Принципы настройки радиостанции с ЧМ для тех, кому интересно разобраться.

Автор: aen
Опубликовано 27.10.2018
Создано при помощи КотоРед.

Радиолюбительство в последнее время все больше сводится к тому, что покупается готовая плата на AliExpress, подключается питание и если это приемник, то еще и динамик. Если все заработало, то говорят: «Я сделал приемник». Если не заработало, то проклиная китайцев просто все забрасывают и пытаются купить что то другое.

Но остались еще те, кто пытается разобраться в тонкостях работы устройств, которые собирают и главное настраивают схемы.

Эта статья предназначена именно для тех, кто хочет именно разобраться в тонкостях работы и главное в настройке. Настройка даже главное в статье, а схема уже вторична. Метод настройки применим к любой радиостанции с ЧМ.

И еще замечание.

На схемах не всегда сохраняется нумерация деталей. В тексте я пишу схемную нумерацию из той схемы, что расположена непосредственно над текстом.

Для примера будем делать простую радиостанцию на основе супергетеродина с низкой ПЧ. Низкая ПЧ снизит требования к кварцам и минимизирует количество катушек. С кварцев и начнем. Выберем частоту ПЧ в пределах 30 – 40 кГц. Такая частота еще и снизит требования к ОУ, на которых предполагается построить этот самый УПЧ. В этом случае подойдут ОУ широкого применения. Я выбрал TL072. У него частота единичного усиления порядка 4 МГц, что на частотах 40 кГц даст усиление порядка 100. Хотя мой выбор состоял в том, что у меня просто других нет.

Переходим к выбору кварцев.

Во первых можно взять кварцы на основную гармонику 27 МГц. В приемнике частоту генерации с помощью конденсатора повысить например на 10 кГц, а в передатчике понизить с помощью катушки на 20 кГц. В этом случае получим ПЧ 30 кГц. С подобными схемами я много экспериментировал. Можно здесь посмотреть.

http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/02/27/вч-часть-простого-приемника-27-мгц/

Сейчас пойдем другим путем. Среди своих кварцев нашел кварц на 26,63 МГц и на 26,6 МГц. Теперь нужно узнать гармониковые они или нет.

Собираем такую схему.

Первый кварц на 26,63 МГц у меня возбудился на частоте около 9 МГц. Это говорит, что этот кварц гармониковый. Второй не возбудился и я конденсаторы С2 и С3 поставил по 30 пф. В этом случае второй кварц возбудился на частоте 26,6 МГц. Значит этот кварц у меня не гармониковый и 26,6 МГц, это его основная гармоника.

Теперь выбираем куда какой кварц поставить.

Если в смесителе приемника применить микросхему К174ПС1, то в ней можно возбудить гармониковый кварц на третьей гармонике без применения катушек.

Если в передатчике применить кварц на основную гармонику, то это упростит схему передатчика и его настройку.

Значит гармониковый кварц 26,63 МГц ставим в приемник, а 26,6 МГц в передатчик.

Делаем передатчик-маячек, с помощью которого будем потом настраивать приемник.

Катушка L1 должна иметь маленькую собственную ёмкость потому мотается секциями на каркасе диаметром 6 мм с карбонильным сердечником. Можно с ферритовым или латунным при увеличении количества витков. У меня намотано четыре секции по 7 витков каждая. Добротность катушки в данном случае не имеет значения.

У меня так выглядит.

Изменяя напряжение смещения на варикапе и индуктивность этой катушка, можно в небольших пределах изменять частоту генерации. Я установил частоту 26,59 МГц. В принципе это в дальнейшем у нас будет задающий генератор в передатчике. К этой схеме добавим модулятор, усилитель мощности и получится передатчик. Модулятор пока нам не нужен. Его пока можно или просто R1 повернуть вниз.

Теперь «вырисовывается» схема приемника. УВЧ сделаем по схеме с общей базой, а преобразователь частоты по стандартной схеме на К174ПС1 в которой будет работать гармониковый кварц 26,63 МГц. На выходе смесителя поставим колебательный контур на частоту порядка 40 кГц и усилим раз в десять.

