Самый простой радиоприемник

Самый простой УКВ радиоприемник можно создать с использованием только одной микросхемы К174ХА34 (TDA 7021).

На этой микросхеме можно собрать УКВ ЧМ радиоприемник с отличным качеством сигнала, на который можно будет принимать не только местные, но и достаточно удаленные радиостанции.

Если делать УКВ радиоприемник только на одной микросхеме, то вы можете получить аппарат с следующими параметрами.

1.     Напряжение питания, В ……………………….  3…4

2.     Чувствительность (не хуже), мкВ/м …………..  5

3.     Потребляемый ток (не более), мА …………….  6

4.     Сопротивление нагрузки (не менее), Ом ……..  8

5.     НЧ напряжение на выходе, мВ ………………..  300

6.     Отношение сигнал/шум (не менее), дБ ……….  40  

Для начала сделаем на этой МС УКВ ЧМ радиоприемник для приема сигналов вещательных радиостанций, работающих в диапазоне частот 65…74 МГц (или 88…108 МГц, на ваше усмотрение).

Выбор этих широковещательных УКВ диапазонов выбран по той причине, что сигналы работающих здесь станций очень громкие и отпадает необходимость в создании специального генератора сигналов для настройки приемной аппаратуры на  диапазон. Для начинающего создателя УКВ приемной аппаратуры это очень важно. 

Известно, что МС 174ХА34 содержит в своем составе гетеродин, усилитель ПЧ, частотный детектор с ФАПЧ и предварительный усилитель НЧ. 

Схема простейшего УКВ ЧМ радиоприемника на частоты диапазона 65…74 МГц (или 88…108 МГц) показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема простейшего УКВ ЧМ приемника

Рассмотрим подробнее работу схемы простейшего УКВ ЧМ радиоприемника.

Питание микросхемы осуществляется с помощью простого стабилизатора, выполненного на транзисторе VT1. В данном варианте применен стабилитрон из числа тех, что имелись на тот момент у автора. Вместо стабилитрона VD1 типа Д814 можно поставить любой другой стабилитрон, рассчитанный на меньшую величину напряжения. Можно вообще стабилитрон заменить цепочкой из двух или трех диодов типа Д220. При этом диоды должны включаться в противоположной полярности. Главное заключается в том, чтобы подобрать резистор R2 такой величины, чтобы на этом резисторе был погашен весь избыток напряжения, и чтобы на микросхему было подано не более +3,5В. Подбирать величину резистора R2 нужно начиная с большого номинала. Можно сделать стабилизатор на микросхеме КР1157УР501 или аналогичной.

Контур гетеродина включается между источником питания и выводом 5 микросхемы.

На схеме показано, что контур гетеродина настраивается конденсатором переменной емкости С7. Это один из возможных вариантов, недостатком которого является то, что ручку настройки С7 нужно каким-то удлинителем выводить на переднюю панель приемника. Если у вас имеется варикап типа КВ109В, то очень просто можно сделать электронную настройку на частоты принимаемых радиостанций. Схема простой электронной настройки показана на рис. 2.

 

Рис. 2.. Схема электронной настройки

На рис. 2. показаны два возможных варианта выполнения электронной настройки. Первый вариант является основным, и только в том случае, если у вас нет варикапа, то можно пойти на выполнение второго варианта. Диоды VD1 и VD2 следует подбирать по наибольшей ширине диапазона настройки.

Рассчитать элементы электронной настройки вам поможет графическая зависимость величины емкости (в пФ) в точке соединения диодов VD1 и VD2 от величины поданного от резистора R3 напряжения (в В). Кривая на графике рис. 3 как раз и показывает эту зависимость.

Рис. 3. График зависимости емкости диодов от напряжения

Мною проведены несколько экспериментов с различными парами диодов типа Д220 и Д223. Во всех случаях зависимость, показанная на рис. 3 практически оставалась неизменной. Так что емкость пары диодов изменяется  в пределах от 35 до 150 пФ только при изменении подаваемого на эту пару диодов напряжения в пределах от нуля до 0,6 В.

Регулировать величину емкости, подаваемой в контур при электронной настройке можно изменением емкости С1. Рассчитать  величину емкости С1, подключаемой последовательно с емкостью диодов,  можно с помощью программы INDUKTIW.  

В случае подключения электронной настройки, конденсатор С7 будет служить для установки верхней частоты диапазона.

Катушка L1 может иметь 10…12 витков для диапазона частот 65…74 МГц, а для диапазона 88…108 МГц L1 должна иметь 5…8 витков. В обоих случаях катушка L1 наматывается проводом ПЭЛ 0,5 на оправке диаметром 3,5 мм. Оправкой может служить хвостовик сверла Ø 3,5 мм. После намотки катушка растягивается в длину таким образом, чтобы между витками был зазор в 1 мм.

К выводам 12 и 13 микросхемы через конденсаторы С8 и С9 включается контур входного сигнала L2C5. На этот контур через катушку связи подается сигнал от антенны или от предварительного усилителя высокой частоты. Катушка L1 может иметь 5…8 витков для диапазона 65…74 МГц и 4…6 витков для диапазона 88…108 МГц. Катушка наматывается на оправке Ø 3,5 мм проводом ПЭЛ 0,5. Контур L2С5 подстраивается конденсатором С5 на середину нужного вам диапазона. После намотки катушка растягивается в длину таким образом, чтобы между витками был зазор в 1 мм.

Катушка связи L3 в любом варианте имеет 3 витка и намотана поверх катушки L2 (точно по центру L2). Провод может быть ПЭЛ 0,3.

