СУПЕРГЕТЕРОДИН СЕЛЬСКОГО РАДИОЛЮБИТЕЛЯ

В. Васильев, Радио №11/1966, ст.49

Большинство любительских кон­струкций транзисторных радио­приемников рассчитано на при­менение в них малогабаритных де­талей. В то же время в распоряжении любителей часто имеются вышедшие из употребления ламповые прием­ники, детали которых можно с успе­хом использовать для сборки пере­носного супергетеродина на транзи­сторах. В таком приемнике можно применить не только крупногабарит­ные громкоговоритель, конденсатор переменной емкости, трансформаторы и другие узлы и детали, но и более мощные источники питания, обе­спечивающие нормальную работу приемника в течение нескольких сотен часов.

У переносного приемника есть и ряд других преимуществ перед кар­манным. О них будет сказано ниже, в описании приемника, который мы предлагаем построить сельскому ра­диолюбителю в качестве его первого супергетеродинного приемника на транзисторах.

Краткая характеристика приемника

Описываемый приемник представ­ляет собой переносный однодиапазон­ный (СВ или ДВ) супергетеродин с питанием от батареи напряжением 9 в. При минимальной громкости приемник потребляет ток около 10 ма, при максимальной — до 30—50 ма. Приемник сохраняет свою работо­способность при снижении напряже­ния питания до 3 в, что позволяет использовать батареи практически до их полного истощения. Например, комплекта из двух последовательно соединенных батарей типа КБС-Л-0,5 достаточно для работы приемника в течение 80—100 часов; шести ба­тарей «Марс», также соединенных между собой последовательно,— около 300 часов. Выбор того пли иного диапазона волн определяется условиями приема в данной местности. Например, в Мо­сковской области в диапазоне сред­них волн (200—600 м) слышно большe радиовещательных станций, чем в диапазоне длинных волн (700— 2000 м), поэтому здесь целесообраз­но изготовить приемник средневол­нового диапазона. В других районах стра­ны, наоборот, целе­сообразнее построить приемник длинновол­нового диапазона.

Прием радиосигна­лов производится на внутреннюю магнит­ную антенну, к кото­рой, в случае необ­ходимости, можно подключить и внеш­нюю антенну. При работе только на внутреннюю антенну чувствительность приемника составляет около 2—4 мв/м на СВ и 3—5 мв/м на ДВ. Чувствитель­ность с гнезда внешней антенны не хуже 300—500 мкв. При такой чувствительности возможен громкоговорящий прием не только местных, но и некоторых весьма удаленных радиостанций. Плавная настройка в пределах выб­ранного диапазона волн осуществ­ляется с помощью стандартного сдвоенного блока конденсаторов пе­ременной емкости.

Максимальная выходная мощность усилителя низкой частоты 250 мет при напряжении питания 9 в и 100 мвт—при 6 в.

В приемнике применяются пять транзисторов распространенных ти­пов: П421 (П401) — 2 шт. и П40 (П14) — 3 шт., причем без какого- либо подбора их по параметрам. Все контурные катушки приемника, а их всего семь, самодельные. Они наматываются на бумажных карка­сах, внутрь которых вводятся куски стержня магнитной антенны, ис­пользуемые для подстройки конту­ров.

В приемнике могут быть использо­ваны резисторы и конденсаторы са­мых различных типов, в том числе бывшие в употреблении.

Управление приемником осуществ­ляется с помощью двух ручек — настройки и регулятора громкости, совмещенного с выключателем пита­ния. Приемник снабжен металлической ручкой для переноски. Внеш­ние размеры корпуса приемника 75 X 150 X 240 мм, вес с комплек­том батарей — 1,5 кг.

Принципиальная схема

Принципиальная схема приемника приведена на рис. 1 на четвертой странице вкладки и включает в себя магнитную антенну МА, преобразо­ватель частоты с совмещенным ге­теродином на транзисторе Т₁, од­нокаскадный усилитель ПЧ на тран­зисторе Т₂, диодный детектор на полупроводниковом диоде Д₁, кас­кад предварительного усиления НЧ на транзисторе Т3 и двухтактный выходной каскад на транзисторах Т4, Т₅, нагруженный на динами­ческий громкоговоритель Гр.

Сразу необходимо указать, что схема описываемого приемника имеет много общего со схемой карманного приемника, описанного в журнале «Радио» № 6 за 1966 год (стр. 45— 50). Сравнение принципиальных схем этих двух приемников между собой говорит о том, что у них одно и то же количество и назначение транзисторов, катушек индуктив­ности, трансформаторов, одни и те же режимы работы транзисторов по постоянному току. Все то же самое, за исключением того, что в базовых цепях транзисторов Т1 и Т₂ отсут­ствуют переходные конденсаторы и делители напряжения, создававшие начальное смещение. Обращает на себя внимание и то, что смещение на базу транзистора Т₃ подается через резистор R₆ с делителя напря­жения, состоящего из резистора R₅ и двух диодов Д₃ и Д₂, включенных последовательно в прямом направле­нии. Странным на первый взгляд кажется соединение эмиттера тран­зистора T₃ с общим нулевым прово­дом (с корпусом). Возникает воп­рос — для чего все это?

Все перечисленные выше особен­ности схемы описываемого прием­ника связаны с тем, что в этом прием­нике приняты дополнительные меры по обеспечению более высокой ста­бильности начального смещения на базах всех транзисторов. Именно благодаря этой стабилизации прием­ник может сохранять свою работо­способность при снижении напряже­ния питания с 9 до 3 в, тогда как у карманного супергетеродина, упо­мянутого выше, и ему подобных наб­людается резкое ухудшение работы уже при напряжении питания менее 7 в.

Поскольку устройство и назначе­ние всех каскадов пятитранзистор­ного супергетеродина были уже под­робно рассмотрены в описании су­пергетеродина начинающего, то при разборе принципиальной схемы пе­реносного приемника целесообразно остановиться только на особенностях цепей смещения.

Начнем с того, что заставляет нас уделять так много внимания вопро­сам обеспечения стабильности на­пряжения начального смещения транзисторов. Как известно, для того чтобы транзистор мог усили­вать электрические сигналы, на его электроды , необходимо подать в со­ответствующей полярности напряже­ние начального смещения. Причем оказывается, что усилительные спо­собности транзистора в основном определяются током коллектора и в меньшей степени — коллекторным напряжением. В свою очередь, ток коллектора практически зависит от напряжения смещения па базе. Правда, величина коллектор­ного тока может колебаться в зави­симости от изменения температуры, а также при смене транзисторов.

Это неприятное явление связано главным .образом с существенным разбросом параметров транзисторов и их временной и температурной нестабильностью. Обычно с целью ослабления влияния указанных фак­торов на стабильность режима ра­боты транзистора уменьшают вели­чину сопротивления в цепи базы, а в цепь эмиттера включается ре­зистор с сопротивлением 1—2 ком. Именно таким образом осуществ­ляется параметрическая стабилиза­ция транзисторов в большинстве промышленных и любительских кон­струкций.

Но для того чтобы приемник сох­ранял свою работоспособность при значительном снижении питающего напряжения, необходимо обеспе­чить временную стабилизацию, т. е. непрерывно поддерживать напряже­ние на базах транзисторов в задан­ных пределах. К сожалению, осу­ществить это не так просто.

В описываемом приемнике вре­менная стабилизация напряжения смещения осуществляется с помощью диодов Д₁ Д₂, но которым проходит ток в прямом направлении. Диоды обладают той интересной особенно­стью, что в определенных условиях значительные изменения величины проходящего через них тока приводят только к небольшим колебаниям напряжения на их выводах.

Для того чтобы лучше себе пред­ставить работу цепей смещения всех пяти транзисторов приемника, об­ратимся к схеме рис. 1. На этом рисунке в упрощенном виде пред­ставлены цепи питания транзисто­ров по постоянному току. Катушки индуктивности и обмотки трансфор­маторов не показаны, так как их сопротивление постоянному току ма­ло. Как видно из этого рисунка, диоды Д₃ и Д₂ подключены к источ­нику питания через ограничительное сопротивление, в качестве ко­торого используется резистор R₅. При использовании кремниевых дио­дов типа Д104 уменьшение напряже­ния питания с 9 до 3 в приводит к понижению напряжения на диодах с 1,6 до 1,4 в. Это напряжение по­дается через резистор на базу транзистора T₃. Ток базы мал, по­этому напряжение на базе транзис­тора T3, будет меньше стабилизиро­ванного напряжения примерно на 0,1—0,2 в. В свою очередь, напряже­ние на эмиттере будет на 0,1 в мень­ше, чем на базе, и составит 1,3— 1,4 в. Поскольку эмиттер этого тран­зистора соединен с нулевым прово­дом, то напряжение нулевого про­вода относительно «плюса» питания также будет равно 1,3—1,4 в. Базы транзисторов T1 и Т₂ подключены к нулевому проводу, так что напря­жение на их эмиттерах должно быть равно примерно 1,2—1,3 в.

Напряжение смещения на базы транзисторов T4 и T₅, равное 0,13 в, снимается с делителя напряжения R7, R₈, на который подано стаби­лизированное напряжение — 1,4 в. Таким образом, с помощью двух диодов и одного резистора нам уда­лось осуществить временную ста­билизацию напряжения смещения. На графике рис. 2 приведены резуль­таты измерения стабилизированного напряжения при различном напря­жении питания и использовании некоторых стабилизирующих эле­ментов. Заштрихованный прямо­угольник обозначает область допу­стимых значений напряжения источ­ника питания и смещения, при ко­торых чувствительность приемника ухудшается не более чем в два-три раза по сравнению с начальным пе­риодом.

Согласно данным рис. 2, в случае замены диодов Д₂ постоянным резистором на 1 ком, приемник сох­ранит свою работоспособность при разряде батареи с 9 до 7 в. Правда, приемник может работать и при меньшем напряжении питания, если только генерирует гетеродин, но чувствительность приемника будет крайне низка, а звук хриплым и искаженным. Именно так ведут себя большинство приемников, не имею­щих временной стабилизации.

Значительно лучших результатов можно добиться, если применить хотя бы самые доступные диоды типа Д2Б и им подобные. Правда, для получения требуемого значения на­чального смещения потребуется че­тыре таких диода. При этом прием­ник будет сохранять свою работоспобность при разряде батареи с 9 до 5,5 в, т. е. значительно дольше, чем в предыдущем случае. Применение кремниевых диодов дает еще боль­шую продолжительность работы приемника, вплоть до полного раз­ряда батареи.

Использование стабилизирующих диодов для стабилизации смещения, как мы видим, дает существенный выигрыш, но имеет некоторый недо­статок. Дело в том, что диоды даже одного типа могут иметь значитель­ный разброс характеристик, что при­водит к разбросу величины стаби­лизированного напряжения. В про­стых любительских конструкциях с этим недостатком можно не счи­таться. Но если необходимо обеспе­чить очень высокую стабильность смещения, то вместо диодного ста­билизатора следует применить до­полнительную батарею «Марс» или ей подобную. При этом напряжение смещения оказывается полностью не­зависимым от основного источника питания. За счет очень малого раз­рядного тока батарея смещения мо­жет работать тысячи часов. Но при­менение отдельной батареи смещения усложняет конструкцию приемника, требует применения специального выключателя этой батареи. Поэтому использование отдельной батареи мо­жет быть рекомендовано в данной простой конструкции лишь в том случае, если отсутствуют необхо­димые для стабилизации диоды.

Детали и конструкция В приемнике могут быть приме­нены детали самых разнообразных типов и габаритов, указанные в табл. 1. Меры, принятые по обеспе­чению параметрической и временной стабилизации режимов работы тран­зисторов, позволяют обойтись без предварительного макетирования приемника, связанного с подбором транзисторов и резисторов. В прием­нике практически могут быть исполь­зованы транзисторы с коэффициен­том В от 20 и выше.

Катушки индуктивности изготав­ливаются точно так же, как описы­валось в упомянутом супергетеро­дине начинающего. Увеличена боль­ше чем вдвое длина стержня маг­нитной антенны, изменено количе­ство витков. Конструкция катушек приемника показана на рис. 2 вклад­ки. Там же приведена разметка вто­рого ферритового стержня, куски которого используются для настрой­ки катушек L₃—L₇. Намоточные дан­ные катушек приведены в табл. 2.

Каркасы всех катушек изготавли­ваются из двух-трех слоев писчей бу­маги и проклеиваются любым клеем. В качестве болванки для изготовле­ния каркасов используется кусок ферритового стержня. Длина намот­ки каждой катушки ограничивается полихлорвиниловыми или резино­выми кольцами, либо картонными щечками.

Отводы от катушек делаются в ви­де петли. Первоначальная длина отводов и выводов около 50 мм. После установки катушек на мон­тажной плате их выводы могут быть укорочены до 20—30 мм.

В длинноволновом варианте прием­ника емкость конденсатора С₇ умень­шается до 240 пф, а параллельно подстроечным конденсаторам С₂ и подключаются ло одному кон­денсатору типа КТК-1 емкостью 33 пф ±10%.

Монтажная плата изготовлена из листового гетинакса или текстолита толщиной 1,5—2,0 мм. Чертеж пла­ты приведен на рис. 3. В зачернен­ные на схеме отверстия вставляются пустотелые заклепки, которые затем расклепываются. С помощью указан­ных заклепок производится монтаж приемника.

Для закрепления на монтажной плате регулятора громкости и блока конденсаторов переменной емкости необходимо изготовить из листового алюминия или латуни кронштейны по чертежам, приведенным соот­ветственно на рис. 4,а и 4,б.

Сердечники катушек L₃—L₇ зак­репляются на плате с помощью клея, так же как и подстроечные конден­саторы. Сердечник магнитной ан­тенны укрепляется с помощью рези­новых колец небольшого диаметра, либо несколькими витками суровых ниток.

Ручки управления приемником выпиливаются лобзиком из 4—6мм органического стекла или другого пластического материала, по черте­жам рис. 3 вкладки. Гравировка осу­ществляется остро отточенным ши­лом, причем наносятся цифры только того диапазона, который выбран.

Монтаж приемника (рис. 4 вклад­ки) односторонний и выполнен так же, как и в супергетеродине начи­нающего. Следует обратить внима­ние на то, что провод, соединяющий регулятор громкости с диодом должен быть экранированным и свер­ху иметь изоляционное покрытие, например, полихлорвиниловую труб­ку.

Отражательная панель под гром­коговоритель может быть выполнена из плотного картона или фанеры толщиной 3—4 мм. Громкоговори­тель должен быть размещен таким образом, чтобы обеспечивался сво­бодный доступ к монтажной плате, а батареи располагались свободно. Корпус приемника можно склеить из органического стекла или из фа­неры. Отверстие под громкоговори­тель желательно оградить защитной решеткой или сеткой.

Налаживание

Налаживание приемника практи­чески ничем не отличается от нала­живания упомянутого выше карман­ного супергетеродина. В первую очередь нужно проверить режим ра­боты транзисторов. Для этого с по­мощью тестера (АВО-5, ТТ-1, ТТ-3 и др.) измеряют постоянные напря­жения на электродах транзисторов относительно плюса источника пита­ния. В исправном приемнике изме­ренные значения могут отличаться от указанных на принципиальной схеме до ±15%. Отклонения более чем на 30—40% будут свидетельств вовать о неисправности того или иного каскада.

Работоспособность каскадов прием­ника проверяется так же, как это было рекомендовано в описании су­пергетеродина начинающего. Сле­дует только уточнить, что при исп­равном преобразователе частоты по­стоянное напряжение на эмиттере транзистора Т1 должно уменьшаться на 0,1—0,2 в при закорачивании между собой выводов катушки L₅.

Проверив работу приемника по- каскадно и в целом, переходят к на­стройке контуров ПЧ на частоту 465 кгц. В последнюю очередь произ­водится настройка и сопряжение контуров магнитной антенны и ге­теродина. При этом, когда подвиж­ные пластины полностью введены в неподвижные, шкала должна пока­зывать 600 м для СВ и 2000 м — для ДВ, при полностью выведенных пла­стинах 200 м — для СВ и 700 м— для ДВ. Наличие заранее откалиброванной шкалы настройки позволяет более точно установить границы диапазона принимаемых волн. Делается это следующим образом.

Ротор блока конденсаторов пере­менной емкости поворачивают в та­кое положение, при котором шкала настройки будет указывать длину волны одной из радиостанций, хо­рошо слышимой в данной местности и работающей в длинноволновом участке выбранного диапазона: око­ло 500 м для СВ и 1700 м для ДВ. Затем путем медленного перемеще­ния каркаса катушки L₅ добиваются настройки на данную станцию. По­сле этого производится точная под­стройка входного контура, осущест­вляемая перемещением каркаса ка­тушек L₁L₂ по стержню магнитной антенны.

Закончив эту операцию, необхо­димо повернуть ротор блока конден­саторов переменной емкости в такое положение, при котором шкала на­стройки будет указывать длину вол­ны одной из местных радиостанций, работающей в коротковолновом уча­стке выбранного диапазона волн: около 250 м для СВ и примерно 900 м для ДВ. Точная настройка контура магнитной антенны произ­водится только подстроечным кон­денсатором С₂.

После этого проверяют точность настройки и сопряжения в середине диапазона. Если при этом наблю­дается некоторое понижение чувст­вительности, то рекомендуется под­строить катушки L₁ и L₅ и вновь повторить проведенные ранее опе­рации на частотах вблизи границ диапазона.

Производя измерения режимов ра­боты транзисторов, а также наст­ройку н сопряжение контуров, необ­ходимо следить за тем, чтобы слу­чайно не произошло замыкания меж­ду собой нулевого и плюсового про­водов питания. Если это все же произойдет, то коллекторный ток транзистора T₃ возрастет до несколь­ких десятков миллиампер. При этом напряжение смещения будет равно нулю, а напряжение на коллекторе транзистора Т₃ составит около одного вольта. Последствием такого замы­кания может быть выход из строя транзистора Т₃

После того как приемник налажен и настроен, целесообразно произ­вести испытание его работоспособ­ности при понижении питающего напряжения. Для этого нужно по­пробовать уменьшить количество пи­тающих батарей. Например, вместо двух батарей типа КБС-Л-0,5 ис­пользовать только одну; вместо ше­сти батарей типа «Марс» или «316»— две или три.

В заключение необходимо сказать несколько слов относительно высо­кой чувствительности данного пере­носного приемника по сравнению с аналогичным карманным прием­ником. Во-первых, за счет приме­нения стержня магнитной антенны вдвое большей длины чувствитель­ность увеличилась примерно в 1,5 раза. Во-вторых, отсутствие резис­торов в цепях смещения и переход­ных конденсаторов в базовых цепях транзисторов Т1 и Т₂ дало увеличе­ние чувствительности еще в два раза. Последнему способствовало также увеличение емкости конден­саторов С₅ и С₉, шунтирующих по переменному току резисторы R₁ и R₂.

Таким образом, применение ста­билизированного смещения и ферри­тового стержня большей длины по­зволило повысить чувствительность приемника почти в три раза. Под­тверждением этого могут служить результаты измерений чувстви­тельности карманного и пере­носного приемников, произведенные в лаборатории журнала «Радио». Результаты этих измерений приве­дены на графике рис. 5, из которого видно, что чувствительность пере­носного приемника на всех диапазо­нах примерно в три раза выше, чем у карманного приемника, описан­ного в журнале «Радио» № 6 за 1966 год, хотя эти приемники и собраны на транзисторах с одинако­выми параметрами.