Радиоприемник "тонмайстор" на дв - св диапазоны волн. Новое поколение трансиверов с прямой оцифровкой сигнала Самый чувствительный трансивер приемник св дв диапазонов

Сегодня утром к нам пришло интересное письмо с вложением. Иван Кирилов (г. София, Болгария) прислал нам схему и конструкцию своего АМ приемника. Мы сделали перевод и оформление статьи - предлагаем вам ее к ознакомлению и повторению. Схема достаточно простая и позволяет производить уверенный прием радиостанций СВ и ДВ диапазона на встроенную магнитную антенну.

Данный радиоприемник прямого усиления предназначен для приема радиостанций длинных (150-430 кГц) и средних (520-1600 кГц) волн. Он состоит из параллельного LC колебательного контура, который помогает выбрать необходимую станцию​​, и трехступенчатого усилителя ВЧ, амплитудного детектора и усилителя НЧ.

В первом каскаде ВЧ используется МОС транзистор. Он характеризуется высоким входным сопротивлением, низким уровнем шума, без него не обойтись при постройке качественной схемы для контура LC. Тем самым обеспечивается большая чувствительность и селективность приемника.

Радиочастотный усилитель построен на биполярных транзисторах. Между детектором и усилителем НЧ примененно включение с общим коллектором, что обеспечивает большее сопротивление нагрузки детектора и согласования между ВЧ и НЧ частями приемника. Катушка магнитной антенны намотана на ферритовом стержне длиной 22 см. Она является общей для обоих диапазонов. Диапазон длинных волн работает когда используются все витки катушки, а прием средних волн - большинство из витков катушки замкнуто накоротко. Для обеспечения высокого качества катушку нужно мотать литцендратом (многожильный провод, каждая жила которого покрыта изолирующим лаком). При намотке литцендратом после пайки катушка будет качестенная и не потеряет свои магнитные свойства. Мотать катушку магнитной антенны нужно виток к витку.

Длина всей обмотки составляет 7,3 см, а порция для СВ диапазона составляет порядка 2,3 см. Для точной регулировки катушку наматывают на оправке из бумаги или картона, которую потом можно перемещать вдоль стержня из феррита. Когда катушка индуктивности содержит ферритовый стержень - это улучшает ее чувствительность к приему. Хорошо будет если разместить катушку по середине стержня.

Кроме перемещения катушки вдоль длины стержня ее индуктивность можно изменять посредством изменения числа витков. Ферритовые антенны не должны быть привязаны или прикреплены к проводам или проводникам. Также короткое замыкание отдельных витков обмотки может очень сильно снизить ее качество.

Крепить магнитную антенну нужно спользуя токонепроводящие и магнитнонейтральные материалы - лучше всего подходит для данной цели резина или пластик. Располагать ее нужно на отдалении не менее 3 см от металлических частей и компонентов. Ферритовая антенна устанавливается ​​горизонтально для лучшей реакции на волны электромагнитного поля. Магнитная антенна имеет горезонтальное расположение в отличии от штиревых антенн.

С ферритовой антенной достигается хорошее отношение сигнал / шум, потому что она направленная. Это важно при приеме в среде с высоким уровнем помех, например, в городе.

Приемник должен быть смонтирован в неметаллическом корпусе, потому что металл имеет поглащающие свойства для радиоволн. В приемнике использован миниатюрный конденсатр переменной емкости, аналогично изображению выше, в котором две секции соединены параллельно. Суммарная эмкость секций от 10 до 540 пФ. Для ориентировочного расчета необходимой индуктивности по формуле:

L = 25300 / (F 2 min . C max), где:

L - индуктивност, Гн;

F 2 min - квадрат низшего диапазона частоты принимаемого сигнала, MHz;

C max - максимальная эмкость конденсатора настройки, pF. *

Примечание: * Поскольку наращивание Cmax должно добавить собственной емкости катушке, например. 20 пФ. Чтобы уменьшить эмкость собственный катушки она должна быть намотана в несколько секций по длине ферритового стержня, а намотка производиться навкрест. Это усложняет процесс ее изготовления.

Высокочастотные часть приемника смонтирована на двухсторонней универсальной печатной плате (макетной панели). Задняя часть платы соеденена с общим проводником и служит в качестве экрана для предотвращения самовозбуждения. Схема входного контура помещается на небольшую деревянную панель таким образом чтобы ее вход был расположен максимально близко к входному контуру приемника (КПЕ и катушка). Мы не должны использовать длинные провода и пересекание проводов по той же причине возможного самовозбуждения.

В разработке моего радиоприемника монтаж производился припаиванием деталей к клеточкам на макетной плате вместо соединения их проводниками. Аудио усилитель собирается вручную или приобретается готовый в магазине. Недостатком НЧ части может быть регулятор громкости, который может создавать помехи при большой громкости приема.

Приемник питается от 9-вольтовой батареи емкостью 220 мА / час. Она обеспечивает работу приемника напротяжении 6-8 часов. Автономное электропитание позволяет приемнику хорошо сфокусировать направление приема, как результат получаем сильный сигнал. При работе приемника от внешнего источника питания, даже с хорошей фильтрацией напряжения получается достаточно высокий уровень шума. Приемник работает хорошо в конкретном здании. В течение дня хорошо принимает местную радиостанцию, а в течение ночи даже зарубежные станции. На сайте www.predavatel.com вы можете узнать частоту радистанций СВ диапазона в регионах нашей страны (Болгария). Радиостанция на длинные волны у нас только одна в стране. Приемник установлен в корпус абонентского громкоговорителя "Тонмайстор".

Принципиальная схема приемника "Тонмайстор":

Перечень электронных компонентов:

C 1 10-540 pF C 11 2200 uF/ 16V R 5 10 kΩ T 3 BFR96 или КТ315А

C 2 10 uF/ 16V C 12 3.3 uF/ 16V R 6 4.7 kΩ T 4 1Т313А или ГТ309А

C 3 10 nF C 13 6.8 nF R 7 2 kΩ T 5 КТ315А

C 4 10 nF C 14 100 uF/ 16V R 8 82 kΩ ИС 1 TA7368P

C 5 10 nF C 15 470 uF/ 16V R 9 160 kΩ Вг 8 Ω/ 3W

C 6 10 uF/ 16V C 16 100 uF/ 16V R 10 5.1 kΩ Д 1 Д9Б

C 7 10 nF R 1 3 kΩ R 11 10 kΩ

C 8 1 nF R 2 7.5 kΩ R 12 10 kΩ

C 9 1 nF R 3 2 kΩ T 1 КП305И

C 10 10 nF R 4 20 kΩ T 2 BFR91 или КТ316А

СТОК - ДРЕЙН ИСТОК - СОРС ЗАТВОР - ГЕЙТ КОРПУС - ПОДЛОЖКА - подключить к общему проводнику

1.1 Введение

Изобретение радиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. – одно из величайших открытий науки и техники.

В 1864 г. английский физик Максвелл теоретически доказал существование электромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к существенным результатам.

Другим путем пошел А. С. Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.

7 мая 1895 г. А.С. Попов на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала.

В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний.

В 1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод – управляющую сетку. Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи. Дальнейшее развитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918 г. стали применять так называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприемников.

В 1918 г. Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации – микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиоприемников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.

Современная технология производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новые схемные решения, реализация которых стала возможной на ее основе, так как количество элементов и сложность схем при использовании интегральных микросхем перестали быть ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественные показатели всех видов радиоприемных устройств.

Современные радиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в системах спутниковой связи, в многотысячекилометровых радиорелейных линиях. Судовождение, авиация немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.

Современная научно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиоприемных устройств.

1.2 Эскизный расчет приемника

Вариант№20

Параметры приемника:

1. Диапазон принимаемых частот f н чf в, кГц ………….........................ДВ, СВ.

2. Чувствительность на магнитную антенну Е а, мВ/м …………..………… 3

3. Селективность по соседнему каналу δ ск, дБ……………………………….40

4. Селективность по зеркальному каналу δ зк, дБ ……………………………30

5. Выходная мощность P вых, Вт.……………………………………………0,15

6. Спектр воспроизводимых частот F н чF в, Гц………………………..300ч3500

7. Неравномерность частотной характеристики М, дБ ……………………..12

8. Коэффициент нелинейных искажений К г, %.………………………………8

9. Действие АРУ на входе ………………………………………………….25дБ

на выходе………………………………………………….6дБ

10. Вид питания – батарея 6В

1.2.1 Определение и выбор типа радиоприемного устройства

Для выбора типа радиоприемного устройства воспользуемся ГОСТ 5651-89. Аппараты по электрическим и электроакустическим параметрам подразделяют на три группы сложности: высшую (0); первую (1) и вторую (2). Брем таблицу с трактом АМ – это тракт приема программ радиовещательных станций в диапазонах ДВ, СВ и КВ, а диапазон нашего приемника ДВ, СВ. Но мы не берем высшую группу сложности, так как наш радиоприемник не совпадает с ней ни по одному параметру.

