Схема и конструкция приемника - радиоточки
Простые приемники прямого усиления с одним колебательным контуром обеспечивают неплохое качество звучания при приеме местных радиостанций диапазонов ДСВ.
Рис.1. Спектр сигнала, АЧХ контура и частотные искажения.
При приеме же менее сильных сигналов возникают проблемы, требующие решения. Одна из них состоит в уже упоминавшемся противоречии между полосой пропусканния и селективностью. С повышением добротности контура - обычно это контур магнитной антенны - повышаются чувствительность и селективность, но сужается полоса пропускания, и высшие частоты в спектре звукового сигнала оказываются ослабленными. При низкой же добротности уменьшается подавление сигналов соседних по частоте станций.
Изложенное иллюстрирует рис. 1, где на верхнем графике изображен спектр принимаемого РЧ сигнала шириной fo ± 10 кГц (такой спектр излучают отечественные радиостанции). На среднем графике показана АЧХ колебательного контура с полосой пропускания 2Af порядка 6-9 кГц, а на нижнем - искаженный спектр сигнала, подаваемого на детектор. Видно, что верхние частоты звукового спектра значительно ослаблены (напомним, что полоса обратно пропорциональна добротности: 2 f = f o/Q).
Другая проблема связана с искажениями сигнала при детектировании. Любой детектор для малых сигналов становится квадратичным и его коэффициент передачи снижается пропорционально уровню сигнала. Это приводит к увеличению положительных полуволн продетектированного сигнала ЗЧ и подавлению отрицательных (рис. 2). Коэффициент квадратичных нелинейных искажений, как можно показать, составляет ш2/4, где ш - коэффициент модуляции. Обычно с искажениями при модуляции мирятся, поскольку средний коэффициент модуляции составляет примерно 0,3 (30%) и средний коэффициент нелинейных искажений, - соответственно, 2,5%. Но при 100% модуляции он возрастает до 25%.
Обе проблемы можно в значительной степени решить, если ввести в УРЧ быстродействующую автоматическую регулировку усиления (АРУ), действующую на нижних и средних частотах звукового спектра и в меньшей степени на верхних. При помощи такой АРУ произойдет как бы размодуляция сигнала на нижних и средних частотах, в результате уменьшится коэффициент модуляции сигнала на входе детектора, а с ним и нелинейные искажения. Выровняется также и АЧХ, оба эффекта показаны штриховыми линиями на рисунках. Некоторое уменьшение уровня продетектированного сигнала ЗЧ компенсируется соответствующим повышением усиления УЗЧ.
Рис.2. Квадратичные нелинейные искажения при детектировании
Рис.3. Принципиальная схема приемника-радиоточки.
Изложенная идея реализована в простом приемнике-радиоточке с фиксированной настройкой на СВ радиостанцию «Маяк», работающую на частоте 549 кГц. Схема приемника изображена на рис. 3. Его контур образован катушкой L1 магнитной антенны WA1 и конденсатором С1. Выделенный контуром сигнал поступает на истоковый повторитель, собранный на полевом транзисторе VT1, а с него - на УРЧ, выполненный на транзисторе VT2. С нагрузки УРЧ (резистор R3) сигнал подается на детектор, собранный на диодах VD1 и VD2 по схеме с удвоением напряжения. Продетектированный сигнал ЗЧ поступает через регулятор громкости R8 на УЗЧ.
Отрицательное напряжение АРУ с нагрузки детектора R6 поступает на затвор полевого транзистора, закрывая его тем сильнее, чем больше амплитуда сигнала РЧ. Благодаря непосредственной связи транзисторов УРЧ при этом закрывается и транзистор VT2, что увеличивает глубину регулирования усиления. В цепи АРУ установлен фильтр, составленный из цепочек R5C4 и R4C3. Он отфильтровывает РЧ пульсации и задерживает верхние частоты звукового спектра выше 6 КгГц.
