Несколько лет назад перед автором встала задача создать миниатюрный мобильный одноканальный приемник, способный перестраиваться в широком диапазоне частот и принимать как широкополосную, так и узкополосную ЧМ, либо путем переключения, либо, в крайнем случае, с минимальными переделками.
Изучение технических описаний и эксперименты с однокристальными ЧМ приемниками на базе К174ХА34 и ей подобными, показали полную несостоятельность последних для применения в серьезных конструкциях — низкая чувствительность и избирательность, невозможность регулирования полосы пропускания, проблематичность применения внешнего стабильного гетеродина и т.д. Затем автор просмотрел практически все журналы «Радио» и «Радиолюбитель», за предшествующие годы, надеясь найти что-то готовое.К сожалению, как и ожидалось, ничего готового найти не удалось. Но наибольший интерес вызвали конструкции [5,8,9]. Причем наиболее оптимальной выглядела конструкция следующего вида — ВЧ и преобразователь от [9], ПЧ и детектор от [5], а ФВЧ и УНЧ от [8]. При этом конструкция получалась достаточно громоздкой.
Следующим этапом поиска был обзор интернет-сайтов производителей микросхем. Именно здесь, на сайте MOTOROLA автор обнаружил [13] схему приемника, которая фактически включала все идеи вышеназванных конструкций. Схема этого приемника, с незначительными дорисовками и исключенными явными «ляпами» приведена на рис.1.
Творчески поработав над приведенной схемой, автор реализовал следующий ее вариант (Рис. 2). Схема приемника построена с учетом рекомендаций [13] и других конструнций перечисленных и не перечисленных в списке литературы, а так же теории изложенной в [1].
Стоит заметить, что понятие универсальный, наверное, не совсем правильное. Скорее приемник можно назвать базовым, т.к. конструкция позволяет легко добавить синтезатор частот и второе преобразование частоты, превратив его в приличный связной приемник. Для более детального ознакомления с этими вопросами предлагаю скачать с сайта MOTOROLA необходимую документацию [11,12,13]. Попутно замечу, что сделать приемник узкополосным можно и не прибегая ко второму преобразованию частоты, о чем будет сказано далее.
Приемник может быть перестроен в диапазоне от 70 до 150 Мгц, без изменения номиналов подстроечных элементов. Реальная чуствительность приемника около 0.3 мкв. Напряжение питания — 9 вольт. Следует заметить, что напряжение питания МС3362 — от 2 до 7 вольт, а МС34119 от 2 до 12 вольт. Потому МС3362 питается через стабилизатор напряжения 78L06, выходным напряжением 6 вольт.
Входной каскад приемника выполнен по традиционной резонансной схеме. Сигнал с антенны А1 через катушку связи L1, поступает во входной контур L2. Индуктивная связь с антеной выполнена не случайно, т.к. это единственный способ обеспечить нормальное согласование с различными антенами и в широком диапазоне частот [1,6,7]. Для снижения эффекта шунтирования контура L2 входными цепями, и повышения его добротности, а следовательно сужения полосы пропускания и повышения избирательности, применено неполное включение контура.
В качестве усилительного элемента используется полевой транзистор КП307Г. Указанный транзистор имеет высокую крутизну характеристики и приемлемые шумовые показатели. Такие же характеристики имеет 2-хзатворный КП350, но он сильно боится статического электричества, к тому же требует дополнительных элементов для обеспечения смещения на втором затворе. Все остальные транзисторы показали более худшие результаты и по усилению и по шумам.
Усиленный сигнал выделяется на контуре L3, который по тем же соображениям, что L2, имеет неполное включение. С контура L3, через катушку связи L4 сигнал поступает в смеситель. Такая схема обеспечивает минимальное взаимное влияние УВЧ и смесителя, повышает избирательность, и обеспечивает максимальное согласование с входным каскадом смесителя, выполнего по дифференциальной схеме.
От внутреннего гетеродина в смеситель поступает опорная частота. Опорными элементами гетеродина являются C7L5 и встроенная варикапная матрица, изменяя напряжение на которой резистором R6, можно осуществлять незначительную перестройку по частоте. Резистор R5 предназначен для создания «растяжки». В принципе R5,R6 и C6 можно ислючить, соеденив 23 ножку MC3362 с положительным проводом, а перестройку осуществлять элементами C7 и L5. С 20 ножки сигнал гетеродина может быть подан на синтезатор частот, а управляющее напряжение должно подавться в таком случае на 23 ножку.
Сигнал разносной частоты в 6,5 Мгц (но может быть и 10,7 Мгц и 5,5 Мгц, это проверялось) подается на пьезокерамический фильтр Z1 и далее, минуя первый УПЧ и второй преобразователь, на второй УПЧ, ограничитель и фазовый детектор.
С фазового детектора, через ФВЧ на С13R9, обеспечивающих срез частот выше 5 Кгц [2,3], сигнал поступает на усилитель НЧ, выполненый по мостовой схеме, на микросхеме MC34119. В отличие от 174 серии этот усилитель имеет значительное усиление, высокую устойчивость к самовозбуждению, низкий уровень собственных шумов, очень высокий КПД и малое количество навесных элементов. Выходная мощность на нагрузке 20 Ом составляет около 0,2 Вт.
Если приемник планируется использовать как широкополосный вещательный, то рекомендую изменить значения C13R9 на основе рекомендаций [2,3], либо исключить эту цепь вообще.
Детали и конструкция. К сожалению, вариант приемника не был доведен до «коробочного» варианта. Во-первых этого и не требовалось, а во-вторых, автору гораздо интереснее процесс «познания и созидания», нежели «причесывания и вылизывания». Потому печатную плату, желающим повторить данную конструкцию, придется разводить самим. Кстати сказать, это приходится делать даже и при наличии рисунка, т.к. зачастую нет тех элементов, которые использовал автор. Да и схема достаточно проста, поэтому трудностей с этим быть не должно.
Макетная плата которую использовал автор имеет размеры 100х30 мм. и выполнена из 2-хстороннего фольгированного стеклотекстолита, толщиной 1,5 мм. Все детали расположены со стороны печатных проводников (благо отверстия сверлить не надо), а вторая сторона используется в качестве экрана. На сколько это хорошо, сказать не берусь. У меня есть подозрение, что это способствует появлению поразитных емкостей. Если посмотреть промышленные УКВ и ДМВ блоки, то все они почему-то выполнены на одностороннем фольгировании.Резисторы, конденсаторы и электролитические конденсаторы могут быть любого типа. Подстроечные конденсаторы типа КПК, но могут быть и другие. Резистор R6 желательно использовать многооборотный. Контур LC частотного детектора взят от импортного приемника (китайского) и должен быть с зеленой или синей раскраской. Емкость такого контура на частоте 10,7 Мгц составляет 90 пф. Следовательно для частоты 6,5 Мгц необходима дополнительная емкость Ca — 150 пф, а для частоты 5,5 Мгц — 250 пф.[14]
Пьзокерамический фильтр Z1 может быть любого типа. Хотя микросхема расчитана на выходной импеданс 300 ом (для 10,7 Мгц) и 1,5 ком на входной (455 Кгц). Тем не менее все фильтры работают нормально. Необходимо лишь заметить, что фильтры бывают разные даже для одной частоты и имеют разные полосы пропускания, где-то 10-20% от рабочей частоты, а следовательно и избирательность будет отличатся. Кроме того на частоты 6,5 Мгц и 5,5 Мгц, кроме полосовых выпускаются ещё и режекторные(подавляющие) фильтры. Они маркируются обычно одной точкой, а полосовой — двумя.
Катушки индуктивности L2, L3, L5 имеют одинаковую конструкцию. Они намотаны на каркасах диаметром 5 мм (такие каркасы используются в СКМ и СКД телевизоров 3 и 4 поколений), посеребренным проводом 0.7 мм и имеют по 5 витков. Длина намотки 6 мм. Катушки расположены вертикально. Внутри катушек находится сердечник. Латунный для работы в верхней части диапазона (140 Мгц), или ферромагнитный для работы в нижней части диапазона (70 Мгц). Катушка связи L1 имеет 4 витка (виток к витку) проводом ПЭЛ 0,3 у верхнего вывода L2. Катушка связи L4 имеет 2 витка (виток к витку) проводом ПЭЛ 0,3 у верхнего вывода L3. Отвод у L2 и L3 сделан от середины.
Все контура рассчитывались с помощью [14], исходя из следующих соображений. Длина намотки — 6 мм, количество витков 5 + 1 (дополнительный виток учитывает длину отводов и индуктивность дорожек), диаметр намотки 5.5 мм (0.5 мм учитывают неплотность намотки). После расчета получаем L=0.13мкгн. Для настройки на частоту 108 Мгц, емкости конденсаторов должны быть следующими C1=С4=17 пф. Гетеродин работает ниже принимаемой частоты, и к контуру дополнительно подключена варикапная матрица с минимальной емкостью около 5 пф, отсюда С5=19-5=14 пф.
Расчетные результаты практически идеально совпали с практикой при учете емкости монтажа 2-3 пф и емкости исток-сток в 2 пф. (17 — 3 — 2 = 12 пф. Именно эту емкость и показывали С1 и С4.) Предельная частота гетеродина — 140 Мгц, а с учетом латунного сердечника — 150 Мгц.
Для тех, кто желает использовать приемник на 144 Мгц или выше, рекомендую уменьшить число витков катушек L2, L3, L5 до 4. Если приемник планируется использовать как широкополосный вещательный, то рекомендую изменить значения C13R9 на основе рекомендаций [2,3], либо исключить эту цепь вообще.
Настройка УНЧ не требуется. Возможно потребуется подобрать значение R12 для оптимального значения усиления и полосы пропускания НЧ как рекомендовано в [4]. Для настройки ФД, пьезофильтр отсоединяется от 19 ножки и на него подается частотно-модулированный сигнал с частотой выбранной ПЧ. Я, например, использовал обычный кварцевый генератор по схеме 3-хточки, с варикапом включенным последовательно кварцу, модулируя его обычным генератором ЗЧ на одном транзисторе из [2]. Для настройки гетеродина в заданный диапазон, я использовал тот же ВЧ генератор, переделав его в LC генератор, и тот же однотранзисторный ЗЧ. Генератор располагается рядом с приемником, у которого отключается УВЧ (отпаивается резистор R4) и конденсатором С7 производится настройка на частоту генератора. Затем подключается УВЧ, емкость С1 устанавливается минимальной, а L3 подстраивается конденсатором C4 по максимальной громкости сигнала. Затем подключается антенна (кусок провода 50-100 см) и проводится настройка контура L2 конденсатором С1. Окончательная точная настройка контуров производися подстроечными сердечниками. Если УВЧ начнет возбуждаться при точной настройке L2, рекомендую оставить ее несколько расстроенной, выше принимаемой частоты.
Несколько замечаний. Указанный приемник можно переделать в узкополосный вариант. Это можно сделать несколькими способами:
1) Включить второе преобразование. Это нетрудно сделать посмотрев схему изображенную на рис.1. Кварц необходимо выбирать на 465 Кгц выше или ниже первой ПЧ. Желательно первую ПЧ сделать 10,7 Мгц для повышения избирательности по зеркальному каналу. Контур LC необходимо использовать от ПЧ российских транзисторных СВ-ДВ-KB приемников. Использование контуров от импортных (китайских)приемников с желтой раскраской — проблематично, т.к. они имеют частоту настройки 455 Кгц, и дотянуть ее до 465 Кгц не всегда удается. В качестве фильтра Z2 (рис. 1) можно применить ФП1П-024, ФП1П1-60.1 либо что-то аналогичное;
2) Можно использовать и однократное преобразование, если заменить Z1 (рис. 2) на готовый кварцевый фильтр ФП1П1-307-18 с частотой 10,7 Мгц и полосой пропускания 18 Кгц и очень большими размерами, либо на MCF-10,7-15 c той же частотой и полосой пропускания 15 Кгц. Размеры этого фильтра значительно меньше 15х10х10 мм.
Но при таком варианте есть и серьезные проблемы. Суть которых в том, что выходное НЧ напряжение частотного (фазового) детектора, тем меньше, чем шире полоса контура ЧД и меньше девиация частоты. (Это дополнительно поясняет, почему при узкополосной ЧМ используется низкая ПЧ). Потому для получения достаточной громкости необходимо сузить полосу пропускания контура LC (что очень сложно), либо перед УНЧ ставить дополнительный усилитель. А это шумы! Есть ещё один вариант. Вместо LC использовать кварцевый резонатор на 10,7 Мгц, как это реализовано в [5]. Но МС3362 не разрабатывалась для такого применения и автор это не испытывал. Для желающих это проделать рекомендую использовать практически аналогичную микросхему МС13136, но разработанную под кварцевый резонатор в ЧД, вместо LC. Кроме того, оба варианта имеют общий недостаток. При узкой полосе пропускания становятся очень заметными колебания частоты гетеродина, т.е. требуется либо синтезатор, либо кварцевая стабилизация.
Ещё одно наблюдение. В приемнике (рис. 2) автор выполнил двойное преобразование, сделав первую ПЧ 10,7 Мгц, а вторую 6,5 Мгц. Результат был удручающим. Приемник едва принимал радиостанцию с мощьностью в 1,5 Квт находящуюся на расстоянии 2-3 км. Замена микросхемы результатов не дала, дальнейшее разбирательство я не проводил.
Для желающих ещё больше уменьшить размеры приемника рекомендую использовать МС3363, которая имеет встроенный в корпус транзистор для УВЧ, а также систему шумоподавления. Но она выпускается лишь в планарном корпусе, что осложняет ее монтаж, и стоит значительно дороже, около 200-250 рублей, против 25 рублей МС3362. Слишь же стоит и МС34119.
Некоторые попутные выводы. Эксперементирую с приведенным приемником, а так же с ВЧ и ПЧ блоками китайского приемника, Урал-Авто, Мелодия-106, т.е. использую ВЧ от разработанного приемника, а ПЧ от другого и наоборот, автор сделал следующие несколько выводов, возможно уже известных:
1) качество приемника (чувствительность и избирательность) в основном определяется качеством ПЧ-ЧД блока и практически не зависит от ВЧ блока;
2) фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) в блоках ПЧ имеют значительно лучшие показатели, чем пьезокерамические и даже кварцевые, т.к. выделяют сигнал в полосе частот, а не вырезают всю полосу, вместе с шумами.
Литература.
1. Баркан В.Ф., Жданов В.К. Радиоприемные устройства.1972г.
2. Бунимович С.Г., Яйленко Л.П. Техника любительской однополосной связи., 1970г.
3. Муравин В. Слуховые аппараты. В помощь радиолюбителю. Выпуск 93, с.42.
4. Григорьев Б. УЗЧ транзисторного приемника В помощь радиолюбителю, Выпуск 93, с.73.
5. Беседин В. Радиолюбительский телефон. Радио 10, 1993г., с. 29.
6. Кирик О. Мелодия-106-стерео. Радио 3, 1979г., с.31.
7. Хмарцев В. Всеволновый приемник радиокомплеса. Радио 8, 1974г., с.31.
8. Стасенко В. Автомобильная радиостанция диапазона 144-146Мгц. Радиолюбитель 2, 1992г., с.20
9. Фролов Е., Доломанов В., Березкин Н. УКВ ЧМ приемник на 145 Мгц. Радио 3 1991г., с.22
10. Поляков В. УКВ ЧМ рдиостанция. Радио 10, 1989г., с.30
11. Техническое описание микросхемы МС3363. Интернет-сайт Motorola.
12. Техническое описание микросхемы МС3362. Интернет-сайт Motorola.
13. Дополнительные замечания по использованию МС3362, МС3363. (AN980.PDF) Интернет-сайт Motorola.
14. Strange D. Программа для IBM PC по расчету контуров.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Рисунок 1.
Линейный регуляторUA78L06A1
МикросхемаMC33621
МикросхемаMC341191
С1
Конденсатор5 пФ1
С2, С7
Конденсатор50 пФ2
С3, С4, С10, С19
Конденсатор0.01 мкФ4
С5
Конденсатор27 пФ1
С6
Конденсатор120 пФ1
С8, С9, С12, С15
Конденсатор0.1 мкФ4
С11, С18
Электролитический конденсатор100 мкФ2
С13
Конденсатор4700 пФ1
С14
Конденсатор0.22 мкФ1
С16
Электролитический конденсатор1 мкФ1
С17
Электролитический конденсатор5 мкФ1
R1, R8
Резистор100 кОм2
R2
Переменный резистор100 кОм1
R3
Резистор20 кОм1
R4
Резистор68 кОм1
R5
Резистор5.6 кОм1
R6
Переменный резистор47 кОм1
R7
Резистор15 кОм1
Х1
Кварцевый резонатор10.245 МГц1
Z1
Пьезокерамический фильтр10.7 МГц1
Z2
Пьезокерамический фильтр455 кГц1
L1, L2
Катушка индуктивности2
Изготавливается самостоятельноLC
Контур частотного детектора1
От импортного приемникаRn
Динамик8 Ом1
А1
Антенна1
Рисунок 2.
Линейный регуляторUA78L06A1
МикросхемаМС33621
МикросхемаМС341191
VT1
Полевой транзисторKP307G1
С1, С4, С7
Подстроечный конденсатор5-20 пФ3
С2, С3
Конденсатор1000 пФ2
С5, С6, С10, С19
Конденсатор0.01 мкФ4
С8, С9, С12, С15
Конденсатор0.1 мкФ4
С11, С18
Электролитический конденсатор100 мкФ2
С13
Конденсатор4700 пФ1
С14
Конденсатор0.22 мкФ1
С16
Электролитический конденсатор1 мкФ1
С17
Электролитический конденсатор5 мкФ1
Са
Конденсатор150 пФ1
R1, R5, R12
Резистор100 кОм3
R2
Резистор360 Ом1
R3, R4
Резистор100 Ом2
R6
Переменный резистор100 кОм1
R7
Резистор24 кОм1
R8
Резистор68 кОм1
R9
Резистор5.6 кОм1
R10
Переменный резистор47 кОм1
R11
Резистор15 кОм1
L1-L5
Катушка индуктивности5
Изготавливается самостоятельноLC
Контур частотного детектора1
От импортного приемникаZ1
Пьезокерамический фильтр6.5 МГц1
Rn
Динамик8 Ом1
А1
Антенна1
Добавить все