Наименование параметра	Норма для аппаратов группы сложности
1. Чувствительность, ограниченная шумами, при отношении сигнал/шум не менее 20дБ: по напряжению со входа для внешней антенны, мкВ не хуже в диапазонах: ДВ СВ по напряженности поля, мВ/м, не хуже, в диапазонах: ДВ СВ 2. Диапазон воспроизводимых частот звукового давления всего тракта при неравномерности частотной характеристики звукового давления 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ, Гц, не уже для стационарных аппаратов. для переносных аппаратов 3. Общие гармонические искажения всего тракта по электрическому напряжению на частоте модуляции 1000 Гц, при М=0,8; Р вых = Р вых ном (U вых = U вых ном), %, не более 4. Отношение сигнал/фон с антенного входа для аппаратов с питанием от сети переменного тока, дБ, не менее

* Для аппаратов объемов менее 0,001 м 3 диапазон устанавливают в ТУ.

** Для аппаратов объемом менее 0,001 м 3 .

При сравнении параметров приведенных в таблице с параметрами нашего приемника, во втором классе приемника (2) было найдено 7 совпадений (отмеченных знаком!), тогда как в первом классе (1) – лишь 1 совпадения (отмеченных знаком!). В первом случае совпали чувствительность магнитной антенны, действие автоматической регулировки усиления, односигнальная избирательность по соседнему каналу и диапазон воспроизводимых частот. Во втором случае совпала лишь чувствительность магнитной антенны.

На этом основании я выбираю 2 класс сложности радиоприемного устройства.

1.2.2 Выбор поддиапазонов и их границ

Если при неизменной индуктивности контура не может быть обеспечено перекрытие всего диапазона приемника переменным конденсатором, а также для удобства и большей точности установки частоты и настройки приемника на станции диапазона коротких и ультракоротких волн, диапазон приемника делится на отдельные поддиапазоны. Предварительный выбор числа усилительных каскадов и избирательных контуров приемника необходимо производить на каждом поддиапазоне отдельно. Поэтому предварительный расчет приемника необходимо начинать с выбора числа необходимых поддиапазонов и определения их границ.

В радиовещательных приемниках разбивка на поддиапазоны производится согласно ГОСТ 5651-89. В соответствии с этим дополнительно на поддиапазоны разбивается только КВ. диапазон, а остальные проверяются на обеспечение выбранным блоком переменных конденсаторов заданного перекрытия частот. Диапазон КВ. радиовещательного приемника обычно делится на 2-3 поддиапазона или выделяется несколько растянутых поддиапазонов.

Так как в технических требованиях на приемник границы поддиапазонов и их количество не заданы, мы рассчитываем коэффициент перекрытия всего диапазона. Выбираем двух секционный блок конденсаторов переменной ёмкости Тесла Cmin=5пф и Cmax=385пф, габаритные размеры блока 25*25*25мм. Определяем коэфицент диапазона Кд, задавшись ёмкостью схемы Ссх=30пф, по формуле:

Пусть читатель не сочтет архаичностью, что раздел о микросхемах невелик и вынесен в конец главы. Дело в том, что нет хороших микросхем для приемников прямого усиления за исключением одной импортной, о ней речь ниже. Ассортимент аналоговых микросхем весьма велик, их можно установить и в УРЧ, и в УЗЧ, но попытка их использования если и дает хорошие параметры приемника, то приводит к ухудшению экономичности. Так что затратив немного больше труда и времени, можно получить лучшие результаты, собрав приемник на дискретных элементах (на «рас-сыпухе»), как, собственно, мы и делали до сих пор.

Упомянутая единственная микросхема, специально предназначенная для приемников прямого усиления, - это ZN414Z фирмы Plessey, специализирующейся, среди всего прочего, и на выпуске микросхем для радиоприемной и связной аппаратуры. Эта микросхема выполнена в трехвыводном транзисторном корпусе, однако внутри содержит 10 транзисторов. На них выполнены четырехкаскадный УРЧ с высоким входным сопротивлением, транзисторный детектор и система АРУ, то есть все элементы РЧ тракта приемника прямого усиления. Микросхема чрезвычайно экономична: потребляет всего 0,35 мА от источника питания с напряжением 1,3 В.

Схема радиотракта на этой микросхеме изображена на рис. 1. Входной контур L1 - С1 может перестраиваться в диапазонах ДВ или СВ, причем катушка может служить и магнитной антенной. Постоянная времени цепи АРУ определяется цепочкой R1C2, в AM приемниках она обычно выбирается равной примерно 0,05-0,1 с. Резистор R2 служит нагрузкой детекторного каскада и через него же поступает питание на весь приемник. Ориентировочно его сопротивление составляет единицы килоом.

Рис. 1. Радиотракт на MCZN414Z.