УЗЧ приемника содержит предварительный каскад усиления на транзисторе ѴТЗ и оконечный двухтактный каскад, собранный на транзисторах ѴТ4 - ѴТ7 разной структуры. Поскольку напряжение питания невелико, то в каждом плече для получения нужного усиления по току работают составные транзисторы ѴТ4ѴТ6 и ѴТ5ѴТ7. Даже при использовании транзисторов с небольшим коэффициентом передачи тока (порядка 30-40) коэффициент передачи тока составного транзистора получается более 1000, что и обеспечивает хорошую «раскачку» выходного каскада. А чтобы получить максимально возможную амплитуду выходного сигнала, вторые транзисторы каждого плеча включены по схеме с общим эмиттером.
Для уменьшения искажений типа «ступенька», особенно неприятных при малых уровнях сигнала ЗЧ, в выходном каскаде использованы германиевые транзисторы, имеющие меньшее напряжение открывания. Кроме того, на их базы подано небольшое начальное напряжение смещения, получающееся при протекании коллекторного тока транзистора ѴТЗ через открытый диод VD3. Чтобы повысить экономичность усилителя, а именно уменьшить ток покоя (ток, потребляемый при отсутствии сигнала), выбран резистор нагрузки предварительного каскада R10 довольно высокого сопротивления и подключен к выходу усилителя. Этим создается «вольтодобавка» к напряжению питания предварительного каскада, позволяющая полнее «раскачать» выходной каскад при положительной полуволне выходного сигнала, когда транзистор ѴТЗ закрывается, а ток базы транзистора ѴТ4 определяется только током через резистор R10.
Режим усилителя по постоянному току стабилизирован резистором смещения R9, подключенным к «средней» точке выходного каскада. Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) не только по постоянному току, но и по сигналу звуковой частоты, что также способствует снижению искажений Регулятор громкости, переменный резистор R8, включен несколько необычно. При уменьшении громкости, то есть при увеличении его сопротивления, он оказывается соединенным последовательно со входным сопротивлением предварительного каскада В результате транзистор управляется не напряжением, но током входного сигнала ЗЧ, а токовое управление повышает линейность усилителя. При этом возрастает и глубина ООС через резистор R9, что также снижает искажения. В частности, искажения типа «ступенька», особенно проявляющиеся при малой громкости, становятся вообще незаметными.
Единственный недостаток такого включения регулятора громкости состоит в том, что громкость уменьшается не до нуля. Но, во-первых, этот недостаток становится достоинством, когда слушатель убавляет громкость и забывает выключить приемник, напрасно разряжая батарею, во-вторых, остаточную громкость можно сделать сколь угодно малой, увеличив номинал переменного резистора.
В результате всех описанных мер приемник обеспечивает качество звучания, близкое к высокому. Ток покоя при напряжении питания 3 В не превосходит 3 мА, а работоспособность приемника сохраняется при изменении напряжения питания от 1,5 до 4,5 В. Практически качество звучания приемника определяется используемым громкоговорителем. В стационарных условиях желательно подключать сравнительно мощный громкоговоритель с корпусом достаточного объема. Здесь годятся все рекомендации, данные в главе о громкоговорящих детекторных приемниках.
Сопротивление громкоговорителя может быть от 4 до 16 Ом, но желательно выбрать его равным 8 Ом. Еще раз обращаем внимание на отдачу: если другие параметры динамических головок поддерживаются достаточно точно, то отдача однотипных головок, особенно старых, бывших в употреблении, может отличаться в несколько раз. Поскольку выходная мощность этого, очень экономичного, приемника невелика, по возможности следует выбирать головки с максимальной отдачей. Автор в свое время смонтировал приемник вместе с двумя элементами питания типа 343 в корпусе трансляционного громкоговорителя, и это решение нельзя считать наилучшим. Когда потом к приемнику подключалась АС с двумя головками 4ГД-4 в корпусе старого телевизора, он зазвучал намного солиднее и приятнее.
Несколько слов о деталях: транзистор КП303А можно заменить на КП3030Б или КП303И. Другие транзисторы этой серии имеют большее напряжение отсечки, и с ними транзистор VT2 будет слишком сильно открываться. На месте VT2 и ѴТЗ могут работать транзисторы серий КТ312 и КТ315 с любыми буквенными индексами, но желательно с коэффициентом передачи тока более 100. Диоды могут быть любые высокочастотные германиевые, например серий Д2, Д9, Д18, но желательно с минимальным прямым сопротивлением (его можно измерить омметром). Для оконечного каскада УЗЧ подойдут любые маломощные германиевые транзисторы соответствующей структуры, например МП37, МП38 (ѴТ4, ѴТ7), МП39 - МП42 (ѴТ5, ѴТ6). Желательно, чтобы транзисторы каждой пары, например ѴТ4, ѴТ5, имели близкие коэффициенты передачи тока. Желательно также, чтобы этот коэффициент был не менее 50.
