительно ам­плитудная модуляция (AM). Отличие этих двух видов модуляции показано на рис. 1, где изображены колебания, излучаемые передатчиком при пере­даче простейшего синусоидального звукового сигнала с частотой F (чистого тона) для случая амплитуд­ной и частотной модуляции несущей частоты передатчика. Из этого ри­сунка видно, что если при AM в со­ответствии с передаваемым сигналом изменяется только амплитуда несу­щей, а ее частота f₀ остается неиз­менной, то при частотной модуляции наоборот — амплитуда несущей остается неизменной, а в соответствии с передаваемым сигналом меняется ее частота.

Отклонение несущей частоты от ее среднего значения f₀ при ЧМ мо­жет быть весьма значительным. Так, частотное отклонение дf ЧМ ра­диовещательных станций составляет обычно 75 кгц. Существенно отли­чаются и полосы частот, занимаемые AM и ЧМ сигналами. Если при AM полоса частот, занимаемая передат­чиком, равна удвоенному значению наивысшей передаваемой звуковой частоты и, как правило, не превы­шает 9—10 кгц, то полоса частот, занимаемая ЧМ передатчиком, равна удвоенному частотному отклонению 2дf , что составляет 150 кгц, а фак­тическая полоса частот, отводимая для УКВ ЧМ радиостанций, еще выше и составляет 250 кгц.

Отсюда становится ясным, что ЧМ радиостанции могут работать только в диапазоне УКВ, в котором можно расположить значительное число ра­диостанций без взаимных помех. В СССР для УКВ ЧМ вещания отве­ден диапазон волн 4,56—4,12 м (65,8—73 Мгц). Кроме того, ЧМ используется также при передаче звукового сопровождения в телеви­дении.

Полоса звуковых частот, пере­даваемая УКВ ЧМ радиостанциями, составляет 10—12 кгц, что обеспе­чивает значительно более высокое качество звучания по сравнению с радиостанциями других диапазо­нов, где полоса передаваемых частот, как правило, не превышает 4,5— 5 кгц. Другая причина высокого качества передач на УКВ объяс­няется и значительно меньшей под­верженностью ЧМ сигналов действию местных индустриальных помех, вы­зывающих паразитную амплитуд­ную модуляцию.

Так как при ЧМ передаваемый полезный сигнал вызывает изменение частоты несущей, а не амплитуды, то паразитная амплитудная моду­ляция без всякого ущерба может быть срезана пропусканием приня­того сигнала через амплитудный ог­раничитель (рис. 2).

Как же осуществляется прием ЧМ сигналов? Приемники ЧМ сигналов строятся почти исключительно по супергете­родинной схеме и содержат те же каскады, что и обычные приемники AM сигналов. Основное различие заключается в принципе действия детектора и более широкой полосе пропускания высокочастотной части приемника, которая составляет 200—250 кгц. Для получения такой полосы пропускания, промежуточная частота также выбирается более высо­кой и в промышленных приемниках составляет 6,5 или 8,4 Мгц. В некоторых случаях перед детектором мо­жет ставиться амплитудный ограни­читель, о назначении которого го­ворилось выше.

Для детектирования частотномодулированные колебания сначала пре­образуются в амплитудномрдулированные, а затем детектируются обыч­ным способом. Преобразование ЧМ в AM осуществляется обычно с по­мощью колебательного контура. На рис. 3 представлена схема про­стейшего частотного детектора, в ко­тором используется одиночный коле­бательный контур, расстроенный от­носительно несущей частоты ЧМ колебания, так что несущая частота располагается на склоне его резо­нансной кривой. При подаче на та­кой контур ЧМ колебания на нем возникнет амплитудномодулированное напряжение, амплитуда которого будет расти по мере приближения частоты колебания к резонансу и уменьшаться при удалении от него. Полученное AM напряжение затем детектируется диодом Д, на нагрузке которого выделяется напряжение Звуковой частоты.

Детектирование ЧМ сигнала в та­кой простейшей схеме будет про­исходить со значительными нелиней­ными искажениями, которые возникают из-за кривизны скло­нов резонансной кри­вой. Поэтому в ЧМ приемниках используют более сложные двухтактные частот­ные детекторы с дву­мя диодами, а пре­образование ЧМ в AM осуществляется с помощью связанных контуров, обеспечивающих значи­тельно более линейную характери­стику.

Наибольшее распространение в ЧМ приемниках получил так называемый дробный частотный детектор, или детектор отношений. Такой детектор нечувствителен к паразитной ам­плитудной модуляции ЧМ сигнала и позволяет обойтись без ограничителя.

