ЧМ приемник 27 МГц с низкой ПЧ

Фев
27

Перейдем к практической реализации ВЧ части супергетеродинного приемника с минимум катушек, которые нужно изготавливать самому.
Сначала определимся с критериями к схеме.
1. Доступность элементной базы.
2. Простота настройки.
3. Минимум приборов для настройки.
В приемнике и передатчике применены одинаковые кварцы 27 МГц на основную гармонике. Можно также применить и гармониковые кварцы, но при этом придется гетеродин и задающий генератор в приемнике делать по другой схеме. Этот вариант тоже потом рассмотрим.

Блок-схема ВЧ части супергетеродинного приемника.

Напоминание!
Если схемы открывать в новой вкладке или окне, то размер схем будет больше.

Для начала спаяем только преобразователь частоты.

Преобразователь частоты лучше сделать например на двухзатворном полевом транзисторе или на микросхеме SA622, но у меня в техническом задании было требование, применить максимально распространенные радиоэлементы, поэтому стал делать на биполярных транзисторах.
Подробнее про подобные простые преобразователи можно почитать здесь.
http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/02/26/простые-преобразователи-частоты/

VT1 это УВЧ. На входе лучше поставить колебательный контур настроенный на частоту приема, но и без него схема вполне работоспособна.
VT2 – смеситель. Как видим вход смесителя закорочен для помехи на промежуточной частоте через конденсатор С6 и катушку L2
VT3 – гетеродин. Частоту можно менять в небольших пределах подстроечным конденсатором С12

Можно сразу проверить работоспособность преобразователя. Для этого нужно использовать маячок-передатчик. Его схема практически такая же, что и гетеродин приемника, только последовательно с кварцем нужно добавить еще катушку или готовый дроссель на 5 мкГн, хотя удобнее поставить самодельную катушку с подстроечным сердечником, про которую писал в разделе «Обо мне». Катушку можно намотать на каркасе диаметром 5 – 6 мм. Мотать 4 секции по 5 витков проводом 0,1 мм.
В принципе в качестве маячка-передатчика можно использовать задающий генератор будущей нашей радиостанции, но можно сделать и отдельно.

На выход маячка нужно припаять провод порядка 10 см. Это будет у нас антенна.
Такую же антенну нужно сделать и на входе преобразователя частоты.
Ставим маячок и преобразователь частоты рядом. К точке «А» подключаем осциллограф.
Я вижу такую картинку.

Частота получилась порядка 30 кГц. Её можно менять в некоторых пределах подстроечным конденсатором С12 в гетеродине приемника и С16 в маячке. Если в маячке кадушка самодельная, то частоту можно менять также сердечником катушки. Этими элементами будем потом подстраивать приемник на частоту передатчика. Теперь подстроим катушку L1 по максимуму показаний.

После смесителя само собой нужно поставить фильтр на промежуточную частоту. После практических экспериментов получилось, что для того, что бы была приемлема избирательность по соседнему каналу, нужно поставить двухзвенный фильтр, хотя делал вариант и с одним фильтром.
Можно здесь посмотреть.
http://radiokot.ru/circuit/analog/receiv_transmit/40/
Здесь рассмотрим схему с двухзвенным фильтром.
Двухзвенный фильтр можно сделать на ОУ. Я использовал TL072. Просто у меня они были. Можно любой ОУ с имеющий частоту единичного усиления больше 3 МГц.
Схема одного звена полосового фильтра на ОУ выглядит стандартно.
Вот схема фильтра на частоту порядка 35 кГц

Резистором R3 можно в небольших пределах менять центральную частоту фильтра.
В принципе после смесителя можно поставить два таких фильтра. Это будет один корпус TL072. После фильтров поставить усилитель ПЧ тоже на ОУ TL072.
Такой вариант приемника тоже делался, но сейчас рассмотрим вариант приемника в котором один фильтр сделан на готовом дросселе 1 миллигенри, а второй на ОУ.
Сначала я применял малогабаритные дроссели.

Но т.к. при экспериментах мне пришлось их перепаивать из одной схемы в другую, то они после нескольких перепаек вышли из строя и я зарекся с ними связываться и поставит такие. Хотя они конечно по размерам намного больше, но у меня маленькие все закончились.

Схема ВЧ части приемника получилась такая.

Видим, что после смесителя стоит фильтр на частоту порядка 35 кГц на основе дросселя Др.1, а за ним стоит фильтр на ОУ, настроенный на эту же частоту.
Дальше идет усилитель ПЧ на второй половине ОУ TL072. Если дальше поставить АМ детектор, то получится приемник с АМ.
Если дальше ставить ЧМ детектор, то соответственно получим приемник с ЧМ.
Каскад усиления на VT4 имеет усиление порядка 10. Зависит от резистора R15. Если этот резистор закоротить, то усиление можно получит порядка сотни, но это излишне. Получается только хуже, т.к. при подключении антенны всего 50 см, приемник уже забивается шумами.

Теперь настроим эту часть схемы.
Опять ставим приемник и маячок рядом. Осциллограф подключаем в точку «Б».
В маячке крутим С16 и если там катушка самодельная, то и сердечник катушки и добиваемся максимума показаний. После этого подстраиваем катушку L1 в приемнике тоже по максимуму.
При отсутствии осциллографа, в данном случае можно воспользоваться диодным пробником подключенным мультиметром в режиме измерения постоянного напряжения.

Диод лучше германиевый. Сам пробник подключить непосредственно к схеме без длинных проводов. Провода нарисованные красным могут быть любой длины.
Теперь подключаем осциллограф или пробник к точке «В». Нужно избегать ограничения сигнала. Делается отодвиганием маячка. На осциллографе это видно, а с пробником следует отдалять маячок как можно дальше, что бы с гарантией избегнуть ограничения.
Крутим резистор R17 в фильтре на ОУ и добиваемся максимума.
Теперь у нас ВЧ часть приемника точно настроена на частоту передатчика.

Кстати вот схема с катушкой на входе.

Понятно, что обе катушки настраиваются по максимуму. Иногда при настройке L1 на максимум может возникнуть самовозбуждение. Что бы избавиться от него, нужно немного расстроить катушку L1.
Если катушки без экранов, то их нужно расположить под углом 90 градусов, по отношению друг к другу.
Катушки намотаны на каркасах диаметром 6 мм. Они имеют резьбовые сердечники из карбонильного железа или ВЧ феррита. Можно применить латунные, медные или алюминиевые сердечники, но при этом количество витков увеличить до 17.
L1 и L3 намотана проводом 0,45 мм и содержит 15 витков. L2 намотана поверх L1 тонким проводом и содержит 4 витка.
Катушки я так наматываю.
В каркас катушки, для удобства я предварительно вкручиваю метчик. Катушка с отводом делается просто. Наматываем например 4 витка, сплетаем провод в косичку и этим делаем отвод, а потом наматываем еще 7 витков.

Чувствительность мне проверить нечем, поэтому просто решил сравнить данную схему с приемником сверхрегенератором. Сделал такой маячок-передатчик с АМ.

Отнес его на несколько метров так, что бы приемник сверхрегенератор стал принимать сигнал с шумами.

В этом же приемнике супергетеродине на выход УПЧ припаял АМ детектор и получил такую картинку.

Сравнивать нужно не амплитуду, а уровень шумов. Видим, что чувствительность данного супергетеродина намного больше, чем у приемника сверхрегенератора, т.к. принимаемый сигнал получился практически без шумов.

Теперь перейдем к остальным каскадам приемника, а именно к частотному детектору, шумоподавителю и УНЧ.

Частотный детектор описан в этой статье.
http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/03/01/частотный-детектор-для-приемника-с-ни/
Схема приемника с частотным детектором получилась такая.

Теперь настроим его.

  • Сначала опишу настройку с применением осциллографа.

Осциллограф может быть низкочастотный. Потом напишу, как настроить приемник имея только мультиметр, но все равно принцип настройки с помощью осциллографа имеет смысл прочитать, что бы понимать смысл настройки даже не видя картинок в случае настройки одним мультиметром.

Для настройки сделаем маячок-передатчик с ЧМ.

Примерно по такой же схеме потом будет сделан задающий генератор в передатчике радиостанции на основе нашего приемника, только питаю я этот маяк от двух элементов АА, т.е. от 3 вольт, что бы мощность маяка была как можно меньше.
Генератор импульсов на частоту порядка 1 кГц у меня сделан на инверторах КМОП. Этот генератор можно сделать по любой схеме вплоть до того, что сделать мультивибратор на транзисторах. Резистором R2 можно менять величину девиации частоты. Катушка L1 служит для изменения частоты в небольших пределах. Про неё я писал выше. Намотана на каркасе диаметром 6 мм. Содержит 20 витков провода 0,1 мм. Намотана секциями по 5 витков. Резистор R11 предназначен для того, что бы не было самовозбуждения генератора на паразитных частотах.
Здесь можно почитать подробнее.
http://radiokot.ru/start/analog/practice/08/
Это тоже мои статьи.
Сначала просто включаем приемник. Подстроечный конденсатор С26 в приемнике ставим в среднее положение. Им потом будет устанавливать частоту приемника на частоту передатчика точно. Осциллограф подключаем на выход УПЧ. Это у нас выход второго ОУ. Должны увидеть небольшие шумы. У меня где то десятые доли вольта. Теперь к приемнику подключаем антенну и уровень шумов резко возрастает. Антенна у меня где то 10 см. Это только для настройки, т.к. в окончательном варианте антенна будет длиной 50 см.
У меня так это выглядит.

Теперь включаем наш маяк с ЧМ. Антенна у него где то 10 см. Резистор R9 сначала вниз, т.е. маяк излучает одну несущую. Осциллограф подключаем к коллектору VT2. Видим сигнал частотой порядка 30 кГц. Если сигнал там ограничивается, то относим маяк подальше.
Я маяк отнес на несколько метров, что бы была возможность настраивать сигнал по максимуму и вижу такое.

Чем дальше отнести, тем настройка получается точнее. Кстати приемник по схеме сверхрегенератора, при этих условиях этот маяк уже не видит. У мня тут на столе лежит радиостанция 27 МГц на основе сверхрегенератора.
Крутим катушку L1 в маяке и таким образом настраиваем передатчик на частоту приемника. После этого подстраиваем по максимуму катушки L1 и L3. Настройка L3 зависит от антенны. Сейчас у нас антенна 10 см. Потом, с другой антенной эту катушку нужно будет подстроить заново.
Теперь осциллограф подключаем на выход первого ОУ и резистором R17 настраиваем полосовой фильтр по максимуму сигнала. Если возникает ограничение сигнала, то отодвигаем маяк подальше.
Более точная подстройка будет, когда будем принимать не просто несущую, а модулированный сигнал. Для этого крутим R8 в маяке. Осциллограф подключаем на выход первого ОУ.
Всего вернее видим такую картинку, т.к. маловероятно, что увидим сразу нужную, что получается после окончательной настройки.

Это говорит, что приемник немного не точно настроен на частоту передатчика. Запоминаем максимальную амплитуду сигнала. У меня она 4,5 клеточки.
Вот теперь делаем более точную подстройку с помощью подстроечного конденсатора С26 в гетеродине приемника, хотя можно подстроить и частоту передатчика, но эта подстройка грубее. Добиваемся такой картинки.

Теперь смотрим на уровень сигнала на этой второй картинке. Амплитуда сигнала должна уменьшиться не более, чем на 30%
Если она уменьшилась больше, значит девиация в передатчике слишком велика и ей нужно уменьшить резистором R9. Если уменьшилась меньше, то соответственно величину девиации можно увеличить. Допустимая величина девиации зависит от полосы пропускания нашего приемника.
После изменения величины девиации, подстройку нужно повторить.
А это я для интереса поставил маяк поближе и изменив частоту развертки, посмотрел сигнал на выходе УПЧ.

Видим ограниченный сигнал с частотой порядка 30 кГц и видно, что частота его меняется в небольших пределах, что очевидно, т.к. у нас ЧМ модуляция.

После этого осциллограф подключить к среднему выводу резистора R9 и запомнить амплитуду подаваемого сигнала. Это нам пригодится при настройке передатчика. Будем знать, какую величину сигнала нужно получить на выходе модулятора.
Теперь с помощью резистора R23 настроим триггер Шмидта на транзисторах VT5, VT6. К приемнику подключаем антенну, с которой он будет работать в окончательном варианте. У меня антенна 50 см. По выше приведенной методике подстраиваем входной контур L3, С1.
После этого маяк отключаем.
После этого осциллограф подключаем на выход частотного детектора, т.е. к эмиттеру VT8.
Т.к. триггер Шмидта у нас не настроен, то вероятно увидим такую картинку.

Крутим R23 и добиваемся такой картинки.

Теперь в маяке восстанавливаем прежнюю девиацию и включаем его. Видим такую картинку. Частота импульсов соответственно равна частоте импульсного генератора в маяке.

Теперь можно посмотреть, как влияет точность настройки частоты приемника, на частоту передатчика.
Увеличиваем частоту передатчика выкручивая сердечник катушки L1 в маяке и видим картинку слева. Следует обратить внимание, что средний уровень сигнала на выходе частотного детектора опустился вниз.
Теперь уменьшаем частоту передатчика закручивая сердечник. Видим картинку справа. Средний уровень сигнала на выходе частотного детектора поднялся. Нужно запомнить нужный нам уровень на выходе частотного детектора при правильной настройке. У меня он получился где то 1,8 вольта. У вас может отличаться.

Также запомнить амплитуду сигнала на выходе частотного детектора. Она зависит от величины девиации, а девиацию мы настраивали выше. Эту амплитуде не нужно превышать, когда будем настраивать модулятор в передатчике.
У меня она получилась, что не следует её превышать 0,2 вольта.
Вот я изменил чувствительность осциллографа и посмотрел.

Теперь к приемнику нужно добавить УНЧ и шумоподавитель. УНЧ можно сделать по любой схеме. Сейчас у меня стоит на LM386, хотя ставил и другие, в том числе просто на транзисторах.

Перейдем к шумоподавителю.

Шумоподавители бывают спектральные и уровневые. Спектральные хорошо работают в ЧМ приемниках по классической схеме, а в приемнике ЧМ с низкой ЧМ работают неустойчиво. Во всяком случае у меня так получается, поэтому в данном случае решил сделать уровневый.
Управляющий сигнал для уровневого шумоподавителя можно взять или с выхода частотного детектора выпрямив сигнал на его выходе.
Смотрим сигнал при отключенном передатчике.

А это при включенном маяке.

Видим, что амплитуда выпрямленного сигнала при выключенном передатчике будет больше и это можно использовать для включения щумоподавителя.

Второй путь, по которому я пошел, это взять сигнал с выхода УПЧ.
Вот сигнал при выключенном передатчике.

А это сигнал на выходе УПЧ при включенном передатчике. Маяк я отнес подальше, что бы прием был, но слабый.

Видим, что амплитуда сигнала на выходе УПЧ стала больше, чем просто шумы при выключенном передатчике.
Теперь можно составлять схему.

VT1 это просто усилитель. Он усиливает в несколько раз. Усиление устанавливается резистором R4. Дальше идет детектор, триггер Шмидта на VT2 и VT3. Дальше идет ключ на VT4, VT5, который коммутирует питание на УНЧ.
Дальше рисуем полную схему приемника и настраиваем шумоподавитель.

Так можно посмотреть крупнее.
http://www.radiocxema.h1n.ru/wp-content/uploads/2018/02/ПОЛНАЯ-1024×400.gif

Подстроечный резистор R38 ставим в среднее положение. Подключаем антенну с которой будем работать. Передатчик выключен. В динамике слышим сильный шум.
Резистор R41 заменяем на переменный и крутим его добиваясь срабатывания шумоподавителя. Измеряем его и ставим R41 постоянный.
Включаем передатчик или маяк и удостоверяемся, что шумоподавитель открылся. Точно шумоподавитель можно подстроить резистором R38. На этом настройка шумоподавителя можно считать законченной.

Еще немного о схеме.
Наша задача была сделать приемник с минимумом катушек. В итоге получилось две самодельные катушки с малым числом витков и при этом одну из них L3 можно даже убрать. Минимизация катушек и стремление использовать широко распространенные детали привело к тому, что схема получилась как бы большая. Понятно, что если бы в приемнике по условию можно было применить кварцы с нужным разносом, керамические фильтры, специализированные микросхемы, применять в УПЧ фильтры ПЧ на дефицитных каркасах, то схема получилась бы намного меньше.
Схема на вид большая, но она элементарная. Основные преимущества в ней то, что обработка сигналов в ней идет на частоте всего лишь 30 кГц, что облегчает настройку тем, кто раньше ВЧ техникой не занимался.
Если посмотреть на структуру схемы, то видим несколько элементарных узлов, которые предварительно настраиваются по отдельности.

В принципе преобразователь частоты в данном приемнике можно сделать и по другой схеме. Например на микросхеме К174ПС1 или NE612. Можно также на основе двухзатворного полевого транзистора типа КП327, BF988, BF961.
Триггеры Шмидта можно делать на основе инверторов КМОП.

Можно применять любые инвертора КМОП. Я делал на К561ЛЕ5 и на К561ЛА9.
Инвертора КМОП можно использовать и в качестве усилителей, если перевести их в активный режим.
Я все это пробовал и попробую показать это в других схемах, что тоже делал.
Моя цель была не составление готовой схемы, а то, как подходить к решению подобных задач, поэтому копировать схему не обязательно. Лучше просто посмотреть на сам принцип и использовать все это, что бы набираться опыта.
Также упор сделан на настройку подобных схем.

И еще вариант приемника без применения ОУ. Избирательность по соседнему каналу в нем обеспечивается двухзвенным LC фильтром. В качестве катушек использовал готовые дроссели на 1 миллигенри. Про них я писал выше.

Усилитель ПЧ в данном варианте сделан полностью на транзисторах, т.е. избавились от ОУ в приемнике.

Подстроечным резистором R24 с подключенной антенной на коллекторе VT5 добиваемся уровня шумов порядка 1,5 – 2 вольта. Больше не нужно, т.к. при чрезмерном усилении есть возможность самовозбуждения, да и увеличение усиления не приведет к улучшению параметров приемника.

И еще одна схема приемника без ОУ.


В нем два фильтра промежуточной частоты. Один как и в предыдущей схеме на LC, Катушка опять на основе готового дросселя и конденсаторе С22. Частота ПЧ опять порядка 30 кГц. Второй фильтр активный на транзисторах VT4, VT5, Его средняя частота тоже 30 кГц. Это так называемый фильтр Мюллера-Фогта. Про него можно почитать в книжке
Г. Миль «Электронное дистанционное управление моделями»

И еще один вариант подобного приемника. В нем фильтры сделаны на основе полосовых фильтров на ОУ TL072.
Триггеры Шмитта сделаны на КМОП инверторах. Я сделал на К561ЛЕ10, хотя можно поставить любые инвертора.
Также один инвертер используется в качестве усилителя. Для этого он переведен в активный режим. Этот усилитель стоит непосредственно после фильтров на ОУ.

Характеристики всех приемников примерно одинаковые. Про настройку этого приемника напишу поподробнее.
Первый фильтр на ОУ не имеет подстройки на частоту, поэтому сначала определимся с частотой передатчика. Для этого используем наш маячок. Конденсатор С31 в гетеродине приемника ставим в среднее положение. Его потом будем использовать для точной настройки.
Ставим маячок рядом с приемником.

Я даже антенны не подключал. Просто поставил их рядом. Осциллограф на выход первого ОУ и смотрим сигнал. Он примерно 30 кГц. Крутим на маяке С16 по максимуму. Можно также подстроить катушку L2 по максимуму. Катушку L1 нет смысла подстраивать, т.к. это нужно делать потом с реальной антенной.
Я вижу такую картинку.

Если идет ограничение, то маячок нужно отодвинуть.
Теперь осциллограф подключаем на выход второго ОУ и резистором R24 установить максимум.
Я вижу такое.

Теперь включаем приставку ГКЧ и смотрим АЧХ нашего приемника.

Понятно видим и основной канал приема и зеркальный. Резисторов R24 и катушкой L2 можно еще точнее настроить картинку.
Можно также посмотреть характеристику частотного детектора. Для этого осциллограф подключаем к эмиттеру VT4
Я такое вижу.

Само собой там и прямая и зеркальная. Наша справа.
А это сигнал на выходе частотного детектора при выключенном маяке.

В принципе настроить можно используя только передатчик и диодный пробник для измерения напряжений частотой порядка 30 кГц.
Остальная настройка, триггер Шмидта перед частотным детектором, выбор величины девиации частоты и др., ничем не отличается от написанного выше в данной теме.

На этом с ЧМ приемником заканчиваем и переходим к передатчику.

В передатчике также можно избавиться от ОУ и модулятор в нем сделать полностью на транзисторах.

Подробнее про передатчик будет написано в разделе «ПЕРЕДАТЧИКИ»
ПЕРЕДАТЧИК 27 МГЦ С ЧМ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *