Універсальний УКХ ЧМ приймач

Олексій Большаков, E-mail: alexbol@sovintel.ru

Передісторія

Кілька років тому перед автором постало завдання створити мініатюрний мобільний одноканальний приймач, здатний перебудовуватися в широкому діапазоні частот і приймати як широкосмугову, так і узкополосний ЧС, або шляхом перемикання, або, у крайньому випадку, з мінімальними переробками.

Вивчення технічних описів і експерименти з однокристальними ЧС приймачами на базі К174ХА34 і їй подібними, показали повну неспроможність останніх для застосування в серйозних конструкціях – низька чутливість і вибірковість, неможливість регулювання смуги пропускання, проблематичність застосування зовнішнього стабільного гетеродина і т.д.

Потім автор переглянув практично всі журнали "Радіо" і "Радіоаматор", за попередні роки, сподіваючись знайти щось готове. На жаль, як і очікувалося, нічого готового знайти не вдалося. Однак найбільший інтерес викликали конструкції [5,8,9]. Причому найбільш оптимальною виглядала конструкція такого вигляду – ВЧ та перетворювач від [9], ПЧ і детектор від [5], а ФВЧ і УНЧ від [8]. При цьому конструкція виходила досить громіздкою.

Наступним етапом пошуку був огляд інтернет-сайтів виробників мікросхем. Саме тут, на сайті MOTOROLA автор виявив [13] схему приймача, яка фактично включала всі ідеї вищеназваних конструкцій. Схема цього приймача, з незначними дорісовкамі і виключеними явними "ляпами" наведена на мал.1.

Творчо попрацювавши над наведеною схемою, автор реалізував наступний її варіант (Мал. 2). Схема приймача побудована з урахуванням рекомендацій [13] та інших конструкцій перерахованих і не перерахованих у списку літератури, а так само теорії викладеної в [1].

Варто зауважити, що поняття універсальний, напевно, не зовсім правильне. Швидше приймач можна назвати базовим, тому що конструкція дозволяє легко додати синтезатор частот і друге перетворення частоти, перетворивши його в пристойний зв'язковий приймач. Для більш детального ознайомлення з цими питаннями пропоную скачати з сайту MOTOROLA необхідну документацію [11,12,13]. Попутно зауважу, що зробити приймач вузькосмуговим можна і не вдаючись до другого перетворення частоти, про що буде сказано далі.

Приймач може бути перебудований в діапазоні від 70 до 150 Мгц, без зміни номіналів підлаштування елементів. Реальна чутливість приймача близько 0.3 мкВ. Напруга живлення – 9 вольт. Слід помітити, що напруга живлення МС3362 – від 2 до 7 вольт, а МС34119 від 2 до 12 вольт. Тому МС3362 харчується через стабілізатор напруги 78L06, в вихідним напругою 6 вольт.

Схема приймача.

Вхідний каскад приймача виконаний по традиційній резонансної схемою. Сигнал з антени А1 через котушку зв'язку L1, надходить у вхідний контур L2. Індуктивна зв'язок з антеною виконана не випадково, тому що це єдиний спосіб забезпечити нормальне узгодження з різними антенами і в широкому діапазоні частот [1,6,7]. Як підсилювального елемента використовується польовий транзистор КП307Г. Зазначений транзистор має високу крутизну характеристики і прийнятні шумові показники. Такі ж характеристики має двухзатворний КП350, але він сильно боїться статичної електрики. Взагалі-то як підсилювач ВЧ можна застосувати будь-яку схему, на будь-якому транзисторі, яку ви вже використовували і впевнені у її працездатності, а так само маєте досвід її монтажу і налаштування.

Можна використовувати КП327, що не боїться статичної електрики, а ще краще двухзатворний польовий транзистор BF998, що застосовується у блоках СКМ сучасних телевізорів. Частота до 1 ГГц, коефіцієнт шуму 0.6 дб. (Але тут, ймовірно, не обійшлося без лукавства. Наприклад КТ368 з частотою 900Мгц має коефіцієнт шуму 3 Дб, але на частоті 60 Мгц. А що буде на 900-х нікому не відоме.)

Попутно зауважу, що R1 і С2 можна виключити зі схеми, тому що вони є додатковими джерелами теплових шумів. [1]

Посилений сигнал виділяється на контурі L3, який для підвищення стійкості підсилювача має неповне включення. З контуру L3, через котушку зв'язку L4 сигнал надходить в змішувач. Така схема забезпечує мінімальне взаємний вплив УВЧ і змішувача, підвищує вибірковість, і забезпечує максимальне узгодження з вхідним каскадом змішувача, виконаного з диференціальної схемою.