Выход сигнала к усилителю низкой частоты производится от вывода 14 микросхемы через конденсатор С11 и переменный резистор R1. К этому выходу могут быть подключены головные телефоны (наушники). Если вам необходим громкоговорящий прием сигналов радиостанций, то необходимо сделать дополнительный УНЧ. Это может быть УНЧ по схеме рис. 1.3 или рис. 1.4. Или любой другой УНЧ.

Настройка устройства может быть выполнена следующим образом. Контур L2C5 отсоединить от конденсаторов С8 и С9. Свободный вывод конденсатора С9 соединить с корпусом, а через конденсатор С8 подать на вывод 12 микросхемы ЧМ сигнал необходимой частоты. Если генератора на нужную частоту нет, то к конденсатору С8 нужно подсоединить или внешнюю УКВ антенну (можно телевизионную) или просто длинный провод, который будет служить антенной для приема сигналов местных вещательных радиостанций нужного диапазона.  Подстройкой конденсатором С7 следует добиться появления отдетектированного НЧ сигнала на выходе резистора R1. В случае необходимости нужно установить параллельно L1 дополнительный конденсатор или изменить число витков катушки L1.

После настройки контура гетеродина, подключается входной контур L2С5 и он настраивается по максимуму сигнала на выходе. При этом сигнал с нужной частотой подается на катушку L3 через конденсатор очень малой емкости. В конечном варианте к катушке L3 подсоединяется антенна, предназначенная для приема сигналов в нужном диапазоне частот.

Пример расчета электронной настройки

Для расчета элементов контура гетеродина представим, что нам необходимо выполнить электронную настройку в пределах любительского диапазона 142…146 МГц. В качестве варикапа будет использоваться система из двух диодов типа Д220. Будем считать, что нами так подобраны величины сопротивлений дополнительных резисторов, что на диоды будет подаваться напряжение от 0,1 до 0,4 В, что будет соответствовать емкостям от 50 до 140 пФ.

Запускаем программу INDUKTIW2 и на первой страничке этой программы вводим в соответствующие окна редактирования среднюю частоту диапазона 145 МГц и примерную величину емкости контура 15 пФ. Нажимаем на клавишу «Выполнить расчет» и получаем необходимые величины, в том числе и главную для нас величину индуктивности контура на средней частоте (0,08 мкГн).

Далее нажимаем клавишу «Запомнить индуктивность». Здесь имеется в ввиду, что нужно запомнить индуктивность контура на средней частоте диапазона, с которой будем далее иметь дело. В нижнем окне редактирования появляется занесенная в память величина индуктивности 0,08 мкГн.

Определяем минимальную емкость контура гетеродина, соответствующую самой высокой частоте диапазона 146 МГц. Для этого вводим в окно редактирования новое значение частоты (146 МГц),  очищаем окно с индуктивностью и нажимаем клавишу «Выполнить расчет». В результате этого действия нами получено новое значение индуктивности контура, которое будет соответствовать верхней частоте диапазона. Нажимаем клавишу «Расчет емкости» и записываем на листок бумаги полученную величину минимальной емкости контура 14,8 пФ.

Определяем максимальную емкость контура, соответствующую самой низкой частоте диапазона 144 МГц. Вводим в окно редактирования новое значение частоты (144 МГц),  очищаем окно с индуктивностью и нажимаем клавишу «Выполнить расчет». В результате этого действия нами получено новое значение индуктивности контура, которое будет соответствовать нижней частоте диапазона. Нажимаем клавишу «Расчет емкости» и записываем на листок бумаги полученную величину максимальной емкости контура 15,2 пФ.

Теперь переходим на шестую страничку программы, которая называется «Конденсатор». Здесь мы должны определить величину емкости конденсатора С3, подключаемого последовательно с емкостью электронной настройки С1. Емкость С3 должна быть такой величины, чтобы обеспечить электронную перестройку частоты в пределах 15,2 – 14,8 = 0,4 пФ.

Вводим в соответствующие окна редактирования конденсатора С1 величины минимальной (50 пФ) и максимальной (140 пФ) емкостей. В окно для емкости С2 вводим цифру 0, в окно для С2 вводим какую то величину, например, 10. Нажимаем клавишу «Выполнить расчет»  и получаем величины минимальной и максимальной емкостей итоговой емкости С0 8,333 и 9,333 пФ. Если найти разность этих величин, то получим 9,333 – 8,333 = 1,0 пФ, что значительно больше необходимой нам величины 0,4 пФ.  Этот вариант не походит, нужно попробовать другую величину емкости С3.

Вводим величину С3 равную 5, после нажатия клавиши «Выполнить расчет» получаем величины 4,545 и 4,828 пФ. Находим разность 4,828 – 4,545 = 0,282 пФ. Эта величина много меньше необходимой. Пробуем ввести С3 = 7, получаем величины 6,667 и 6,14 пФ. 6,667 – 6,14 = 0,527 пФ. Это уже близко к нужной величине, но все еще великовато. Пробуем ввести С3 = 6 и получаем величины 5,357 и 5,753 пФ. Находим разность 5,573 – 5,357 = 0,396 пФ. Это почти хорошо, можно на  величине С3 = 6 пФ и остановиться, а можно уже без дальнейших расчетов принять С3 = 6,5 пФ.

В заключении расчета определяем величину емкости дополнительного конденсатора, который будет подключен параллельно катушке гетеродина совместно с емкостью электронной настройки. Ранее было определено, что параллельно катушке гетеродина должна быть подключена переменная емкость от 14,8 до 15,2 пФ. Если из 14,8 вычесть минимальную емкость электронной настройки 5,357, то получим величину 14,8 – 5,357 = 9,443 пФ. Такую величину емкости может обеспечить подстроечный конденсатор емкостью 4…15 пФ.

Расчет контура гетеродина с электронной настройкой выполнен. Точно по такой же методике можно выполнить расчет и для любого варикапа.