В книге рассмотрены основные вопросы технического проектирования УКВ блоков для современных комбинированных радиовещательных АМ/ЧМ приемников. В ней освещены некоторые вопросы теории и расчета гетеродинных преобразователей, выполненных на триодах, детально изложены теория и расчет уровня шума и чувствительности приемников, приведены краткие соображения по выбору конструкции, монтажа и технологии изготовления УКВ блоков, включающих все элементы схемы. Результаты анализа иллюстрированы на численном примере расчета конкретной схемы УКВ. Книга рассчитана на широкий круг радиоспециалистов и студентов старших курсов радиотехнических вузов и техникумов. Она может быть полезна для квалифицированных радиолюбителей.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время радиотехническая промышленность начала выпуск серии новых типов сетевых радиовещательных приемников 1-го, 2-го и высшего классов, в которых наряду с обычными диапазонами длинных, средних и коротких волн (ДВ, СВ и КВ), рассчитанными на прием станций с амплитудной модуляцией (AM), введен УКВ диапазон (64,5—73 Мгц), предназначенный для приема станций с частотной модуляцией (ЧМ). Благодаря введению этого диапазона и ряда новых схемных и конструктивных решений, в основу которых положены последние достижения отечественной и зарубежной науки и техники, новая серия приемников существенно превосходит по качественным показателям приемники старых типов.

Известный интерес в этой серии представляет высокочастотная часть УКВ диапазона приемников 1-го и 2-го классов, разработанная в 1955 г. Принятые здесь схемные и конструктивные решения могут быть с успехом использованы не только при проектировании радиовещательных приемников, но также в аппаратуре для низовой связи и в целом ряде УКВ приемников других назначений.

Несмотря на внешнюю простоту применяемых схем, явления, происходящие в них, весьма сложны и без детального анализа трудно получить те высокие параметры, которые эти схемы могут обеспечить. К сожалению, несмотря на практическую ценность и актуальность этих схем, в периодической литературе их теории и расчету уделяется незаслуженно мало внимания. Более того, в некоторых

работах по данному вопросу имеются серьезные упущения, которые до некоторой степени могут исказить правильное представление об этих схемах. Наконец, в вышеупомянутых работах почти не уделяется внимания практическим вопросам проектирования. Поэтому в настоящей книге, целью которой является восполнить, по возможности, имеющийся пробел, сделана попытка дать последовательный анализ всего комплекса вопросов, связанных с проектированием этих схем. Приведено также описание конструкции макета, который был положен в основу при создании высокочастотной части новой серии наиболее массовых приемников 1-го и 2-го классов.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ УКВ СХЕМ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ ПРИЕМНИКОВ

I. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ УКВ БЛОКОВ

Обычно всю схему высокочастотной части УКВ диапазона монтируют на отдельном шасси, которое совместно с элементом настройки образует отдельный конструктивный узел — УКВ блок. Для понимания целого ряда особенностей схемы и конструкции этого блока необходимо кратко остановиться на тех требованиях, которые следует предъявить к приемникам с УКВ диапазоном.

В условиях нашей страны с ее огромной территорией большое практическое значение приобретает вопрос повышения чувствительности приемников на УКВ диапазоне. Только при большой чувствительности можно существенно расширить зону действия УКВ станций. Кроме того, при высокой чувствительности подавляющая масса радиослушателей города и пригорода будет избавлена от необходимости применения дорогостоящих и громоздких внешних антенн, поскольку в этом случае можно будет пользоваться малоэффективными, но в то же время весьма дешевыми и простыми УКВ антеннами, встроенными внутрь футляра приемника. Поскольку на УКВ диапазоне уровень внешних помех значительно ниже, чем на длинноволновом, средневолновом и коротковолновом диапазонах, чувствительность приемника на этом диапазоне целесообразно повысить до значения, ограничиваемого уровнем собственных шумов приемника.

При конструировании УКВ блоков следует уделить большое внимание вопросу снижения паразитного излучения колебаний гетеродина, мешающего нормальному приему на приемники и телевизоры, находящиеся поблизости. Дело в том, что при неудачном выборе схемы и конструкции

УКВ блока на зажимах антенны могут появиться значительные напряжения основной частоты и гармоник гетеродина, которые будут излучаться в эфир. Кроме того, на этом диапазоне длина волны соизмерима с линейными размерами шасси приемника, шнура питания и др. Вследствие этого при определенных условиях они также могут служить хорошим излучателями основной частоты и в особенности гармоник гетеродина. В результате приемник даже без антенны окажется опасным источником паразитного излучения.