Конденсатор СЗ сглаживает высокочастотные пульсации, фильтруя выходной сигнал ЗЧ, который через разделительный конденсатор поступает на УЗЧ, собранный на какой-либо другой микросхеме. Вероятно, можно подключить и высокоомные наушники вместо резистора R2.

Из большого ассортимента отечественных микросхем УЗЧ неплохой экономичностью отличается КР174УН23, представляющая собой двухканальный усилитель мощности (до 0,5 Вт на нагрузке 8 Ом) с питанием от одного, двух или трех гальванических элементов. Ток покоя составляет от 4,5 мА при напряжении питания 1,5 В до 6,5 мА при напряжении питания 4,5 В. Оба канала УЗЧ моіуг работать независимо, при воспроизведении стереопрограмм, либо включаться по мостовой схеме для увеличения выходной мощности в монорежиме.

И. Нечаевым предложен оригинальный вариант использования этой МС: один канал в качестве УРЧ, другой канал как УЗЧ приемника прямого усиления. АЧХ УРЧ имеет небольшой подъем на частотах до 3 МГц, а затем резкий спад.

Рис. 2. Приемник на MC КР174УН23.

Таким образом, полоса частот усилителя достаточна для диапазонов ДСВ. Схема приемника показана на рис. 2. Входной контур образован переключаемыми катушками L1L2 и КПЕ С1 любого типа с максимальной емкостью не менее 180 пФ. Через катушку связи L3 сигнал подается на вход одного канала усилителя, а с его выхода - на детектор, собранный по схеме удвоения напряжения на германиевых диодах VD1, VD2. В случае использования кремниевых диодов на них нужно подать небольшое открывающее смещение, установив резистор R4. Отфильтрованный цепочкой C4R2C7, сигнал ЗЧ поступает на другой канал усилителя, а с его выхода - на динамическую головку ВА1 с сопротивлением порядка 8 Ом.

В серии К174 имеется интересная микросхема, содержащая все узлы стандартного супергетеродинного радиовещательного приемника: преобразователь частоты, УПЧ и УЗЧ с выходной мощностью до 0,5 Вт. Это МС К174ХА10, работоспособная при напряжении питания от 3 до 9 В и потребляющая (при малой громкости) 8-10 мА. Используя часть ее узлов, можно собрать и простой приемник прямого усиления. Преобразователь частоты в этом варианте не используется, УПЧ служит как УРЧ, а детектор и УЗЧ работают по прямому назначению. Схема приемника показана на рис. 4. Входной контур с магнитной антенной могут быть выполнены так же, как и в предыдущей конструкции. Для повышения чувствительности использован истоковый повторитель на транзисторе VT1, если же очень высокая чувствительность не нужна, его допустимо исключить, подсоединив катушку связи между общим проводом и левым (по схеме) выводом конденсатора С2.

Рис.3. Печатная плата приемника на МС КР174УН23.

УПЧ в этой МС выполнен на дифференциальных каскадах и подсоединен к симметричному входу детектора, поэтому оказался необходимым симметрирующий широкополосный трансформатор Т1. Он наматывается на кольце диаметром 7-10 мм из феррита с магнитной проницаемостью 1000-1500 и содержит 100-200 витков любого тонкого провода.

Рис. 4. Приемник на МС К174ХА10.

Наматывать трансформатор целесообразно двумя сложенными вместе проводами; затем начало одного провода соединяется с концом другого, образуя средний вывод. При нежелании заниматься этой работой достаточно несколько изменить схему: вывод 14 МС соединить с проводом питания непосредственно, а вывод 15 - через подстроечный резистор сопротивлением 100 кОм. Он регулируется по минимальным искажениям при детектировании, которые получаются несколько выше, а коэффициент передачи примерно вдвое ниже, чем с трансформатором.

Продетектированный сигнал ЗЧ подается через фильтрующую цепочку С8 - R3 - С9 на регулятор громкости R4 и далее, на вход УЗЧ. Динамическая головка может иметь сопротивление от 6 до 50 Ом, но оптимальным следует считать 8 Ом. Налаживание приемника (чем хороши микросхемы) сводится лишь к установке диапазона принимаемых частот.

Как видим, микросхемы в приемниках прямого усиления целесообразнее всего использовать лишь в УЗЧ. Есть широкий выбор УЗЧ в серии К174 на любую желаемую мощность. Описывать их нет смысла, так как стандартные схемы включения даются в справочниках. Представляет некоторый интерес нестандартное использование, в частности, операционный усилитель средней мощности К157УД1 показал неплохие результаты в качестве УЗЧ, работая при напряжении питания от 4 до 24 В при токе покоя около 4 мА. Подробнее УЗЧ на этой МС описан в, а также в конце пятой главы этой книги.