Транзисторы, используемые в вы­сокочастотных каскадах УКВ ЧМ приемника, работают на частотах, близких к их граничным рабочим частотам, и включаются по схеме с общей базой, которая обладает лучшими частотными свойствами и обеспечивает более стабильную ра­боту, чем схема с общим эмиттером, применяемая на более низких часто­тах. В каскадах усиления ПЧ для получения большого усиления сиг­нала выгоднее включать транзисторы по схеме с общим эмиттером, однако в этом случае для повышения устой­чивости работы усилителя необхо­димо применять нейтрализацию кас­кадов, что усложняет схему и нала­живание приемника. Поэтому в рас­сматриваемом приемнике усилитель ПЧ, так же как и предыдущие кас­кады, собран по схеме с общей базой. Такая схема обеспечивает достаточ­ное усиление и устойчивую работу без нейтрализации, а также умень­шает влияние температуры и раз­броса параметров транзисторов на работу приемника.

Принципиальная схема

Приемник позволяет вести прием УКВ ЧМ радиовещательных стан­ций в диапазоне 65,8—73 Мгц. Он собран на 9 транзисторах по прин­ципиальной схеме, изображенной на рис. 1—2-й стр. вкладки, и содержит следующие каскады: преобразова­тель частоты, усилитель ПЧ, дроб­ный детектор и усилитель НЧ.

Входная цепь приемника настраи­вается на среднюю частоту диапазона и состоит из колебательного контура L₂C₁ и двух катушек связи: антен­ной — L₁ и связи со смесителем — L₃. Настройка приемника на станции осуществляется изменением частоты гетеродина.

Преобразователь частоты собран на двух транзисторах T1 и Т₂ типа П403, включенных по схеме с общей базой. На транзисторе T1 собран гетеродин, а транзистор Т₂ является смесителем. Использование двух транзисторов в преобразовательном каскаде позволяет осуществить раз­дельный подбор режимов работы ге­теродина и смесителя, что значи­тельно упрощает налаживание при­емника. Гетеродин собран по схеме емкостной трехточки, при этом для уменьшения рабочей частоты и луч­шего использования усилительных свойств транзистора T1 частота гете­родина выбрана ниже частоты при­нимаемого сигнала. Изменение частоты гетеродина при настройке на станции осуществляется вращением алюминиевого флажка относительно витков контурной катушки L₄, выполненной в виде спирали. Под­гонка частоты гетеродина при нала­живании приемника производится подстроечным конденсатором С₂₈. Резисторы R28 R29 R30 обеспечи­вают необходимый режим работы транзистора Т₁ по постоянному току. Напряжение гетеродина снимается с коллектора транзистора Т1 и через конденсатор С₃₀ подается на базу транзистора Т₂ смесительного кас­када, на эмиттер которого через ка­тушку связи L₃ поступает входной сигнал.

В коллекторную цепь Т₂ включен настроенный на промежуточную ча­стоту контур L₅C₂C₃, напряжение с которого поступает на вход трех­каскадного усилителя ПЧ.

Усилитель ПЧ собран на транзи­сторах Т₃, Т₄, Т₅ типа П401, включен­ных по схеме с общей базой. Величи­на промежуточной частоты в описы­ваемом приемнике выбрана равной 6.5 Мгц, что позволяет использовать в качестве фильтров ПЧ контуры от промышленных телевизоров. Значи­тельное выходное сопротивление каскада с общей базой позволяет осу­ществить полное включение контура в коллекторную цепь, в то время как эмиттерная (входная) цепь такого каскада из-за малой величины вход­ного сопротивления может подклю­чаться к контуру лишь частично. Для этой цели в усилителе ПЧ ис­пользуется емкостная связь, вели­чина которой определяется емко­стями конденсаторов С₃, С₇, С₁₀. Режим транзисторов Т₃, Т₄, Т₅ по постоянному току определяется ре­зисторами R₅— R₁₁.

В качестве частотного детектора в приемнике использован несиммет­ричный дробный детектор, собранный на диодах Д₁ Д₂ и по своей схеме аналогичный частотному детектору телевизора «Старт-3». Нагрузкой де­тектора является регулятор гром­кости — потенциометр R₁₂. Усилитель НЧ состоит из двух предварительных каскадов с общим эмиттером, собранных на транзисто­рах T₆, Т₇ тина П15 и двухтактного бестрансформаторного выходного каскада — на транзисторах Т₈,T₉ с разной проводимостью.

Для стабилизации режима и уменьшения искажений, вызываемых незначительным разбалансом в вы­ходной ступени используется отри­цательная обратная связь по постоян­ному току, напряжение которой сни­мается с выхода усилителя и через резистор R₂₄ подается на базу транзистора T₇.

Между первым и вторым каска­дами УНЧ для регулировки тембра включена частотнозависимая це­почка С₂₄, С₂₅, R₂₁, R₂₂ характери­стика которой меняется при враще­нии потенциометра R₂₂.

Выходная мощность приемника около 200 мвт.

Питание приемника осуществляет­ся от двух последовательно соеди­ненных батарей типа КБС-Л-0,5. Потребляемый ток в режиме молча­ния не превышает 15 ма. Заземлен­ным полюсом источника питания является минус, что значительно упрощает развязку и монтаж кол­лекторных цепей каскадов с общей базой. В цепи питания высокоча­стотной части приемника включен развязывающий фильтр С₁₉ Др1 а в цепи питания преобразователя — фильтр R₂С₄.

Конструкция и детали

Приемник смонтирован на шасси, изготовленном из гетинакса толщи­ной 1,5—2 мм. Внешний вид шасси й расположение деталей на нем показаны на рис. 2, а расположение деталей в подвале шасси — на рис. 3 вкладки. Монтаж приемника осу­ществляется с помощью штырьков, изготовленных из медного провода диаметром 1 мм и длиной около 15 мм, которые вставляются в отвер­стия в шасси с небольшим усилием. Батареи питания размещаются сбоку шасси на гетинаксовой пластинке (см. рис. 2 вкладки). Футляр прием­ника склеен из цветного органиче­ского стекла. Громкоговоритель рас­полагается над верхней панелью шасси и крепится к съемной крышке футляра, в которой имеется отвер­стие, закрытое декоративной решет­кой. В качестве фильтров ПЧ — ФПЧ-1, ФПЧ-II и ФПЧ-II использо­ваны контуры К-5 от телевизора «Старт-3», которые подвергаются не­значительной переделке. Резистор сопротивлением 7,5 ком и конденса­тор емкостью 7 пф, входившие в кон­тур К-5, удаляются; в контур добав­ляется конденсатор емкостью 360 пф и резистор сопротивлением 3,3 ком; распайка деталей и выводов катушки пбказаны на рис. 4 (а — до переделки, 6 — после переделки). Вместо контуров К-5 от телевизора «Старт-3» могут быть использованы, после со­ответствующей переделки, контуры и от других телевизоров, настроенные на частоту 6,5 Мгц, например, контур К-7-1 от телевизора «Рубин-102».

В качестве фильтра ФПЧ-1 V без всякой переделки использован кон­тур К-7 от телевизора «Старт-3».

Для намотки катушек входного контура L₁, L₂, L₃ может быть ис­пользован каркас любого контура от телевизора «Старт-3», в котором имеется латунный сердечник. Ка­тушка L₂ содержит 6 витков провода ПЭВ-0,4 и наматывается на расстоя­нии 30 мм от верхнего края каркаса; катушка связи L1 содержит 3 + 3 вит­ка провода ПЭЛIIIО-0,35 и наматы­вается между витками катушки L₂ катушка L₃ наматывается поверх катушки L₂ и содержит 4 витка про­вода ПЭЛШО 0,35. Распайка выво­дов катушек производится в соот­ветствии с нумерацией, указанной на принципиальной схеме. Средний вывод катушки L₁ припаивается к ле­пестку, — удерживающему экран кон­тура.

Катушка гетеродина L₄ содержит 5,5 витка провода ПЭВ 0,8 и нама­тывается в виде плоской спирали, диаметр первого витка которой со­ставляет 3 мм. Намотку такой ка­тушки начинают с укладки первого витка с помощью какого-либо стерж­ня диаметром 3 мм, a затем поверх него укладывают остальные витки. Небольшой зазор между витками зна­чения не имеет, так как его влияние устраняется подстроеч­ным конденсатором С₂₈.

Изменение индуктивности катушки L₄ осу­ществляется с помощью алюминиевого флажка, который укреплен на оси и может перемещаться относительно ее витков.

Внешний вид катушки L₄ и флажка изображены соответственно на рис. 5, а и 5,6. Механизм вра­щения флажка и его расположение относительно катуш­ки L4 показаны на рис. 6.

Механизм состоит из втулки, укрепленной в передней стенке шасси, вращающей­ся в ней оси, с насаженным на нее стержнем из изоляционного матери­ала, к которому привинчивается флажок. В качестве втулки и оси использован корпус и ось от по­тенциометра типа СП.

Дроссель Др₁ наматывается На резисторе МЛТ-2 с сопротивлением не менее 100 ком, намотка произ­водится по всей длине в один слой проводом ПЭВ 0,12.

Налаживание

Налаживание приемника следует начинать с измерения общего тока, потребляемого от батарей. Затем: приступают к проверке режимов транзисторов по постоянному току, измеряя величины токов и напряже­ний в точках, указанных на схеме. Измеренные значения не должны от­личаться от указанных на схеме более чем на 15—20%. Величины напря­жений измерены относительно поло­жительного полюса батареи

Проверку режимов начинают е вы ­ходного каскада усилителя НЧ. Сначала измеряют напряжение на эмиттере транзисторов выходного каскада, которое должно быть равно половине напряжения источника пи­тания и в случае необходимости может быть подогнано подбором со­противления, резистора R₂₄. Затем измеряют коллекторное напряжение транзистора Т₆, которое устанавли­вается подбором величины рези­стора R₁₇.

После этого переходят к проверке режимов транзисторов усилителя ПЧ, измеряя напряжение на эмит­терах транзисторов T₃, Т₄, Т₅. Установка величин этих напряжений производится подбором резисторов R₅, R₈ и R11 соответственно.

Затем приступают к проверке ра­боты гетеродина, начиная с измере­ния эмиттерного тока транзистора Т1. Его величина должна лежать в пределах 3—4 ма и может быть подобрана резистором R₃₀. Устано­вив нужную величину тока, не от­ключая измерительный прибор, про­веряют наличие генерации, замыкая пинцетом катушку L₄. Если при этом наблюдается хотя бы незначительное изменение в показаниях прибора, то это свидетельствует о том, что гете­родин генерирует.

Генерация должна возникать при всех положениях флажка настройки. Если гетеродин не генерирует, сле­дует попробовать увеличить емкость конденсатора С₂₈ или увеличить эмиттерный ток транзистора Т1, уменьшая сопротивления резисторов R₂₈ и R₃₀. При этом устанавливать эмиттерный ток транзистора Т1 выше 6 ма не следует. Если указанные меры не позволяют добиться генерации, транзистор Т₁ необходимо заменить.

Смесительный каскад обычно нала­живания не требует.

Теперь можно приступить к при­ему сигналов радиостанций. Поста­вив сердечники контуров в средние положения, а регулятор громкости на максимальную громкость, под­ключаем антенну и пытаемся пой­мать передачу какой-либо станции. Если ни одной станции услышать не удается, значит, частота колебаний гетеродина лежит вне диапазона частот от 59,3 до 66,5 Мгц. Немного изменив емкость подстроечного кон­денсатора С₂₈, снова пытаемся пой­мать передачу какой-либо станции. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не удастся услышать хотя бы слабый сигнал какой-нибудь радио­вещательной станции. Услышав сигнал, приступаем к настройке фильтров ПЧ, начиная с контура дробного детектора, вращая сердеч­ники фильтра ФПЧ-IV до получения неискаженной передачи с макси­мальной громкостью.

После этого таким же способом производим настройку фильтров ФПЧ-1, ФПЧ-II и ФПЧ-III , тоже добиваясь максимальной громкости и минимума искажений. Настройку контуров на промежу­точную частоту быстрее и проще осуществить с помощью телевизора, в котором для приема звукового со­провождения используется разност­ная частота 6,5 Мгц между несущей звука и изображения («Рекорд», «Рубин-102», «Старт-3» и др.). При работе телевизоров в непосредст­венной близости от контуров, наст­роенных на разностную частоту 6.5Мгц, создается электромагнитное поле этой частоты, которое и может быть использовано для настройки каскадов ПЧ нашего приемника.

Настройка производится так. К коллектору транзистора Т₂ под­ключают кусок провода, выполняю­щий роль антенны, который распола­гают в непосредственной близости от включенного телевизора. В такой антенне наводится напряжение с ча­стотой 6,5 Мгц, модулированное звуковым сопровождением телеви­зионной передачи. Вращая сердеч­ники контуров ПЧ настраиваемого приемника, добиваются воспроизве­дения звукового сопровождения теле­передачи с малыми искажениями и максимальной громкостью. Регуля­тор громкости телевизора при этом следует устанавливать на мини­мальную громкость. После настройки контуров на про­межуточную частоту переходим к подгонке диапазона частот гетеро­дина. Настроив приемник на ка­кую-либо УКВ радиостанцию и уточ­нив длину ее волны (это можно сделать по шкале промышленного при­емника), с помощью подстроечного конденсатора С₂₈ добиваемся, чтобы эта станция принималась при нуж­ном положении флажка настройки. Например, московская радиостан­ция, работающая на волне 4,52 м (66,37 Мгц), должна приниматься в положении, близком к наиболь­шему удалению флажка настройки от катушки 1/₄.

Настройка входной цепи прием­ника производится по сигналам ра­диостанции, работающей в среднем участке диапазона, вращением сер­дечника катушки L.₂ до получения наибольшей громкости. Следует от­метить, что максимум громкости при этом выражен довольно слабо. На этом настройка приемника закан­чивается.

Описываемый приемник может ра­ботать с различными типами ан­тенн, использование которых опре­деляется главным образом напря­женностью поля в месте приема. Если напряженность поля доста­точно велика, то в качестве антенны может быть использован кусок про­вода или штырь, подключаемый к гнезду 1 или 2. При малой напря­женности поля следует использовать специальную УКВ антенну (напри­мер, симметричный вибратор), кото­рый присоединяется к обоим концам катушки L₁