Приёмник коротковолновика с низкочастотным ЭМФ. Часть 1


Основой этого приёмника послужил «большой и тяжёлый» »  ЭМФ RFT 200+E-0310/2, RFT 200+E-0310/4 производства ГДР. Пару лет назад, после массового списания устаревшей аппаратуры уплотнения связи, много таких фильтров появилось на наших «блошиных» рынках.

Внешний вид ЭМФ MF200+E-3xxx

Название фильтра описывает его основные параметры и расшифровывается так:

200 – частота несущей в кГц

+E ­– полоса пропускания расположена выше частоты несущей (если – то ниже частоты несущей)

-0310 – минимальное значение ширины полосы пропускания в десятках Гц, т.е. в данном случае не менее 3100 Гц  (типичное значение  немного больше – примерно 3350 Гц)

/2, /4 – варианты конструктивного исполнения, имеющие небольшие, несущественные для нас,  отличия в крутизне ската АЧХ , что сказывается на гарантированной величине подавления на частоте несущей. Для варианта /2 – не менее 20 дБ (тип. 30 дБ), а для /4 – не менее 25 дБ (тип. 40 дБ). Вот справочный лист на ЭМФ от RFT200

Вход и выход у него не равнозначны. Обратите внимание, что в отличие от привычного нам, боковая цветная метка на корпусе ЭМФ отмечает выход (а не вход)  ЭМФ. Второй отличительный признак – разное расстояние между выводами на входе и выходе. Оптимальное сопротивление источника сигнала для него 1,2 кОм, а оптимальное сопротивление нагрузки 2,5 кОм.  Сверху на корпусе фильтра, ближе к соответствующему краю, указаны рекомендуемые значения контурных емкостей (с точностью до третьего знака!).  Указанные выше высокие параметры обеспечиваются только при правильном включении и согласовании ЭМФ. Это очень наглядно продемонстрировал наш коллега RW6CO.АЧХ RFT_MF200_0310 by RW6CO

 

После изучения документации и практических испытаний я был просто очарован прекрасными характеристиками этих фильтров и решил непременно его «трудоустроить». Но низкая ПЧ (200кГц) даже на низкочастотном популярном 80м диапазоне не позволяет получить с не перестраиваемым ПДФ сколько-нибудь приличное подавление по зеркалке (подробнее о причина см. здесь). Так на частоте сигнала 3500 кГц оно будет всего-лишь порядка 10-12дБ (3-4 раза), что явно не приемлемо. Здесь нам может помочь двухконтурный узкополосный перестраиваемый преселектор, благо что сейчас унифицированные трёхсекционные КПЕ от старых советских приемников (типа Океан, Рига и т.п.) найти не проблема.  Имеет смысл сразу при проектировании предусмотреть возможности по расширению сфер применения приемника без переделки платы:
— увеличения непрерывного диапазона перестройки вплоть до 3-кратного (всё зависит от величины растягивающих конденсаторов),
— подключение цифровой шкалы и ЦАПЧ,
— увеличение числа диапазонов до 4-5 путем подключения простого одно- или двухкварцевого конвертера, по частотному раскладу аналогичного применённому в ламповом супере, но тогда нужно диапазон принимаемых частот расширить до 3,3-3,8 МГц и предусмотреть возможность переключения боковой полосы . 5 band RX US5MSQ

Такой пятидиапазонный (10,15,20,40 и 80м) приёмник с двойным преобразованием частоты был сделан и показал очень хорошие результаты, что и позволяет мне рекомендовать его для повторения. Давайте подробнее рассмотрим его схему и конструкцию.

 

Базовый однодиапазонный приёмник на диапазон 80м RX80RFTEMF

Основные параметры: Чувствительность при с/ш=10дБ примерно 1мкВ,

избирательность по зеркальному каналу  42-46дБ (меньшее значение — на низкочастотном краю), АРУ очень эффективна, может быть даже слишком — начинает работать примерно с 5-6мкВ и при увеличении сигнала до 30 тыс мкВ , т.е. 74-75дБ уровень на выходе меняется всего лишь на 7-8дБ (с 0,35 до 0,8Вэфф). Видимые искажения синуса на выходе заметны при уровнях на входе порядка 80-100мВ. Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 ом не менее 80 мВт.Приемник наблюдателя на 80м с RFT MF 200+E-310 by US5MSQ

Принципиальная схема базового однодиапазонного варианта  приёмника показана на рис.1. Он представляет собой супергетеродин с одним преобразованием. Приемник состоит из активного смесителя на транзисторе VT3, первого гетеродина на транзисторе VT1, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) на транзисторе VT2, активного детектора смесительного типа на транзисторе VT8, второго гетеродина на транзисторе VT7 и  усилителя звуковой частоты (УЗЧ) на микросхеме DA2.

Сигнал величиной не менее 1 мкВ с антенного разъема подается на регулируемый аттенюатор, выполненный на сдвоенном потенциометре 0R1. По сравнению с одиночным потенциометром подобное решение обеспечивает бОльшую глубину регулировки  ослабления (более 60дБ) во всем КВ диапазоне, что позволяет обеспечить оптимальную работу приемника практически любой антенной. Далее сигнал через катушку связи L1 поступает на узкополосный (полоса пропускания примерно 60-70 кГц) перестраиваемый двухконтурный полосовой фильтр (преселектор) L2С2С3C5.1, L3С9C10С5.2 с емкостной связью через конденсатор С6. Число витков катушки связи L1 выбрано коммутируемым (2+7). Это позволяет без переделки катушки увеличить входное сопротивление приемника при работе с конвертером с 500 ом до 1 кОм и, соответственно, в 2 раза Кус конвертера.
Преселектор перестраивается трёхсекционным конденсатором переменной ёмкости (КПЕ) в диапазоне  3,3 -3,8 Мгц (с небольшим запасом по краям). Такой диапазон задан  величиной «растягивающих» конденсаторов  С2,С3 и С9,С10 соответственно.  Выделенный фильтром сигнал с катушки связи L4 через разделительный конденсатор С17 подается  на базу первого смесителя, выполненного на биполярном транзисторе VT3, включенного по схеме с общим эмиттером. Резистор R10 достаточно большого сопротивления, включенный в эмиттерную цепь транзистора VT3, создает глубокую отрицательную обратную связь (ООС). По переменному току он зашунтирован сопротивлением канала двухзатворного полевого транзистора VT5. Напряжение гетеродина величиной примерно 1-2 Вэфф, поступающее на первый затвор VT5, изменяет сопротивление канала сток-исток в широких пределах (от десятков ом до десятков кОм), тем самым вызывает модуляцию глубины обратной связи, т. е. фактически изменяет крутизну передаточной характеристики, не смещая рабочей точки транзистора VT3. Резистор R13 ограничивает минимальное сопротивление открытого канала примерно на уровне 120-140 ом, что определяет сравнительно глубокую начальную ООС (примерно 16-20 дБ) и обеспечивает тем самым повышенную линейность (помехоустойчивость) смесителя  и его перегрузочную способность – он без заметной блокировки «переваривает» сигнал помехи уровнем до 50-70 мВэфф (при заданном токе коллектора VT3 1 мА). Такой смеситель имеет низкий уровень шумов, сравнительно большую крутизну преобразования (примерно 1,5-2 мА) и подавляет сигнал гетеродина на выходе. Степень подавления сигнала гетеродина определяется проходной ёмкостью транзистора VT5  и достигает 50-60 дБ на верхних частотах КВ диапазона. Применение в качестве ключа смесителя двухзатворного полевого транзистора, имеющего хорошие линейные коммутационные характеристики, позволяет через второй затвор ввести АРУ, не ухудшающую динамические характеристики приемной части[Г.Брагин. Трансивер YES93]. Более того, при поступлении на вход приемника мощных сигналов, вызывающих срабатывание АРУ, минимальное сопротивление канал сток-исток существенно увеличивается, что приводит к увеличению глубины ООС и тем самым дополнительно повышает линейность (помехоустойчивость) смесителя.

Первый гетеродин приемника выполнен по схеме ёмкостной трёхточки на транзисторе VT1. Контур гетеродина составлен из катушки индуктивности L5 и конденсаторов С11С13С14. Частоту гетеродина можно перестраивать в диапазоне 3270…4030 кГц (с небольшим запасом по краям) третьей секцией КПЕ С5.3. Резисторы R3,R7 и R8 определяют режим работы транзистора по постоянному току. Развязывающая цепочка R11C19  защищает общую цепь питания от попадания в нее сигналов гетеродина и промежуточной частоты. VT4 выполняет функцию развязывающего (буферного) усилителя сигнала гетеродина, что практически полностью устраняет влияние частотомера на точность установки частоты. На элементах С4,R1,CD1,С7 выполнена исполнительная часть схемы цифровой автоподстройки частоты (ЦАПЧ) ГПД, реализуемой на основе цифровой шкалы Макеевская. Варикап можно применить практически любой. Подбором величины С7 ограничивают максимальный диапазон перестройки частоты ГПД варикапом примерно 800-1000 Гц ( подробнее см. описание ЦШ Макеевская). Если подключение такой ЦШ не планируется, то эти элементы можно не устанавливать или применить для точной подстройки частоты ГПД в качестве «цифрового верньера», подав на контакт разъёма J2.1 постоянное напряжение в диапазоне примерно +2…+9 В с дополнительного переменного резистора.

Поскольку оптимальное сопротивление источника сигнала для нашего ЭМФ всего 1,2 кОм и изготовителем настоятельно рекомендуется резистивное согласование ЭМФ, то при непосредственном подключении его к смесителю коэффициент преобразования получается небольшим – примерно 1-1,5 раза, что обусловит необходимость применения большого усиления сигнала после ЭМФ, а значит и чрезмерно высокого уровня собственных шумов приемника, что никак нельзя признать приемлемым. Поэтому после смесителя применен однокаскадный УПЧ, выполненный на транзисторе VT2, включенный для повышения линейности по схеме с общей базой. Согласование высокого выходного сопротивления смесителя (десятки кОм) с низким входным сопротивлением (десятки ом) УПЧ выполняется посредством контура L6С22С23, который при нагруженной добротности примерно 40-50 имеет полосу пропускания примерно 4-5 кГц и служит хорошим защитным (руфинг) фильтром для УПЧ. Для повышения экономичности применено последовательное питание каскада, т.е. ток коллектора VT3 поступает непосредственно в эмиттер VT2. Кус от базы VT3 до коллектора VT2 составляет примерно 40-60 раз.

Основную селекцию сигналов в приемнике, как уже отмечалось выше, выполняет ЭМФ Z1 немецкого производства RFT 200+E-0310 с полосой пропускания примерно 3,35 кГц. Его входная и выходная катушки возбуждения настраиваются в резонанс на промежуточной частоте 200 кГц соответственно конденсаторами С21 и С31, величина которых индивидуальна для каждого экземпляра фильтра и указана с точностью до трёх знаков сверху на корпусе фильтра, ближе к соответствующему краю. Как показала практика, такая точность избыточна, вполне достаточно подобрать эти ёмкости с точностью не хуже +-5%, т.е. их можно составить конденсаторов стандартного 5% ряда номиналов. Для этого на плате предусмотрено место для установки  двух конденсаторов. Очищенный от внеполосных шумов и помех сигнал поступает на второй смеситель (смесительный детектор), который выполнен по схеме, аналогичной первому смесителю, на транзисторе VT8. Его входное сопротивление в основном задаётся резисторами смещения базовой цепи R23R25, включенными по переменному току параллельно, и равно 2,5 кОм – оптимальной нагрузке для ЭМФ. Это позволило получить малое затухание сигнала в ЭМФ при минимально возможной неравномерности его АЧХ, поэтому на базе VТ8 величина сигнала составляет не менее 60…80 мкВ.

Второй гетеродин приемника выполнен по схеме ёмкостной трёхточки на транзисторе VT7. Контур гетеродина составлен из катушки индуктивности L7 и конденсатора С28,С30,С35. Стабильность частоты обычного LC генератора на данной частоте оказывается вполне достаточной. На полевом транзисторе VT9 выполнен электронный ключ, подключающий по сигналу управления к задающему контуру дополнительный подстроечный конденсатор С39, что необходимо для переключения принимаемой боковой полосы путём смещения частоты второго гетеродина на другой срез АЧХ ЭМФ. Напряжение +9 В, поданное через резистор R30 на сток VT9, запирает встроенный (конструктивный) защитный диод, включённый между стоком и истоком транзистора 2N7002, дабы он  не влиял на работу гетеродина. В режиме приема верхней боковой полосы (при замыкании контактов разъёма J3 USB) на частоту генерации примерно 204 кГц (точнее на верхний срез АЧХ ЭМФ по уровню -6дБ) гетеродин перестраивается подстроечным сердечником катушки L7, а в режиме приема нижней боковой полосы (при разомкнутых контактах разъёма J3 USB) на частоту генерации ровно 200 кГц подстроечным конденсатором С39. Резисторы R20,R22 и R29 определяют режим работы транзистора по постоянному току. Развязывающая цепочка R21C34С38 защищает общую цепь питания от попадания в нее сигналов гетеродина и промежуточной частоты. VT10 выполняет функцию развязывающего (буферного) усилителя сигнала гетеродина, что практически полностью устраняет влияние частотомера на точность установки частоты.

Напряжение сигнала второго гетеродина частотой около 200 кГц и величиной порядка 1 Вэфф  поступает на первый затвор VT6 и в результате преобразования спектр однополосного сигнала переносится с ПЧ в область звуковых частот. Коэффициент преобразования (усиления) детектора примерно 10…15.

Выделенный вторым смесителем на резисторе R27 сигнал звуковой частоты величиной порядка  0,7…1 мВ проходит через двухзвенный ФНЧ с частотой среза примерно 3 кГц, образованный цепью С43,R32,С45. Очищенный от паразитных продуктов преобразования  и остатков сигнала второго гетеродина сигнал поступает через разделительный конденсатор С44 на вход УЗЧ (вывод 3 DA2), сделанный на основе популярной LM386N-1[3]. Она включена по типовой схеме с Кус=200, что необходимо для получения требуемой чувствительности и обеспечения эффективной работы АРУ. Нагрузка УЗЧ  — регулятор громкости подключается через дополнительный однозвенный ФНЧ (R34,С51) с частотой среза примерно 3 кГц, дополнительно снижающий внеполосные шумы, что заметно повышает комфортность прослушивания эфира на современные широкополосные малогабаритные динамики или низкоомные телефоны, например компьютерные мультимедийные.

Усиленный УЗЧ сигнал детектируется диодами VD1,VD2 , и управляющее отрицательное напряжение АРУ поступает в цепь вторых затворов транзисторов VT5, VT6. Туда же подаётся необходимое для нормальной работы АРУ начальное открывающее напряжение величиной примерно +1,6В обеспечивает стабилизатор напряжения на светодиоде HL1 красного цвета. Применение в цепи выпрямителя  АРУ дополнительной пропорционально-интегрирующей R19C32 наряду с уменьшением емкости основного конденсатора С37 позволило несколько улучшить динамические свойства АРУ и существенно снизить вероятность появления щелчков при её работе. Развязывающая цепочка R18C26С27 защищает общую цепь управления АРУ от попадания в нее сигналов гетеродина и промежуточной частоты.

            Конструкция. Все детали приемника, включая КПЕ, кроме разъемов, переключателей и переменных резисторов, смонтированы на плате  из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 75х134 мм. Авторский чертеж платы в формате lay можно скачать здесь. Фото собранной платы.Плата в сборе. Вид слева US5MSQ

 

Плата в сборе. Вид справа US5MSQ

С целью уменьшения размеров, плата рассчитана на установку в основном SMD компонентов – резисторы типоразмера 1206 (подходят и 0805), а конденсаторы – 0805 (причём в блокировочных и межкаскадных можно применять с любым диэлектриком, а в резонансных – только NP0(COG), имеющие малые потери и нулевой ТКЕ), электролитические — импортные малогабаритные. Термостабильные SMD конденсаторы больших номиналов трудно доступны, поэтому на плате для контурных конденсаторов второго гетеродина предусмотрена возможность установки в качестве С28 конденсаторы типа КСО, К31, а в качестве С30,С35 — современных малогабаритных металлоплёночных. Триммеры CVN6 фирмы BARONS или аналогичные малогабаритные.  В качестве биполярных  можно применить практически любые  современные SMD n-p-n транзисторы  с коэффициентом передачи тока на менее 100, BC847- ВС850, MMBT3904, MMBT2222 и т.п. В качестве VD1,VD2 подходят любые кремниевые малогабаритные диоды, в качестве HL1 подходит любой красный светодиод. КПЕ трёхсекционный  со встроенным верньером 1/3 от приемников семейства «Океан» или аналогичные. Дополнив его малогабаритным верньером, например от приемника Р-326, получим очень комфортную плотность настройки примерно 8 кГц/об.

Катушки приемника L1-L4 выполнены на  малогабаритных каркасах от малогабаритных катушек ПЧ 455 кГц  размерами 8х8х11 мм, от широко распространенных  недорогих импортных радиоприемников и магнитол, подстроечником которых служит ферритовый горшок, имеющий резьбу на наружной поверхности и шлиц под отвертку. Катушки L2-L3 содержат по 16 витков провода ПЭЛ, ПЭВ  диаметром 0,17-0,23мм. Катушка связи L1 наматывается поверх нижней части катушки L2 и содержит 2+7 витков, а катушка связи L4 наматывается поверх нижней части катушки L3 и содержит 4 витка такого же провода. Каркас катушки ГПД US5MSQГетеродинная катушка L3 намотана на импортном малогабаритном многосекционном каркасе контура ПЧ 10,7 МГц с размерами 10,5х10,5х15 мм (с выводами по квадрату 7,5 мм) . Она содержит 36 витков провода ПЭЛ (ПЭВ) диаметром 0,17-0,23 мм. Намотку следует проводить с максимальным натяжением провода, равномерно размещая витки во всех секциях каркаса, после чего катушка плотно фиксируется штатной ферритовой гильзой. Весь контур заключен в штатный латунный экран. При необходимости все катушки можно выполнить на любых других, доступных радиолюбителю каркасах, разумеется изменив число витков для получения требуемой индуктивности и, соответственно, подкорректировав чертеж печатной платы под новый конструктив.

Налаживание. Правильно смонтированный приемник с исправными деталями начинает работать, как правило, при первом же включении. Тем не менее, полезно провести все операции по наладке приемника в последовательности, изложенной ниже. Все регуляторы надо поставить в положение максимального сигнала, а сердечники катушек — в среднее положение. Сначала с помощью мультиметра проверяем на соответствие ( допустимо отклонение +-10%) режимы по постоянному току, указанные на схеме. В динамике должны прослушиваться  собственные шумы приемника.

Проведем простейшую проверку общей работоспособности основных узлов.

При исправном УНЧ прикосновение руки к выводу 3 DA2 должно вызывать появление в динамике громкого, рычащего звука. Прикосновение руки к базе VT8 должно привести к появлению такого же по тембру звука, но заметно меньшей громкости – это включилась в работу АРУ.

Для установки частоты второго гетеродина к разъему J4 подключаем частотомер(цифровую шкалу). Сначала замкнув контакты разъёма J3 подстройкой сердечника катушки L7 добиваемся частоты примерно 204 кГц (точнее частота гетеродина должна быть примерно на 270…300 Гц выше верхнего среза АЧХ ЭМФ по уровню – 6 дБ, но если сейчас точное значение этой частоты неизвестно, это можно сделать и позднее, при просмотре спектра принимаемых шумов эфира на экране программы SpectraLab). Далее размыкаем контакты разъёма J3 и подстройкой С39 выставляем частоту генерации точно равной 200 кГц.

Для укладки диапазона частот первого гетеродина к разъему J2 подключаем частотомер (цифровую шкалу).  Установив емкость КПЕ максимальной подстройкой сердечника катушки L5 добиваемся частоты генерации порядка 3470 кГц. Вращая ручку КПЕ убеждаемся, что верхняя частота генерации не менее 4020 кГц. Если это не так, немного уменьшаем С11 и повторяем всё заново.

Переходим к  настройке сигнального тракта. Подключаем к выходу приемника индикатор уровня выходного сигнала (миливольтметр переменного тока, осциллограф). Для настройки тракта УПЧ устанавливаем частоту ГСС в полосе пропускания ЭМФ (т.е. 201-202 кГц) и подключаем его в правому по схеме выводу конденсатора С24. Вращением сердечника катушки L6 добиваемся максимального уровня сигнала (максимальной громкости приема). Дабы АРУ не влияло на точность настройки по мере роста громкости следует при помощи плавного аттенюатора ГСС поддерживать уровень  сигнала на выходе УНЧ примерно 0,2-0,3В.

Далее подключаем ГСС на антенный вход  и выполняем настройку и сопряжение контуров преселектора: с начала на нижней частоте (3300кГц) диапазона подстройкой по максимуму сигнала индуктивности катушек L2,L3, а затем на верхней частоте (3800кГц) подстройкой триммеров С1, C8. В виду взаимозависимости этих регулировок так делаем 3-4 раза. Вот и вся настройка.

Обсудить конструкцию приемника, высказать свое мнение и предложения можно на форуме

 

Вторая часть статьи

 

С. Беленецкий, US5MSQ                                                               г.Киев, Украина

Tags: , , , ,

Пока нет комментариев.

Добавить комментарий

Optimization WordPress Plugins & Solutions by W3 EDGE