Наряду с этими основными и специфическими особенностями весьма важными являются еще и такие показатели приемника, как стабильность частоты гетеродина, избирательность по паразитным каналам, устойчивость параметров при смене ламп, устойчивость против микрофонного эффекта и паразитных колебаний, простота и надежность конструкции, пригодность к массовому производству, удобство ремонта, надежность в эксплуатации, низкая стоимость и др.

2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ УКВ БЛОКОВ

Приведенные выше требования не могут в полной мере определить специфику конструирования УКВ блоков. Некоторые их особенности определяются общей схемой, по которой в настоящее время строятся комбинированные радиовещательные АМ/ЧМ приемники.

На рис. 1 приведена блок-схема комбинированных АМ/ЧМ приемников 1-го и 2-го классов. Из этой схемы видно, что УКВ блок предназначен для усиления и преобразования в промежуточную частоту (ПЧ) f_пр=8,4 Мгц сигналов радиостанций, работающих в УКВ диапазоне. Столь высокая f_пр необходима для получения достаточно высокой избирательности по зеркальному каналу и требуемой полосы пропускания тракта промежуточной частоты приемника (2Δf=150—200 кгц). Вместе с тем при такой промежуточной частоте с помощью простых фильтров еще можно обеспечить достаточную избирательность по соседнему каналу (Δf_ск =250 кгц). В то же время промежуточная частота 8,4 Мгц не может быть использована для AM тракта приемника. Поэтому в новых комбинированных АМ/ЧМ приемниках применяются два канала усиления промежуточной частоты: канал AM и канал ЧМ, причем лампы канала AM одновременно служат и для усиления промежуточной частоты канала ЧМ.

 

Из рис. 1 нетрудно видеть некоторые специфические особенности УКВ блока, обусловленные общим построением схемы. Здесь следует особо остановиться на выборе системы настройки АМ/ЧМ приемников с точки зрения технологичности, простоты конструкции всей системы настройки, надежности в эксплуатации и пригодности к серийному производству. В массовых приемниках 1-го и 2-го классов целесообразно применять единый четырехсекционный агрегат конденсаторов переменной емкости. Две секции агрегата, обладающие сравнительно большой емкостью 12—495 пф, предназначены для настройки на ДВ, СВ и КВ диапазонах, а две другие секции малой емкости (7—19 пф)—для настройки в диапазоне УКВ. Внешний вид такого агрегата показан на рис. 2. Добавление к обычному двухсекционному агрегату двух малоемкостных секций, незначительно усложняя его конструкцию, существенно упрощает другие элементы настройки приемника и увеличивает его эксплуатационную надежность.

Такая система не является единственной. Так, например, для настройки в УКВ диапазоне может быть использован отдельный двухсекционный агрегат конденсаторов малой емкости или отдельный блок переменных индуктивностей. Понятно, что в подобных случаях в приемнике будут находиться два различных и раздельных агрегата настройки.

Управление этими автономными системами может осуществляться как двумя отдельными ручками, так и одной ручкой, которая механически связана с обоими агрегатами настройки.

В системах с раздельной настройкой и двухручечным управлением применяется отдельный визир

для индикации на УКВ диапазоне. Так, например, в новых приемниках высшего класса принята двухручечная система настройки. В них на УКВ диапазоне настройка осуществляется трехсекционным блоком переменных индуктивностей, разработанным на заводе ВЭФ, а на ДВ — КВ диапазонах — трехсекционным агрегатом конденсаторов переменной емкости. Автономная система настройки существенно упрощает компоновку приемника в целом и поэтому ей следует отдать предпочтение при разработке новых типов АМ/ЧМ приемников.

В настоящей работе основное внимание уделяется системе настройки с помощью четырехсекционного агрегата конденсаторов переменной емкости с УКВ секциями (рис. 2). Эта система принята для приемников 1-го и 2-го классов, выпускаемых в настоящее время. Следует отметить, что основные принципиальные вопросы, которые будут затронуты в настоящей работе применительно к блоку с емкостной настройкой, почти в такой же мере относятся и к системе с индуктивной настройкой. При правильной отработке схемы и конструкции блока электрические показатели обеих систем идентичны.

Возвращаясь к схеме рис. 1, обратим внимание на то, что в УКВ блоке отсутствуют переключения цепей ультравысокой частоты. Отключение блока от остальной части приемника осуществляется только по цепям питания и по выходным цепям, работающим на относительно низкой промежуточной частоте f_пр=8,4 Мгц. Это обстоятельство имеет большое значение, поскольку только в данном случае удается сделать УКВ блок малогабаритным и достигнуть предельно возможного сокращения длины монтажных проводников в высокочастотных элементах схемы. Последнее позволяет в значительной степени поднять максимально допустимое устойчивое усиление и свести к минимуму паразитное излучение колебаний гетеродина. Кроме того, при этом существенно упрощаются коммутация и конструкция переключателя диапазонов.

Электрическая автономность высокочастотной части УКВ диапазона позволяет смонтировать ее на отдельном миниатюрном субшасси совместно с агрегатом конденсаторов переменной емкости и таким путем сократить до минимума длину соединительных проводников между УКВ секциями и деталями УКВ блока. При такой конструкции наиболее просто осуществляется общая экранировка и механическая защита блока.

3. ЛАМПЫ ДЛЯ УКВ БЛОКОВ

Для достижения высокой чувствительности необходимо выбрать схему и лампы такими, чтобы получить максимально возможное усиление при высоком соотношении сигнал/шум. Обычные преобразователи частоты на пентагридах или на триод-гексодах, нашедшие применение на ДВ, СВ

и КВ диапазонах, здесь неприемлемы. Такие преобразователи вследствие малой крутизны преобразования S и сильных дробовых шумов обладают высоким уровнем собственных шумов. Например, эквивалентное сопротивление шума Яш лампы 6А2П в режиме преобразования достигает 150—250 ком. В то же время сопротивление шума смесителей на пентоде составляет примерно 10 ком, а в смесителях на триоде обычно не превышает 2—3 ком.

Крутизна преобразования многосеточных ламп низка и составляет в зависимости от диапазона частот 0,3—0,5 ма/в. К тому же для получения такой крутизны преобразования необходимо подавать большое напряжение от гетеродина (примерно 9—12 в). Низкая крутизна преобразования и большой уровень напряжения колебаний гетеродина не имеют столь большого значения на ДВ, СВ диапазонах, но приобретают решающее значение на УКВ диапазоне. Поясним сказанное.

Как известно, коэффициент усиления преобразователя, в анодной цепи которого установлен двухконтурный фильтр промежуточной частоты с оптимальной связью между контурами, равен:

              (1)

При относительно низкой промежуточной частоте (fпp = = 465 кгц) нетрудно получить достаточно большое усиление и при малой крутизне преобразования вследствие больших резонансных сопротивлений R_1э и R_2э контуров фильтра ПЧ. Сказанное можно подтвердить на следующем примере.

Для обеспечения устойчивого усиления требуемой ширины полосы пропускания усилителя промежуточной частоты на частоте f = 465 кгц и устойчивости этой полосы при смене ламп могут быть применены фильтры ПЧ с добротностью контуров Q≈100 и емкостями С=180пф.

В этом случае

При столь большом сопротивлении в анодной цепи преобразовательной лампы усиление велико и при _Sпр =0,5 ма/в составляет:

 

Иные соотношения имеют место на УКВ диапазоне, где вследствие относительно высокой промежуточной частоты (f_пр=8,4 Мгц) резонансное сопротивление не может быть выбрано большим даже при малой емкости контура С=40 пф.

Действительно, если примем добротность контуров фильтров Q=70, получим:

 

При таком сопротивлении контуров коэффициент усиления мал и составляет:

Следовательно, на УКВ диапазонах увеличить коэффициент усиления преобразователя можно только путем повышения крутизны преобразования. Последнее может быть достигнуто применением смесителей на триодах или пентодах. Так, например, в режиме преобразования на триоде 6НЗП удается получить крутизну преобразования S_пр=1,5 ма/в. При этом требуется относительно небольшое напряжение гетеродина U_г=2,5—3 в, что в 3—4 раза меньше, чем в преобразователях на многосеточных лампах. Последнее обстоятельство имеет особо важное значение, поскольку при большом уровне напряжения гетеродина крайне трудно бороться с его излучением.

В многосеточных лампах трудно обеспечить малую индуктивность катодного ввода и малое время пролета электрона, что, как известно, приводит к значительному снижению входного сопротивления лампы на УКВ. Сеточный контур при этом сильно шунтируется, вследствие чего усиление схемы в общем падает. Так, на частоте f_г =70 Мгц входное сопротивление пентагрида 6А2П в режиме преобразования составляет 2—3 ком, пентода 6КЗ — 3—5 ком, а триода 6НЗП — 6—10 ком.

Из изложенного следует, что для получения большого усиления, низкого уровня шума и малого излучения колебаний гетеродина на УКВ диапазоне наиболее целесообразно применять преобразователи на триодах. Само собой разумеется, что и в случае применения усилителя ультравысокой частоты также следует отдать предпочтение триодам.

Однако наряду с рассмотренными преимуществами триоды обладают и некоторыми недостатками. К ним прежде всего следует отнести неустойчивость работы в схеме с общим катодом, вызываемую большой проходной емкостью сетка—анод, а также малое внутреннее сопротивление. Но несмотря на это, применяя специальные меры, о которых речь будет идти ниже, можно «парализовать» недостатки триода и получить необычно высокие электрические показатели на УКВ диапазоне.

Следует добавить, что триоды имеют также преимущество перед другими лампами, поскольку они наиболее просты в изготовлении, дешевы и, что особо важно, их нетрудно монтировать по два в одном баллоне. Важность последнего обстоятельства станет понятной после рассмотрения принципов построения блок-схемы высокочастотной части приемников.

4. БЛОК-СХЕМА

Для обеспечения малого излучения колебаний гетеродина и большого усиления при низком уровне шума целесообразно построить схему УКВ блока по системе усилитель ВЧ—смеситель с применением в обоих каскадах триодов. Однако, как это нетрудно видеть, при использовании обычных схем смесителей на триоде с отдельным гетеродином, применяемых в аппаратуре сверхвысоких частот, необходимо иметь три лампы: одну для усилителя ВЧ, вторую для смесителя, а третью для гетеродина. Такое решение, приемлемое для относительно дорогой аппаратуры, нецелесообразно для массовых радиовещательных приемников, цена которых не может быть высокой. Для упрощения и удешевления схемы и конструкции УКВ блока оказывается возможным применить только один двойной триод. Один из его триодов используется в качестве усилителя ВЧ, а во втором совмещаются две функции — смесителя и гетеродина. Таким образом, здесь применен преобразователь частоты, в котором гетеродин приемника одновременно служит и преобразователем. Для того чтобы подчеркнуть это отличие, такие преобразователи целесообразно выделить в отдельный класс и назвать «гетеродинными преобразователями».

Существенной особенностью гетеродинных преобразователей (ГП) является то, что напряжение принимаемого сигнала в них подается непосредственно на гетеродин приемника, в котором и происходит преобразование. После преобразования напряжение промежуточной частоты снимается с фильтра ПЧ, включаемого в анодную цепь лампы гетеродинного преобразователя.

На первый взгляд может показаться, что задача совмещения указанных функций в такой простой лампе, как триод, имеющей всего три электрода, крайне затруднительна. Однако на практике эта задача решается весьма просто.

Поскольку в настоящей работе речь будет идти только о гетеродинных преобразователях на триоде, отметим, что ГП могут собираться и на пентодах. Анализ, приводимый здесь, в значительной степени может быть использован и для расчета ГП на пентодах.

Собирать УКВ блок по приведенной выше системе наиболее целесообразно на двойном триоде, поскольку в этом случае можно создать весьма простую и компактную конструкцию на одной лампе. Из выпускаемых нашей промышленностью двойных триодов наиболее подходит для этой цели пальчиковая лампа 6НЗП, параметры которой приведены в табл. I. Эта лампа отличается высокой крутизной, достаточно высоким входным сопротивлением, малыми межэлектродными емкостями и малым сопротивлением шума. Здесь могут быть также использованы двойные триоды 6Н1П и 6Н2П, но при этом параметры блока будут хуже.

Читать полностью