В этих ваших интернетах ходят слухи о том, что собрать УКВ радиоприемник используя исключительно транзисторы необычайно сложно.
На самом деле собрать УКВ приемник не намного сложнее чем радиоприемник прямого усиления рассчитанного для работы в диапазонах ДВ/СВ. Более того, такая простая схема подойдет не только для того, чтобы валяться в чулане, но и для установки в какой-нибудь корпус.
Всю документацию (в том числе печатную плату для утюга) вы сможете скачать по ссылке в конце этой статьи.
Электрическая принципиальная схема
Радиоприемник состоит из отдельных блоков и несмотря на то, что собран он на одной печатной плате, вы можете заменить любой из них.
Печатная плата
В архиве, ссылка на который будет прикреплена к этой статье можно будет найти 4 файла.
Файл для утюга называется PCB_FM_transistor.pdf
Есть так же описание по которому можно устанавливать компоненты
либо нанести это описание на саму плату с помощью утюга после травления.
Для изготовления платы потребуется фольгированный двухсторонний стеклотекстолит размером 100*50
Нижний слой используется в качестве экрана и служит для соединения компонентов с минусом источника питания. Его травить не нужно.
Сверлим отверстия
При желании наносим шелкографию и потом соединяем низ и верх платы кусочками ножек от радиодеталей.
Вот такая плата должна получится в конечном итоге.
Можно переходить к установке компонентов.
Стабилизатор напряжения
Сборку преемника рекомендую начать со стабилизатора напряжения.
Питание схемы - аккумулятор с номинальным напряжением 7.4V (2х Li-on банки). Полностью заряженный аккумулятор будет иметь напряжение 8.2V
Защита от глубокого разряда срабатывает при падении напряжения ниже чем значение 6.0V
Таким образом схема должна работать в диапазоне напряжений 6.0V - 8.2V.
Работа гетеродина, который перестраивается с помощью варикапа, УВЧ и преобразователя частоты зависят от напряжения питания - поэтому решил собрать простенький стабилизатор напряжения на микросхеме TL431.
В документации нашлась готовая схема включения:
Вся суть настройки этой схемы заключается в том, что нужно подобрать сопротивление Rb таким образом, чтобы ток протекающий через TL431 был
≥1 mA при минимальном значении питающего напряжения.
Питать нужно будет 3 транзистора с током покоя около 1mA и переменный резистор (настройка на станции )10kOm. т.е. потребуется стабилизатор:
- входное напряжением 6.0V....8.2V;
- выходное напряжение 5V;
- максимальный выходной ток 4mA.
Что-то считать мне было лень. В своем смартфоном симуляторе я быстренько скидал эквивалент схемы.
Значение Rb получилось равным 390 Ом.
Приятно, что при номинальном значении напряжения батареи (обычно производитель здесь указывает среднее значение) накладные расходы в виде энергопотребления самого стилизатора TL431 не велики.
А почему не стабилитрон?
ВАХ стабилитронов рассчитанных на низкое напряжение стабилизации мягко говоря совсем не "АХ".
если бы схема питалась от сети - можно бы было выбрать стабилитрон рассчитанный на более высокое напряжение стабилизации (от 6.8V и выше) подобрав соответствующий блок питания, но эта схема должна работать от 5.8V (минимальное напряжение АКБ). Кроме того для нормальной работы стабилитрона требуется гонять через него достаточно большой ток (так называемый минимальный ток стабилизации), а при питании от батарейки или аккумулятора это будет слишком расточительно.
Стилизатор собран и проверен?
Можно переходить к монтажу следующего блока.
УКВ блок
УКВ блок, который состоит из усилителя высокой частоты Q1 (УВЧ), преобразователя частоты Q2 и гетеродина Q3 выполнен на транзисторах SS9018H
Из документа нас интересуют 2 параметра:
- Граничная частота коэффициента передачи тока (fгр.) >700 (транзистор может усиливать сигнал на высокой частоте);
- Статический коэффициент передачи тока (h21э, β) 97-146 (нужен для расчета резисторов).
Все экземпляры SS9018H, которые были у меня в наличии, имели коэффициент усиления β чуть больше 110
Так что пересчитать схему для работы с напряжением 5V было довольно просто. Кстати эта диаграмма будет полезна и для проверки схемы после сборки. (на тот случай если что-то вдруг не заработает, можно прозвонить её мультиметром в указанных точках, и быстро найти ошибку в монтаже).
Из отечественных аналогов должен подойти транзистор КТ368. Вообще ВЧ транзисторов на рынке не такой уж и большой выбор. Но, SS9018H можно купить даже на Озон.
Сборка и настройка Гетеродина
Гетеродин - это генератор который должен перестраиваться во всем УКВ-2(FM) диапазоне. Катушка L2 бескаркасная и содержит 4 витка эмалированного провода d=0.5мм намотанного на оправке d=5мм (я использовал хвостовик сверла). Длина выводов 8мм.
Чтобы сверло не скользило обмотал его салфеткой. Для формирования нужного расстояния между выводами удобно использовать макетку под пайку с отверстиями.
Для настройки гетеродина нужно помнить 2 правила.
- чем выше напряжение на варикапе (верхнее по схеме положение переменного резистора R11) тем выше частота;
- при растяжении витков катушки частота генератора увеличивается, при сжатии катушки уменьшается.
Для настройки можно использовать радиоприемник или смартфон с функцией FM-Radio.
Выставляем на радиоприемнике частоту примерно на середине диапазона где нет радиостанции и вращая потенциометр R11 пытаемся поймать гетеродин (шипение должно будет исчезнуть).
Далее начинаем увеличивать напряжение на варикапе и одновременно "вылавливаем" гетеродин на все более высокой частоте.
Если потенциометр выкрутили до конца, а частота больше не растет - витки катушки нужно немножко растянуть. Если наоборот еще остался большой запас, витки нужно чуть сжать.
При максимальном напряжении на варикапе должен вылавливаться конец диапазона, ручка потенциометра должна будет находится в крайнем верхнем по схеме положении.
Мне в этом плане повезло - у меня в конце УКВ-2 диапазона болтается "Маяк",
Поэтому я настроил на смартфоне "Маяк", а потом добился чтобы настроенная на смартфоне радиостанция "затыкалась" в самом верхнем положении ручки переменного резистора. Если станции нет - ориентируемся на отсутствие шипения.
Подробнее в этом видео:
Переменный резистор должен быть многооборотный. Либо недорогой подстроченный как в видео, либо навороченный переменный (10 оборотов).
Верхняя граница настроена. Можно настраивать нижнюю. Уменьшаем напряжение на варикапе.
После того как гетеродин был пойман на частоте 87.5 МГц я измерил напряжение на варикапе (оно составило 0.5V) и остался еще целый оборот ручки потенциометра.
Берем в Интернет любой калькулятор делителя напряжения и считаем R14
R14 = 1.1 kOm.
Вообще, если не занудствовать, R14 можно заменить перемычкой, а можно наоборот ограничить частоты в которых будет работать радиоприемник. Если живете в местности где всего несколько радиостанции работающих в верхней части УКВ-2 диапазона - зачем в готовом изделии сканировать частоты на которых кроме шипения ничего нет и в ближайшее время скорее всего не появится. А можно рассчитав делитель сделать радио для приема одной фиксированной станции.
Про варикап
Для перестройки частоты гетеродина используется варикап КВ109А производства СССР.
Гетеродин собран, настроен, проверен? - можно переходить к монтажу следующего блока.
УВЧ и ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
Катушка L1 бескаркасная и содержит 6 витков эмалированного провода d=0.5мм намотанного на оправке d=5мм. Длина выводов 8мм.
Важно! Катушки должны быть установлены соосно, так как сигнал с гетеродина попадает на преобразователь частоты благодаря индуктивной связи.
Расстояние между катушками 6....8мм.
Суть настройки этого блока заключается в том, что нужно будет поймать радиостанцию в середине FM диапазона, а потом с помощью подстроечного конденсатора С8 добиться наилучшего качества звука. В процессе эксплуатации конденсатор можно не трогать или изначально поставить конденсатор небольшой емкости (5-15пФ) и попробовать выполнить настройку с помощью растягивания/сжимания витков катушки L1. Мне настройка с помощью конденсатора показалась более удобной, поэтому я использую китайский построечный конденсатор 5.5-30 пФ, d=6 мм, JML06-1-30.
Антенна крепится непосредственно к плате с помощью винтика с гайкой. Медную фольгу с обратной стороны платы можно соскоблить канцелярским ножом.
Далее сверлим отверстие и саму антенну крепим винтом М3.
Оптимальная длина антенны для FM-радио — около 75 см, что соответствует четверти длины волны для средней частоты диапазона (100 МГц).
Почему именно 75 см?
Если телескопической антенны нет - можно припаять кусок проволоки длинной 75см.
Переходим к монтажу следующего блока.
Фильтр УПЧ Детектор
Этот блок я уже использовал в первой версии приемника, принцип работы был подробно разобран в этой статье
Никаких особых нюансов по сборке тут нет - паяем, паяем, паяем. Главное не забудьте установить соответствующую перемычку, так как изначально весь этот проект задумывался как радиоконструктор УКВ приемника.
Усилитель низкой частоты
Усилитель простой - его мощности хватит, чтобы озвучить небольшую комнату. Резистор R27 тоже можно заменить перемычкой (особенно при питании от батарейки 9V (Крона)).
Если хочется получить более качественный звук - читаем эту статью.
Настройка этой схемы заключается в подборе резистора R28, чтобы в указанной точке была примерно половина напряжения питания.
Плата разведена таким образом, чтобы при желании была возможность подключить разъем для наушников.
Про питание
Сейчас на рынке можно найти такое вот "чудо"
Такая типа-батарейка может заражаться от обычной смартфонной зарядки и выдавать ровно 9V.
Такой аккумулятор категорически не подойдет для питания радиоприемных устройств.
Внутри него находится импульсный повышающий преобразователь, который собственно говоря и выдает на клеммах 9V. А кроме 9V он еще выдает кучу помех.
Я для своих самоделок использую аккумулятор в формате 9V кроны, но по факту внутри находится 2 последовательно соединённые Li-Ion банки 3.6V с балансиром и устройством защиты. Поэтому на нем и красуется надпись 7,4V Заряжается эта АКБ от отдельного зарядного устройства, за то она не выдает в цепь никаких помех. Вариантов других форм-факторов 7,4V АКБ на рынке тоже много.
В качестве эксперимента для питания платы можно использовать и обычную батарейку "Крона" 9V.
Документация и печатная плата
Доступны по этой ссылке
p.s: При настройке данного радиоприемника на радиостанцию это будет происходить 2 раза при приближении частоты гетеродина к настраиваемой станции и при отдалении от неё. На качество приема это впрочем ни как не влияет. Почему так происходит? Жду Ваших ответов в комментариях.
Заключение
Приемник получился годный и доступный для повторения любым желающим.
Оглавление доступно тут:
Всем удачи!