УКВ радиоприемници
Част I: УКВ блокове

    Ето, че дойде времето и на радиоприемници за УКВ или още напоследък известни като FM радиоприемници или тунери. Не е кой знае каква новост в ефирното разпространение с честотна модулация, но е гъдел за конструктора. От една страна изглеждат простички за изпълнение, от друга - съвсем не е така, предвид на високите честоти за домашни любителски изпълнения, но и с изискването за по-специална измервателна техника и апаратура. Идеята възникна когато реших да преобразувам УКВ блока на руския радиоприемник II клас "Меридиан - 210/211" и така се родиха серия от УКВ приемници. Аз ще представя няколко УКВ блока, които съм реализирал в различни мои конструкции. Преди това искам да отбележа, че няма да разглеждам с подробности вече описани схемни решения, които съм дал в предишни материали, като например преустройства на УКВ блокове с интегрални схеми на RHOM или TOSHIBA. Акцентът ще бъде в УКВ блокове с електронна настройка, тоест с варикапи, като всички са за обхвата 87-108 MHz.

    В процеса на работата ще стигнем и до настройките, затова още тук ми се иска да отбележа, че всички сравнения ще правим при еднакви условия, например: с един и същи ЧМ МЧУ, сигнал генератор, дължина на антената и т.н. Така ще имаме база за сравнение. В първите две схеми няма нищо ново освен замяната на променливия кондензатор с варикапи.

    А и без сравнение, естествено няма да минем. За да видим разликите в изпълнението с променлив кондензатор или варикапи, само в началото с първата конструкция, тук една под друга ви представям една и съща схема, изпълнена с BA4424 по двата начина. Не забравяйте, че ИС BA4424 има вградено усилвателно стъпало по междинна честота, а това е от значение за построяване на междинно-честотния усилвател. На първата схема настройките в обхвата се постигат с променлив кондензатор с УКВ секция с капацитет 2х15 pF. За такъв съм използвал в много от своите конструкции променливия кондензатор от руския радиоприемник "ВЕФ221/222" или подобен от българския "Елица":

    Във втората схема, променливият кондензатор е заменен с варикапи, като стойността на паралелните кондензатори е същата. Естествено, възниква за решаване задачата общият капацитет на кръговия кондензатор и капацитета на варикапа да са еднакви със същите за изпълнение с променлив кондензатор:

    Тази задача се оказа трудна, защото трябваше да намеря подходящ по параметри варикап, при това да се продава на пазара за електронни компоненти. Оказа се, че варикап BB105G покрива този критерий. При изменение на управляващото напрежение от 0.6V до 13.5V неговия капацитет се променя от 18 pF до 4 pF. За тази схема, с посочените стойности на паралелните кръгови кондензатори (с малки донастройки) варикапите покриват граничните честоти 87-108 MHz с управляващо напрежение от 0.6V до 13.5V.

    Това, което веднага се забелязва, че едва ли не варикапите автоматично заменят променливия кондензатор. Но се оказва на практика, че има доста работа, която трябва да се свърши, преди УКВ блока да "влезе" в обхвата и да просвири. Най-лесни за изпълнение бобини са еднослойните без тяло. Тяхната индуктивност се променя чрез свиване или разтягане на бобината. Аз съм избрал чрез разтягане, като за целта навивам бобините с половин намотка в повече (4.5 навивки, без тяло с диаметър 4.5 мм, плътно, навивка до навивка от проводник d=0.6 мм, а за осциалаторната с една навивка по-малко). Но този начин е доста труден за настройка, дори и с вобулоскоп, защото дори малко в повече разтягане води до драстична разстройка и трудно спрягане на двата кръга. А все пак ние целим спрягане на ВЧ кръга с осцилаторния в две точки, което повишава значително чувствителността на УКВ радиоприемника.

    Поради изтъкнатата по-горе причина аз съм избрал по-трудния за реализиране на бобините начин, но който значително опростява настройката - навивам ги на тяло с феритна сърцевина. Все пак трябва да се има предвид, че феритната сърцевина трябва да бъде високочестотна, така че който не може да намери такива тела, е по-добре да се придържа към описания по-горе начин. Пластмасовите тела са с диаметър 4.5 мм и на тях навивам съответно за ВЧ и осцилаторната бобина 3.5 навивики и 2.5 навивки от проводник с d=0.35 мм. Навити са плътно в долната част на тялото, което може да видите от снимките. По този начин настройката се извършва чрез въртене на феритната сърцевина. След постигане на началната честота на обхвата с паралелните кондензатори се постига неговото покритие. УКВ блока, реализиран с ВА4424 и съчетан с МЧУ на ИС ТА7757 дава входна чувствителност от 1.5 µV. Не се използва допълнително предусилвателно стъпало, тъй като в ВА4424 такова е предвидено от производителя.

    На следващата снимка може да се видят телата които съм използвал за навиване на съответните бобини, като първата е междинночестотен филтър на 10.7 MHz, а следващите са за високочестотната и осцилаторната, като последната е представена навита и с паралелен кондензатор:

    В процеса на изработката на бобините е важно след завършване на настройките на УКВ блоковете, навивките на бобините, особено на осцилаторните, да се фиксират, с което се елиминират до голяма степен влиянията от механични сътресения и температурни разлики. В китайските фабрики обикновено заливат бобините с парафин, което извършва тази фиксация, но тя не е много стабилна на температурни влияния като при по-високи температури парафинът започва да се разлива. В руските производства са използвали лепила. Аз също съм избрал този начин, като обикновено слагам по една капка акрилно моментно лепило. Тук искам да отбележа, че фиксирам само медния проводник, с който е навита съответната бобина, но в никакъв случай феритната сърцевина.

    А сега ще ви представя схемно решение на УКВ блок реализиран с интегрална схема LA1185/TA7358. Естествено, отново изпълнението по двата начина - с променлив кондензатор и с варикапи. Тук, обаче задачата не беше просто да направя някакъв УКВ блок с варикапи, а да накарам варикапите да заработят в един доста тесен интервал на управляващото напрежение. На принципната схема, която следва, ще видите, че паралелно на ВЧ и осцилаторните кръгове има паралелни кондензатори за постигане на желаните покритие и честотен обхват. Но след като доста се постарах с втората схема, елиминирах тези кондензатори и чрез щателен подбор (и много загубено време) успях да накарам схемата да заработи без кондензатори при управление на варикапите от 0.6V до 4.5V. Това беше изключителен резултат, защото този УКВ блок вече може да се помести или да замести който и да е друг в преносим радиоприемник със захранващо напрежение 9V и разбира се използването на интегрален стабилизатор LM7805 за управляващото напрежение на варикапите.

    Повтарям: кондензаторите С58 и С65 са премахнати. Покритието на обхвата се осъществява чрез управляващото напрежение. И тук бобините са навити на тяло с феритна сърцевина, закупено от "Конрад", с високочестотна сърцевина и диаметър 4.5 мм. И двете са навити плътно в долната част на тялото, така както е видно на горната снимка или на снимките с готовата платка. Навити са от проводник с d=0.35 мм, съответно 3.5 и 2.5 навивки. Входните филтри са стандартни, еднакви и вече съм давал данни за тях в предишни статии. За моите конструкции, освен посочените филтри, съм използвал и керамични лентови филтри GFWB3, които ще забележите на приложените снимки. И в двете описани схеми FMT е междинночестотен трансформатор, който съм взел готов от китайски радиоприемници, но и тези данни вече съм ги давал за тези които могат да си ги навият собственоръчно. Примерно, бобините на FMT имат по 10-12 навивки за тази стойност на кондензатора от проводник с d=0.1-0.12 мм., а вторичната намотка е 1.5 навивки от същия проводник. Изключително важна забележка - посоката на навиването трябва да следва посоката на сигнала. Не че няма да "тръгне", но ще намали коефициента на усилване на УКВ блока. Например последната принципна схема, изпълнена с LA1185 с малки забележки работи с МЧУ на 10.7 MHz без допълнително усилвателно стъпало. Разбира се чувствителността нараства значително, ако такова се монтира, но това ще бъде предмет на следваща статия. Този УКВ блок в съчетание с МЧУ на ИС ТА7757Р и предварителен транзисторен усилвател дава една доста добра входна чувствителност от 1.8 µV.

    При настройката първо фиксирам най-ниското управляващо напрежение на варикапите на стойност 0.5V, след което следейки на вобулоскопа пика на честотната характеристика, чрез въртене първо на феритната сърцевина на осцилаторната бобина, а след това на високочестотната се опитвам постепенно да достигна началната честота на УКВ обхвата - 87 MHz. Разбира се това се прави на малки части от по 3-4 MHz като веднага след постигане на известно отместване на честотата с осцилаторната бобина, чрез въртене на сърцевината на високочестотната бобина търся максимална амплитуда на пика на честотната характеристика. След като постигна долната гранична честота, подавам постепенно по-високо управляващо напрежение и отново регулирам амплитудата на сигнала. Така постигам максимална чувствителност и по-равномерна характеристика в целия УКВ диапазон. Следва снимките на готовата платка така както е хвърчащ монтаж в изпитателен режим:

    А сега следва едно нетрадиционно приложение на интегралната схема на TOSHIBA TA2003P, която в статията "Радиоприемници, базирани върху шаси на "Геолог" беше описана като AM-FM приемник от нисък клас. Оказа се, че УКВ блока в нея работи не по-зле от ИС на RHOM BA4412/4424. Също като нея, ТА2003Р e подходяща за изграждане на УКВ блок в съчетание с подходяща ИС за МЧУ, като например ТА7757Р. Всъщност ще разгледам УКВ блок, реализиран също варикапи BB105G:

    На представената по-долу принципна схема на УКВ блока реализиран с ТА2003Р се вижда, че МЧУ изхода от извод 3 на интегралната схема излиза директно за връзка с междинно-честотния усилвател. Но с една забележка - през развързваш кондензатор от 10 nF или директно, ако се свързва към пиезокерамичен филтър за 10.7 MHz преди входа на МЧУ. Ако ще използвате този УКВ блок в друга конфигурация, например с друг МЧУ, задължително към извод 3 на интегралната схема се свързва пиезокерамичен филтър за 10.7 MHz (SFE10.7MA или еквивалентен) за да се осигури смесителната част на блока (надявам се, знаете че междинната честота е разликата от осцилаторната и входната честота).

    И тук, както по-горе с кондензаторите С14 и С11 се постига желаното покритие в диапазона 87-108 MHz. Данните за бобините са същите, както дадените по-горе. По същия начин могат да се навият без тяло и с тяло, като определено настройката на УКВ блока когато е монтиран с бобини с тяло е по-лесна и отнема по-малко време.

    Входният лентов филтър също не се отличава (може да се каже, че е стандартен). И както и по-горе съм отбелязал, аз съм използвал също керамичен лентов филтър като резултатите са същите, но намаляват компонентите.


    Както виждате на схемата по-горе, освен че променливият кондензатор е заменен с варикапи, други съществени отличия няма. Но замяната с варикапи изисква доста по-прецизна работа по настройките, както и напреженията с които те ще се управляват. За конкретната схема, аз съм използвал тази схема за замяна на УКВ блока на руския радиоприемник втори клас "Меридиан-211", поради което съм се съобразил с напрежението на варикапите в него, а именно 0.5V - 13.5V. Този УКВ блок в съчетание с МЧУ на ИС ТА7757Р и предварителен транзисторен усилвател дава една доста добра входна чувствителност по-добра от 3uV. На моята платка е направена тази реализация с корейската интегрална схема KIA6040P аналог на ТА7640Р, като тя много прилича на конструкцията, но всъщност разликата идва от опроводяването. За вас предлагам две платки всяка от която изпълнена с тези интегрални схеми, като платката с KIA6040P съдържа предварителното усилвателно стъпало по междинна честота.

    Във времето на т.н. хибридни интегрални схеми, съветската радиопромишненост беше разработила серия такива схеми със специално предназначение, като например балансни модулатори както за АМ, така и за ЧМ. Голяма част от тях намериха широко приложение в производството на битова електроника, включително в радиоприемници и комплекси от т.н. I и II клас (по-високия по качество и характеристики клас). Едно много добро решение и съответно изпълнение е хибридната интегрална схема К2ЖА375, преименувана по-късно като К237ХА5, от серията К237. Тя представлява един обособен УКВ блок с всички необходими модули и работи с напрежения от 4V до 9V. К237ХА5 намира широко приложение в УКВ блоковете на повечето преносими съветски радиоприемници след 1980 год. Единствения недостатък на тази ИС е липсата на вграден стабилизатор, което налага използването на външен такъв, в противен случай се получава много голяма зависимост на честотата на осцилатора от подаденото напрежение. В повечето радиоприемници стабилизаторите, които я захранват са с напрежение 5V-5.6V при захранващо напрежение с шест броя батерии от 1.5V. Ето тук следва един УКВ блок, който съм реализирал с К237ХА5:

    Този УКВ блок работи перфектно в комбинация с междинночестотен усилвател с интегрална схеми KIA6040, ТА7757Р и ТА7303Р, които ще можете да видите в следващата статия, която разглежда подходящи МЧУ за ЧМ. Особеност на моята конструкция е използването отново на същия тип варикапи - ВВ105G. При малко повече търпение и внимание при настройките тример-кондензаторите С11 и С10 може да се заменят с постоянни керамични кондензатори, разбира се подбрани за да се определи честотния диапазон от 87 MHz до 108 MHz. При подбор на напрежението за настройка на варикапите и разбира се, повече внимание и търпение при настройките на бобините, може да се постигне управление на варикапите с напрежения от 0.5V до 4.5/5V, което всъщност съм постигнал аз. Всички бобини са навити на тяло с диаметър 4.5 мм, настройвани с феритна сърцевина, което може да видите на снимката по-горе (лявото). Входният кръг представлява шитроколентов филтър, навит на също такова тяло. Изходът на ИС е натоварен със симетричен междинно-честотен филтър (товар на балансния смесител). Тъй като той се навива трудно, може да се използва обикновен, като примерно извод 9 се свързва към захранването, а L4 между извод 8 и захранването. Разбира се, резултатите с използване на бифилярно бавит междинночестотен трансформатор, който симетрично натоварва изходите на балансния смесител са значително по-добри и намаляват т.н. "бити" канали. Тук входната чъвствителност е много добра - 3µV, отново измерена със същия междинно-честотен усилвател с ТА7757Р на чийто вход има едностъпален транзисторен предусилвател, а ако използвате такъв с ТА7303Р е 6 µV.

    Данните за броя на навивките на бобините не се различават съществено от дадените по-горе, особено когато се използва тяло с феритна сърцевина за донастройка. Особеност при тази схема е трансформаторното свързване на трептящите кръгове. Свързващите бобини се навиват плътно под бобината на трептящия кръг и за всички имат по 1.5 навивки от меден емайлиран проводник със сечение 0.12 мм. При входната бобина, която се явява широколентов филтър, свързващата бобина е съгласуващо звено с антената. Тя съдържа 2.5 нав. oт същия проводник и се навива над бобината на трептящия кръг на разстояние около 2 mm. Бобината L4 е междинночестотен трансформатор, която е навита бифилярно на тяло с феритна сърцевина и диаметър 4 mm и съдържа 2х6 нав. от същия проводник, а вторичната намотка съдържа 2 нав. отново от същия проводник. Ако успеете да си намерите готов фабричен МЧ трансформатор от Меридиан или ВЕФ221 няма да ви се наложи да се занимавате с тази неприятна и трудна дейност, но ще трябва да преправяте печатната платка, която аз съм приложил.

    На следващата снимка може да видите монтажа и разположението на детайлите на този УКВ блок:

    Както виждате от горната снимка, с правилен подбор и настройка не само се постига посочения обхват на напрежението за управление на варикапите, но това помага да се елиминират донастройващите кондензатори, включени паралелно на настройваемите кръгове, както и паралелните кръгови кондензатори. Всъщност това беше една от моите цели, които постигнах.