Магнитную антенну для повышения ее эффективности лучше выполнить на ферритовом стержне больших размеров. Лучшим из распространенных будет стержень от приемников «Соната» или «Ленинград». Он изготовлен из феррита 400НН, диаметр стержня 10 мм, длина 200 мм. Подойдут и стержни из феррита с магнитной проницаемостью 600 или 1000, длиной 160 и диаметром 8 мм, но с последним добротность контура получается несколько меньше.
Рис. 4. Плата приемника радиоточки.
Катушка содержит 50 витков провода ЛЭШО 21x0,07, намотанного виток к витку на бумажной пропарафинированной гильзе. Гильза-каркас должна перемещаться по стержню с небольшим трением. Литцендрат (несколько худшего качества) можно изготовить из провода ПЭВ или ПЭЛ ОД, скрутив 7-11 отрезков нужной длины.
Подойдут резисторы МЛТ-0,125, переменный резистор любого типа, но спаренный с выключателем питания. Электролитические конденсаторы могут быть К50-6, остальные - типов КЛС и КМ. Под эти детали и рассчитана плата приемника (рис. 4), изготовленная из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Фольга на ней не вырезается и не протравливается - вся ее площадь служит общим проводом и экраном, улучшая стабильность работы приемника. Выводы деталей, соединяемые с общим проводом, пропускаются, как обычно, в отверстия платы и припаиваются к фольге.
Другие же выводы пропускаются в раззенкованные со стороны фольги отверстия, а соединения между ними делаются тонким одножильным проводом в изоляции и также пропаиваются. Таким способом приемник изготовить легче и быстрее. После налаживания приемника монтаж можно покрыть клеем или лаком, чтобы изолированные проводники оказались прикрепленными к плате, но можно этого и не делать, жесткость монтажа оказывается достаточной.
Налаживание приемника начинают с УЗЧ. Подбором резистора R9 на коллекторах транзисторов VT6, VT7 устанавливают напряжение, равное половине напряжения питания. Ток покоя измеряют, отключив провод питания УРЧ и присоединив миллиамперметр параллельно разомкнутым контактам выключателя SA1. Подбором диода VD3 ток покоя можно установить порядка 2-2,5 мА. Выпаивать диод, не сняв напряжения питания, нельзя, поскольку ток
возрастет до опасной для транзисторов и миллиамперметра величины. Лучше, оставив один диод, параллельно ему подключать другие. Возможно, что в окончательном варианте так и останутся два-три диода.
Подключив питание УРЧ, подбирают резистор R2 таким, чтобы коллекторное напряжение транзистора VT2 равнялось примерно половине напряжения питания. Передвигая катушку магнитной антенны по стержню, настраивают приемник на частоту радиостанции, а поворачивая антенну в горизонтальной плоскости, ориентируют ее по максимальной громкости приема. Если надо настроить приемник на другую частоту, подбирают емкость конденсатора С1 и число витков катушки. Временно вместо конденсатора С1 можно подключить КПЕ.
Последний этап состоит в подборе конденсаторов фильтра цепи АРУ СЗ и С4 до получения максимально плоской и широкой АЧХ всего приемника (оценивают на слух). В ряде случаев, особенно при недостаточной добротности контура магнитной антенны, конденсатор СЗ можно не устанавливать. А если параллельно конденсатору С4 подключить другой, емкостью несколько микрофарад, система АРУ превращается в обычную, без коррекции. При этом на слух оценивается выигрыш от коррекции в расширении полосы и качестве звучания приемника. Разумеется, описанные способы улучшения характеристик приемника годятся и для более сложных конструкций.
Источник: Поляков В. Т. - Техника радиоприема, простые приемники АМ сигналов.