РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Построение приемоусилительных трактов. В трактах и узлах приемоусилительной аппаратуры, выполненных на гибридных микросхемах, широко применяют простейшие варианты схем на одном транзисторе. При выполнении узлов на полупроводниковых микросхемах обычно применяют более сложные каскадные и балансные схемы; часто используют комбинации различных типов схем.
Рассмотрим типичные примеры построения трактов ПЧ на микросхемах серий К224 и К122.
Рис. 3.1. Принципиальная схема усилителя ПЧ на микросхемах серии К224
Усилитель ПЧ радиоприемника с амплитудным детектором и системой АРУ может быть выполнен на четырех микросхемах серии К224. Принципиальная схема тракта приведена на рис. 3.1. Сигнал усиливается тремя каскадами на транзисторах 1T1-3T1 (микросхемы К2УС242). Все транзисторы микросхем включены по схеме ОЭ. Первые два каскада усилителя апериодические, нагрузкой третьего каскада является контур C1L1, настроенный на ПЧ 465 кГц. Для расширения полосы пропускания контур шунтирован резистором Rз-
Рис. 3.2. Принципиальная схема усилителя ПЧ на двух микросхемах К122УН2Б
Амплитудные детекторы сигнала и АРУ, а также усилитель постоянного тока системы АРУ выполнены на микросхеме МС4. Элементы фильтров микросхемы использованы для развязки коллекторных и базовых цепей транзисторов через источник питания. С помощью системы АРУ изменяется коэффициент усиления первого каскада. Для этого напряжение АРУ с вывода 8 микросхемы МС4
подано через резистор R2, вывод 2 и резистор 1R1 на базу транзистора первого каскада. Начальный ток этого транзистора (при отсутствии сигнала) устанавливают подбором сопротивления резистора R2- Цепи баз остальных транзисторов питаются от стабилизатора, выполненного на стабилитронах Д{ и Д2. От одного из стабилитронов осуществляется питание коллекторной цепи усилителя постоянного тока системы АРУ (транзистор 4Т2 микросхемы МС4). Напряжение АРУ можно регулировать подбором сопротивления резистора Неосновные электрические параметры тракта следующие: общий коэффициент усиления 1000, выходное напряжение не менее 10 мВ при коэффициенте нелинейных искажений не более 2 %.
При изме нении напряжения сигнала на входе от 100 до 10000 мкВ выходное напряжение в результате действия системы АРУ изменяется не более чем на 1 дБ. Тракт может работать при уровне входного сигнала до 100 мВ. Потребляемый ток при напряжении питания 6 В составляет 5 мА. Напряжение питания может быть повышено до 9 В и снижено до 3,6 В, причем коэффициент усиления тракта остается практически неизменным, что обусловливает постоянную громкость звучания радиоприемника с таким трактом при значительных изменениях входного сигнала и напряжения источников питания.
Каскадная схема, хорошо знакомая радиолюбителям по многим устройствам на дискретных компонентах, выполнена и в микросхемных вариантах. Например, микросхема К122УН2 имеет в своем составе три транзистора, два из которых образуют кас-кодный усилитель типа ОЭ — ОБ. Третий транзистор служит для создания необходимого режима работы транзисторов по постоянному току.
Рис. 3.3. Принципиальная схема усилителя ПЧ на микросхемах серии К122
Принципиальная схема тракта ПЧ радиовещательного приемника приведена на рис. 3.2. Усилитель ПЧ 465 кГц выполнен на двух интегральных микросхемах К122УН2Б, усилитель системы АРУ — на биполярном транзисторе МП38. Для хорошей селективности тракта в нагрузку усилителя ПЧ введены селективные контуры, а для увеличения коэффициента передачи выбрана индуктивная связь, что обеспечивает оптимальное согласование входных и выходных сопротивлений каскадов. Амплитудный детектор выполнен на диоде Д1 по схеме с разделенной нагрузкой.
Тракт имеет следующие электрические параметры: чувствительность 10 мкВ (при отношении сигнал-шум 20 дБ); полоса пропускания на уровне 6 дБ 15 кГц; система АРУ обеспечивает изменение выходного сигнала не более 6 дБ при изменении входного сигнала на 46 дБ.
