От детекторного приёмника к супергетеродину. Самодельный радиоконструктор. Часть 4.

                                                                             Практикум для начинающих.

1. Средневолновый приёмник прямого усиления переделываем в супергетеродин.
2. Коротковолновый конвертер ретро.

  После части 3, которая была посвящена факультативу и, возможно, увлекла кого-то на освоение УКВ диапазонов, я решил вовремя остановиться, потому как отъехав от цивилизации на расстояние более 150 километров могу полностью остаться без единой радиостанции в своём приёмнике, к примеру если он будет только с диапазонами УКВ, а поэтому радиоприёмник должен быть всеволновым, и следовательно освоение ДВ, СВ и КВ диапазонов продолжается. Теперь будем переделывать приёмник прямого усиления средневолнового диапазона во всеволновый супергетеродин.

 Во второй части или тура выявлены все достоинства и недостатки приёмника прямого усиления.

 Основной недостаток – это трудность получить высокую чувствительность. Нет, можно её получить на фиксированной частоте, но тогда придётся столкнуться с проблемой перестройки по диапазону.  Приёмник будет работать неустойчиво, а может, кому и понравится настраиваться сразу тремя ручками, как в прошлом веке.

 Вторым существенным недостатком является плохая избирательность по соседнему каналу.  Даже если использовать множество перестраиваемых контуров, то в процессе перестройки по диапазону у них будет меняться полоса пропускания вследствие роста частоты при постоянной добротности контура. В начале диапазона полоса сузится, и спектр принимаемой радиостанции не поместится в ней, что приведёт к искажению сигнала. В конце диапазона полоса пропускания расширится, что приведёт к приёму сразу нескольких радиостанций на одной частоте настройки.
 Книжка  автора Р. А.Свореня .«Шаг за шагом», об основах радиотехники, была единственная в школьной библиотеке, посвященная этой тематике в конце 60 годов, а для меня она была настольной, поскольку я забирал её на весь учебный год. Очень нравилось оформление в картинках. Следуя старым традициям, я тоже решил оживить описание рисунками художника  Ленгрена.

Рис. 1

Рис. 1 Спектр радиосигнала, попав в узкую полосу приема, в начале диапазона, исказится. Музыкальные инструменты оркестра будут звучать неестественно. Надпись под картинкой 1: «Люблю только тебя, Амадей!», никто не услышит.

В конце диапазона, при широкой полосе приёма можно услышать одновременно «выступление известного чревовещателя», (картинка 2) и «радиопередачу для детей» (картинка 3).

                              

     Усилитель промежуточной частоты.

  Попробую переделать приёмник прямого усиления в супергетеродин. Для этого понадобятся пьезокерамические фильтры на 455 кГц.

Фото 1. Пьезокерамические фильтры.

Устанавливаю фильтры, и приёмная часть превращается в усилитель промежуточной частоты, той частоты, которая указана на фильтре. Зразу замечаю, что уровень шума на выходе приёмника резко упал, так как высокочастотный тракт усиливает узкую полосу частот. Если фильтр имеет полосу

15 кГц, а их два, то общая полоса приёма будет в 1,4 раз меньше, и будет составлять

11 кГц. Всё, что вне этой полосы не усиливается, ни радиостанции, ни помехи, - фильтры всё подавляют, задавливают почти на 60 децибел.

Получился приёмник, который имеет одну единственную фиксированную настройку, при этом отличную фильтрацию от помех, полосу частот в которой может поместиться только одна принимаемая станция, причём её спектр не искажается. Да вот только незадача, на этой фиксированной частоте не работает ни одна радиостанция, оттого и названа частота промежуточной.

Рис. 2. Приёмник прямого усиления преобразую в супергетеродин.

 Если теперь измерить чувствительность тракта, то, очевидно, она будет лучше, это вдохновило меня поставить ещё один каскад усиления.

 Поставил, и чувствительность улучшилась, правда вместе с ней вырос общий коэффициент усиления и уже при незначительном уровне сигнала с генератора каскады промежуточной частоты перегрузились, и синусоида на выходе детектора сильно исказилась, а это значит, что все мощные или близкорасположенные радиостанции будут приниматься с искажениями. Мало того, что их уровень громкости будет очень высокий, они ещё будут похрипывать, именно так проявляются такого вида нелинейные искажения сигнала. Время подумать о системе АРУ, автоматической регулировке усиления.

Рис 3. АРУ на транзисторе.

 

Фото.2. Нелинейные искажения сигнала.

