ПУТЬ в ЭФИР

15. ПРИЕМНИК НА ОДНОЙ МИКРОСХЕМЕ.

    Один из путей изготовлении приемника для наблюдений за работой любительских радиостанций - переделка обычного радиовещательного приемника. Однако при всей привлекательности идеи использовать как основу готовый приемник переделка получается не очень простой и не слишком доступной начинающим радиолюбителям. Как полагает автор, самыми легко повторяемыми приемниками для коротковолновиков долго ещё будут приемники прямого преобразования, или, как правильно их назвать, гетеродинные приемники.
    Принцип их действия чрезвычайно прост и очевиден: принимаемый сигнал преобразуется по частоте с помощью смeсителя и гетеродина непосредственно в низкую, звуковую частоту. При приеме телеграфных (CW) сигналов гетеродин приемника настраивают на 600...1000 Гц выше или ниже частоты сигнала и на выходе смесителя появляются биения именно с этой звуковой частотой. Любопытно заметить, что именно так принимали телеграфные сигналы в начале века, когда только-только начали применяться передатчики незатухающих колебаний. При приеме однополосных (SSB) сигналов гетеродин настраивают возможно точнее на частоту подавленной несущей. Основное усиление сигнала в гетеродинном приемнике происходит на низкой частоте.
    Микросхема К174ХА2 содержит все узлы типового супергетеродинного приемника (кроме детектора и усилителя звуковой частоты), на основе которых можно создать гетеродинный приемник. Так, апериодический усилитель радиочастоты (УРЧ) с возможностью регулировки усиления, смеситель и гетеродин, образующие преобразователь частоты, в нашем приемнике использован по прямому назначению. Что касается четырехкаскадного усилителя промежуточной частоты (УПЧ). то он выполняет функции усилителя звуковой частоты. В чем, кстати, также предусмотрена возможность регулировки усиления, но в нашей приемнике она не задействована.
    Следующий важный вопрос: какой из любительских диапазонов выбрать для первого приемника начинающего коротковолновика? Очевидно, тот, на котором работает много русскоязычных коротковолновиков и наблюдателю на первых порах не потребуется знания английского языка, принятого для международного обмена. Ответ однозначен - диапазон 160 метров. Это типично "ночной" диапазон, где днем из-за сильного поглощения радиоволн в нижних слоях ионосферы можно никого и не услышать. Зато ночью с большой громкостью проходят станции европейской части России, Украины, Белоруссии, Прибалтика, а при известном терпении и хорошей антенне можно услышать всю Европу и всю Сибирь. В дальнейшем, изменив данные всего двух контуров приемника, его можно перестроить на любительские диапазоны 80, 40 и даже 20 метров. Это было проверено экспериментально: на всех диапазонах приемник показал неплохие результаты.
    Принципиальная схема гетеродинного приемника на микросхеме К174ХА2 показана на рис. 1. Сигнал от антенны через катушку связи L1 поступает на входной контур L2C1, настроенный на среднюю частоту 160-метрового диапазона (полоса частот 1830....1930 кГц). Этот контур нужен для ослаблений помех от мощных средневолновых радиовещательных станций, расположенных ниже по частоте. И мощных коротковолновых связных радиостанций, расположенных на более высоких частотах. Выделенный этим контуром сигнал подается через конденсатор связи С2 на вход УРЧ микросхемы. Другой вход УРЧ "заземлен" (т.е. соединен с общим проводом) через конденсатор С3. Через эти конденсаторы протекают только переменные токи радиочастоты, а режим микросхемы по постоянному току не нарушается. Переменным резистором R1 регулируют усиление УРЧ. Когда его движок наводится в левом по схемe положении, усиление максимально. Подбором резистора R2 можно при необходимости изменить пределы регулировки усиления.

Рис. 1.

    Гетеродин приемника содержит всего лишь несколько навесных элементов. Контур гетеродина образован катушкой L3 и конденсаторами С6, С7 и С8. Большую часть емкости контура обеспечивает конденсатор С6. Для увеличения плавности настройки ("растяжки" любительского диапазона на всю шкалу) максимальная емкость переменного конденсатора С8 должна составлять всего 12...15% обшей емкости контура. Если емкость переменного конденсатора больше приведенной на схеме, то следует соответственно уменьшить ёмкость "растягивающего" конденсатора С7. В данном приемнике вместо рекомендуемой в справочниках для этой микросхемы схемы гетеродина с индуктивной обратной связью использован гетеродин с ёмкостной обратной связью, что позволило значительно упростить навесную часть схемы и облегчить изготовление катушки. Сигнал обратной связи заводится с контура гетеродина через конденсатор небольшой ёмкости С5 на неинвертирующий вход дифференциального усилительного каскада гетеродина микросхемы. Другой, инвертирующий вход этого каскада "заземлен" по высокой частоте через конденсатор С4. Стабильность частоты гетеродина определяется качеством входящие в него деталей, но на относительно низких частотах 160 метрового диапазона проблем со стабильностью обычно не возникает.
    УРЧ и гетеродин внутри микросхемы соединены со входами кольцевого балансного смесители, выполненного из четырех транзисторах. В коллекторную цепь одной пары транзисторов включен резистор нагрузки R4, на которой и выделяется звуковая частота (биения), равная разности частот сигнала и гетеродина. Резистор нагрузки зашунтирован конденсатором С12, выполняющий роль простейшего фильтра нижних частот и ослабляющим звуковые частоты выше 2,5...3 кГц. Отфильтрованный сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С13 подается на вход УПЧ микросхемы, используемый в этом приемнике как УЗЧ. Другой вход усилителя соединен с общим проводом (по переменному току) конденсатором С15, а конденсатор С14 устраняет обратную связь по звуковым частотам во внутренней цепочке, стабилизирующей режим усилителя по постоянному току. Ввиду того, что усиливаются относительно низкие частоты, названные конденсаторы должны иметь значительную ёмкость.
    Выходной каскад усилителя выполнен в микросхеме на р-n-р транзисторе с открытым коллектором (вывод 7). Экспериментально установлено, что если коллектор соединить с общим проводом через резистор сопротивлением около 1,5 кОм, то получается симметричное ограничение больших выходных сигналов начиная с амплитуды примерно 1 В. В данном приемнике необходимое сопротивление нагрузки получается при параллельном соединении резистора нагрузки R3 и высокоомных телефонов. Это позволило обойтись без разделительного конденсатора на выходе, но при подключении телефонов желательно соблюдать полярность, указанную на вилке телефонов и выходном разъёме XS2. При соблюдении полярности магнитный поток в телефонах, создаваемый постоянной составляющей коллекторного тока выходного транзистора, будет складываться с потоком постоянных магнитов, отчего работа телефонов только улучшится.
    Как уже упоминалось, система регулировки усиления УПЧ не задействована, поэтому вывод 9 (вход АРУ) соединен с общим проводом. При желании можно ввести в приемник электронный регулятор усиления и по низкой частоте. Схема его совершенно аналогична схеме регулятора усиления по радиочастоте (резисторы R1 и R2), за исключением того, что движок потенциометра соединяется с выводом 9. Moжнo пойти и дальше по пути усовершенствования приемника, введя в него систему АРУ по низкой частоте. Для этого надо продетектировать выходной звуковой сигнал и подать выпрямленное и сглаженное напряжение на вывод 9. Тогда между выводом 10 и общим проводом можно будет включить стрелочный измерительный прибор, который послужит измерителем силы сигнала - S-метром. Однако подобными усовершенствованиями рекомендуется заняться уже после того, как приемник будет изготовлен и настроен.
    Контурные катушки приемника L2 и L3 намотаны на стандартных четырехсекционных каркасах, используемых в подавляющем большинстве отечественных портативных приемников. Они содержат по 60 витков провода ПЭЛ 0,1...0,15, по 15 витков в каждой секции каркаса. Диаметр намотки получается около 5 мм, общая длина - 6 мм. Катушки подстраиваются ферритовыми стержневыми сердечниками диаметром 2,7 мм. Катушка связи L1 наматывается поверх контурной катушки L2, на том же каркасе в той его секции, которая ближе к "заземленному" выводу контурной катушки. Катушка связи может содержать от 3 до 10 витков любого изолированного провода. Меньшее число витков используется при более длинных наружных антеннах, чтобы приемник не перегружался по входу. Можно сразу намотать катушку связи с двумя-тремя отводами и подобрать оптимальную связь с антенной при налаживании приемника. Катушки желательно поместить в экраны любой конструкции. В этом приемнике важно обеспечить минимальную связь между входной и гетеродинной катушками, поэтому, если экраны не используются, катушки следует разместить на плате подальше друг от друга.
    Конденсаторы С1...С7 использованы керамические, особое внимание следует обратить на температурный коэффициент ёмкости конденсатора С6 он должен быть близким к нулевому или небольшим отрицательным, что обеспечит хорошую температурную стабильность частоты гетеродина. Конденсатор настройки С8 может быть любого типа, с воздушным диэлектриком, главное, чтобы он был оснащен удобной ручкой, желательно большого диаметра, и обеспечивал лёгкое и плавное вращение ротора. Для облегчения настройки на SSB станции желательно использовать верньер с замедлением в 5...10 раз. При использовании КПЕ от радиовещательных приемников с максимальной ёмкостью 240...510 пФ ёмкость "растягивающего" конденсатора С7 следует уменьшить до 100...50 пФ соответственно. Остальные детали приемника могут быть любых типов.
    Печатная плата для этого приемника не разрабатывалась, а макет был выполнен навесным монтажом на пластинке фольгированного стеклотекстолита размерами примерно 50 х 100 мм. Микросхема размещается в середине фольгированной поверхности выводами кверху и закрепляется припайкой выводов 8 и 9 к фольге через короткие отрезки луженого медного провода. Отгибать выводы микросхемы не рекомендуется - они могут отломиться. Затем распаиваются конденсаторы СЗ, С4, С9, С10, С12, С14 и С15 между соответствующими выводами микросхемы и фольгой. Катушки крепятся припайкой экрана или свободных выводов каркаса к фольге. Затем распаиваются остальные детали и проводники. Плату следует прикрепить стойками или уголками к металлической передней панели, на которой закрепляются конденсатор настройки С8, регулятор усиления R1, разъёмы антенны XS1 и телефонов XS2. Передняя панель должна иметь хороший электрический контакт с фольгой платы, служащей общим проводом. Такая конструкция полностью устраняет влияние рук на настройку. Провод, идущий от статора КПЕ настройки С6 к контуру гетеродина, должен быть по возможности жестким и коротким, чтобы не ухудшилась стабильность частоты.
    Налаживание приемника чрезвычайно просто и сводится к настройке двух контуров на частоты любительского диапазона 1640...1940 кГц. Если есть генератор стандартных сигналов, то его выход следует подключить к разъему антенны и вращением подстроечника катушки L3 установить нужную частоту приема. Уменьшая уровень сигнала от ГСС и вращая подстроечник катушки L2, добиваются максимальной громкости приема, что соответствует настройке входного контура в резонанс. При отсутствии ГСС все тоже самое можно проделать, принимая сигналы любительских радиостанций. Приемник неплохо работает и с комнатной антенной - отрезком провода длиной несколько метров, но для приема дальних станций все же лучше использовать наружную антенну. В этом случае возможно потребуется подобрать число витков катушки связи L1. Его следует уменьшить настолько, чтобы приемник не перегружался сигналами станций и помех, но еще не потерял чувствительности.
    Измерение параметров приемника показало очень неплохую чувствительность в телеграфном режиме - около 1 мкВ при отношении сигнал/шум не менее 10 дБ. Уровень внешних шумов на 160-метровом диапазоне обычно бывает заметно выше. Реальная селективность приемника не слишком высока и едва достигает 50 дБ, что зависит от качества и параметров использованной микросхемы. У гетеродинных приемников реальная селективность определяется прямым детектированием мешающих сигналов в смесителе. Измерить её можно следующим образом устанавливают немодулированный сигнал ГСС такого уровня, чтобы отношение сигнал/шум на выходе составило 10 дБ (это можно контролировать по осциллографу, подключенному параллельно телефонам), и замечают уровень выходного сигнала. Затем расстраивают ГСС относительно частоты приема на 40...50 кГц и включают амплитудную модуляцию глубиной 30%. Повышают уровень высокочастотного сигнала ГСС настолько, чтобы на выходе появилось такое же напряжение, но теперь уже не частоты биений, а модулирующей частоты (хотя частоты могут быть и одинаковыми, например 1000 Гц). Величина, на которую пришлось увеличить сигнал ГСС, и дает значение реальной селективности в децибелах.
    Прямое детектирование в гетеродинных приемниках - вредное явление, ограничивающее возможность приема слабых сигналов при воздействии сильных помех. У описываемого приемника оно начинается при напряжении помех на входе около 300 мкВ, поэтому автор и предостерегает от использования больших наружных антенн, сильно связанных с входным контуром. Кстати сказать, у многих не слишком сложных и дорогих супергетеродинных KB приемников, и фабричного, и любительского производства, реальная селективность нe выше 50 дБ. К ним также относится все то, что здесь сказано о длинных антеннах.
    Описанный приемник работоспособен при напряжении питания примерно от 4 до 12 В, но все же оптимальным напряжением питания следует считать 9 В, при этом обеспечивается достаточная громкость звука в телефонах и еще не слишком велик потребляемый ток - около 8 мА. Приемник можно питать и от маленькой батареи типа "Крона", конструктивно выполнив его в портативном варианте.

Борис СТЕПАНОВ, RU3AX

"Радио" 1995 г.

| Содержание | 16. КАК ОФОРМЛЯТЬ ОТЧЕТЫ ОБ УЧАСТИИ В СОРЕВНОВАНИЯХ. |