Приемник. Предлагаемый приемник предназначен для прослушивания местных радиопередач, ведушлхся с частотной модуляцией в диапазоне УКВ 66 ... 73 МГц, в соответствии со стандартом, принятым в СССР. Без каких-либо изменений схемы и конструкции приемник можно настроить и на европейский диапазон 88 ... 108 МГц. В отличие от широко распространенных супергетеродинных приемников этот аппарат выполнен по схеме с прямым преобразованием частоты и является, по сути дела, синхронным приемвдком. Хотя способ синхронного детектирования сигналов известен давно, практическое примдаение он получил лишь в последнее время, в связи с появлением достаточно совершенной элементной базы. По некоторым параметрам, таким как чувствительность, селективность, стабильность настройки, синхронные приемники прямого преобразования пока еще уступают супергетеродинным, но проще в изготовлении и налаживании, обеспечивая в то же время высокое качество звуковоспроизведения. Они имеют минимальное число высокочастотных цепей и контуров, допускают широкое использование интегральных микросхем, просты и некритичны в конструктивном отношении. Приемники прямого преобразования непрерывно совершенствуются и настоящая конструкция является лишь очередной попыткой создать простое устройство, пригодное для качественного радиоприема в условиях средней или высокой напряженности поля УКВ станций. Для дальнего приема УКВ приемшк не предназначат.

Структурная схема синхронного приемника ЧМ сигналов показана на рис. 1. Приемник содержит усилителе радиочастоты А1, смеситель или фазовый детектор U1, фильтр нижних частот Z1, усилитель постоянного тока и звуковых частот А2 и гетеродин G1, управляемый варикапом VI. Все названные элементы, кроме УРЧ, входят в кольцо фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), составляя основу всего приемника. Завершают структурную схему второй фильтр нижних частот Z2 и оконечный усилитель звуковой частоты A3, нагруженный на громкоговоритель В1. Усилители РЧ и 34 Л7 и A3 выполняются по обычным, широко известным схемам . и используются по своему прямому назначению. Остановимся подробнее на работе остальных элементов схемы.

Суть действия системы ФАПЧ состоит в синхронизации колебаний местного гетеродина G1 с колебаниями принимаемого сигнала. При достижении синхронизации наступает режим захвата, в котором частоты сигнала и гетеродина совпадают или находятся в целочисленном кратном отношении,- например Д = /i /2, как в

Z1 A2

ZZ AZ Bi

Рис. 1

описываемом приемнике. На смеситель U1 в режиме захвата поступают сигналы с совпадаюшими частотами, но несколько различающиеся по фазе. Естественно, что при этом на выходе смесителя частота сигнала /3 равна нулю, и выделяется лишь некоторое постоянное напряждаие, соответствующее разности фаз сигналов на входе. Напомним, что при синфазных сигналах на входах смесителя напряжение на его выходе положительно, при противофазных - отрицательно, а при квадратурных (т. е. имеющих относительный фазовый сдвиг 90°) равно нулю. В режиме захвата колебания сигнала и гетеродина оказываются приблизительно в квадратуре. Когда при модуляции частота входного сигнала изменяется, это соотношение фаз несколько нарушается и на выходе смесителя вырабатывается напряжение ошибки, заставляющее гетеродин приемника отслеживать измжения частоты сигнала. Управляющее напряжение, подаваемое на варикап VI, является продектированным звуковым сигналом.

Основными параметрами системы ФАПЧ являются полосы захвата и удержания. Полоса удержания численно равна максимальной расстройке, при которой еще не происходит срыва слежения, и при условии, что частота сигнала (или гетеродина) изменяется достаточно медлешю. При быстрых изменениях частоты срыв может произойти и при значительно меньших расстройках. Полоса удержания прямо пропорциональна амплитуде входного сигнала и коэффициенту усиления усилителя постоянного тока А2. Полоса захвата численно равна максимальной расстройке, при которей система ФАПЧ самостоятельно входит в синхронизм, т. е. захватывает сигнал. Полоса захвата пропорциональна полосе удержания, но всегда меньше ее, что обусловлено наличием фильтра петли Z1. При отсутствии этого фильтра полосы захвата и удержания равны, но селективность и помехоустойчивость системы ФАПЧ минимальны. Пониждаие частоты среза фильтра пегли улучшает эти параметры и одновременно сужает полосу захвата. Полоса воспроизводимых системой звуковых частот примерно соответствует полосе захвата. Для нормального приема ЧМ сигналов радиовещательных станций без срывов слежения полоса захвата должна быть Не ниже 15 кГц (наивысшая модулирующая частота), а полоса удержания - не менее 5 0 кГц (максимальная девиация ЧМ сигнала). На практике необходим определенный запас по полосам захвата и удержания для того, чтобы температурный дрейф частоты гетеродина, импульсные помехи, скачки напряжения питания и прочие нестационарные процессы не приводили к срывам слежения.

