ГЕТЕРОДИННЫЙ УКВ ЧМ ПРИЕМНИК С ФАПЧ

Не секрет, что новая элементная база позволяет по-новому подойти к схемотехническому построению, казалось бы, уже давно известных радиотехнических устройств. Так, появление новой интегральной микросхемы К174ХА 12 дало возможность не только существенно упростить конструирование радиовещательных УКВ приемников с ФАПЧ, но и улучшить их эксплуатационные параметры, облегчить налаживание. В публикуемой ниже статье автор рассказывает об особенностях конструирования УКВ приемника с ФАПЧ с использованием микросхемы К174ХА12.

Радиовещательные УКВ приемники с ФАПЧ пользуются популярностью среди радиолюбителей из-за простоты схемы и высокого качества демодуляции ЧМ сигнала. Однако до сих пор они строились на дискретных элементах [1, 2]. В настоящее время промышленность уже приступила к выпуску интегральных микросхем (ИМС) специального назначения для приемников с ФАПЧ, которые могут значительно облегчить конструирование последних. Познакомимся с одной из таких ИМС - К174ХА12 [З], которая содержит все основные элементы приемника с системой ФАПЧ: смеситель перемножительного типа (фазовый детектор), управляемый напряжением гетеродин и усилитель постоянного тока. Упрощенная структурная схема К174ХА12 показана на рис. 1.

ЧМ сигнал через выводы 12, 13 поступает на перемножитель U1, выполненный на четырех переключающих и двух токозадающих транзисторах и по свойствам аналогичный кольцевому балансному. Такой смеситель эффективно подавляет побочные продукты преобразования: входной и гетеродинный сигналы, составляющие постоянного тока, возникающие в процессе их паразитного детектирования, а также многие сигналы с комбинационными частотами. Кроме того, транзисторный смеситель еще и усиливает полезные продукты преобразования с суммарными и разностными частотами. Входной сигнал подается на токозадающие транзисторы, а переключающие транзисторы управляются напряжением, поступающим с гетеродина G1.

При захвате сигнала частота гетеродина устанавливается равной частоте сигнала, а сдвиг фазы между колебаниями сигнала и гетеродина - равным 90". Выходное напряжение смесителя U1 в этом случае равно нулю. При изменении частоты, а следовательно и фазы входного сигнала на выходе смесителя появляется напряжение постоянного тока и звуковых частот, пропорциональное отклонению фазы. Оно усиливается усилителем постоянного тока А1 и далее поступает на выход 34 (вывод 9). Одновременно усиленное усилителем А1 напряжение подается на управляющий вход RC- генератора (гетеродина G1), подстраивая его частоту и сводя к минимуму отклонение разности фаз высокочастотных сигналов на смесителе от 90'. Таким образом происходит слежение за частотой входного сигнала, а при его модуляции на выходе ИМС появляется демодулирован-ное напряжение 3Ч. Необходимая фильтрация сигнала в петле ФАПЧ достигается подключением пропорционально- интегрирующих цепочек к выводам 14, 15, компенсация же вводимых при передаче предыскажений модулирующих частот достигается вклю

чением конденсатора между выводом 10 и общим проводом. Частота гетеродина G1 устанавливается конденсатором С1, включенным между выводами 2 и 3. В этой ИМС возможна и электронная перестройка частоты гетеродина в пределах до ±30% при подаче на вывод 6 управляющего тока О... 10 мА через вывод 6.

В ИМС имеется и еще один смеситель U2, коммутируемый тем же гетеродином. Он предназначен для синхронной демодуляции AM сигналов, поступающих на вывод 4 ИМС. При этом необходим сдвиг фазы сигнала или гетеродина на 90 градусов. К сожалению, в ИМС нет встроенного фазовращате-ля и гетеродинное напряжение подается на оба смесителя синфазно. В предлагаемом вниманию радиолюбителей приемнике второй смеситель не используется.

Обратимся теперь к принципиальной схеме приемника, показанной на рис. 2. Приемник содержит всего две микросхемы - уже описанную ИМС синхронно-фазового детектора с ФАПЧ К174ХА12 и мощный ОУ К157УД1, на котором собран усилитель 3Ч.

Сигнал УКВ ЧМ радиостанции принимается одновитковой рамочной антенной WA1, индуктивность которой совместно с емкостью подстроечного конденсатора С1 образует входной контур, настроенный на среднюю частоту ЧМ диапазона 65...74 МГц. Интересно отметить, что других катушек индуктивности в приемнике нет. Рамка выполнена из отрезка провода длиной 300 мм, и может иметь круглую, квадратную или прямоугольную форму. Диаметр провода желательно выбрать не менее 1 мм, изоляция может быть любой или вообще отсутствовать. Рамка не имеет контакта с общим проводом и хорошо согласуется с симметричным входом смесителя (выводы 12, 13).

Частота гетеродина приемника грубо подстраивается подстроечным конденсатором С8, а точно- переменным резистором R6 ("Настройка"). Как показали эксперименты, гетеродин достаточно устойчиво работает на частотах до 80 МГц при минимальной емкости конденсатора С8. Следует лишь позаботиться о получении небольшой емкости монтажа между выводами 2 и 3 ИМС DA1, а также между этими выводами и общим проводом. Увеличение емкости между выводами 2 и 3 примерно до 20 пф заставляет гетеродин возбуждаться на частотах 22...24 МГц. При этом также принимаются станции УКВ диапазона, но смешение происходит на третьей гармонике гетеродина. Чувствительность приемника в таком режиме несколько хуже.

