КВ конвертер на 4/5 диапазонов

Для расширения количества принимаемых диапазонов нашего однодиапазонного приёмника мы применим  КВ конвертер, в результате чего получится  коротковолновый супергетеродин с двойным преобразованием частоты с переменной первой ПЧ и кварцованным первым гетеродином. Такое решение при относительно низкой ПЧ обеспечивает не только хорошую селективность как по соседнему каналу, так и зеркальному каналу во всём КВ диапазоне, но и высокую стабильность частоты настройки. Благодаря чему подобная структура построения КВ приёмников (и трансиверов, например легендарный UW3DI) была очень популярна в досинтезаторную эпоху. Поскольку расширение числа КВ диапазонов такого приёмника ограничивается только наличием кварцев для первого гетеродина на нужные частоты, что как и в былые времена, так, к сожалению, и сейчас, в нынешних непростых экономических условиях, представляет определённую проблему, был  разработан конвертер, охватывающий основные КВ диапазоны всего на одном (максимум – на двух) кварцевых резонаторах. Подобное решение уже было мной реализовано в двухламповом супергетеродине и показало хорошие результаты.

Принципиальная схема первого варианта КВ конвертера приведена на рис.2. и многим уже знакома, т.к. фактически представляет собой адаптацию под полупроводники уже знакомую нам по указанной выше публикации лампового конвертера.

Это четырёхдиапазонный конвертер, обеспечивающий приём на диапазонах 80,40,20 и 10м. Причем на 80м он выполняет функции резонансного УВЧ,  а на остальных – конвертера с кварцованным гетеродином. Гетеродин, стабилизированный всего одним недефицитным кварцем 10,7Мгц (допустима резонансная частота в диапазоне 10,6-10,7МГц без существенных отличий в работе), работает на 40м и 20м на основной гармонике кварца, а на 10м диапазоне на третьей его гармонике (32,1МГц). Шкала может быть простая механическая шириной 500кГц на диапазонах 80 и 20м — прямая, а 40 и 10 – обратная (подобно применённой в UW3DI). Чтобы обеспечить указанные на схеме диапазоны частот, диапазон перестройки базового однодиапазонного приёмника, описанного в первой части статьи  выбран равным 3,3-3,8 Мгц.

Сигнал с антенного разъема XW1 подается на регулируемый аттенюатор, выполненный на сдвоенном потенциометре 0R1 и далее через катушку связи L1 поступает на двухконтурный полосовой диапазонный  фильтр (ПДФ) L2C3С8, L3C19 с емкостной связью через конденсатор С12. В виду того, что с приемником может  применяться антенна любой, случайной длины, да и при регулировке аттенюатором сопротивление источника сигнала на входе ПДФ может меняться в широком диапазоне, чтобы получить в таких условиях достаточно стабильную АЧХ, по входу ПДФ установлен согласующий резистор R1. Переключение диапазонов производится галетным переключателем SA1. В положении контактов, показанном на схеме, включен диапазон 28 МГц.  При переключении на 14 МГц к контурам подключаются дополнительные контурные конденсаторы С2,С7 и С16,С18, смещающие  резонансные частоты контуров на середину рабочего диапазона и дополнительный конденсатор связи С11. При переключении на диапазон 7 МГц подключаются дополнительные контурные конденсаторы С1,С6 и С15,С17, смещающие  резонансные частоты контуров на середину рабочего диапазона и дополнительный конденсатор связи С10. При переключении на диапазон 3,5 МГц  к контурам ПДФ подключаются соответственно конденсаторы С5,С14 и С9. Для расширения полосы на 80 м диапазоне введен резистор R4. Этот четырёхдиапазонный ПДФ рассчитан на применение большой, полноразмерной антенны и сделан по упрощенной схеме всего на двух катушках, что оказалось возможным благодаря нескольким особенностям — верхние диапазоны, где требуется бОльшие чувствительность и селективность — узкие (меньше 3%), нижний 80 м, где очень высок уровень помех и вполне достаточно чувствительности порядка 3-5мкВ — широкий (9%). Применённая схема имеет самый большой коэффициент передачи по напряжению на 28 Мгц с почти пропорциональным частоте снижением в сторону 3,5 Мгц, чем уменьшается некоторая избыточность усиления на нижних диапазонах.

