Радиоконструктор. Приемник начинающего коротковолновика JUNIOR

Не секрет, что для начинающих радиолюбителей самостоятельная постройка хорошего приемника для наблюдений за работой радиолюбительских станций связана с определенными  трудностями, связанными с отсутствием достаточного опыта и необходимых измерительных приборов.  Мной  уже было разработано несколько подобных приемников, простых и доступных для повторения в домашних условиях[1,2,3,4]. Но, как показало общение на форумах, для многих радиолюбителей аккуратное конструктивное оформление собранного и настроенного приемника также представляет определённую проблему. Поэтому совместно с Вячеславом Яременко (UR3IQH) был разработан радиоконструктор — приемник начинающего коротковолновика «Junior» в виде набора для самостоятельной сборки, включающего в себя все компоненты (в т.ч. и стильный корпус с монтажным и крепёжным комплектом), необходимые для сборки приемника, что называется «под ключ», описание которого я  и представляю вашему вниманию.

Приемник «Junior» предназначен для приема сигналов любительских радиостанций, работающих телеграфом(CW) и однополосной модуляцией (SSB)  на двух популярных диапазонах — 80 и 20 метров и рассчитан на работу практически с любой, даже суррогатной, внешней антенной длиной более 5-7 м.  Базовый вариант комплектации оснащён с цифровой шкалой на ЖКИ A16-PLL с функцией автоподстройки частоты (ЦАПЧ)

Основные технические характеристики:

Диапазоны рабочих частот, МГц ……………………………………………….. 3,5 и 14

Полоса пропускания (по уровню –6 дБ), Гц …………………………….. 300…2700

Чувствительность с антенного входа , мкВ, при полосе пропускания

2,4 кГц и отношении сигнал/шум 10 дБ, не хуже ……………………………. 0,6

Коэффициент усиления, тыс. раз, не менее .………………………..……………. 120

Уровень собственных шумов, мВ, не более ………………………………………… 18

Избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее …………………. 40

Диапазон регулировки АРУ, дБ, при изменении выходного

напряжения на 6 дБ, не менее ………………………………………………………. 50

Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом, мВт, не менее …. 300

Ток покоя без ЦШ, при напряжении источника

питания  9…12 В, мА, не более ………………………… 18(14 МГц) и 30(3,5 МГц)

Ток потребления ЦШ A16-PLL[5], при напряжении источника

питания  9…12 В, мА, не более      …………………………………………………….    40

Принципиальная-схема-приёмника-Junior-ver.2.46

 

Принципиальная схема приемника приведена на рис. 1. Он собран по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты и кварцевым фильтром (КФ) в качестве фильтра основной селекции. Его структура во многом подобна приемнику «Малыш»[1], аналогичен и выбор диапазонов, только в виду дефицитности кварцев на 5.25 МГц частота ПЧ выбрана 5МГц. При таком значении ПЧ уже не обойтись не переключаемым ГПД, но есть и небольшой бонус (Hi!) – теперь в полосе зеркального канала на обоих диапазонах нет мощных мешающих станций и можно с успехом применить более простые двухконтурные ПДФ.  В состав приемника может входить цифровая шкала A16-PLL с функцией ЦАПЧ [5]. В качестве первого и второго смесителей используются популярные микросхемы NE(SA)612A, что обусловило не только достаточно  высокую чувствительность (не хуже  0,5мкВ) со входа ИМС (вывод 1), но немного больший динамический диапазон (ДД) — примерно 90 дБ по блокированию и 70 дБ по интермодуляции. И, тем не менее, поскольку  диапазон входных сигналов с большой полноразмерной антенны может достигать значений 110…120 дБ, для комфортного приема надо правильно согласовывать ДД приемника (подробнее об этом смотрите в [6]).

Итак, сигнал с антенного разъема поступает на регулируемый плавный аттенюатор 0R1, обеспечивающий глубину регулировки  не менее 40 дБ, что позволяет обеспечить работу приемника без перегрузки с практически любой антенной. Далее сигнал через контакты реле переключателя диапазонов К1.1 и конденсатор связи С1 поступает на двухконтурный полосовой диапазонный фильтр (ПДФ) – в положении контактов, показанном на схеме, ПДФ диапазона 20 метров (на катушках индуктивности L1, L3 и конденсаторах С4,С5,С9,С10,С13), изготовленный из малогабаритных дросселей стандартных номиналов. Они дешевы, уже широко доступны и, главное, позволяют отказаться от столь нелюбимых многими начинающими радиолюбителями самодельных катушек. Малая, по сравнению с контурной, емкость конденсатора связи с антенной существенно снижает влияние параметров антенны на входной контур, что исключает его расстройку и позволяет достаточно эффективно принимать на антенны любой длины. АЧХ ПДФ приведена на рисунке 2.

АЧХ-ПДФ-приемника-Юниор

Она получена при помощи прибора NWT7, выход которого подключается непосредственно на антенны вход, а вход через высокоомный пробник с выводу 1 DA1. Во избежание перегрузки смесителя увовень сигнала испытаттельно сигнала не должен превышать 10-12 мВэфф.

Переключение диапазонов производится посредством тумблера SA1. При переключении на диапазон 80 м первая группа его контактов SА1.1 подаёт напряжение питания +12в через резистор R1 на коммутирующее реле К1, а вторая группа контактов SA1.2 замыкает управляющий вход F1+F2 ЦШ A16-PLL, включая   в ЦШ режим счёта Fгпд-Fоп. Одновременно с обмотки реле через резистивный делитель R2,R4 постоянное напряжение величиной порядка 4,5В подаётся на затвор транзистора VT1 и открывает его. Т.о. к частотозадающему контуру ГПД подключается триммер С15, понижающий частоту ГПД на 80 м диапазоне, но об этом чуть ниже. Рабочее напряжение реле К1 9В. При напряжении питания  12В излишек напряжения «гасит» резистор R1, а при напряжении питания  9В его заменяют перемычкой.

Отфильтрованный ПДФ сигнал через контакты реле К1.2 и разделительный конденсатор С19 поступает на вход первого смесителя (вывод 1 DA1), выполненном на микросхеме NE(SA)612a. Второй вход смесителя (вывод 2) соединен с общим проводом по высокой частоте через блокировочный конденсатор С18. NE(SA)612a  представляет собой двойной балансный смеситель, созданный на основе ячейки Гильберта, с симметричными входами и выходами и встроенным гетеродином. Входное сопротивление примерно 3,8 кОм, коэффициент преобразования примерно 5 раз.

Генератор плавного диапазона (ГПД) приемника построен с использованием  цепей встроенного гетеродина (выв. 6,7 DA1). Он выполнен по схеме  ёмкостной «трёхточки»  на катушке индуктивности L5 и конденсаторах  С17,С20,С21,С23. Перестройка ГПД по частоте производится варикапом VD3, подключённым через растягивающий конденсатор С22. Управляющее напряжение на варикап подаётся с движка десятиоборотного потенциометра 0R2 (TUNE)через помехоподавляющую цепь R6,С24,R8. Подстроечный резистор R9 ограничивает диапазон перестройки снизу. Резистор R11 линеаризирует  характеристику управления частотой, обеспечивая примерно одинаковую плотность настройки по всему  диапазону. Стабильное питание напряжением +6В  ВЧ каскадов и гетеродинов обеспечивает интегральный стабилизатор DA2.

С учётом частоты ПЧ=5 МГц, диапазон перестройки частоты ГПД на 20м диапазоне должен быть  не менее 9-9,35 МГц, а на диапазоне 80м – не менее 8,5 -8.8 МГц. При одном не переключаемом ГПД диапазон его перестройки должен  быть не менее 9,35-8,5=0,85 МГц или примерно 85 кГц на оборот, что сильно затруднит точную настройку приёмника на SSB станции. Поэтому диапазон перестройки  ГПД ограничен одним диапазоном: на 20м диапазоне полосой  9-9,35 МГц, а при переключении на 80м диапазон через отрытый ключ VT1 к контуру подключается триммер С15, смещающий диапазон перестройки ГПД к требуемым 8,5-8,8 МГц. При этом получается вполне комфортная плотность настройки  – примерно 35-40 кГц/оборот.  Обратносмещённый диод  VD2 выполняет функции варикапа в цепи автоподстройки частоты (PLL), управляющее напряжение на который подаётся с вывода PLL ЦШ A16-PLL через помехоподавляющую цепь С3,R3.  Для варианта приемника без ЦШ детали, показанные оранжевым цветом ( С3,R3,VD2 ,С16) или, как минимум С16, на плату устанавливать не нужно.

