1. Изучение конструкции и параметров блока УКВ
Особенностью УКВ блока радиолы “Мелодия – 101 – стерео”, приводимая в документации схема которого показана на рис. 1, является электронная перестройка всех высокочастотных контуров с помощью варикапных матриц Д1 – Д3. УКВ блок, включает в себя усилитель ВЧ на транзисторе Т1, гетеродин на транзисторе Т2 и смеситель на транзисторе Т3. Выходной сигнал ПЧ снимается с емкостного делителя С21, С22 и поступает на блок ПЧ – блок У5. Автоматическая подстройка УКВ блока на принимаемую станцию (АПЧ) производится сигналом рассогласования, поступающим с частотного детектора блока ПЧ через контакты кнопки В9. Управляющее напряжение на варикапные матрицы поступает с блока настройки УКВ – блока У4.
Напряжение питания +5 В поступает с блока питания – блок У10.
В таблице ниже приведены сведения о катушках индуктивностей, взятые из технической документации:
Катушка L1 намотана виток к витку на одном каркасе с L2. Каркас из органического стекла с канавкой для намотки L2 диаметром 6 мм, сердечник из феррита марки 13ВЧ-1. На таких же каркасах намотаны катушки L3 и L4. Сердечник катушки L4 латунный. Катушка ФПЧ L5 намотана на гладком каркасе диаметром 6,5 мм, с подстроечным сердечником из феррита 100НН диаметром 2,86 мм, длиной 12 мм. Схемы катушек приведены на рис.2.
Рис. 2 Схемы катушек блока УКВ-6С (У1) радиол “Мелодия – 101 — стерео” и “Мелодия – 102”
Перед тем как приступить к переделке блока, учитывая, что предприятия часто вводят существенные изменения в выпускаемую продукцию, полезно провести изучение переделываемого блока.
На изучаемом блоке УКВ была нанесена маркировка УКВ-1-1С. Его схема несколько отличается от приведенной в технической документации и выглядит так, как это показано на рис. 3.
Рис. 3 Принципиальная электрическая схема блока УКВ-1-1C радиолы “Мелодия – 101 — стерео”
В блоке отсутствует конденсатор C1, не совпадают номиналы емкостей конденсаторов C2, C3, С9, C11, С15, С16, C6, C8, С14, установлен дополнительный конденсатор С24.
При определении номинальных значений емкостей конденсаторов УКВ блока, использовалась представленная на рис. 4 цветовая маркировка конденсаторов.
Рис. 4 Цветовая маркировка конденсаторов
Отличается от приведенного в документации и шаг намотки катушек L2, L3 и L4 блока УКВ-1-1С и составляет 1,5 мм.
Теперь обратим внимание на варикапы. Измерения показали, что управляющее напряжение варикапов изменяется в районе от 1,9 В в нижней части диапазона, до 10,2 В в средине диапазона и до 20,9 В в верхней части диапазона. При изменении напряжения в этих пределах, емкость матрицы варикапов изменяется примерно от Cvarl = 42/2 = 21 пФ в нижней части диапазона, до Cvarm = 22/2 = 11 пФ в средине диапазона и до Cvarh = 18/2 = 9 пФ в верхней части диапазона (см. график зависимости на рис. 5).
Рис. 5 Зависимость емкости варикапа КВС111 от напряжения
В соответствии со справочными данными коэффициент перекрытия по емкости для КВС111, не менее 2,1. Реальный коэффициент перекрытия по емкости составляет
.
Обеспечиваемый коэффициент перекрытия по частоте
.
Подведем некоторый итог. Существенными являются отличия, найденные в конструкции катушек индуктивностей, а именно в шаге намотки. Эти отличия делают невозможным прямой пересчет параметров контуров для диапазона УКВ-2, поскольку нельзя, опираясь на данные из технической документации, точно определить значения индуктивностей реально установленных в блоке катушек и, следовательно, действующей магнитной проницаемости сердечников катушек, паразитной емкости самих катушек, монтажа и экранирующего корпуса. Таким образом, решать поставленную задачу необходимо косвенными методами.
2. Определение емкостей пединговых конденсаторов
Пединговыми (сжимающими диапазон) конденсаторами являются конденсаторы C5, C11 и C14. Необходимость пединговых конденсаторов можно определить, сравнив обеспечиваемый коэффициент перекрытия по частоте с требуемым. Требуемый коэффициент перекрытия диапазона с учетом запаса по частоте в 0,5 МГц по его краям можно определить по:
,
где fh – верхняя частота диапазона УКВ-2 (108 МГц); fl – нижняя частота диапазона УКВ-2 (87,5 МГц). Подставив необходимые значения в выражение выше получим:
.
Обеспечиваемый коэффициент перекрытия по частоте больше требуемого коэффициента перекрытия диапазона всего в
.
раза, это говорит о том, что пединговые конденсаторы должны либо отсутствовать, либо их емкость должна быть очень большой.
Чтобы избежать значительных переделок в блоке, примем вариант с пединговыми конденсаторами, значение емкости которых возьмем равным 10 нФ.