Частота среза фильтра нижних частот Z2, установленного на выходе системы ФАПЧ, выбирайся равной наивысшей частоте воспроизводимого звукового спектра (обычью около 15 кГц). Этот фильтр не пропускает в УЗЧ ультразвуковые компоненты шума и биений с сигналами соседних по частоте станций. В этот же фильтр может входить стандартная ЛС-цепочка коррекции предыскажений модулирующего сигнала со стандартизованной постоянной времени 50 мкс.

При создании приемника прямого преобразования на основе системы ФАПЧ конструктору приходится стапкиваться с рядом специфических проблем. Одна из них - это самовозбуждение системы при достаточно сильных входных сигналах, когда полосы захвата и удержания становятся очень широкими, соизмеримыми с полосой пропускания усилителя А2. В этих условиях фазовых сдвиг сигнала управления в петле на высших частотах может превзойти 90° и обратная связь по частотным отклонениям из отрицательной превращается в положительную. Самовозбуждение устраняется при правильном подборе элементов фильтра Z1 - фазовая характеристика усилителя и фильтра не должна выходить за пределы О . . . 90°. Такое требование к фазовой характеристике накладывает ограничение и на амплитудно-частотную характеристику усилителя совместно с фильтром - крутизна ее спада в сторону высоких частот не должна превосходить 20 дБ на декаду (десятикратное изменение частоты) или 6 дБ на октаву (двукратное изменение частоты). По этой причине в фапьтре Z1 чаще всего приматяются пропорционально-интегрирующие ЛС-це-почки.

Другая проблема - обеспечение устойчивости и стабильности настройки приемника с достаточно высокой чувствительностью. Если в петле ФАПЧ установлен усилитель А2 с высоким коэффициаттом усиления, то его температурный дрейф, а также несбалансированное в смесителе выпрямленное напряжение гетеродина вызовут знаадтельный уход частоты гетеродина. Тот же нежелательный эффект дают и наводки гетеродинного напряжения на антенну и входные цепи. Напряжение наводки синхронно детектируется смесителем и создает сигнал ошибки в петле, не имеющий никакого отношатия к полезному сигналу слежения и нарушающий нормальный режим захвата в петле ФАПЧ. Так, например, при чувствительности приемника около 100 мкВ напряжение наводок, приведенное к входу, не должно превосходить нескольких десятков микровольт, а температурный дрейф усилителя - нескольких десятков микровольт на градус. Влияние напряжения гетеродина, выпрямленного диодами смесителя, можно уменьшить точной балансировкой последнего. Разумеется, для приемника прямого преобразования пригодны только балансные смесители. В описываемом приемнике установлен смеситель на встречно-параллельных диодах, практически не детектирующий сигнал гетеродина. Более того, для нормальной работы такого смесителя частота гетеродина должна быть вдвое ниже частоты сигнала, что значительно уменьшает влияние наводок на входные цепи.

Рассмотрим теперь принципиальную схему приемника, показанную на рис. 2. Входной сигнал через разъем антенны XI поступает во входной полосовой фильтр, образова1!ный контурами L1C1V1 и L2C2V2. Между катушками контуров имеется индуктивная связь. Для согласования сопротивлений антенны (75 Ом) и первичного контура (несколько килоом) антенна подключается к отводу контурной катушки Ы. Оба контура полосового фильтра перестраиваются по диапазону варикап-ными матрицами VI и V2. Добротность контуров достаточно высока и может бьпь доведена до 100 . . . 120 при использовании катушки высокого качества. Предельная добротность контуров определяется добротностью варикапных матриц (ие менее 150). Высокодобротные контуры позволяют сузить полосу пропускания вход-ного фильтра и тем самым повысить реальную селективность приемника.

Для повышения чувствительности в приемнике установлен двухкаскадный апериодический УРЧ. Чтобы первый каскад не шунтировал входной контур, в нем применен полевой транзистор V4, обладающий высоким входным сопротивлением. Одновременно это повышает и коэффициент передачи входных цепей. Второй каскад УРЧ выполнен на биполярном транзисторе V5. Высокая граничная частота этого транзистора позволяет получить значительное усиление каскада. Связь между каскадами по постоянному току непосредственная, что упрощает схему. В усилителе 20