Звуковой сигнал в петле ФАПЧ фильтруют пропорционально- интегрирующие RC-цепочки R4C5 и R5C6, через выводы 14 и 15, подключенные к симметричному выходу смесителя ИМС DA1. При номиналах, рекомендуемых разработчиками ИМС (они указаны на рис.2), полоса пропускания петли ФАПЧ получается, на взгляд автора, излишне широкой, а при захвате сигнала и, особенно при срыве слежения наблюдаются "подхрипывания". Работа петли стабилизируется, а полоса удержания становится значительно шире полосы захвата (что устраняет "хрип" на ее границах), если параллельно имеющимся подключить еще две такие же цепочки, но с другими номиналами элементов (С = 68000 пФ и R = 1,5 кОм). При этом получается "лестничная" коррекция АЧХ, предложенная автором в [1], обеспечивающая работу приемника в большом диапазоне входных сигналов. Конденсатор С2, подключенный через вывод 10 к базе выходного эмит-терного повторителя, входящего в DA1 усилителя постоянного тока, ослабляет верхние частоты звукового спектра, т. е. корректирует предыскажения, вводимые в сигнал в ЧМ передатчиках. Резистор R1 служит нагрузкой упомянутого выше эмиттерного повторителя. Вместо него можно включить регулятор громкости (резистор сопротивлением 15...16 кОм), исключив детали С4 и R2, но в этом случае при плохом контакте подвижного контакта регулятора с проводящим слоем возможен "шорох" при регулировании громкости.

С регулятора громкости R2 сигнал 3Ч подается на ОУ повышенной мощности DA2, включенный по стандартной схеме [З]. Элементы R8C11C12C13 корректируют АЧХ, a R9R10C15 образуют цепь ООС, стабилизирующую режим ОУ по постоянному току. Коэффициент усиления сигнала 3Ч равен примерно отношению сопротивлений резисторов R9 и R10. Усилитель 3Ч лучше работает на высокоомную нагрузку, но можно использовать и головку ВА1 мощностью не менее 0,5 Вт и сопротивлением не менее 8 Ом.

Питается приемник от стабилизированного источника напряжением 14,5 В. Надо сказать, что оно достаточно критично: при напряжении менее 13,5 В ИМС DA1 вообще неработоспособна, а при напряжении более 14,5 В возрастает ее внутренний шум, обусловленный, вероятнее всего, шумом встроенных в нее стабилитронов, определяющих режим усилителя постоянного тока, и других узлов. Этот шум ясно прослушивается в паузах передачи, что является существенным недостатком микросхемы К174ХА12.

Печатная плата приемника автором не разрабатывалась- монтаж выполнен навесным способом на небольшой пластинке фольгированного стекло-текстолита, причем фольга служила общим проводом. Микросхемы установлены на фольгированную сторону

выводами вверх и закреплены короткими отрезками луженого провода, припаянного к фольге и к "заземленным" выводам. Подстроечные конденсаторы закреплены винтами. При желании можно вырезать на фольге площадки для провода питания и некоторых других точек схемы, изолированных от общего провода.

Налаживание приемника несложно. Сначала, присоединив к выводу 6 микросхемы DA2 вход осциллографа, следует убедиться в работоспособности усилителя 3Ч и отсутствии самовозбуждения. Постоянное напряжение на этом выводе должно равняться половине напряжения питания. При наличии самовозбуждения на высоких частотах нужно увеличить емкость корректирующих конденсаторов С11-С13. Прикосновение к выводам резистора R2 должно вызывать низкий "рычащий" звук в головке громкоговорителя ВА1.

Налаживание собственно приемника сводится к настройке гетеродина подстроечным конденсатором С8 и настройке антенны подстроечным конденсатором С1 по максимальной полосе удержания станций. Это полоса, как известно, прямо пропорциональна уровню сигнала, что является одним из недостатков гетеродинных приемников с ФАПЧ. Пределы перестройки приемника по частоте можно уточнить подбором резистора R3 - с уменьшением его сопротивления диапазон перестройки расширяется.

При чрезмерной громкости и недостаточно стабильном источнике питания возможны срывы слежения и даже самовозбуждение приемника на низких звуковых частотах из-за колебаний напряжения питания, вызванных импульсами тока усилителя 3Ч. Этого недостатка можно избежать, несколько повысив напряжение питания, увеличив сопротивление резистора R7 и включив параллельно конденсатору С9 стабилитрон на напряжение 14,5 В. При отсутствии такого стабилитрона его можно составить из двух последовательно включенных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации примерно равным требуемому, например, КС168 и КС175. Конденсатор С10 в этом случае может и не понадобиться.

Чувствительность приемника довольно высока: если на частоте 10,7 МГц по справочным данным [3] она составляет 150 мкВ, то при повышении частоты до 70 МГц и той же девиации ЧМ сигнала ±50 кГц чувствительность должна была бы возрасти раз в шесть. Однако из-за ухудшения свойства транзисторов с ростом частоты это возрастание, вероятно, не так велико, и чувствительность приемника можно оценить в несколько десятков микровольт. В условиях Москвы он уверенно принимал все радиостанции отечественного УКВ диапазона даже на первых этажах внутри зданий.

ЛИТЕРАТУРА
1. Поляков В. ЧМ детектор с ФАПЧ приемника прямого преобразования. - Радио, 1978, № 11, с. 41 -43.
2. Поляков В. Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой. - М.: Радио и связь, 1983.
3. Атаев Д. И., Болотников В. А. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. - М.: МЭИ, ПКФ "Печатное дело", 1992.

В.ПОЛЯКОВ, г. Москва

РАДИО № 1, 1995 г.