3. Определение числа витков катушек
Согласно формуле Томпсона частота резонанса электрического колебательного контура определяется как
.
Найдем отношение центральной частоты диапазона УКВ-2 к центральной частоте диапазона УКВ-1, записав это отношение через формулу Томпсона, при условии, что емкость контура остается неизменной и контур перестраивается лишь индуктивностью:
.
Учитывая, что индуктивность однослойной катушки (сплошная намотка и намотка с шагом), мкГн, определяется как
,
где µс – действующая магнитная проницаемость сердечника, Dcp – средний диаметр обмотки, мм; s — шаг намотки, мм; w — число витков, можно записать:
,
или
.
После алгебраических преобразований получаем квадратное уравнение:
.
При fУКВ1 = 70 МГц, fУКВ2 = 98 МГц, Dср = 6 мм, s =1,5 мм и для wУКВ1L2 = 4,25 витка (см. таблицу выше), это уравнение будет записано как:
.
Положительным решением этого уравнения будет wУКВ2L2 = 2,58 витка.
Аналогичный вид уравнение будет иметь и для wУКВ1L3 = 4,25 витка (см. таблицу выше):
.
Положительным решением этого уравнения будет wУКВ2L3 = 2,58 витка.
Для катушки гетеродина, с учетом того, что частота ПЧ равна 10,7 МГц, а, следовательно, fУКВ1Г = 80,7 МГц и fУКВ2Г = 108,7 МГц, и при wУКВ1L4 = 6,25 витка (см. таблицу выше), уравнение будет иметь вид:
.
Положительным решением этого уравнения будет wУКВ2L4 = 3,901 витка.
Проделанный расчет показывает, что число витков каждой из катушек следует соответствующим образом уменьшить. Будем уменьшать число витков катушек так, чтобы попасть в те же самые отверстия для выводов каркасов катушек. У катушки L2 отмотаем один виток сверху. У катушки L3 отмотаем один виток снизу. У катушки L4 отмотаем два витка сверху.
Найдем теперь, во сколько раз индуктивность переделанных катушек отличается от требуемой индуктивности. Для этого возьмем отношение индуктивности переделанной катушки к индуктивности катушки с расчетным значением числа витков
.
Тогда, для катушки L2:
.
Для катушки L3:
.
Для катушки L4:
.
Таким образом, для устранения разницы произведения L·C для контуров до переделки катушек и после переделки катушек, общая емкость конденсаторов подключенных к катушке L2 должна быть уменьшена в 1,375 раза, в это же число раз, должна быть уменьшена и общая емкость конденсаторов подключенных к катушке L3, а общая емкость конденсаторов подключенных к катушке L4 должна быть уменьшена в 1,118 раза.
4. Определение значения емкости, на которую необходимо уменьшить емкость конденсаторов колебательных контуров
Найдем общую емкость конденсаторов подключенных к катушкам колебательных контуров в соответствии со схемой их соединения и с учетом того, что контуры настроены на центральную частоту диапазона.
Для входного контура
.
Для контура УРЧ
.
Для контура гетеродина
.
Оценим значение емкости, на которую необходимо уменьшить общую емкость конденсаторов подключенных к катушкам колебательных контуров.
Для входного контура
.
Для контура УРЧ
.
Для контура гетеродина
Проделанные выше расчеты позволяют сформировать окончательную схему блока для диапазона УКВ-2, представленную на рис. 6. В схеме удалены конденсаторы C3 и C24, конденсаторы C5, C11 и C14 заменены на конденсаторы с емкостью 10 нФ. Конденсатор C8 заменен на конденсатор емкостью 1,5 пФ, а конденсатор C15 на конденсатор емкостью 4,7 пФ.
Рис. 6 Принципиальная электрическая схема блока УКВ-1-1C радиолы “Мелодия – 101 — стерео” для диапазона УКВ-2
5. Настройка гетеродина и входной цепи
При настройке контуров полезно применять специальную отвертку из изоляционного материала наподобие той, что показана на рис. 7. Для изготовления отвертки пригоден стержень из любого, поддающегося обработке изоляционного материала (в том числе и дерева). В таком стержне (с одного из торцов) делается пропил, в который вставляется и приклеивается клеем небольшая пластинка из латуни или бронзы, заточенная с одной из своих сторон так, как затачивают отвертку.
Рис.7 Отвертка для настройки контуров
Перед настройкой следует проверить и установить рекомендуемые в технической документации значения управляющего напряжения варикапов, а именно, в нижней части диапазона 1,6 В, а в верхней части диапазона 22 В.
Настройка гетеродина и входной цепи выполняется при полностью собранном блоке. Настройка является трудоемкой операцией и требует особого внимания.
Настройку начинают с проверки работы гетеродина. При исправном гетеродине возможен прием мощных радиостанций даже при значительной расстройке входной цепи блока УКВ. Убедившись в нормальной работе гетеродина, приступают к укладке граничных частот гетеродина. Укладку диапазона обычно делают с небольшим запасом, учитывая возможное изменение параметров контура гетеродина с ростом температуры и влажности окружающей среды.