   АРУ я решил выполнить на ключевом транзисторе, который будет открываться под воздействием  выпрямленного сигнала принимаемой станции и своим маленьким внутренним сопротивлением в момент открытия, шунтировать часть схемы, уменьшая тем самым общее усиление тракта, не давая каскадам перегружаться.

Преобразователь частоты направит принимаемую радиостанцию в нужное русло, перебросит частоту приёма в тракт промежуточной частоты, где и произойдёт всё усиление принимаемого сигнала. Практически это уже видно невооружённым глазом, каскад промежуточной частоты имеет большое усиление и слабый уровень собственных шумов и принимаемых помех. Сам преобразователь состоит из смесителя и гетеродина.

                                                             Смеситель.

 Самое простое решение сделать смеситель на биполярном  транзисторе. Пусть это будет дополнительный каскад УПЧ, а уже в процессе настойки изменить его режим, превратив его, таким образом, в смеситель.

 Схема смесителя на одном транзисторе сильно устарела, хотя и отличается своей простотой - это единственное её преимущество. В моде сейчас балансные смесители, уже само название говорит об их преимуществах, они являются составной часть всех микросхем, но сами микросхемы как отдельные смесители постепенно снимаются с производства, отдавая предпочтение многофункциональным микросхемам, способным целиком заменить весь приёмник, тем самым, ущемляя свободу творчества.

 Только смеситель на полевом транзисторе может поспорить, а по некоторым параметрам вырваться вперёд, например, по коэффициенту шума. Сами схемы на полевых транзисторах мне чем-то напоминают лампы.

                               Схема смесителя на полевом транзисторе.                                

Рис.4. Схема смесителя на полевом транзисторе.

 Несмотря на то, что приёмник выполняется на средние частоты, я решил рискнуть и попробовать использовать СВЧ полевой транзистор BF1212 в корпусе SOT343R.

 Риск оправдан, смеситель работает, и чувствительность получилась в 2 раза лучше, чем на биполярном транзисторе.  При указанных номиналах ток потребления составляет всего 3 мА, а не 30 мА, заявленных, правда за счёт этого теряется линейность, ничего страшного, компромисс не помешает, надо пробовать. Напряжение питания желательно держать в пределах 5 – 6 вольт.

Один взмах руки, и смеситель превращается в усилитель высокой частоты, где на частоте

1 МГц имеет усиление 20 дБ.

Усилитель высокой частоты на полевом транзисторе для средних и коротких волн.   

Рис. 5. Усилитель ВЧ на полевом транзисторе. Схема  отличается от рис. 3, отсутствием одного резистора.

                                        Гетеродин в супергетеродине.

Рис . 6. Схема преобразователя. Т1, Т2 - гетеродин. Т3 - смеситель.

 Точнее было бы сказать – гетеродин в преобразователе частоты. Всегда удивлялся, как можно получить на одном транзисторе и гетеродин и смеситель, и ведь делали так, если вспомнить все старые радиоприёмники, которые выпускались в нашей стране. Нет, у меня точно не получится обеспечить на одном транзисторе: подавление высших гармоник, постоянный уровень амплитуды при перестройке, высокую стабильность частоты.  Хотя и отличается схема на одном транзисторе своей простотой, но важен конечный результат – простота настройки. Очень захотелось совместить гетеродин  со смесителем на полевом транзисторе, последнему требуется большая амплитуда для лучшего преобразования, вот и пришлось в схеме использовать два транзистора, первый работает в режиме генерации частоты, а второй и буферный каскад, и фильтр, устраняющий высшие гармоники первого каскада, выдавая на выходе чистейшую синусоиду.

Гетеродин 

Гетеродин.

 

Сделал, подключил преобразователь к приёмнику и решил сразу проверить перестройку гетеродина и заодно померить чувствительность всего тракта. Так торопился, что не подключил входной контур (магнитную антенну, что на входе приёмника). Выставил конденсатор переменной ёмкости в минимальное положение (пластины выведены наружу), веду ручку измерительного генератора к отметке 1,5 МГц, что соответствует верхней границе средневолнового диапазона, настроился и померил чувствительность, 30 микровольт получилась. Хотел измерить чувствительность внизу диапазона, но отвлёкся  и стал крутить ручку измерительного генератора вверх по частоте.

                              Бац! Ещё одна настройка на частоте 2,41 МГц, и точно такая же чувствительность. Получились сразу две настройки на средних и на коротких волнах одновременно.

                                                Зеркальный канал приёма.

