Простий тридіапазонний ППП

Простий тридіапазонний ППП

Шлях в ефір радіоаматора-початківця нерідко починається з будівництва нескладного за схемою і конструкції приймача прямого перетворення (інша назва - гетеродинний приймач). Але, як правило, це однодіапазонні конструкції [1,2,3]. Реалізація багатодіапазонних ППП традиційним шляхом (з перемиканням контурів гетеродина та вхідного фільтра багатоконтактним галетним або барабанним перемикачем [4], або використовуючи змінні плати з контурами [5 ]) призводить не тільки до суттєвого ускладнення конструкції та налагодження, а й до появи проблем зі стабільністю частоти ГП .

Основні технічні характеристики:

Діапазони робочих частот, МГц. 7, 14, 21
Смуга пропускання приймального тракту (за рівнем -6 дБ), Гц. 300. 2600
Чутливість приймального тракту з антенного входу, мкВ, щодо с/ш 10 дБ, не гірше. 0,7
Динамічний діапазон перехресної модуляції (ДД2), дБ, при 30% АМ і розладі 50 кГц, не менше . 75
Вибірковість по сусідньому каналу, дБ, при розладі від частоти, що несе на 10 кГц, не менше. 70
Струм, споживаний від зовнішнього стабілізованого джерела живлення з напругою 9В, мА, не більше. 10

Принципова схема приймача наведено на рис.1. Сигнал з антенного роз'єму подається на атенюатор, що регулюється, виконаний на здвоєному потенціометрі R1. У порівнянні з одиночним потенціометром подібне рішення забезпечує більшу глибину регулювання ослаблення (більше 60дБ) у всьому КВ діапазоні, що дозволяє забезпечити оптимальну роботу приймача практично будь-якою антеною. Далі сигнал через котушку зв'язку L1 надходить на двоконтурний смуговий фільтр (ПДФ) L2C5, L3C10 з ємнісним зв'язком через конденсатор С9.Перемикання діапазонів здійснюється тумблером SA1, що має нейтральне (незамкнене) положення контактів. У положенні контактів, показаному на схемі, включений діапазон 21МГц. При перемиканні на 14МГц до контурів підключаються додаткові конденсатори С1, С3 і С6, С14, резонансні частоти контурів, що зміщують, на середину робочого діапазону. При перемиканні на діапазон 7МГц до контурів ПДФ підключаються не тільки конденсатори С2, С4 і С8, С15, але і додатковий конденсатор зв'язку С7, що необхідно для отримання оптимальної форми ПДФ АЧХ на цьому діапазоні.

Навантаженням ПДФ є однотактний ключовий змішувач на основі польового транзистора VT1. Це важливий вузол, «серце» приймача, що визначає його основні параметри і заслуговує на особливу увагу.

У процесі моїх експериментів з ключовими змішувачами ППП було виявлено [8], що ключовий змішувач гетеродинного приймача, навантажений по виходу ємностями, з боку входу працює як вузькосмуговий синхронний фільтр (СФ)[9], з центральною частотою на частоті гетеродина і полосою пропускання рівною подвоєної смузі пропускання ЗЧ. Фізичні основи цього явища досить доступно було викладено в [10]. Зверніть увагу, що на частотах верхніх КВ діапазонів добротність цього простого СФ досягає фантастичних величин - тисяч і десятків тисяч! Наприклад

- при смузі ЗЧ для прийому SSB сигналу 2,5кГц - більше 4000 (на 21МГц) - при смузі ЗЧ для прийому CW сигналу 0,8кГц - більше 12000 (на 21МГц).

Більше того, яскраво виражена частотна залежність вхідного опору ключового змішувача при високоомному навантаженні останнього підвищує селективність підключеного до нього ПДФ. При цьому на пологій АЧХ вхідного контуру (або ПДФ) з'являється гострий пік шириною, що дорівнює подвоєнійсмузі пропускання НЧ (у разі приблизно 5 кГц). Центральна частота цього піку збігається з частотою налаштування гетеродина та перебудовується разом із нею. При цьому ефект підвищення добротності контуру тим більше, чим вище співвідношення навантаженої та конструктивної добротності, і фактично дорівнює цьому співвідношенню (зрозуміло при досить великому опорі навантаження змішувача гетеродинного приймача, або, якщо завгодно, УФ). Для класичної системи узгодження контуру (внесений опір джерела/навантаження рівні) підвищення добротності контуру не перевищить 2раз. Тому вигідно зменшувати коефіцієнт включення джерела сигналу - узгодженої антени та застосувати повне підключення до контуру змішувача, що має, у свою чергу, високоомне навантаження. При цьому позасмугові перешкоди суттєво послаблюються, чутливість і, відповідно, ДД у вигляді виключно малих втрат у вхідних ланцюгах приймача суттєво зростають. І це дає нам можливість створювати досконаліші приймачі на принципі прямого перетворення.