Гетеродин приемника выполнен по схеме емкостной трёхточки (вариант Колпитца) на транзисторе VT1, включённом с ОЭ. В этой схеме генерация колебаний возможна только при индуктивном сопротивлении цепи резонатора, т.е. частота колебаний находится между частотами последовательного и параллельного резонансов, причём это условие справедливо как на частоте основного резонанса кварца, так и на его нечётных гармониках. При генерации на основной частоте 10,7 Мгц (на диапазонах 40 и 20 м) контур гетеродина состоит из кварцевого резонатора ZQ1 и конденсаторов С4,С13. На 10м диапазоне секцией переключателя SA1.3 в цепь коллектора VT1 вместо нагрузочного резистора R3 подключается дроссель L3 индуктивностью 1 мкГн, образующий совместно с С13, емкостью коллекторного перехода VT1 и монтажной ёмкостью параллельный резонансный контур, настроенный на частоту третьей гармоники кварца (примерно 32,1 Мгц), чем обеспечивается активация кварца на третьей гармонике. Резистор R2 определяет и достаточно жестко задаёт (за счет глубокой ООС) режим работы транзистора VT1 по постоянному току. Цепочка С22R6C24 защищают общую цепь питания от проникновения в неё сигнала гетеродина.

Выделенный ДПФ сигнал подается на смеситель — первый затвор полевого транзистора VT2. На второй его затвор поступает через конденсатор С20 напряжение гетеродина величиной порядка 1…3 Вэфф ( диапазоне 80м питание на гетеродин не подаётся и транзистор VT2 работает в типовом режиме резонансного УВЧ). В качестве резонансной нагрузки в сток VT2 подключается полная обмотка катушки связи L1 базового приёмника (см. схему рис.1), на которой и выделяется сигнал 1-й промежуточной частоты (3300 — 3800 кГц).

Секция SA1.4 переключателя диапазоном коммутирует частоту опорного гетеродина (сигнал USB) т.о.,чтобы обеспечивался традиционный для радиолюбительских диапазонов приём верхней боковой полосы на диапазонах 80 и 40м и нижней — на диапазонах 10 и 20 м. Напряжение питания конвертера  +9в стабилизировано интегральным стабилизатором DA1.

Если есть возможность приобрести современный малогабаритный кварц на основную частоту (первую гармонику) 24,7-24,8 МГц, то можно сделать  конвертер на 5 диапазонов (см. рис.3). Небольшие изменения коммутации выводов переключателя диапазонов SA1 связаны в основном с введением пятого диапазона. Для подключения цифровой шкалы (ЦШ) Макеевская предусмотрен буферный усилитель VT3 и пятая секция переключателя SA1.5 (на схеме рис.3 не показана), управляющая режимом счёта ЦШ. Схема получилась на вид проста,  но… только представьте себе, сколько нужно нужно будет пустить проводов  только между пятью секциями переключателем SA1 и платой!

При повторении описанных конвертеров  нужно соблюдать традиционные правила монтажа ВЧ устройств и обеспечить минимальную длину (не более 4-5 см) проводников, соединяющих  конвертер с секциями    SA1.1, SA1.2 и SA1.3, дабы минимизировать вносимые ими в резонансные контура реактивности (при монтаже в виде «паутинки-путанки»  это в основном индуктивность), что может существенно осложнить настройку контуров на верхних диапазонах.  Именно несоблюдение этих правил было причиной неудач некоторых коллег при изготовлении лампового супера на печатных платах.

Дабы упростить конструкцию и обеспечить её хорошую повторяемость была разработана универсальная конструкция 4/5 диапазонного конвертера с электронной коммутацией диапазонов, принципиальная схема которого приведена на рис.4.

Не пугайтесь! 🙂   Основа конвертера осталась та же. Большее количество дополнительных деталей – это плата за универсальность применения и электронное управление  переключением диапазонов. Для четырёхдиапазонного (однокварцевого) варианта устанавливаются все элементы, кроме показанных оранжевым цветом, а для двухкварцевого варианта устанавливаются все элементы, кроме показанных зелёным цветом. Коммутация  диапазонов ПДФ производится при помощи реле К1-К4, управляемых односекционным галетным переключателем SA1 (т.е. всего 5 заземлённых по ВЧ проводов). Переключение режима работы и частоты генерации первого гетеродина  производится транзисторными ключами VT2,VT3, управляемыми резистивным дешифратором R14,R17,R18,R19. Управление режимом счёта ЦШ производится диодным дешифратором VD3,VD5,VD6,VD7,VD10, переключением принимаемой боковой — диодным дешифратором VD4,VD8,VD9. Эти алгоритмы управления показаны в таблицах на рис.5.

Там же отражены особенности подключения цифровой шкалы Макеевская.  В старом варианте ЦШ (см. описание), которая применяется в авторском варианте, для установки требуемой формулы счёта (см. рис.5) в трёхвходовом режиме применяются два управляющих сигнала F8 и F9. В современной версии ЦШ Макеевская со светодиодными индикаторами под названием  «Уникальная LED» (см. описание) сохранена преемственность управления режимом счёта и соответствующие выводы называются К1 и К2 (показаны в скобках на схеме рис.4). Но в современной экономичной версии ЦШ Макеевская с ЖК индикаторами под названием  «Уникальная LCD» (см. описание) предусмотрено управление режимом счёта только по одному выводу, переключающему либо режим сложения либо вычитания всех аргументов (т.е. измеренных частот трёх генераторов), но нужную нам формулу счёта можно заранее запрограммировать и сохранить в энергонезависимой памяти —  в нашем случае (см. таблицу рис.6) надо указать, что аргумент F3 всегда отрицательный. Такое же одновыводное управление режимом счёта поддерживает и ЦШ «Уникальная LED», так что при желании её можно запрограммировать и подключить так же, как и ЦШ  «Уникальная LCD».

Конструкция конвертера. Все детали конвертера  смонтированы на плате  из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 75х75 мм.  Её чертёж в формате lay можно скачать здесь. С целью уменьшения размеров, плата рассчитана на установку в основном SMD компонентов – резисторы типоразмера 1206, а конденсаторы 0805, электролитические импортные малогабаритные. Триммеры CVN6 фирмы BARONS или аналогичные малогабаритные. Реле с рабочим напряжением 12 В малогабаритные импортные на 2 группы переключения широко распространённого типоразмера, выпускаемые под разными названиями — N4078, HK19F, G5V-2 и т.п. В качестве VT1,VT5  можно применить практически любые  кремниевые n-p-n транзисторы с коэффициентом передачи тока на менее 100, BC847- ВС850, MMBT3904, MMBT2222 и т.п, в качестве VT2,VT3  можно применить практически любые  кремниевые p-n-p транзисторы с коэффициентом передачи тока на менее 100, BC857- ВС860, MMBT3906 и т.п.  Диоды VD1-VD10 можно заменить на отечественные КД521, КД522.   Катушки приемника L1-L4 выполнены на  каркасах диаметром 7,5-8,5 мм с подстроечником СЦР и штатным экраном от контуров ПЧ блока цветности советских цветных телевизоров. Катушки L2-L3 содержат по 13 витков провода ПЭЛ, ПЭВ  диаметром 0,13-0,3 мм, намотанных виток к витку. Катушка связи L1 наматывается поверх нижней части катушки L2 и содержит 2 витка, а катушка связи L4 наматывается поверх нижней части катушки L3 и содержит 7 витков такого же провода. Дроссель L5, применяемый в однокварцевом варианте, малогабаритный импортный (зелёный полосатик). 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. Фото собранной платы.

Настройка тоже достаточно проста и стандартна. После проверки правильности монтажа и режимов по постоянному току подключаем  к эмиттеру VT5 (разъём J4) для контроля уровня напряжения гетеродина ламповый вольтметр переменного тока ( если нет промышленного, можно применить простейший диодный пробник, подобно описанный в [1,2] ) или  осциллограф с полосой пропускания не менее 30 Мгц с малоёмкостным делителем (высокоомным пробником), в крайнем случае – подключить его через малую емкость.

Переключившись на диапазоны 40 и 20м проверяем наличие переменного напряжения уровнем порядка 1-2 Вэфф. Аналогично проверяем работу гетеродина на диапазонах 15 и 10м. Это для двухкварцевого варианта, если же делаем однокварцевый (четырёхдиапазонный) вариант, то включаем 10м диапазон и подстройкой С25 добиваемся максимального напряжения генерации – оно должно быть примерно такого же уровня. Затем подключив к  разъёму J4 частотомер (ЦШ) проверяем частоты генерации гетеродина на соответствие данным в таблице, приведённым  на рис.5.

При наличии приборов типа АЧХ-метра или ГСС, а лучше NWT, настройку ПДФ лучше сделать автономно от базового приемника. Для этого временно замыкаем проволочной перемычкой резистор R5, дабы нам не мешал сигнал гетеродина, на разъём J2 подключаем нагрузочный резистор 220 ом, а нему вход NWT ( или индикатора выхода, например осциллограф с полосой пропускания не менее 30 МГц с малоёмкостным делителем (высокоомным пробником) чувствительностью не хуже десятков мВ). На антенный вход подключаем выход NWT (ГСС или АЧХ-метра). Для корректности измерений его выходной уровень выставляем такой, чтобы не было заметной перегрузки двухзатворного транзистора, работающего в данном случае в качестве УВЧ. Отсутствие перегрузки можно определить по неизменности АЧХ при уменьшении сигнала например на 10 дБ или, в случае применения ГСС,  пропорциональность изменения его выходного уровня изменению входного, пусть на те же 10 дБ.  Такую проверку (на отсутствие перегрузки измерительного тракта) рекомендуется регулярно выполнять, дабы не наступать на типичные для начинающих грабли.

И переходим к настройке ПДФ, начиная c 80м диапазона. Регулировкой подстроечников катушек L2,L3 добиваемся требуемой АЧХ на экране (если настраиваем посредством ГСС, то выставляем на нём среднюю частоту диапазона 3,65 Мгц и добиваемся максимума выходного сигнала). Затем переходим к настройке ПДФ на других диапазонах, начиная с 10м, но сердечники катушек больше не трогаем! А подстраиваем соответствующие диапазонам триммеры – на диапазоне 10м — это С5,С20, 15м — С10,С19, 20м — С9,С18,  и 40м – С8,С17.

Если нет чувствительно ВЧ индикатора выхода, то настройку ПДФ можно сделать по описанной выше методике, подключив конвертер к базовому приёмнику. Если нет ГСС, но есть большая (лучше диапазонная) антенна, то можно её эфирные шумы использовать в качестве источника сигнала, настроив приемник на середину диапазона.

        4/5 диапазонный приёмник коротковолновика  

Схема межблочных соединений представлена на рис.6. Питание ЦШ +5В обеспечивает внешний интегральный стабилизатор 0DA1, закрепленный для лучшего охлаждения на металлический корпус приемника. Фильтр 0С2,0R3 обеспечивает развязку по питания ЦШ и уменьшает нагрев стабилизатора 0DA1 при использовании ЦШ со светодиодными индикаторами, потребляющую до 200 мА. При подключении экономичной ЦШ «Уникальная LCD», потребляющей всего 18 мА, рекомендуемые номиналы фильтра указаны в скобках, а допустимую мощность рассеяния резистора 0R3 можно уменьшить до 0,125 Вт. После подключения конвертера (если платы настраивались отдельно друг от друга) к базовому приемнику нужно проверить не ушло ли сопряжение первого контура 1-й ПЧ (на катушке L2 рис.1.) и при необходимости его подстроить по методике, изложенной в первой части статьи. Это лучше сделать на каком-нибуль широком диапазоне, например на 10 или 15м, дабы ПДФ существенно не ограничивал полосу пропускания всего ВЧ/ПЧ тракта приёмника при перестройке по всему диапазону 1-й ПЧ.

Фото внешнего вида собранного пятидиапазонного приемника

фото его монтажа:

Правильно настроенный приемник имеет чувствительность при с/ш=10дБ не хуже (вероятно заметно лучше, но точнее сейчас имеющейся аппаратурой померить не могу) 0,4 мкВ (10м) до 2 мкВ (80м). Длительное время приемник был в обкатке с суррогатной антенной (метров 15 провода с 4-го этажа на дерево), мне нравится, как он работает. Благодаря замечательному ГДР-ровскому ЭМФ звучит сочно и красиво (пока не мешают соседи по частоте  🙂 ), эффективно (аттенюатором практически не пользуюсь) и мягко работает АРУ, частота ГПД без каких-либо работ по термостабилизации  достаточно стабильна, начальный выбег менее 1 кГц, поэтому сразу по включении срабатывает ЦАПЧ Макеевской и можно  без всякого прогрева пользоваться приемником — частота стоИт, как вкопанная, при любых переключениях диапазонов.

Третья часть статьи...

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

С. Беленецкий, US5MSQ                              г.Киев, Украина