 Теперь то я знаю, почему довольно внушительный приёмник «VEF -202» по два раза  выдавал мне одни и те же радиостанции, когда я тщательным образом крутил его ручку настройки, и сказывалось это особенно на коротких волнах. И  всё совпадает по классности, потому,  как если приёмник второго класса  - я имею две настройки на одну и ту же станцию, а в приёмнике первого класса, например «Ленинград 00…» будет одна единственная настройка на эту же радиостанцию. Чем выше классность (меньшая величина числа), тем сложнее приёмник, тем лучше его параметры, сильнее ощущается забота к потребителю, по крайней мере, его не считают идиотом, потому как он не слышит повторы в одном и том же диапазоне частот. А столкнулся я с помехой по зеркальному каналу приёма, которая рождается в преобразователе частоты,  и помимо основного канала приёма  с разницей в две промежуточные частоты (455+ 455 = 910 кГц) будет точно такой же канал приёма. Вся надежда на входной контур. Вверху диапазона СВ, он должен быть настроен на 1,5 МГц и подавить 2,41 МГц. Однако с ростом частоты полоса пропускания контура становиться больше и его селективные свойства становятся  хуже. Получится супергетеродин самого низкого класса (цифра 4). Нужен вам такой приёмник? Мне не нужен!  У Меня уже есть «VEF - 202» и «Меридиан» и все они второго класса, то есть повторы обеспечены.

 Но если сделать остановку на приёмнике 4-го класса, то осталось самое сложное. Подключить магнитную антенну и добиться сопряжения настроек. В теории, это добиться постоянной величины, (равной промежуточной частоте), между частотой гетеродина и частотой максимальной амплитуды входного контура при перестройке по диапазону. Практически получить одинаковую чувствительность на краях и в середине диапазона.

  Но это быстрее сделать, чем описать, как делать.

 В приёмник прямого усиления, выполненный на средние волны, добавляются два пьезокерамических фильтра, плата преобразователя частоты и ключевой каскад АРУ.

Рис. 7 Супергетеродин 4-го класса.

  На что только не шли фирмы производители, чтобы избавиться от зеркальных каналов приёма. Конденсатор переменной ёмкости доходил  до девяти секций! Пять секций перестраивало гетеродин и четыре секции перестраивало селективный усилитель высокой частоты.
                                       Если бы у меня был бы такой конденсатор!

Фото 5. Вариант соединения двух переменных конденсаторов.
Четыре секции перестраиваются одновременно.

  Наши отечественные приёмники, сделанные для людей больше трёх секций не имели, но это уже были радиоприёмники первого класса.

 А здесь целых пять секций переменного конденсатора перестраивают только гетеродин и только для того, чтобы полностью были подавлены его высшие гармоники во всей полосе перестройки, потому как если этого не сделать, то помимо зеркального канала появятся еще и побочные каналы приёма.

                                             Побочные каналы приёма.

 Вот почему я побоялся сделать преобразователь на одном транзисторе, который был бы и смесителем и гетеродином. Хотя видел схемы радиоприёмников на одном транзисторе и даже назывались они супергетеродинами и, по отзывам неплохо работали.

 Вообще для меня нет ничего удивительного, если я включу свою электробритву в радиотрансляционную сеть, то она превратиться в радиоприёмник. Попробуйте повторить такой опыт. А если один единственный германиевый диод, без катушек и резонаторов, подсоединю к высокоомному телефону,  то услышу радиостанцию в УКВ диапазоне, и вовсе не потому, что у меня поехала крыша, просто вышка с передатчиком этой станции находится близко, всего в двух километров от меня.

 Один единственный транзистор помимо основной гармоники, благодаря которой происходит преобразование и, рождая основной и зеркальный каналы приёма, имеет ещё вторую, третью и другие гармоники, которые тоже проходят через смеситель и каждая создаёт по два побочных канала приёма.

Рис.6. УВЧ с повышенной селективностью, Один из методов повышения класности. Необходим 3-х секционный конденсатор.

 Без девяти секционного конденсатора переменной ёмкости здесь не обойтись.

 Хотя во всеволновых профессиональных приёмниках эта проблема давно решена.

  От чего заболели тем и лечат – применяют от двух до трёх преобразователей частоты.

 Так во всеволновом связном РПУ фирмы «Эддистон» в зависимости от диапазонов применяют от 2-х до 3-х преобразований частоты.

РПУ фирмы «Редифон» имеет два преобразования (ПЧ1 38 МГц  и ПЧ2 1,4 МГц)

 РПУ фирмы «Маркони» до приёма 8 МГц имеет двойное преобразование, а выше этой частоты тройное преобразование. Измерительные приборы этой фирмы для меня были песней ещё лет 40 назад.