Але повернемося до принципової схеми ППП. Для реалізації високих селективних властивостей змішувача застосовано повне підключення до ПДФ, а навантаження змішувача порівняно з традиційним підвищено у кілька разів – до 5-10кОм. Польовий транзистор VT1, включений як керованого опору[11]. При малих напругах сток-витік, незалежно від полярності, канал польового транзистора поводиться як звичайний опір. Його значення можна змінювати від кількох мегоом при замикаючій напрузі на затворі до десятків ом при замикаючій. Таким чином, при подачі гетеродинної напруги через конденсатор С17 на затвор вийде майже ідеальний змішувач. Замикаюча напруга на затворі встановлюється автоматично через випрямляючу діюp-n переходу (автозміщення) транзистора VT1. При цьому змінюючи амплітуду гетеродинної напруги, а значить і величину напруги, що замикає на затворі, ми може встановлювати в широких межах відносну тривалість відкритого стану каналу, або шпаруватість. При перетворенні на гармоніках для вирівнювання чутливості по діапазонах шпаруватість відкритого стану обрана близькою до 4, що у цій схемі виходить автоматично, т.к. перетворювач спроектований так, що не вимагає копіткої роботи з підбору напруги гетеродина. Для цього достатньо лише вибрати польовий транзистор VT1 з напругою відсічення, меншим ніж у VT2, не менше ніж у 2 рази.

До переваг змішувача відноситься дуже мала потужність, що споживається від гетеродина, тому останній практично не навантажується, що дозволило відмовитися від буферного каскаду і тим самим спростити схему. Розв'язка вхідних і гетеродинних ланцюгів однотактного змішувача на польовому транзисторі при його роботі на основній частоті ГПД в основному визначається прохідною ємністю сток-затвор транзистора, що в загальному випадку є одним із істотних його недоліків, що ускладнює успішне застосування його на діапазонах ВЧ. У разі такої проблеми немає, т.к. Тільки на діапазоні 7МГц змішувач працює на основній частоті ГПД, а на діапазоні 14МГц – на другій гармоніці ГПД, а на 21МГц – відповідно на третій, при цьому на верхніх діапазонах сигналів з такою частотою немає, а наявний залишковий сигнал ГПД частотою порядку 7МГц ефективно пригнічуються ПДФ діапазонів 14 та 21МГц. Найменше придушення сигналу ГПД буде на 7МГц діапазоні, але і тут його придушення (на антеному вході) перевищує 60дБ – цілком достатньо для нормальної роботи приймача.

Гетеродин виконаний за схемоюіндуктивної триточки (схема Хартлі) на польовому транзисторі VT2. Контур гетеродина містить котушку L4 та конденсатори С11-С13. Конденсатором змінної ємності (КПЕ) С11 частота генерації перебудовується в межах 6,99-7,18МГц, що відповідає за другою гармонікою діапазону 13,98-14,36МГц, а по третій - 20,97-21,54МГц. Зв'язок контуру з ланцюгом затвора VT2 здійснюється за допомогою конденсатора С16, на якому, завдяки прямій дії p-n переходу транзистора VT2, утворюється автозміщення, що досить жорстко стабілізує амплітуду коливань. Так, наприклад, при зростанні амплітуди коливань замикаюча випрямлена напруга також збільшується і посилення транзистора падає, зменшуючи коефіцієнт позитивного зворотного зв'язку (ПОС). Власне, ПІС виходить при протіканні струму транзистора в частині витків котушки L4. Відведення до початку зроблено від 1/3 частини загальної кількості витків.