С выхода смесителя  (вывод 5) сигнал ПЧ проходит через  четырехрезонаторный кварцевый лестничный фильтр ZQ1-ZQ4 на частоту 5  МГц, имеющий полосу пропускания 2,4кГц. Этот фильтр был спроектирован при помощи программы Dishal203_RUS (рис.3).

Расчёт-КФ-4х5МГц-Чебышева-05дБ-1024x640

Для повышения избирательности по соседнему каналу АЧХ КФ была синтезирована по Чебышеву, результате чего подавление нерабочей боковой полосы на частоте 1 кГц получилось примерно 35 дБ, что сопоставимо с избирательностью ныне популярных 8-резонаторных QER фильтров. Для лучшего согласования с выходным сопротивлением смесителя (1,5 кОм) крайние ёмкости КФ при помощи той же программы были пересчитаны из последовательных в параллельные, результате характеристическое сопротивление КФ повысилось до 1,5 кОм. Реально полученная АЧХ КФ представлена на рис.4,

АЧХ-КФ-приемника-Юниор

а АЧХ всего приемника  на рис.5

АЧХ-селективности-приемника-Юниор

С выхода КФ сигнал ПЧ через резистор R15 поступает на вход однокаскадного усилителя промежуточной частоты (УПЧ), выполненного на транзисторе VT3 по схеме с общим эмиттером.  Коэффициент усиления УПЧ примерно 10 раз. Из-за эффекта Миллера входное сопротивление УПЧ содержит большую ёмкостную составляющую. Даже при применении СВЧ транзистора S9018 с малой ёмкостью переходов входная емкость каскада достигает нескольких десятков пФ и способна сильно исказить АЧХ КФ. Резистор R15 обеспечивает оптимальную (с учётом входного активного сопротивления УПЧ) резистивную нагрузку КФ и развязку его от реактивностей УПЧ.

С выхода УПЧ усиленный сигнал через антипаразитный резистор R19 и разделительный конденсатор С34 поступает на вход  (вывод 1 DA3) узла второго смесителя, точнее смесительного детектора, выполненного на микросхеме NE(SA)612a.  Генератор опорной частоты приемника также построен с использованием  цепей встроенного гетеродина (выв. 6,7 DA1) по схеме  ёмкостной «трёхточки». Частота опорного гетеродина стабилизирована кварцевым резонатором ZQ5 на частоту 5 МГц. Поскольку его частота генерации должна быть ниже примерно на 300 Гц от  нижней границы полосы пропускания КФ по уровню -6дБ (примерно 4,998 МГц), ее сдвигают вниз от номинального значения последовательным контуром, состоящем из катушки индуктивности L6 и триммера С37, включенными последовательно с резонатором.

Выделенный и усиленный вторым смесителем парафазный сигнал звуковой частоты поступает на выход смесителя (выводы 4 и 5 микросхемы DA3), к которому подключен конденсатор С41, образующий совместно с выходным сопротивлением (1,5+1,5 кОм) смесителя однозвенный ФНЧ с частотой среза примерно 3 кГц. Далее через разделительные конденсаторы С42,С43  сигнал проходит через еще один, но уже симметричный, однозвенный ФНЧ с частотой среза примерно 3 кГц, образованный цепями R21С45 и R22С46. Очищенный от паразитных продуктов преобразования сигнал поступает на дифференциальные  входы (выводы 2 и 3 DA4) основного УЗЧ, выполненный на популярной микросхеме LM386. Парафазное снятие сигнала со смесителя примерно в 2 раза повышает его уровень и позволяет лучше подавить побочные продукты преобразования.

