Влад Жигалов R2DNN, Герман Антошкин R3YAB

В  радиоклубе  МИЭТ  (Зеленоград)  мы  уже  несколько  лет  давали  студентам-
первокурсникам  задачу  сделать  приёмник  прямого  преобразования  (ППП)  по
мотивам схем В.Т. Полякова. С переменным успехом это удавалось, но решения
для  монтажа  каждый  раз  были  экспериментальными.  Применялись  макетные
платы  под  пайку,  навесной  монтаж,  и  даже  был  эксперимент  с  беспаечными
макетками.  Каждый  раз  даже  при  сделанной  и  отлаженной  схеме  студенческие
конструкции  не  обретали  законченного  вида,  и  в  эфире  приёмники  студентами
почти не использовались. В этом учебном году мы решили разработать готовую
конструкцию  с  промышленно  изготовленными  печатными  платами  и  раздать
студентам  уже  готовые  комплекты  плат  и  деталей.  Получилась  учебная
конструкция,  на  которой  студенты  радиоклуба  проходят  некоторые  базовые
концепции радиотехники.

Схема.  Приёмник  рассчитан  на  диапазон  40  м  (рис.  1)  и  сделан  на  основе
классических  схем  прямого  преобразования  [1,  2].  Гетеродин  -  плавного
диапазона (ГПД) с регулировкой варикапами. Питается приёмник от 9 В («Крона»).

 
Рис. 1. Схема приёмника
 
В колебательный контур гетеродина входят L2 (первичная обмотка) и (VD3+VD4)-
C11-(C12+C14)-C15,  причем  цепочки  емкостей  (VD3+VD4)-C11  и  (C12+C14)-C15
входят  в  контур  параллельно.  Ёмкость  контура  определяют  VD3+VD4
(переменная часть) и C12+C14 (постоянная часть). