Рис. 1. Особенности структурного решения синхронного гетеродина для приема УКВ ЧМ сигналов

ПРИЕМНИК – «СНАЙПЕР»

Вниманию читателей предлагается самодельный синхронный гетеродин, предназначенный для приема радиовещательных станций в УКВ диапазоне 65,8 – 73 МГц. По сравнению с аналогами он имеет ряд преимуществ. В частности, обладает более высокой чувствительностью и избирательностью, а также лучшим качеством демодулированного сигнала, чем заполонившие рынок супергетеродины. Кроме того, предлагаемый мною приемник проще в изготовлении и настройке.

Высокая чувствительность устройства объясняется тем, что полоса пропускания, по сравнению с супергетеродином, сужена: вместо 150 кГц стала доходить лишь до 22 кГц. Это привело к снижению уровня шумов на выходе приемника. Следовательно, уменьшился и так называемый “порог” – минимальный уровень входного сигнала, при котором происходит резкое ухудшение радиоприема.

Высокая избирательность предлагаемой разработки обусловлена самим принципом прямого преобразования сигнала, при котором намного меньше паразитных каналов приема, чем у супергетеродинов. К тому же в гетеродинных приемниках, как известно, сигналы соседних каналов переносятся в область ультразвуковых частот, что практически исключает их влияние на процесс демодуляции.

Повышение качества демодулированного сигнала также объясняется использованием принципа гетеродинного приема, отсутствием в предлагаемой разработке частотного детектора и усилителя промежуточной частоты, имеющего амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) с крутыми скатами. Ведь именно наличие этих элементов в супергетеродинах приводит к возникновению нелинейных искажений сигнала.

В отличие от известных конструкций синхронных гетеродинных приемников в моей разработке отсутствуют такие недостатки, как нестабильность настройки, самопроизвольная перестройка на сильный сигнал соседнего канала. “Дрейф нуля” снижен применением усилителей переменного напряжения (УПН) вместо усилителей постоянного (см. рис 1). Ослаблением связи между входной цепью приемника и гетеродином, которое получено за счет уменьшения паразитного проникновения колебаний гетеродина в антенну и во входную цепь, удалось повысить стабильность настройки.

Для уменьшения излучения паразитных колебаний гетеродин приемника экранирован. Работает он на частоте (fг), вдвое меньшей частоты принимаемого сигнала (fc). Размах колебаний гетеродина стабилизирован амплитудным ограничителем. К тому же в качестве активного элемента здесь используется полевой транзистор, обладающий гораздо большей линейностью характеристик, чем биполярный, поэтому напряжение на входе управителя частоты практически не изменяется при перестройке входного контура приемника. За счет жесткого ограничения амплитуды напряжения (на входе управителя частоты гетеродина) fj. не может измениться более чем на ±150 кГц под действием управляющего напряжения. Значит, и практически полностью исключена возможность самопроизвольной перестройки на более сильный сигнал соседнего канала.

При работе приемника на сумматор постоянно подается примерно 40 Гц – от вспомогательного низкочастотного генератора (см. рис. 1). И если на входе приемника сигнал отсутствует, то система фазовой автоподстройки частоты – ФАПЧ- пребывает как бы в разомкнутом состоянии (не функционирует). В этом случае на выходе 3 УПН нет переменного напряжения с частотой вспомогательного генератора. Зато оно появляется на выходе сумматора, имея максимальную амплитуду (0,8 В при примерно 40 Гц). Поступая на управитель частоты, данное напряжение модулирует колебания гетеродина по частоте, при этом девиация fг – около 40 кГц.

Рис. 1. Особенности структурного решения синхронного гетеродина для приема УКВ ЧМ сигналов
Рис. 1. Особенности структурного решения синхронного гетеродина для приема УКВ ЧМ сигналов

Если в антенну приемника подать немодулированное переменное напряжение, близкое по частоте к fг, то система ФАПЧ, вступив в работу, становится замкнутой. Сначала замкнутая ФАПЧ уменьшает мгновенную разность частот сигнала и гетеродина до df ~ 0,34 Гц. Величина df определяется значением нижней границы полосы пропускания УПН № 3, на выходе которого появляется напряжение с частотой вспомогательного генератора, а амплитуда Um на выходе сумматора уменьшается примерно до 0,4 мВ.

Поступая на вход управителя частоты, Um в небольших пределах изменяет fг. При этом девиация fг не превышает dfm <= 20 Гц, а девиация фазы колебаний гетеродина не выходит за 30°. Оно и понятно: и девиация частоты, и девиация фазы колебаний гетеродина зависят от амплитуды сигнала на входе приемника – при ее увеличении оба вышеназванных параметра уменьшаются. Баланс же амплитуд (переменного напряжения с частотой 40 Гц) на выходах 3 УПН и сумматора устанавливается автоматически в зависимости от размаха сигнала на входе приемника.

В то же время с выхода усилителя высокой частоты (УВЧ) поступает Uc на первый (сигнальный) вход 1 смесителя, а на второй (управляющий) вход через фазовращатель подается модулированное по фазе напряжение гетеродина. На выходе данного смесителя образуется переменное напряжение с частотой вспомогательного генератора (40 Гц). Через фильтры 1 и 2 нижних частот и оба УПН оно подается на один из входов демодулятора. На другой его вход поступает переменное напряжение от вспомогательного генератора. В результате демодулятор выдает пульсирующее напряжение, которое сглаживается фильтром нижних частот 4 и в виде постоянного напряжения через эмиттерный повторитель и сумматор подается на управитель частоты, который изменяет fг таким образом, что система ФАПЧ переходит в режим удержания (синхронизации).

Постоянное напряжение на выходе фильтра нижних частот 4 однозначно зависит от мгновенной разности фаз сигнала и гетеродина (без учета фазовой модуляции последнего). Если настройка на сигнал точная, то амплитуда переменного напряжения с частотой 40 Гц на выходе 2 УПН стремится к нулю. Фазовращатель сдвигает фазу колебаний гетеродина на 90°. При работе системы ФАПЧ в режиме удержания напряжения сигнала и гетеродина на входах 1 смесителя почти синфазны, а на входах 2 смесителя они сдвинуты примерно на 90°.

Если на вход УВЧ подается частотномодулированный сигнал, то на выходе сумматора образуется демодулированный сигнал звуковой частоты, который через эмиттерный повторитель поступает на головные телефоны. Следовательно, быстрые уходы частоты (0,34 Гц < f < 10,6 кГц) при работе системы ФАПЧ в режиме удержания компенсируются частью схемы, состоящей из УВЧ, смесителя 2, фильтра нижних частот 3, усилителя переменного напряжения 3, сумматора, управителя частоты и гетеродина. Медленные уходы частоты (0 < f < 0,34 Гц) компенсируются частью схемы, состоящей из смесителя 1, фильтров нижних частот 1, 2 и 4, УПН 1 и 2, демодулятора, эмиттерного повторителя, фазовращателя и вспомогательного генератора.

Динамические характеристики системы ФАПЧ определяются амплитудой входного сигнала и формой АЧХ фильтра нижних частот 3, который представляет собой однозвенную RC-цепь. Форма же АЧХ разомкнутой системы ФАПЧ приближена к форме АЧХ звена первого порядка, поэтому ФАПЧ работает в режиме синхронизации при достаточно большом диапазоне амплитуд входного сигнала.

Самодельный приемник не имеет автоматической регулировки усиления, поэтому при некоторой амплитуде входного сигнала система ФАПЧ самовозбуждается (режим квазисинхронизма). Но и в этом случае предлагаемое мной приемное устройство сохраняет работоспособность, так как самовозбуждение ФАПЧ не отражается на качестве выходного сигнала (в системе ФАПЧ частота автоколебаний f => 50 кГц).

Избирательность приемника по соседнему каналу определяется в основном параметрами фильтра нижних частот 3, а избирательность по паразитным каналам приема (на гармониках гетеродина) – параметрами резонансного усилителя высокой частоты. УВЧ выполнен на полупроводниковом триоде VT1 (рис.2), смесители – на полевых транзисторах VT2 и VT5, а фильтры нижних частот 1 и 3 образованы R8, С8 и, соответственно, R13, С15. Усилители переменного напряжения 1 и 2 собраны на аналоговой микросхеме DA1, а УПН 3 – на DA2. Фильтр нижних частот 2 образован элементами R9, С10. Конденсатор С9 – разделительный.

Функцию сумматора (а также – амплитудного ограничителя напряжения) выполняет аналоговая микросхема DA3. Демодулятор – на транзисторе VT3, фильтр нижних частот 4 образуют элементы R11, С11. В качестве эмиттерного повторителя выступает каскад на транзисторе VT4. Он уменьшает влияние входного сопротивления сумматора на параметры фильтра нижних частот R11, С11. Вспомогательный генератор – на микросхеме DD1. Он вырабатывает прямоугольные импульсы, близкие по форме к меандру с частотой 40 Гц. Переменное напряжение с выхода логического элемента DD1.3 вышеназванной микросхемы подается на один из входов сумматора через фильтр нижних частот R19C29R28, который подавляет высшие гармоники, содержащиеся в импульсном напряжении.

Резистор R14 служит для балансировки операционного усилителя DA3, а цепь R26C27 – для питания микросхемы DD1. Каскад на транзисторе VT6 выполняет функции эмиттерного повторителя, согласующего выходную нагрузку ВА1 приемника (60-омные стереонаушники “Мещера” Н-29) с выходным сопротивлением сумматора. Резистор R20 с конденсатором С19 служат для коррекции высокочастотных предыскажений сигнала.

Управитель частоты выполнен на варикапе VD1. Гетеродин собран по схеме емкостной трехточки на полевом транзисторе VT7 (благодаря диодам VD2 – VD5 стабилизирована амплитуда электрических колебаний, вырабатываемых им).

Конденсаторы С23, С24 и резистор R25 образуют развязывающий фильтр. Частота fг в два раза меньше fc, то есть смесители приемника работают на второй гармонике гетеродина, паразитное излучение которого уменьшает конденсатор С26. Перестройка колебательного контура L1C4 усилителя высокой частоты практически не влияет на fг, что объясняется экранирующим действием заземленных затворов полевых транзисторов VT2 и VT5.