Катушки L1 и L2-3 намотаны на каркасах диаметром 6 мм проводом 0,45 мм.

L1 и L2 содержат по 15 витков. L3 намотана поверх L2 тонким проводом и содержит 4 витка.

Теперь по катушку L4.

В качестве неё можно поставить любую готовую, индуктивностью 680 – 1000 мкГн. Можно такую.

Я взял ферритовое кольцо диаметром 10 мм и проводом 0,1 мм намотал 150 витков. Индуктивность получилась 800 мкГн. Нужно просто подобрать емкости С13 и С14, что бы собственная частота колебательного контура была в пределах 30 – 40 кГц. Если индуктивность известна, то емкости можно подсчитать программой

http://tel-spb.ru/lc.html

Например при катушке 1000 мкГн оба конденсатора будут по 0,033 мкф.

При катушке 680 мкГн оба по 0,047 мкф.

Подобрать конденсаторы можно с помощью нашего маячка. Ставим приемник и маячок рядом, осциллограф подключаем к точке «Б» и видим такую картинку.

Маячок нужно отодвинуть так, что бы не было перегрузки. У меня у приемника антенны вообще нет. Крутим в маячке катушку L1 и пытаемся найти максимум в районе 30 – 40 кГц. Если максимум в не в этих пределах, то подбираем конденсаторы C13, C14. У меня сначала стояли конденсаторы по 0,033 мкф, а потом С14 пришлось увеличить до 0,047 мкф. Заодно можно подстроить по максимуму катушку L2. Настраивать катушку L1 пока нет смысла, т.к. она настраивается с реальной антенной потом. Я рассчитываю на антенны длиной порядка 50 – 80 см.

Одного контура в УПЧ конечно мало, а катушки мотать лень, да и настраивать две катушки такой конструкции на одну частоту трудно, поэтому поставим еще активный полосовой фильтр на ОУ. Схема стандартная.

Считал используя эту программу.

http://vpayaem.ru/information3.html

Задался частотой 40 кГц, усилением порядка пяти и полосой пропускания порядка 8 кГц. Резистором R5 можно в небольших пределах изменять центральную частоту фильтра и подстроить её под частоту нашего колебательного контура. Здесь есть одна тонкость. Если резистор R5 получается порядка сотни ом, то в схеме может возникнуть самовозбуждение. Поэтому если центральную частоту придется сильно увеличивать уменьшая R5 и возникнет самовозбуждение, то просто нужно или добавить с выхода фильтра на общий провод цепочку последовательно соединенных резистора порядка 3 кОм и конденсатора 0,1 мкф, или пересчитать фильтр по ссылке, что привел выше.

После этого фильтра сделал усилитель ПЧ на оставшемся ОУ. После этого получилась окончательная схема ВЧ части приемника.

Теперь к ней нужно добавить частотный детектор и при желании шумоподавитель, но сначала настроим эту часть схемы. Очень удобно настраивать с помощью простейшей приставки ГКЧ к осциллографу. У меня такая.

http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/06/03/простая-приставка-гкч-к-осциллографу/

Но можно обойтись и нашим маячком.

С начала маячок ставим рядом. Приемник без антенны. Осциллограф в точку «Б», хотя вместо осциллографа можно подключить диодный пробник и мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения.

Диод лучше германиевый. Подключать пробник непосредственно к выводам, на которых измеряем, а вот сам мультиметр можно подключать к пробнику штатными проводами.

Крутим L1 в маячке и находим максимум. Подключаемся к точке «В», крутим R12 в схеме активного фильтра на ОУ и опять находим максимум. Теперь оба фильтра у нас настроены на одну частоту.

Намного удобнее конечно это смотреть с помощью приставки ГКЧ к осциллографу.

На картинке видно основной канал и зеркальный, т.к. никакой практически избирательности по зеркальному каналу у нас нет. Если только чуть-чуть за счет контуров в УВЧ, но с этим придется смириться. Наша справа и видно что она чуть больше по амплитуде при правильной настройке контуров в УВЧ.

Если теперь осциллографом подключится к точке «Г», то увидим там практически прямоугольные импульсы с частотой ПЧ, т.к. приемник перегрузится и маячок нужно относить еще дальше. Это потом посмотрим.

На маячке у нас антенна 15 см. К приемнику подключаем антенну длиной 50 – 80 см, т.е. такую, с которой приемник будет работать окончательно.

Относим маячок на несколько метров. Осциллограф или диодный пробник подключаем к точке «В». Крутим сердечники катушек L1, L2 и настраиваемся по максимуму. Опять же маячок ставим так, что бы приемник не перегружался. Это я осциллографом смотрю.

Для интереса посмотрим сигнал в точке «Г». Он там идет уже с ограничением, что и понятно, т.к. ОУ его усиливает где то в сто раз.

Теперь маячок отключаем. Осциллограф в точку «Г». Резистором R9 устанавливаем амплитуду шумов порядка два вольта.

Можно конечно и побольше сделать, но тогда потом будут проблемы с настройкой уровневого шумоподавителя.

Кстати, если антенну отключить, то видим такую картинку.

Т.е. шумы в основном идут из эфира.

Теперь переходим к частотному детектору.

На частотах порядка 100 кГц и ниже я обычно делаю импульсный частотный детектор. Для этого сигнал сначала нужно преобразовать в прямоугольные импульсы, потом продифференцировать, что бы получить короткие импульсы постоянной длительности, но соответственно разной частоты, т.к. модуляция у нас частотная. После ставят интегратор и с него получаем наш демодулированный сигнал. Прямоугольные импульсы получаем с помощью порогового элемента. В данном случае сделан триггер Шмидта на логических элементах. Я взял микросхему К561ЛЕ5, хотя можно взять любые КМОП инвертора. Два инвертора из состава микросхемы используются в схеме частотного детектора, а оставшиеся два в схеме шумоподавителя. На вход триггера Шмидта у нас поступает сигнал с выхода УПЧ порядка два вольта. Выше сами это установили. Что бы сделать триггер Шмидта с такими порогами на логических элементах пришлось снизить питание логики до 5,6 вольта, питая её через стабилизатор напряжения на основе стабилитрона КС156. Можно конечно сделать триггер Шмидта на транзисторах и тогда этой проблемы не будет, т.к. в нем можно установить любой порог. Подобное я делал здесь, в одном из вариантов приемников.

http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/02/27/вч-часть-простого-приемника-27-мгц/

Сейчас же решил минимизировать количество применяемых транзисторов.

Схема с частотным детектором получилась такая.

При включенном маячке в точке «Д», т.е. на выходе триггера Шмидта можно увидеть такую картинку.

Подробнее про подобный частотный детектор написано в этой статье.

https://radiokot.ru:443/start/analog/practice/19/

Теперь настроим частотный детектор. Начнем с выбора порога срабатывания триггера Шмидта. Подключаем к приемнику антенну. Входной сигнал поступающий на триггер мы уже ранее установили выше.

Он у нас так выглядит.

Осциллограф подключаем в точку «Д», т.е. на выход триггера. Подстроечный резистор R17 крутим так, что бы на среднем выводе было напряжение близкое к нулю. Видим такую картинку.

Нижняя полоса у нас выглядит почти непрерывной, а верхняя прерывистая.

Теперь смотрим, что получается, если повернуть подстроечный резистор R17 так, что бы напряжение на среднем выводе было большое.

Видим, что теперь верхняя линия выглядит более четко.

Правильно будет когда верхняя и нижняя линия выглядят примерно одинаково.

Это также можно проконтролировать, если осциллограф подключить на выход частотного детектора, т.е. в точку «Е»

Вот так выглядит картинка на выходе частотного детектора в точке «Е» в случае неправильного выбора порога срабатывания триггера Шмидта.

А так выглядит сигнал на выходе частотного детектора в точке «Е» в случае правильно выбранного порога срабатывания триггера Шмидта.

Если такого не получается, то просто поднимать уровень шумов как можно выше.

Теперь добавим шумоподавитель по желанию.

В приемнике с подобным частотным детектором надежнее сделать пороговый шумоподавитель. Спектральный в данной схеме работает хуже. Получается очень «капризный», хотя и этот не «подарок».