Від внутрішнього гетеродина в змішувач надходить опорна частота. Опорними елементами гетеродина є C7L5 і вбудована варікапная матриця, змінюючи напругу на якій резистором R6, можна здійснювати незначну перебудову по частоті. Резистор R5 призначений для створення "розтяжки".

У принципі R5, R6 і C6 можна виключити, з'єднання 23 ніжку MC3362 з позитивним дротом, а перебудову здійснювати елементами C7 і L5.

З 20 ніжки сигнал гетеродина може бути подано на синтезатор частот (або цифрову шкалу-частотомер), а керуюче напруга має подаватися у такому разі на 23 ніжку.

Сигнал різницевої частоти в 6,5 Мгц (але може бути і 10,7 МГц і 5,5 МГц, це перевірялося) подається на п'єзокерамічних фільтр Z1 і далі, минаючи перший ППЧ і другий перетворювач, на другий ППЧ, підсилювач-обмежувач і фазовий детектор.

З фазового детектора, через ФВЧ на С13R9, що забезпечує зріз частот вище 5 Кгц [2,3], сигнал надходить на підсилювач НЧ, виконаний по мостовій схемі, на мікросхемі MC34119. На відміну від 174 серії цей підсилювач має значне посилення, високу стійкість до самозбудження, низький рівень власних шумів, дуже високий ККД і мала кількість навісних елементів. Вихідна потужність на навантаженні 20 Ом складає близько 0,2 Вт

Якщо приймач планується використовувати як широкосмуговий мовний, то рекомендую змінити значення C13R9 на основі рекомендацій [2,3], або виключити цю ланцюг взагалі.

Деталі та конструкція.

На жаль, варіант приймача не був доведений до "коробкового" варіанту. По-перше цього й не було потрібно, а по-друге, авторові набагато цікавіше процес "пізнання і творення", ніж "причісування і вилизування ". Тому друковану плату, що бажають повторити дану конструкцію, доведеться розводити самим. До речі сказати, це доводиться робити навіть і при наявності малюнка, тому що часто немає тих елементів, які використовував автор. Та й схема досить проста, тому труднощів з цим бути не повинно.

Макетна плата яку використовував автор має розміри 100х30 мм і виконана з двостороннього фольгованого склотекстоліти, товщиною 1,5 мм. Всі деталі розташовані з боку друкованих провідників (Благо отвори свердлити не треба), а друга сторона використовується як екран. На скільки це добре, сказати не беруся. У мене є підозра, що це сприяє появі поразітних ємностей. Якщо подивитися промислові УКХ і ДМВ блоки, то всі вони чомусь виконані на односторонньому фольгування, або взагалі навісним монтажем.

Резистори, конденсатори й електролітичні конденсатори можуть бути будь-якого типу.

Конденсатори підлаштування типу КПК, але можуть бути й інші. У більш пізньому варіанті я використовував КПВ 2-35пф. І розміри менше і перекриття більше.

Резистор R6 бажано використовувати багатооборотні.

Контур LC фазового детектора взятий від імпортного приймача (китайського) і повинен бути із зеленою або синьою розфарбуванням. Ємність такого контуру на частоті 10,7 МГц становить 90 ПФ. Отже для частоти 6,5 Мгц необхідна додаткова ємність Ca, в 150 ПФ, а для частоти 5,5 Мгц – 250 ПФ. [14]

Пьзокераміческій фільтр Z1 може бути будь-якого типу. Хоча мікросхема розрахована на вихідний імпеданс 300 ом (для 10,7 Мгц) і 1,5 ком на вхідний (455 Кгц). Тим не менше всі фільтри працюють нормально. Необхідно лише зауважити, що фільтри бувають різні навіть для однієї частоти і мають різні смуги пропускання, десь 10-20% від робочої частоти, а отже і вибірковість буде відрізняться. Крім того на частоти 6,5 МГц і 5,5 МГц, крім смугових випускаються ще й режекторних (що пригнічують) фільтри. Вони маркуються зазвичай однією точкою, а смуговий – двома.

Котушки індуктивності L2, L3, L5 мають однакову конструкцію. Вони намотані на каркасах діаметром 5 мм (такі каркаси використовуються в СКМ і СКД телевізорів 3 і 4 поколінь), посрібленим проводом 0.7 мм і мають по 5 витків. Довжина намотування 6 мм. Котушки розташовані вертикально. Всередині котушок знаходиться сердечник. Латунний для роботи у верхній частині діапазону (140 Мгц), або феромагнітний для роботи в нижній частині діапазону (70 Мгц).

Котушка зв'язку L1 має 4 витка (виток до витка) проводом ПЕЛ 0,3 у верхнього виведення L2.

Котушка зв'язку L4 має 2 витка (виток до витка) проводом ПЕЛ 0,3 у верхнього виведення L3.

Відведення у L2 і L3 зроблений від середини.

Всі контуру розраховувалися за допомогою [14], виходячи з таких міркувань. Довжина намотування – 6 мм, кількість витків 5 + 1 (додатковий виток враховує довжину відводів та індуктивність доріжок.), Діаметр намотування 5.5 мм (0.5 мм враховують нещільність намотування). Після розрахунку отримуємо L = 0.13 мкгн.

Для налаштування на частоту 108 Мгц, ємності конденсаторів повинні бути наступними C1 = С4 = 17 ПФ.

Гетеродин працює нижче приймається частоти, і до контура додатково підключена варікапная матриця з мінімальною місткістю близько 5 ПФ, звідси С5 = 19-5 = 14 ПФ.

Розрахункові результати практично ідеально співпали з практикою при обліку ємності монтажу 2-3 ПФ і ємності витік-стік в два ПФ. (17 – 3 – 2 = 12 ПФ. Саме цю ємність і показували С1 і С4.)

Гранична частота гетеродина – 140 Мгц, а з урахуванням латунного сердечника – 150 Мгц.

Для тих, хто бажає використовувати приймач на 144 Мгц або вище, рекомендую зменшити число витків котушок L2, L3, L5 до 4.

Налаштування

Налаштування УНЧ не потрібно. Можливо, буде потрібно підібрати значення R12 для оптимального значення посилення і смуги пропускання НЧ як рекомендовано в [4].

Для налаштування ФД, пьезофільтр від'єднується від 19 ніжки і на нього подається частотно-модульований сигнал з частотою вибраної ПЧ. Я, наприклад, використовував звичайний кварцовий генератор за схемою трехточкі, з варикапів включеним послідовно кварцу, модулюючи його звичайним генератором ЗЧ на одному транзисторі з [2].

Для налаштування гетеродина в заданий діапазон, я використовував той же ВЧ генератор, переробивши його в LC генератор, і той же однотранзісторний ЗЧ. Генератор розташовується поряд з приймачем, у якого відключається УВЧ (відпоюють резистор R4) і конденсатором С7 відбувається налаштування на частоту генератора. Потім підключається УВЧ, ємність С1 встановлюється мінімальний, а L3 підлаштовується конденсатором C4 по максимальній гучності сигналу. Потім підключається антена (шматок дроту 50-100 см) і проводиться настройка контуру L2 конденсатором С1. Остаточна точне налаштування контурів проводиться підлаштування сердечниками. Якщо УВЧ почне порушуватися при точного настроювання L2, рекомендую залишити її кілька засмученою, вище приймається частоти, або "підняти" відведення у L2, або застосувати "нейтралізацію" перепаяв "земляний" кінець C3 в точку з'єднання R3R4C5.

Кілька зауважень по "приводу".

Зазначений приймач можна переробити в узкополосний варіант. Це можна зробити декількома способами.

1) Включити друге перетворення. Це неважко зробити, подивившись схему зображену на рис.1.

Кварц необхідно вибирати на 465 Кгц вище або нижче першої ПЧ. Бажано першу ПЧ зробити 10,7 Мгц для підвищення вибірковості по дзеркальному каналу. Контур LC необхідно використовувати від ПЧ російських транзисторних СВ-ДВ-KB приймачів. Використання контурів від імпортних (китайських) приймачів з жовтою розфарбуванням – проблематично, тому що вони мають частоту налаштування 455 Кгц, і дотягнути її до 465 Кгц не завжди вдається. В якості фільтра Z2 (рис. 1) можна застосувати ФП1П-024, ФП1П1-60.1 або щось аналогічне.

2) узполосним приймач можна зробити якщо використовувати і одноразове перетворення замінивши Z1 (рис. 2) на готовий кварцовий фільтр ФП1П1-307-18 з частотою 10,7 Мгц і смугою пропускання 18 Кгц і дуже великими розмірами, або на MCF-10 ,7-15 c тією ж частотою і смугою пропускання 15 Кгц. Розміри цього фільтру значно менше 15х10х10 мм.

Однак при такому варіанті є й серйозні проблеми. Суть яких в тому, що вихідна напруга НЧ частотного (фазового) детектора, тим менше, чим ширше смуга контуру ЧД і менше девіація частоти. (Це додатково пояснює, чому при вузькосмугової ЧС використовується низька ПЧ). Тому для отримання достатньої гучності необхідно звузити смугу пропускання контуру LC (що дуже складно), або перед УНЧ ставити додатковий підсилювач. А це шуми!

Є ще один варіант. Замість LC використовувати кварцовий резонатор на 10,7 Мгц, як це реалізовано в [5]. Однак МС3362 не розроблялася для такого застосування і автор це не відчував. Для бажаючих це виконати рекомендую використовувати практично аналогічну мікросхему МС13136, але розроблену під кварцовий резонатор в ЧД, замість LC.

Крім того, обидва варіанти мають спільний недолік. При вузькій смузі пропускання стають дуже помітними коливання частоти гетеродина, тобто потрібно або синтезатор, або кварцова стабілізація.

Ще одне спостереження. У приймальнику (рис. 2) автор виконав подвійне перетворення, зробивши першу ПЧ 10,7 Мгц, а другу 6,5 Мгц. Результат був гнітючим. Приймач ледь брав станцію за потужністю в 1,5 Квт що знаходиться на відстані 2-3 км. Заміна мікросхеми результатів не дала, подальший розгляд я не проводив.

Для бажаючих ще більше зменшити розміри приймача рекомендую використовувати МС3363, яка має вбудований в корпус транзистор для УВЧ, а також систему шумозаглушення. Але вона випускається тільки в планарному корпусі, що ускладнює її монтаж, і коштує значно дорожче, близько 200-250 рублів, проти 25 рублів МС3362. Стільки ж коштує і МС34119.

Деякі попутні висновки

Експериментуючи з наведеним приймачем, а так само з ВЧ та ПЧ блоками китайського приймача, Урал-Авто, Мелодія-106, тобто використовую ВЧ від розробленого приймача, а ПЧ від іншого і навпаки, автор зробив наступні кілька висновків, можливо вже відомих.

1) якість приймача (чутливість і вибірковість) в основному визначається якістю ПЧ-ЧД блоку і практично не залежить від ВЧ блоку.

2) фільтри зосередженої селекції (ФСС) в блоках ПЧ мають значно кращі показники, ніж п'єзокерамічні і навіть кварцові, тому що виділяють сигнал у смузі частот, а не вирізують всю смугу, разом з шумами.

3) а краще всього застосовувати 4-5 каскадів двоконтурних смугових підсилювачів і дробовий детектор замість ФД і ЧД. [7]

Література.

1. Варкан В.Ф., Жданов В.К. Радіоприймальні устройства.1972г.
2. Бунімович С.Г., Яйленко Л.П. Техніка аматорської односмуговою зв'язку., 1970р.
3. Муравіна В. Слухові апарати. На допомогу радіоаматори. Випуск 93, с.42.
4. Григор'єв Б. УЗЧ транзисторного приймача На допомогу радіоаматори, Випуск 93, с.73.
5. Бесєдін В. Радіоаматорський телефон. Радіо № 10, 1993р., С. 29.
6. Кирик О. Мелодія-106-стерео. Радіо № 3, 1979р., С.31.
7. Хмарцев В. Всеволновий приймач радіокомплеса. Радіо № 8, 1974р., С.31.
8. Стасенко В. Автомобільна радіостанція діапазону 144-146Мгц. Радіоаматор № 2, 1992р., С.20
9. Фролов Є., доломані В., Березкін М. УКХ ЧМ приймач на 145 Мгц. Радіо № 3 1991р., С.22
10. Поляков В. УКХ ЧМ радіостанція. Радіо № 10, 1989р., С.30
11. Технічний опис мікросхеми МС3363. Інтернет-> сайт Motorola. (Www.mot.com)
12. Технічний опис мікросхеми МС336. Інтернет-сайт Motorola.
13. Додаткові зауваження по застосуванню МС3362, МС3363. (AN980.PDF) Інтернет-сайт Motorola.
14. Strange D. Програма з розрахунку контурів.