Перед выполнением настройки конденсатор C14 контура гетеродина настраиваемого приемника устанавливают в положение минимальной емкости. Для сопряжения входных и гетеродинных контуров при отсутствии специальной аппаратуры используется вспомогательный приемник и сигнал принимаемой радиостанции. Вспомогательный приемник настраивается на принимаемую настраиваемым приемником по возможности в наиболее высокочастотной части диапазона радиостанцию. Вращая подстроечный сердечник катушки L4 контура гетеродина настраиваемого приемника и его ручку настройки, ориентируясь на вспомогательный приемник и стрелочный индикатор настраиваемого приемника, добиваются установки указателя верньера в соответствующее место шкалы.
Затем приемники настраиваются на принимаемую настраиваемым приемником по возможности в наиболее низкочастотной части диапазона радиостанцию. Поочередным вращением ротора подстроечного выравнивающего конденсатора C14 контура гетеродина и его ручки настройки, ориентируясь на вспомогательный приемник и стрелочный индикатор настраиваемого приемника, добиваются установки указателя верньера в соответствующее место шкалы. Эти операции повторяют несколько раз, пока не получат точной укладки диапазона гетеродина. После этого переходят к настройке контура УВЧ, а далее входного контура.
При настройке контуров УВЧ рекомендуется соблюдать следующий порядок операций:
Операции настройки на низкочастотном и высокочастотном участках диапазона повторяют несколько раз до получения точного сопряжения.
Настройка входного контура производится в области средней частоты диапазона.
Во всех описанных выше случаях настройки точность сопряжения проверяют с помощью индикаторной палочки, показанной на рис. 8. Такая палочка может быть выточена из эбонита или другого изоляционного материала. Для этой цели можно использовать также бумажную трубочку или небольшой кусок кембрика.
Рис.8 Палочка для проверки правильности настройки контуров
Попеременно поднося к настраиваемой катушке сердечники из феррита и латуни (или меди) наблюдают за изменением громкости (стрелочного индикатора). Если сопряжение выполнено правильно, в обоих случаях громкость должна уменьшаться.
Если при поднесении феррита к катушке контура громкость увеличивается, то это означает, что индуктивность катушки мала. Если при поднесении латуни к катушке контура громкость увеличивается, то это означает, что индуктивность катушки велика.
В результате настройки сердечники из катушек L2 и L3 были удалены. Подстроечный конденсатор C2 выставлен на максимальное значение, подстроечный конденсатор C9 выставлен на минимальное значение.
По окончании настройки рекомендуется у настроенных контуров залить отверстия с сердечниками катушек парафином.
6. Установка стереодекодера с пилот тоном
В диапазоне УКВ-1 стереофоническое вещание ведется с использованием полярно-модулированного сигнала. В диапазоне УКВ-2 для стереофонического вещания используется система комплексного стерео сигнала (КСС) с пилот-тоном. Соответственно для того чтобы на радиоприемнике с перестроенным УКВ блоком можно было прослушивать передачи в стереофоническом режиме, необходима замена стереодекодера.
Наилучшим образом для замены подходит стереодекодер на микросхеме A 4510 D, схема которого показана на рис. 9. Отличительной особенностью этой микросхемы является широкий диапазон напряжения питания от 5 В до 15 В, что позволяет осуществить замену стереодекодера без каких-либо переделок.
Рис. 9 Принципиальная электрическая схема стереодекодера с пилот-тоном на микросхеме A 4510 D
Настройка стереодекодера проста и сводится к повороту ротора-движка подстроечного резистора номиналом 4,7 кОм до тех пор, пока при приеме стереосигнала не будет достигнуто резкое устойчивое увеличение яркости свечения подключенного своим катодом к выводу 18 микросхемы A 4510 D светодиода. Следует обратить внимание на то, что номинальный ток светодиода составляет 20 мА, а диэлектрик подключенного к выводу 2 микросхемы A 4510 D конденсатора емкостью 330 пФ должен быть из полистирола.
Если уровень входного сигнала стереодекодера окажется несколько большим, чем требуется, а это будет заметно на слух по нелинейным искажениям, необходимо уменьшить коэффициент усиления по напряжению расположенного в блоке ПЧ предварительного УНЧ. Фрагмент схемы блока ПЧ с предварительным УНЧ, собранным на транзисторе T6 показан на рис. 10.
Рис. 10 Фрагмент принципиальной электрическая схемы усилителя ПЧ-АМ-ЧМ (У5) радиолы “Мелодия – 101 — стерео”
Уменьшать коэффициент усиления УНЧ, нужно таким образом, чтобы не нарушать режим работы каскада по постоянному току. Этого добиваются такими изменениями значений сопротивлений резисторов R50 и R51, которые не приводят к значительному изменению их первоначального суммарного сопротивления. В рассматриваемом случае эти резисторы были заменены на резисторы R50 с номиналом 1,6 кОм и R51 с номиналом 2,7 кОм.
Литература
М.В. Агунов, г. Санкт-Петербург