Каскодная схема с токовым разветвителем может быть построена на основе балансного усилителя, нашедшего широкое распространение в интегральных микросхемах.
Такой усилитель мо жет быть выполнен, например, на микросхеме К122УД1.
Принципиальная схема усилителя ПЧ на микросхемах К122УД1Б и К122УН2Б приведена на рис. 3.3. При использовании микросхемы К122УД1 в качестве каскодного усилителя с токовым разветвителем начальный режим по постоянному току транзисторов дифференциального усилителя выбирают таким, чтобы один из транзисторов находился в режиме отсечки, а второй — в активной области. Входной сигнал подают на базу токостабилизи-рующего транзистора через вывод 12 микросхемы. Нагрузку включают в коллекторную цепь транзистора (вывод 9 микросхемы). Второй каскад усилителя выполнен по обычной каскодной схеме на микросхеме К122УН2Б. Нагрузка каскодов резонансная, связь между каскадами, а также с амплитудным детектором — индуктивная.
Система АРУ работает следующим образом. Постоянная составляющая тока детектора через резисторы R3 и R1 подается на базу закрытого транзистора дифференциального каскада. По мере роста входного сигнала возрастает постоянная составляющая тока детектора и транзистор постепенно открывается. Это приводит к перераспределению постоянной и переменной составляющих тока между транзисторами дифференциального каскада. Соответственно изменяется коэффициент передачи первого каскада усилителя ПЧ.
Тракт имеет чувствительность 15 мкВ (при отношении сигнал-шум 20 дБ), полосу пропускания на уровне 3 дБ 15 кГц. Система АРУ обеспечивает изменение выходного сигнала на 6 дБ при изменении входного на 60 дБ.
Конструктивные данные и налаживание усилителя на микросхемах К2УС242 приведены в [24], на микросхемах серии К122 в [25].
Спортивный радиоприемник для «охоты на лис». Радиоприемник для «охоты на лис» должен иметь высокую чувствительность и селективность, большой динамический диапазон, хорошую точность пеленгации, высокую надежность в условиях тряски и толчков, быть экономичным в питании, удобным в обращении, иметь малые габаритные размеры и массу. Кроме того, радиоприемник обычно оснащают рядом дополнительных устройств, позволяющих оценивать расстояние до «лисы» и повышающих точность пеленгации ее в ближней зоне.
Радиоприемник состоит из антенны направленного действия, усилителя ВЧ, смесителя, первого и второго гетеродинов, усилителя ПЧ, детектора, усилителя НЧ и дополнительных устройств: обострителя, порогового индикатора, тон-генератора, используемых при поиске «лисы» в ближней зоне, и тон-генератора с управляемой частотой.
Рис. 3.4. Принципиальная схема спортивного радиоприемника на 3,5 МГц на интегральных микросхемах
Принципиальная схема радиоприемника приведена на рис. 3.4. В приемнике использована рамочная антенна, витки которой помещены в алюминиевую трубку. Контур антенны с помощью конденсатора С2 настраивают на среднюю частоту диапазона 3,55 МГц. Для получения диаграммы направленности антенны в виде «кор-диоиды» к контуру рамочной антенны с помощью переключателя В1 подключают штыревую антенну. Входной сигнал снимается с катушки связи и подается на усилитель ВЧ.
Усилитель ВЧ собран на микросхеме МС1, которая нагружена на двухконтурный полосовой фильтр. Фильтр имеет полосу пропускания 300 кГц, что достигается расстройкой контуров L4C5 и L5C7 относительно средней частоты диапазона, а также их шунтированием резисторами R3, R4. Усиленный сигнал ВЧ снимается с катушки L6 и подается на смеситель.
Смеситель собран на микросхеме МС2. Нагрузкой смесителя является резонансный контур L7C8. Сюда же поступает напряжение с первого гетеродина, снимаемое с катушки L15.
Первый гетеродин приемника выполнен на микросхеме МС5 по схеме с индуктивной обратной связью. Контур гетеродин! LieCaeCjT перестраивают в заданном диапазоне с помощью переменного конденсатора С26. На втором транзисторе этой же микросхемы собран второй гетеродин радиоприемника по схеме с емкостной обратной связью. Контур второго гетеродина Ll7C3i настроен на частоту 466 кГц. Напряжение второго гетеродина подается на последний каскад усилителя ПЧ и далее на амплитудный детектор. При приеме радиотелеграфных посылок передатчика на нагрузке детектора выделяются посылки частотой 1 кГц, которые усиливаются усилителем НЧ и прослушиваются в телефонах.
При работе приемника с другими генераторами второй гетеродин отключают переключателем Ва.
Усилитель ПЧ выполнен на микросхеме МС3. Приемник имеет две полосы пропускания: 7,5 кГц при подключении пьезокерамического фильтра ПФ1П и 1,5 кГц при подключении кварцевого фильтра КФ. Усиленный сигнал ПЧ снимается с катушки связи L10 и поступает на оконечный каскад усилителя ПЧ, собранный на транзисторе Т1 по схеме ОБ. Нагрузкой оконечного каскада усилителя ПЧ служит контур L12C16. Напряжение, усиленное оконечным каскадом усилителя, снимается с катушки связи и поступает на амплитудный детектор, собранный на диоде Д6 по обыч-ной схеме.
Предварительный каскад усилителя НЧ собран на микросхеме МС4, оконечный — на транзисторе 72. Нагрузка усилителя — низ-коомные телефоны. Усиление тракта ПЧ регулируют переменным резистором R7 путем изменения напряжения питания на микросхеме Л1С3. При поиске «лисы» в ближней зоне переключателем В3 включают обостритель диаграммы направленности, собранный на диодах Д,, Д2.
Генератор тональной частоты выполнен на микросхеме МС6 и предназначен для тональной модуляции амплитудно-манипулиро-ванного сигнала при ближнем поиске, когда пеленгация «лисыэ с помощью второго гетеродина затруднена. Детектор на диоце Д? служит для подачи управляющего напряжения смещения на специальный генератор, являющийся пороговым индикатором уровня сигнала. При напряжении 0,3 В генератор начинает генерировать импульсы с частотой 5 — 20 Гц, поступающие на базу транзистора оконечного каскада усилителя НЧ и прослушиваемые оператором. Проградуировав положение ручек усиления радиоприемника в определенном масштабе, можно с помощью индикатора оценить уровни приходящего сигнала и примерную дальность до «лисы».
Тон-модулятор с изменяемой частотой выполняет несколько функций: дает возможность хорошо различать на слух уровни сигнала «лисы» при пеленговании, может обострять максимумы и минимумы диаграммы направленности антенны за счет изменения частоты модуляции, расширяет динамический диапазон приемника-
При отсутствии сигнала напряжение на базах транзисторов Т4, T5 равно нулю; на транзистор T7 подано только напряжение +1,4 В. Каскад работает как блокинг-генератор. Появление слабой несущей будет отмечено как свист. При увеличении амплитуды сигнала на диоде Д5 более 0,5 В диод открывается, на коллектор T7 подается растущее напряжение, что приводит к увеличению амплитуды и снижению частоты повторения импульсов. В этом режиме наиболее заметны изменения входного напряжения сигнала, что позволяет использовать его для обострения диаграммы направленности. При увеличении входного напряжения свыше 5 В открывается диод Д3 и через транзистор T4 начинает закрываться транзистор Т6. При этом возрастает постоянная времени разряда конденсатора С34 в цепи базы транзистора Т7 и частота следования импульсов уменьшается. В результате этого расширяется динамический диапазон приемника.
Основные электрические параметры радиоприемника следующие: диапазон частот 3,4 — 3,7 МГц, чувствительность 3 — 4 мкВ/м, промежуточная частота 465 кГц, динамический диапазон не менее 60 дБ, глубина регулировки усиления не менее 100 дБ, напряжение питания 6 В, потребляемый ток 18 мА, масса приемника 0,75 кг.
Применение микросхем позволило значительно повысить надежность работы приемника. При равных габаритных размерах с приемниками подобного класса на дискретных транзисторах в схему данного приемника удалось ввести три дополнительных устройства, существенно облегчающих поиск «лис» в сложных условиях.
Радиоприемник разработан мастерами спорта СССР В. П. Михайловым и А. А. Мельниковым.
Микросхемы в автомобильных радиоприемниках. Радиоприемник А-271 предназначен для установки в автомобили ВАЗ-2103 «Жигули» и ГАЗ-24 «Волга». Основные технические характеристики: работает в диапазонах ДВ, СВ, УКВ; реальная чувствительность в диапазоне ДВ — 160 мкВ, СВ — 50 мкВ, УКВ — 8 мкВ; селективность по соседнему каналу в диапазонах ДВ и СВ не ниже 34 дБ; полоса эффективно воспроизводимых частот в диапазонах ДВ и СВ 125 — 4000 Гц; диапазоне УКВ 125 — 7100 Гц; номинальная выходная мощность 3 ВА, максимальная — 5 ВА; питание от бортсети автомобиля напряжением 13,2 В±15 % с заземленным минусом; потребляемая мощность не более 10 Вт, габаритные размеры 55X185X184 мм, масса 2,5 кг.
Принципиальная схема радиоприемника приведена на рис. З.б. Радиоприемник выполнен на трех микросхемах серии К237 и 12 дискретных транзисторах и имеет раздельные тракты для приема станций с амплитудной модуляцией (в ДВ и СВ диапазонах) и с частотой модуляцией (в УКВ диапазоне) и общий усилитель НЧ.
AM тракт выполнен по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты. Он содержит усилитель ВЧ, преобразователь, усилитель ПЧ, детектор и усилитель АРУ. На микросхеме МС1 К237ХК1 выполнены усилитель ВЧ, смеситель и гетеродин. Для повышения селективности по зеркальному каналу, а также уменьшения влияния близких по частоте радиостанций, применены перестраиваемые контура во входной цепи и усилитель ВЧ. Перестройку контуров осуществляют не конденсаторами, как это делают в большинстве радиоприемников, а ферроиндуктором. Этч особенность обусловлена тем, что данный радиоприемник работает от штыревой антенны автомобиля. Антенна вместе с соединительным кабелем имеет емкость 60 — 90 пФ, что значительно затрудняет использование емкостной настройки из-за уменьшения коэффициента перекрытия по частоте. При перестройке с помощью ферроиндуктора перекрытие не зависит от контурной емкости. В радиоприемнике А-271 применен пятисекционный ферроиндуктор, катушки которого используются следующим образом: L1, L2 — для перестройки контура входной цепи: L4, L5 — контура усилителя ВЧ; Z.4 — контура гетеродина. Перестройка контуров сопряженная, с помощью одной ручки. Предусмотрена возможность фиксированной настройки на две станции в ДВ диапазоне и на одну в СВ диапазоне.
Для обеспечения селективности по соседнему каналу на выходе смесителя включен пьезокерамический фильтр ПФ1П-2, который обеспечивает постоянную полосу пропускания трактов ПЧ около 8 кГц (что ограничивает полосу эффективно воспроизводимых НЧ 4 кГц). Для согласования выхода смесителя со входом фильтра используется трансформаторная связь (катушки Le, L7).
Рис. 3.5.
Принципиальная схема автомобильного радиоприемника II класса А-271
На микросхеме МС2 К237ХК2 выполнены усилитель ПЧ, амплитудный детектор и усилитель АРУ. Для исключения возбуждения широкополосного усилителя микросхемы включен дополнительный контур L8C24. Этот контур ограничивает полосу пропускания усилителя ПЧ, препятствует проникновению напряжения гетеродина, а также уменьшает уровень шумов усилителя.
Детектор сигнала и АРУ выполнен на транзисторе с нагрузкой в цепи эмиттера. Такой детектор имеет малый коэффициент детектирования (K=0,4 — 0,7), но большое входное сопротивление. Кроме того, такой детектор не боится перегрузок и имеет более линейную детекторную характеристику (коэффициент нелинейных искажений менее 3 %).
Радиоприемник имеет эффективную систему АРУ, напряжение которой (вывод 13 микросхемы МС2) обеспечивает питание коллекторной и базовой цепей транзистора усилителя ВЧ (вывод 13 микросхемы МС1). Аналогично питается первый каскад усилителя ПЧ. Благодаря большому коэффициенту усиления трактов ВЧ и ПЧ, АРУ начинает действовать при сигнале, лишь незначительно превышающем уровень реальной чувствительности. Так, при изменении входного сигнала от 250 до 5000 мкВ напряжение на входе детектора изменяется не более, чем на 3 дБ. В результате радиоприемник обеспечивает одинаковую громкость звучания различных станций, а также постоянство громкости звучания при из-ь.нении напряженности поля во время движения автомобиля. Это максимально упрощает управление приемником.
ЧМ тракт выполнен с двойным преобразованием частоты на восьми дискретных транзисторах типа ГТ322 и пяти диодах. Тракт содержит усилитель ВЧ, два смесителя, два гетеродина, два усилителя ПЧ и частотный детектор.
Усилитель ВЧ выполнен на транзисторе Т1 по схеме ОБ, с настраиваемыми контурами во входной цепи и в нагрузке, что обеспечивает высокую селективность приемника. Первый смеситель выполнен на транзисторе Т2, гетеродин — на транзисторе Т3. Напряжение сигнала подается на базу, напряжение гетеродина — на эмиттер Т2. Напряжение первой ПЧ выделяется контуром L20C52C53.
Гетеродин выполнен по емкостной трехточечной схеме. Частоту настройки гетеродина изменяют вращением катушки L19. Предусмотрена фиксированная настройка на две станции. Для обеспечения автоматической подстройки частоты в УКВ диапазоне в контур гетеродина включен варикап Да типа Д902, обеспечивающий изменение емкости контура в небольших пределах. Управляющее напряжение на варикап подается через переключатель B4 с частотного детектора. Для ограничения сигнала при большом его уровне в нагрузке усилителя ВЧ применен диод Д1 типа Д20. Усилитель первой ПЧ выполнен на транзисторе T4 по схеме ОЭ. Нагрузка каскада — двухконтурный полосовой фильтр L21C55L22 С56С57. Второй смеситель выполнен на транзисторе T5, гетеродин — на транзисторе Т6. Напряжение второй ПЧ выделяется с помощью фильтра L24С62С63С64. Усиление второй ПЧ осуществляется двумя каскадами на транзисторах T7 и Т8. Нагрузкой последнего каскада являются контуры L28C70L29C71L30 частотного детектора, выполненного по схеме детектора отношений. Напряжение НЧ с фильтра через переключатель 53 подается на усилитель НЧ.
Усилитель НЧ выполнен на микросхеме МС3 К237УН2 и четырех транзисторах Те — Т12 по бестрансформаторной схеме. На микросхеме осуществляется предварительное усиление сигнала, на транзисторах — усиление мощности. Важная особенность данного усилителя — наличие глубоких обратных отрицательных связей почти во всех каскадах. Например, напряжение с выхода усилителя НЧ подается в микросхему МС3 (вход 1) для создания отрицательной обратной связи около 30 дБ, что обеспечивает высокое качество звучания приемника при номинальной мощности (нелинейные искажения менее 1%). При такой глубокой обратной связи отсутствуют искажения типа «ступенька», которые характерны для оконечных каскадов, работающих в режиме В.
Частотная характеристика усилителя имеет полосу пропускания несколько десятков килогерц. Для уменьшения уровня шумов и повышения устойчивости приняты меры по сужению частотного диапазона усилителя НЧ примерно до 5 кГц (цепь R41, C78).Ручную регулировку громкости на 50 дБ производят переменным резистором R49. Регулировка полосы пропускания в радиоприемнике не предусмотрена. Тембр регулируют переключателем В5 шунтирующей цепи С78, С86.
В приемнике применена динамическая головка 4ГД8Е, которая специально разработана для применения в бестрансформаторных усилителях НЧ Все это значительно повысило качество звучания радиоприемника А-271 по сравнению с выпускавшимся ранее радиоприемником АТ-66. Применение микросхем позволило уменьшить объем радиоприемника в 1,3, а массу — в 1,5 раза.