Усиленный УЗЧ сигнал через разделительный конденсатор С50 одновременно подаётся  на потенциометр регулятора громкости 0R3 и детектор цепи АРУ, выполненный по схеме однополупериодного выпрямителя на диоде VD4 и накопительном конденсаторе С39. Резистор R25 задаёт время срабатывания АРУ, а  R20 – время отпускания. При указанных на схеме номиналах АРУ работает достаточно быстро и комфортно, без явных щелчков, в то же время не реагирует на кратковременные импульсные помехи. Управляющее напряжение АРУ поступает в цепь затвора регулирующего транзистора VT4, сток которого через разделительную ёмкость подключён параллельно входу смесительного детектора (вывод 1 DA3).  Как только напряжение на затворе превысит порог открывания (примерно 1в), транзистор откроется и своим открытым каналом сток/исток зашунтирует вход смесителя и, через цепочку R19С34, нагрузку УПЧ —  резистор R14. Т.о. не только снижается усиление тракта ПЧ, но и защищается смесительный детектор от перегрузки. Глубина регулировки АРУ зависит от величины сопротивления открытого канала и для 2N7000 (порядка 3-5 Ом) составляет примерно 50 дБ. Диод VD5 защищает приёмник от переполюсовки питания.

Конструкция и детали.

Большая часть деталей  смонтирована на печатной плате из двухстороннего  фольгированного стеклотекстолита  с маской и маркировкой размером 89х66 мм, которая была  разработана Вячеславом (UR3IQH) . Плата рассчитана на установку малогабаритных радиодеталей, перечень которых приведён в таблице 1.

перечень-деталей-приемника-Junior

Монтаж деталей на плату начинаем с резисторов и конденсаторов, затем устанавливаем разъёмы и более габаритные детали – дроссели, реле, транзисторы и микросхемы. Дроссели L1-L4 следует монтировать так, чтобы нижний край корпуса дросселя был над поверхностью платы на высоте примерно 1-1.5мм.  Дроссель L6 устанавливается вертикально. Для варианта приемника без ЦШ детали, показанные оранжевым цветом ( С3,R3,VD2 ,С16) или, как минимум С16, на плату устанавливать не нужно.

Плата-приемника-Junior-с-сборе

Плата-приемника-Junior-с-сборе_1

Смонтированная плата размещается в пластмассовом унифицированном корпусе размерами (149(Ш)х71(В)х110(Г)мм) в правом дальнем углу на расстоянии 1-2 мм от задней стенки и правой стойки. Она крепится  к нижней крышке 4 резьбовыми металлическими стойками размером M3x5+6 мм.

Перечень-деталей-корпуса-с-монтажным-набором

Для разметки отверстий передней и задней панелей применяются соответствующие чертежи-трафареты. Для передней панели чертёж общий для вариантов приемника с ЦШ и без ЦШ, только в последней случае отверстия крепления  ЦШ и индикаторное делать не нужно.

Разметка-отверстий-корпуса

Отверстия крепления ЦШ нужно расзенковать сверлом диаметром 6-7 мм на глубину примерно 1-1,5мм, чтобы винты крепления были примерно на одном уровне с общей плоскостью панели. Так же рекомендуется на задней расзенковать сверлом диаметром 8-9 мм на глубину 1-1.5 мм отверстие крепления аудио разъема. Так как материал панелей достаточно мягкий, то зенковать лучше вручную. Это из личного опыта — моя попытка применить дрель со ступенчатым сверлом окончилась неудачей – сверло резко провалилось и диаметр отверстия стал 8 мм 🙁

Подготовка-передней-панели

ЦШ к передней крепится 4 винтами М2,5 в потай и только потом наклеивается передняя фальшпанель .  Фальшпанель представляет собой самоклеящуюся плёнку с защитным слоем поверх  напечатанного рисунка и подложкой. Она наклеивается как обои. Но требуется определённая аккуратность и терпение: семь раз отмерь –один отрежь. Сначала обрезаем излишки по рисунку. Затем, отслоив острым ножом или скальпелем подложку с одного края, начинаем приклеивать к панели, слегка поглаживая приклеенные участки, дабы не образовывались воздушные пузыри.  Отверстия в наклеенной фальшпанели вырезаются острым ножом или скальпелем . Чтобы случайно не поцарапать ЖКИ, его лучше прикрыть, просунув в щель между панелью и ЦШ кусочек тонкого картона.

Подготовка-передней-панели_1

После наклейки фальшпанелей  можно установить на переднюю и задние все разъёмы  органы управления и произвести их распайку согласно схеме. Благодаря тому, что на плате приемника и ЦШ применяются разъёмные соединения, большую часть работ по разводке можно сделать  не устанавливая панели в корпус.

Внешний-вид-приемника-Junior-без-ЦШ

Внешний вид варианта приемника без ЦШ. Здесь применяется ручка-счётчик оборотов с оцифрованной 10-оборотной шкалой, выполняющей функцию механической шкалы и позволяющей с достаточной точностью определять своё местоположение на диапазоне.

Внешний-вид-приемника-Junior-1

Внешний вид варианта приёмника с ЦШ

Вид-на-монтаж-внутри-корпуса_5

Вид-на-монтаж-внутри-корпуса_6

Вид-на-монтаж-внутри-корпуса_7

Вид-на-монтаж-внутри-корпуса_8

На фото показан пример выполнения внутреннего монтажа приемника с учётом приведённых выше рекомендаций в исполнении Вячеслава. Правда, у него  цвет корпуса белый, ну это не принципиально.  Вид монтажа в моём многострадальном  экземпляре приемника после испытаний 4 вариантов компоновки приемника вряд ли годится для подражания 🙂

 Настройка. Собранный без ошибок приемник, как правило, запускается сразу и вся настройка в общем-то «отвёрточная». Для настройки нам потребуются цифровой мультиметр и цифровой частотомер/цифровая шкала с чувствительностью не хуже 100 мВ или ГСС.

Перед первым включением приемника нужно ещё раз внимательно проверить монтаж, подключить все показанные на схеме внешние цепи.  Напряжение питания установить 12,6В. Отключить разъём питания ЦШ и антенну, а потенциометры усиления и   громкости установить на максимум. Переключиться на диапазон 20 м и включить питание. Ток потребления не должен превышать 20 мА, в динамике должен быть слышен небольшой равномерный шум. При переключении на диапазон 80м ток потребления не должен превышать 30 мА.  Теперь можно приступить собственно к настройке, которая состоит из 4 этапов:

1.Проверка режимов и проверка работоспособности основных каскадов. Сначала цифровым мультиметром в режиме вольтметра проверяем режимы по постоянному току на соответствие указанным на схеме (±10%). Затем подключаем разъём питания ЦШ, при этом  ток потребления должен увеличиваться не более, чем на 40 мА. Должна включиться подсветка ЖКИ и на экране показываться измеряемая частота. В общей работоспособности УНЧ убеждаемся, прикоснувшись пальцем к выводам 4 или 5 DA3. В динамике должно быть слышно громкое «рычание». Прикосновение руки к выводу 1 DA3, а затем и к базе VT3  приводит к существенном росту шумов , а зачастую и к громкому приему  наиболее мощной местной радиовещательной станции (АМ,ФМ) – значит УПЧ, опорный генератор и смесительный детектор исправны. В работоспособности КФ, первого смесителя и ГПД убеждаемся, прикоснувшись рукой к выводу 1  DA1 – это должно привести к резкому увеличению уровня шумов с явными признаками присутствия радиосигналов.

  1. Установка частоты опорного гетеродина производится при помощи штатной ЦШ A16-PLL, для чего временно отключаем от ее разъёма F1 кабель, идущий от ГПД. В результате ЦШ показывает только частоту опорного гетеродина. Подстройкой триммера С37 выставляем частоту 4998,00 кГц. Строго говоря, точное значение частоты зависит от параметров конкретного КФ и может немного отличаться от указанного, но не больше, чем на 100 Гц, что в общем-то не критично. Но при желании частоту опору можно будет подстроить в процессе прослушивания эфира по наиболее приятному для себя тембру голоса корреспондента. Если нет ЦШ, то можно использовать частотомер, который подключают к разъёму BFO платы. Возвращаем подключение разъёма F1 на место и переходим к следующему этапу.
  2. Укладка диапазонов перестройки ГПД. Для этого переключаем SA1 на диапазон 20 м, вращением ручки TUNE перестраиваем приемник на крайнее верхнее по частоте положение и подстроечным сердечником катушки L5 устанавливаем по ЦШ частоту приема чуть выше верхней границы диапазона – примерно 14365 кГц. При использовании внешнего частотомера его подключаем к разъёму платы VFO и измеряем частоту ГПД, которая должна быть примерно 9365 кГц. Если настройка производится при помощи ГСС, то, подключив его к антенному гнезду, на нём устанавливаем частоту 14365 кГц и подстройкой сердечника катушки L5 добиваемся приёма тонального сигнала.

Затем настроив приемник на крайнее нижнее положение по частоте , подстроечным резистором R9 выставляем частоту приема чуть ниже нижней границы диапазона – примерно 13970 кГц. При использовании внешнего частотомера выставляем частоту ГПД  примерно 8970 кГц. Если настройка производится при помощи ГСС, то, подключив его к антенному гнезду, на нём устанавливаем частоту 13970 кГц и подстроечным резистором R9 добиваемся приёма тонального сигнала.

Затем, переключившись на диапазон 80м, триммером С15 выставляем частоту приема чуть ниже нижней границы диапазона – примерно 3490 кГц. При использовании внешнего частотомера выставляем частоту ГПД  примерно 8490 кГц. Если настройка производится при помощи ГСС, то, подключив его к антенному гнезду, на нём устанавливаем частоту 3490 кГц и триммером С15  добиваемся приёма тонального сигнала.   Затем  перестроив приемник на верхнюю частоту, убеждаемся, что она не ниже 3805- 3810 кГц (показания внешнего частотомера должны быть в пределах 8805-8810 кГц).

  1. 4. Настройка входных контуров. Настройка входных контуров производится с подключенной антенной. Для получения хороших результатов приёма антенна должна быть внешней, длиной не менее 10 м. Сначала настраиваем приемник на середину диапазона 80 м (примерно 3650 кГц) и поочерёдной регулировкой триммеров С6,С14 подстраиваем ПДФ по максимуму эфирных сигналов и шумов. Затем настраиваем приемник на середину диапазона 20м (примерно 14150 кГц) и поочерёдной регулировкой триммеров С6,С14 подстраиваем ПДФ по максимуму эфирных сигналов и шумов. Вот и вся настройка.

Теперь можно закрыть корпус. Для этого на винты длиной 50 мм насаживаем резиновые ножки и вместе с ними прикручиваем верхнюю крышку.  Приёмник готов к работе. Приятно прослушивания эфира!

Купить радиоконструктор «Приемник начинающего коротковолновика JUNIOR» можно здесь 

Вячеслав записал видеоролики с иллюстрацией работы приемника на небольшую проволочную антенну длиной 8м:

Диапазон 80 м https://youtu.be/BhPnnWJpXbQ

Диапазон 20м https://youtu.be/cMolc_zd9y8 

Видео по сборке и настройке приемника от В.Карпелянского https://www.youtube.com/watch?v=_ysi8SJ15Z0&feature=em-uploademail

С.Беленецкий, US5MSQ                                  декабрь 2019г.                                  г.Киев

Литература:

  1. Двухдиапазонный радиоприемник «Малыш» https://us5msq.com.ua/dvuxdiapazonnyj-radiopriemnik-malysh/

 

  1. Простые супергетеродинные приемники на двухзатворных полевых транзисторах. Часть 1 https://us5msq.com.ua/prostye-supergeterodinnye-priemniki-na-dvuxzatvornyx-polevyx-tranzistorax/

Часть 2 https://us5msq.com.ua/prostye-supergeterodinnye-priemniki-na-dvuxzatvornyx-polevyx-tranzistorax-chast-2/

  1. Я строю простой ППП https://us5msq.com.ua/ya-stroyu-prostoj-ppp/
  2. Громкоговорящий ППП на германиевых транзисторах https://us5msq.com.ua/gromkogovoryashhij-ppp-na-germanievyx-tranzistorax/
  3. Набор для сборки цифровой шкалы на ЖКИ с ЦАПЧ https://us5msq.com.ua/forum/viewtopic.php?f=23&t=188
  4. В.Поляков. О реальной селективности КВ приемников. . — Радио, 1981, №3, с.18, №4, с.21