Фазовращатель образуют резистор R7 и входная емкость транзистора VT2, которая равна примерно 2 пФ. Данная цепь сдвигает фазу колебаний гетеродина примерно на 45°, что необходимо и вполне достаточно для нормальной работы приемника. Транзисторы смесителей VT2 и VT5 трудятся “в нетрадиционном включении” (см. рис.2), что позволяет получать выгодное снижение напряжения отсечки (минус 0,8 В вместо минус 2 В), а также увеличение крутизны характеристики вблизи точки запирания этих “полевиков”.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема самодельного радиоприемника
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема самодельного радиоприемника

Приемник собран в компактном алюминиевом корпусе, а гетеродин к тому же, как уже отмечалось, заключен в экран. С конденсатором С26, а также с затворами смесителей VT2 и VT5 и выходом сумматора гетеродин соединен отрезками коаксиального (телевизионного) кабеля. Монтаж – печатный, на плате из 1,5-мм фольгированного текстолита или гетинакса (рис. 3) с 5 перемычками, выполненными одножильным проводом в полихлорвиниловой изоляции и условно обозначенными волнистой линией.

Рис. 3. Топология печатной платы
Рис. 3. Топология печатной платы

В приемнике применены постоянные резисторы МЛТ, малогабаритный переменный резистор R14, подстроечник С4, электролитические и керамические конденсаторы (причем, С20 – С22 и С25 должны иметь малый ТКЕ). В качестве VT1 вместо КТ3109А, указанного на принципиальной электрической схеме, можно использовать другой СВЧ транзистор с fгр => 300 МГц, емкостями переходов < 3 пФ и малым коэффициентом шума (например, КТ368, КТ325, ГТ346 и им подобный). В роли VT3, VT4 вполне приемлемы любые высокочастотники соответствующих структур. За К157УЛ1А (DA1 и DA2) успешно сработает К157УЛ1Б, а на месте DA3 – практически всякий операционный усилитель общего применения с низким напряжением питания. В качестве VT2 и VT5 подойдут полевые транзисторы КП327 с любым индексом в конце наименования. Аналогично – и с “полевиком” VT7 гетеродина, где вместо 2П305А можно использовать от КП305Б до КП305И, но при этом нужно установить исходное положение рабочей точки в середине линейного участка характеристики управления транзистора.

Катушки L1 и L2 намотаны на каркасах, имеющих диаметр 6 мм, проводом ПЭЛ1-0,45 и содержат по 5 витков. Катушка L1 снабжена латунным сердечником М5, а катушка L2 – сердечником из высокочастотного феррита или карбонильного железа с резьбой М5.

При правильном монтаже и заведомо исправных деталях настройка приемника достаточно проста. Сначала нужно переменным резистором R14 при отключенной антенне установить на выходе сумматора напряжение +3,5 В. Затем, подключив антенну и повращав сердечник катушки L2, настроить приемник на радиостанцию так, чтобы система ФАПЧ заработала в режиме биений. А вращением сердечника катушки L1 – добиться максимальной амплитуды напряжения биений на выходе приемника. Теперь следует несколькими плавными поворотами сердечника L2 перевести систему ФАПЧ в режим синхронизации, ориентируясь по наилучшему качеству сигнала.

Для того чтобы упростить настройку, можно зашунтировать L1C4 резистором, уменьшив таким образом добротность, и вывести контур УВЧ на среднюю частоту УКВ диапазона. Однако перестраивать тогда приемник придется только за счет перестройки гетеродина.

Как свидетельствует практика, данный приемник позволяет получить достаточно высокое качество демодулированного сигнала. При этом напряжение звуковой частоты на выходе сумматора равно 0,6 В при средней и Vm ~ 1,4 В – при максимальной громкости. С подключенными наушниками приемник потребляет примерно 30 мА при Uпит в пределах 10-12 В.

Чувствительность не измерялась из-за отсутствия калиброванного и поверенного генератора высокой частоты, но по косвенным признакам можно сделать вывод, что она близка к предельной. Другие же приборы в наличии имелись. Выполненные с их помощью измерения показали, что напряжение шумов на выходе сумматора (при отсутствии модуляции и при работе системы ФАПЧ в режиме синхронизации) равно 0,15 В в полосе частот 0 – 15 кГц. Следовательно, отношение сигнал/шум на выходе приемника равно 4.

А. СЕРГЕЕВ, г. Сасово, Рязанская обл.

Рекомендуем почитать

  • РАКЕТЫ ДЛЯ «КРУГА»РАКЕТЫ ДЛЯ «КРУГА»
    В середине 1950-х гг. стало очевидным постепенное отставание вооружений советских средств войсковой ПВО от достигнутых к тому времени возможностей средств воздушного нападения....
  • КОСИТ… НОЖКОСИТ… НОЖ
    Если у вас «нету» триммера, его не сломает сосед... Так, перефразируя известную песенку, можно начать рассказ о проблемах с ручными газонными электрокосилками. Большинство моделей...
Тут можете оценить работу автора: