Собираем УКВ ЧМ радиоприемник с АПЧ и ИТН

Собственно, оно все как получилось... В 1887 наш немецкий коллега Генрих Герц построил первый в мире искровой радиопередатчик. Он это сделал для того, чтобы проверить теории Максвелла и Фарадея о существовании радиоволн. Вообще говоря, прикладная часть такого исследования Герца не очень интересовала, ему важно было опытным путем доказать существование радиоволн и по возможности изучить какие-то их свойства. Что ему отлично удалось.

Через 7 лет после этих событий, Оливер Лодж и Александр Мирхед провели демонстрацию первого сеанса телеграфной связи. Сигнал передатчика, находящегося на расстоянии 40 метров от приемника был успешно принят и воспроизведен. А 7 мая 1895 года наш соотечественник Александр Степанович Попов на заседании Русского физико-химического общества показал свой вариант радиоприемника-грозоотметчика. Кстати, именно поэтому 7 мая в России отмечается День радио.

Ну, дальше, понятное дело, пошло-поехало.

В 1899 году была построена первая линия телеграфной связи. Ее длина составляла 45км.

Накануне Первой мировой войны стали появляться первые радиолампы, на основе которых началось массовое производство приемников прямого усиления. Словосочетание "прямое усиление" — это вовсе не пустое название, а вполне себе схема построения и принцип работы приемника. Надо понимать, что в то время приемники работали на довольно низких частотах в диапазонах длинных или даже сверхдлинных волн. Так что приемник прямого усиления занимался тем, что принимал сигнал передатчика и без лишних преобразований детектировал его и выдавал слушателю. Но тут вот какая незадача. Чем большее количество информации нужно передавать, тем большая частота передачи должна быть у передатчика. Телеграфу-то, понятное дело без разницы — точка-тире и всего делов. А вот чтобы передавать голосовые сообщения, требуется хорошая разборчивость приема. В приемнике прямого усиления любое изменения частоты требует фактически перестройки всего приемного тракта — фильтров, усилителя, что очень неудобно.

В 1918 году немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг предлагают другую схему построения приемников и называют ее "супергетеродин".

Справедливости ради нужно отметить, что сии достойные граждане использовали в своей работе идеи француза Леви.

Основная идея такого приемника — преобразование частоты принимаемого сигнала в некую фиксированную частоту и все последующие тракты приемника работают только с этой частотой, которая не зависит от частоты входного сигнала. Кажется, неплохо, давайте посмотрим на картинку.

Итак, перед вами блок-схема супергетеродинного приемника. Радиосигнал, принятый антенной, усиливается УВЧ — усилителем высокой частоты и поступает на специальный узел — смеситель. На другой вход смесителя подается сигнал с гетеродина. Гетеродин представляет собой по сути небольшой передатчик, частота которого может изменяться. Частоту гетеродина выбирают так, чтобы она была выше частоты принимаемого сигнала. Таким образом, в смесителе получается винегрет из двух сигналов — принятого антенной и гетеродина. В состав этого винегрета входит в том числе и разность частот гетеродина и входящего сигнала. Весь этот винегрет подается на выход смесителя и попадает на специальный фильтр, который называется фильтр ПЧ. Этот фильтр занимается тем, что выбирает из винегрета на выходе смесителя зеленый горошек эту самую разность частот, которая теперь будет гордо именоваться промежуточной частотой (ПЧ).

Величина промежуточной частоты выбирается заранее. В принципе, это величина стандартная — суровый ГОСТ повелевает для диапазона средних и коротких волн использовать ПЧ 465кГц, а для УКВ диапазона — 6,5 или 10,7МГц. Что это значит? Это значит, что частота гетеродина должна быть выбрана так, чтобы после операции вычитания у нас получалась означенная ПЧ и все оставшиеся функциональные блоки приемника работают именно с этой частотой. Нам не нужно, например, перестраивать УПЧ каждый раз при настройке на новую радиостанцию — он все время настроен на частоту 6,5МГц. Частотный детектор, который расположен за УПЧ тоже работает все время на одной и той же частоте, и его тоже не нужно перестраивать.

А что же нам нужно перестроить, чтобы попасть на нужную нам радиостанцию? Всего лишь, частоту гетеродина!

Ну, довольно пустой теории, давайте переходить к практике — так будет понятнее.

Чтобы вам было проще разбираться с основами построения радиоприемников, мы сделали набор — NM0703, УКВ приемник с АПЧ и ИТН. АПЧ — это автоподстройка частоты, а ИТН — это индикатор точной настройки.

Радиоприемник собран полностью на транзисторах, чтобы можно было при необходимости подробно разобрать принцип работы каждого узла супергетеродинного приемника.

Давайте посмотри на принципиальную схему нашего приемника. Пока она представлена без номиналов деталей, исключительно для понимания, в каком месте что находится из рассмотренного выше.

Итак, для упрощения конструкции мы не стали делать УВЧ, поскольку высокочастотный транзистор в смесителе обладает вполне достаточным усилением. Узел смесителя выполнен на транзисторе VT2, гетеродина — на VT1. Изменение частоты гетеродина, а значит и настройка приемника на вещательную станцию осуществляется переменным резистором. Он меняет напряжение на варикапе, тот в свою очередь изменяет внутреннюю емкость, а значит и резонансную частоту контура L2. Перестройка входного контура L1 происходит автоматически за счет индуктивной связи между гетеродином и смесителем. Таким же образом сигнал от гетеродина попадает в смеситель.

Промежуточная частота в этом приемнике очень низкая — 180кГц. Мы выбрали ее для того, чтобы упростить схему, избавив её от лишних катушек индуктивности. Как видите, за исключением катушек L1 и L2 в приемнике нет ни одной катушки. Такое решение имеет и кучу минусов, но нам показалось, что мотать катушки — это довольно скучное и нужное занятие и решили вас от этого занятия избавить.

На транзисторе VT2 собран фильтр НЧ, выделяющий промежуточную частоту из винегрета смесителя. Он выполняет роль ФПЧ. Далее сигнал ПЧ поступает на УПЧ на транзисторах VT5, VT6, VT8. Кстати говоря, низкая промежуточная частота позволяет еще и выполнить хороший, устойчивый УПЧ с весьма высоким коэффициентом усиления. После УПЧ сигнал идет на формирователь импульсов и частотный детектор на транзисторах VT10 и VT11, VT14 соответственно. С выхода частотного детектора, обозначенного на схеме большой красной буквой А выходит уже низкочастотный звуковой сигнал, пригодный для УНЧ. Помимо УНЧ, сигнал с ЧД через интегрирующие цепочки подается на АПЧ — автоподстройку частоты и ИТУН — индикатор настройки.

Принцип работы ИТУН довольно прост — чем точнее настройка на радиостанцию, тем выше напряжение на выходе частотного детектора. Схематически, ИТУН представляет собой два пороговых элемента, один их которых срабатывает выше определенного напряжения, другой — ниже.

Вся схема радиоприемника, за исключением УНЧ, питается от внутреннего стабилизатора на транзисторе VT13. Это необходимо для того, чтобы параметры настройки приемника не уплывали при питании приемника например от несвежей батарейки, напряжение которой уже порядком подсело.

Основные технические характеристики приемника следующие:

Принципиальная схема:

Схема выполнена на общедоступных компонентах, не содержит дорогих или дефицитных деталей.

Дроссель Др.1 — готовый, выводной. Можно использовать отечественный ДПМ-0,1, можно любой китайский.

В набор входит разумеется готовая печатная плата с обозначением всех компонентов — куда-что нужно припаять. Не смотря на довольно высокое количество компонентов, сборка приемника потребует не слишком много времени.

В набор входит все необходимое для сборки, включая припой и эмалированный медный провод для намотки катушек L1 и L2.

Настройка на радиостанцию осуществляется многооборотным подстроечным резистором. В целом, это не слишком удобно, но для такого резистора вполне можно придумать ручку, которую и вывести на переднюю панель корпуса радиоприемника. Если такой вариант не очень устраивает, можно приобрести специальный многооборотный переменный резистор фирмы Bourns такого же номинала, как указано на схеме.

Ну и после сборки должно получится что-то вроде такого:

Ну, во всяком случае, так получилось у нас. Что получится у вас — давайте посмотрим.