    Накрая, ще разгледам една също така добра и ефективна принципна схема на УКВ блок, който също е изпълнен с двоен балансен смесител, но този път с интегралната схема SO-42P или нейния руски заместител К174ПС1 (ПС4). Разликата между двете руски интегрални схеми е в захранващото напрежение и ако искате то да бъде по-ниско, например +5V, тогава по подходяща е първата. По тази схема, но с променлив кондензатор, е изпълнен УКВ блока на джобния руски радиоприемник "Меридиан РП-248/252/253". А ето и принципната му схема:

    Особеност на схемата на УКВ блока е ВЧ усилвателят с транзистор Т1 SF240. Всъщност той служи да компенсира по-слабото усилване на балансния смесител. От своя страна, това помага изходът на УКВ блока да се свърже през пиезокерамичен филтър директно към междинночестотния усилвател. И тук, за опростяване на схемата и съответния монтаж, вместо входен кръг съм използвал лентов керамичен филтър за обхвата 87-108 MHz. Както и в прежде разгледаните блокове и тук основен настройващ елемент са варикапите BB105G. Стойността на кондензатора С1 е 10nF. Резисторът R6 в захранването може да се замени с дросел 10uH, с което ще се премахне пада от напрежение върху резистора, който е около 0.4-0.5V, с което се гарантира, макар и с половин волт, по-пълно използване на батериите, ако се използва батерийно захранване в друга конструкция. Данните за бобините не се различават от вече разгледаните по-горе схеми. По същия начин техните свързващи бобини се навиват измежду или под основната бобина на резонансните кръгове. Интегралната схема SO-42P има вграден стабилизатор на напрежението. Това позволява захранването на УКВ блока да бъде в доста по-широки граници от 5-10V. Все пак аз препоръчвам стабилизирано захранване от 5V.

    Тази схема след реализацията беше подложена на измерване на входната чувствителност и естествено, за да бъде измерването сравнимо, използвах същия междинночестотен усилвател с ТА7640Р/TA7757P. Оказа се, че тя е много добра - 2µV. Трябва да отбележа, че всички разгледани блокове притежават сравнително висока чувствителност, което позволява стабилно да се приемат УКВ радиостанциите, излъчвани в София, на разстояние от 50-70 км от града. Въпреки че на принципната схема по-горе съществува, кондензаторът С14 не се включва, а предложената за вас печатна платка е преработена и извод 9 на интегралната схема SO42P е свързан към масата. А на следващата снимка се вижда монтажа на УКВ блока върху печатната платка. Разбира се, самия блок е разположен на по-малка площ върху моята стандартна платка:

    Тук се вижда, че входният LC лентов филтър съм заменил с фабричен керамичен такъв за обхвата 87-108 MHz. Разбира се оставям на вас да си разработите нова платка, на която входният филтър дори би могъл да бъде настройваем. Нека не забравяме, че в разглеждането на всички описани до тук УКВ блокове, не това е била основната цел, а реализирането им с минимум детайли и усилия. Сигурно друг би попитал защо не съм използвал сдвоени варикапи? Ами много просто - по същата причина, а и не е необходимо да вкарвам допълнителен разход за материали в тези експерименти. Ако все пак стигнем до висококачествени УКВ блокове, концепцията тотално ще бъде променена и няма да жаля материалите, които съществено биха подобрили качеството на конструкцията. Затова искам да напомня казаното в началото - идеята възникна като "УКВ блок с електронна настройка" за руския радиоприемник "Меридиан 210/211".

Архив с печатни платки [zip,pcb][18kb]

    Използвана литература:

    1. "УКВ блокове с биполярни транзистори", В. Терзиев, сп. "Радио, телевизия, електроника", 10/1982 [pdf][308kb]
    2. "УКВ блокове с полеви транзистори", В. Терзиев, сп. "Радио, телевизия, електроника", 11/1982 [pdf][581kb]
    3. "Конструктивни особености на УКВ блокове", В. Терзиев, сп. "Радио, телевизия, електроника", 3/1984 [pdf][1,6mb]
    4. www.alldatasheet.com
    5. www.datasheetcatalogue.com
    6. "Сервисное описание радиоприемника "Меридиан-210"

Валери Терзиев
20 март 2013 година