 Конечно, мне не угнаться за этими фирмами, чтобы сделать себе идеальный приёмник. Но компромисс найти можно, например, выбрать не все, а несколько диапазонов. Сделать приёмник в стиле ретро, но с использованием современной элементной базы. Надо подумать.  Еще есть время. Так хочется с наступлением сумерек, сидя в беседке медленно вращать ручку верньера и прислушиваться к отдалённым радиостанциям.

                   Ретро коротковолновая приставка к приёмнику средних волн.

  Этот пожелтевший листок  я нашёл в старых документах. Его вырезал из газеты «Пионерская правда» мой отец в середине 60-х годов прошлого века, желая вместе со мной собрать коротковолновую приставку к средневолновому приёмнику «Сокол». Конвертер тогда так и не суждено было сделать, не смогли купить транзисторы именно этого номинала.

 Уже в то далёкое время простой приёмник супергетеродинного типа радиолюбители превращали в супергетеродин с двойным преобразованием частоты, тем самым смогли сделать приёмник всеволновым.

Рис. 7. кипия из газеты "Пионерская правда".

Фото 6. Листок из газеты.

 Нет ничего хуже незавершённых дел! А поэтому я собрал приставку и стал прислонять её к разным приёмникам, имеющим магнитные антенны. В приёмниках сразу увеличивался уровень шума и в дополнении к нему, с трудом можно было принять 2 -3 новых радиостанции к тем, которые уже существовали в диапазоне средних волн. Но лучше всего конвертер принимал радиостанции УКВ диапазона, которые отличались сильными искажениями, проходя через узкополосный тракт приёмника, так как от всего спектра передаваемого сигнала (полоса передаваемого спектра сигнала ЧМ составляет 150 кГц), детектировалась только его десятая часть (полоса пропускания приёмника АМ сигнала около 10 кГц). Такое возможно благодаря побочным каналам приёма от 3 и 4-ых гармоник гетеродина, которые попадают в сгусток радиовещательных станций двух диапазонов УКВ (FM). Возможно, вне города такого явления не будет, а возможно, его не было раньше, так как не было такого количества радиостанций УКВ диапазонов.

 Даже классический ретро приёмник «National Panasonic R-314», сделанный в Японии не лишен этого недостатка. В конце диапазона, в районе 22 МГц, он так же с искажениями начинает принимать радиостанции с ЧМ модуляцией.

 Я сижу с внуком в песочнице, и мы вместе делаем куличик. Заполняем формочку песком. Делать такую работу ему намного сложнее. Он держит лопатку двумя руками, сопит от напряжения, старается, чтобы песок попал точно в цель, а я ленно помогаю ему, мне достаточно один раз взмахнуть лопаткой. Наконец куличик готов, на личике радость, торжество, но длится это недолго, и сделанный из песка пирог он тут же уничтожает лопаткой, затем процесс создания нового пирога повторяется снова и снова. Мне надо перенимать у него опыт. Советы маленьких человечков таят  для меня много смысла, в рассказе «Точка на листе бумаге» - один взмах руки такого же малыша, спасает мне жизнь. Играя в песочнице, он хочет показать мне, как он совершенствуется в работе по изготовлению песочного кулича.

 Я с новым порывом возвращаюсь к своему недоделанному приёмнику. Меняю в смесителе биполярный транзистор на полевой, добавляю резонансный усилитель на полевом транзисторе.

 Наконец, разбираю УКВ приёмник третьего тура,  его второй преобразователь и пьезокерамические фильтры на 10,7 МГц пойдут на изготовление  приёмника с двойным преобразованием частоты для  ДВ, СВ, и растянутых КВ диапазонов!  Конструктор есть конструктор, чем не игра в кубики. Несмотря, на то, что первая ПЧ должна быть выше 30 МГц, чтобы легче было отсеяться от всех комбинационных частот, присущих супергетеродину, я решил идти последовательно и уже с готовыми блоками проверить хотя бы работу половины диапазонов всеволнового приёмника.

 - Мой приёмник! Как захочу, так и сделаю!

Так говорил нам когда-то преподаватель курса «Приёмных устройств».

 Итак, первая ПЧ 10,7 МГц, вторая 455 кГц, вполне доступные фильтры.

Выбираю диапазон 31м, и весь мир умещается у меня в грудном кармашке!

До идеального приёмника осталось несколько шагов.

 Растянутые КВ диапазоны. Так классно всё получается!

 Готовится статья пятого тура. На статью:
                 "Самодельный радиоконструктор. Часть 5" - можно перейти здесь.