Принцип нашего шумоподавителя в том, что снимаем напряжение с выхода ПЧ(точка «Г») через регулятор уровня на резисторе R25, выпрямляем его диодами VD2, VD3 и подаем на триггер Шмидта на элементах D1.3 – D1.4 При появлении сигнала передатчика уровень напряжение на выходе ПЧ увеличивается и на выходе триггера Шмидта появляется высокий уровень, который поступает на ключ VT5, VT6 и через этот ключ подается напряжение питания на УНЧ. Резистором R25 подбираем уровень напряжения при котором происходит четкое срабатывание шумоподавителя. При этом не забывать, что выше писал про уровень сигнала в точке «Г» при отключенном передатчике и подключенной антенне. Иначе будет трудно добиться четкой работы шумоподавителя.

Теперь переходим к передатчику.

Про подобные передатчики можно здесь почитать.

http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/05/05/передатчик-27-мгц-с-чм/

Также там даны ссылки в случае, если кварц в передатчике гармониковый, а не на основную гармонику 26.6 МГц, как у меня в данном случае. В модуляторе по ссылке применен самый примитивный амплитудный ограничитель и ФНЧ. Лучше же делать передатчик, где в модуляторе применен фазовый ограничитель модулирующего сигнала. Про это можно здесь почитать.

https://radiokot.ru:443/start/analog/practice/10/

Сейчас сделаем передатчик по самой примитивной схеме вообще без всякого ограничителя, т.е. просто к нашему маячку на входе поставим микрофонный усилитель, а на выход усилитель мощности.

Сначала определимся, какой уровень модулирующего напряжение нужно будет подавать на варикап.

Берем наш маячок и собираем такую схему.

Это по сути задающий генератор нашего передатчика. Крутим R12 и выставляем нулевое напряжение. Осциллограф подключаем к точке «В», т.е. на выход полосового фильтра на ОУ. Отодвигаем маячок на такое расстояние, что бы не было ограничения сигнала. Мы уже такое выше делали.

Подкручиваем в маячке сердечник катушки L1 и добиваемся максимума. Крутим R12 сначала в одну сторону и добиваемся уменьшение амплитуды сигнала на 20 – 30%. Запоминаем полученное напряжение. Потом крутим R12 в другую сторону и проходя через максимум снова добиваемся уменьшение амплитуды на 20 – 30%. У меня получилось, что напряжение нужно менять от -1 вольта, до +1 вольта. Такой уровень сигнала нам нужно будет подавать с микрофонного усилителя(модулятора) на варикап, т.е. один вольт или если считать от пика до пика, то два вольта. Отсюда получается, что в качестве модулятора можно применить любой микрофонный усилитель с усилением по напряжению порядка 100 из этой статьи.

https://radiokot.ru:443/circuit/analog/games/24/

Можно конечно сделать на ОУ. Я часто такой делаю.

Он имеет излишнее в нашем случае усиление и иногда приходится С5 вообще убирать и даже ставить резистор десятки-сотни ом в цепь базы или эмиттера VT1, что бы получить нужное усиление. Нужно будет подключить на выход усилителя осциллограф и говорить в микрофон. Подобрать усиление такое, что бы уровень сигнала был порядка 2 вольта. При этом при произнесении согласных звуков возможны искажения. Это из за того, что модулятор у нас примитивный и не имеет никакого ограничителя.

Настройка же самого микрофонного усилителя состоит в том, что подбором резистора R3 устанавливают на коллекторе напряжение чуть больше половины питания. В данном случае порядка 5 вольт. Также не нужно ставить развязывающую цепочку в цепи питания этого усилителя, в противном случае может возникнуть самовозбуждение.

Про L1 уже писал выше.

L2 каркас 6 мм. Провод 0,45. Витков 15

L3 каркас 6 мм. Провод 0,45. Витков 10 с шагом.

L4 удлиняющая катушка каркас 6 мм. Провод 0,15. Количество витков зависит от длины антенны. У меня антенна длиной 50 см и количество витков получилось 30.

Катушки имеют карбонильные сердечники. При соответствующем увеличении количества витков можно применить сердечники латунные.

Настройка простая. L4 отключаем, параллельно С20 припаиваем резистор 51 Ом. К нему подключаем диодный пробник и крутим L2 и L3 по максимуму. У меня получилось порядка 4,5 вольта. Диодный пробник измеряет практически амплитудное ВЧ напряжение за минусом падения на диоде. Мощность получилась 200 мВт. На нагрузке 50 Ом получилось 4,2 вольта амплитудного ВЧ напряжения.

Подробнее, как настроить передатчик на максимум мощности можно здесь прочитать.

http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/05/05/передатчик-27-мгц-с-чм/

Настройка антенны(удлиняющей катушки).

Собираем такую схему простейшего волномера.

Катушка такая же, как на входе приемника. С1 удобнее сделать подстроечный. К передатчику подключаем антенну. Волномер ставим рядом с передатчиком и сердечником, или если С1 подстроечный, то им настраиваем на максимум показаний. Отодвигаем где то на расстояние 0,5 – 1 метра и опять более точно находим максимум показаний. Крутим сердечник в удлиняющей катушке L4 передатчика и находим максимум. Иногда полезно подстроить катушку в П-контуре L3, но немного. Если для получения максимума, L3 нужно крутим на много, значит предыдущая настройка на максимум мощности сделана неправильно, или неправильно настроена удлиняющая катушка. Придется все повторить.

К сожалению короткие антенны довольно узкополосные и поэтому настройку удлиняющей катушки лучше проводить в таких условиях, в каких радиостанция будет работать, т.е. взять её в руку и поднести к себе имитируя работу на передачу.

Окончательная настройка приемника и передатчика.

Состоит в том, что бы как можно точнее настроить передатчик на частоту приемника. Что бы не было необходимости далеко относить передатчик, можно отключить выходной каскад. На варикап в передатчике подать модулирующий сигнал соответствующей амплитуды, которую определили раньше. Удобнее всего вместо модулятора подключить генератор на логике, что ставили в маячке. Осциллограф подключаем к точке «В» приемника. Всего вернее увидим такую картинку.

Это говорит о том, что передатчик не совсем точно настроен на частоту приемника. Нужно подкрутить сердечник катушки L1 в передатчике и добиться как можно более равномерной картинки.

Если картинку «развернуть», то можно увидеть, что частота там меняется, но амплитуда при изменении частоты почти не меняется, что нам и нужно добиться.

При этом, если посмотреть сигнал на выходе частотного детектора, то должны увидеть чистый сигнал с частотой модуляции.

Уровень и амплитуда у вас может отличаться, но добиваться большой амплитуды не нужно. У меня где то 100 мВ.

Если настроено неправильно, то сигнал будет зашумлен помехами. Это вот частота передатчика выше частоты приема.

Уровень опустился и появились шумы и помехи.

Аналогично, если частота передатчика ниже, чем нужно.

Уровень поднялся и появились шумы и помехи.

При этой настройке передатчик желательно отодвигать подальше, даже в том случае, что у него отключен выходной каскад.

Теперь можно подстроить катушку L1 в приемнике с реальной антенной. Контролировать можно подключившись к точке «В»

Если делать радиостанцию, то коммутировать нужно будет питание передатчика-приемника и антенну.

Расположение деталей на плате лучше сохранить такое, как нарисовано на схеме. Катушки L1 и L1-2 желательно поместить в экраны, но я просто L1 расположил горизонтально, а L1-2 вертикально. Расстояние между катушками у меня около 2 см. Самовозбуждения нет. Я проверял просто на макетной плате. Это кусок пластмассы от футляра CD-диска и снизу сплошная земля сделанная из жести от банки «Nescafe». Детали своими выводами вплавляются в пластмассу нагревая их паяльником, поэтому монтаж получается «жестким». Там, где нужно соединение с общим проводом, просто сверлится отверстие тонким сверлом и делается перемычки луженым проводом к этой сплошной «земле».

На этом пожалуй все. Удачи в экспериментах.

Файлы:

Все вопросы в Форум.