Основна фільтрація сигналу ППП здійснюється на низькій частоті фільтром нижніх частот (ФНЧ) і тому якість роботи приймача багато в чому визначається селективністю його ФНЧ. Для поліпшення завадостійкості та селективності приймача на вході УНЧ застосований дволанковий ФНЧ C18L5C19L6C24з частотою зрізу приблизно 2,7кГц, складений із двох послідовно включених П-подібних LC ланок. Конденсатор С21 утворює додатковий полюс згасання за смугою зрізу і тим самим забезпечує збільшення крутості спаду АЧХ до 40дБ/октаву. Як котушок ФНЧ застосована магнітофонна ГУ, що дозволило виключити з конструкції ППП трудомісткі у виготовленні низькочастотні котушки. Серед позитивних властивостей цього рішення можна відзначити малі габарити фільтра, високу лінійність при великих рівнях сигналів завдяки наявності в магнітопроводі немагнітного зазору (Кг менше 1% при вхідному1Веф), малу чутливість до наведень завдяки хорошому штатному екрануванню. Слід зазначити, що найкраще придушення (на 3 дБ) у дволанковому ФНЧ виходить при перехресному з'єднанні котушок.

Попри те що, що навантаження ФНЧ (вхідний опір УЗЧ порядку 5-10кОм ) обрана значно більше характеристичного опору ФНЧ (що потрібно реалізації хороших селективних властивостей змішувача) неприємного характерного «дзвону» сигналу немає, т.к. через невелику добротність котушок ГУ форма АЧХ ФНЧ має лише невеликий підйом в області верхніх звукових частот, що сприятливо для поліпшення розбірливості мови.

Конструкція та деталі. Більшість деталей приймача змонтовано на друкованій платі з однобічно фольгованого склотекстоліту розміром 41х99мм, креслення якої з боку друкованих провідників наведено на рис. 2, а розташування деталей – рис.3. Плата розрахована на встановлення малогабаритних радіодеталей - резистори С1-4, С2-23, МЛТ-0,062. При застосуванні більших резисторів (0,125 або 0,25Вт) їх слід встановлювати вертикально. Керамічні контурні конденсатори термостабільні КМ, К10-17або аналогічні імпортні (помаранчеві дискові з чорною точкою або багатошарові з термостабільністю МР0). Тримери CVN6 фірми BARONS чи аналогічні малогабаритні. Конденсатори С18, С19, С21, С24 бажано вибирати термостабільні - плівкові, металопленочні наприклад малогабаритні імпортні серій МКТ, МКР та аналогічні. Інші керамічні блокувальні та електролітичні – будь-якого типу малогабаритні.

Котушки приймача L1-L4 виконані на малогабаритних каркасах від контурних котушок ПЧ 10,7 Мгц розмірами 8х8х11 мм (рис. 4) від широко поширених недорогих імпортних радіоприймачів та магнітол. КотушкиL2-L4 містять по 18 витків дроту ПЕЛ, ПЕВ діаметром 0,13-0,23мм, відвід у котушки L4 зроблений від шостого витка, рахуючи від виведення, з'єднаного із загальним дротом. Котушка зв'язку L1 намотується поверх нижньої частини котушки L2 і містить 3 витки такого ж дроту. Намотування слід проводити з максимальним натягом дроту, рівномірно розміщуючи витки у всіх секціях каркасу, після чого котушка щільно фіксується штатною капроновою гільзою. Весь контур укладено у штатний латунний екран. При необхідності всі котушки можна виконати на будь-яких інших, доступних радіоаматору каркасах, змінивши число витків для отримання необхідної індуктивності і, відповідно, підкоригувавши креслення друкованої плати під новий конструктив. Наприклад, для широко поширених каркасів контурів ПЧ від старих телевізорів діаметром 7,5-8,5мм з підбудовниками СЦР-1 (М6х10) і прямокутними (можуть бути і круглими) екранами, котушки L2-L4 містять по 12 витків дроту ПЕЛ, ПЕВ діаметром 0,4-0,7мм, намотаних на довжині 10мм, при цьому відвід у котушки L4 зроблений від четвертого витка, рахуючи від виводу, з'єднаного із загальним дротом. Котушка зв'язку L1 намотується поверх нижньої частини котушки L2 і містить 2 витки такого ж дроту.

Як котушки L5, L6 ФНЧ з успіхом можна застосовувати будь-які доступні нові або б/в універсальні головки касетних стереомагнітофонів вітчизняного або імпортного виробництва. Їх індуктивність, як правило, знаходиться в діапазоні 60-180мГ, що нам цілком підходить, тільки для збереження частоти зрізу ФНЧ треба обернено пропорційно змінити номінали конденсаторів C18, C19, C21, C24. Це легко зробити на слух у процесі перших випробувань приймача в ефірі.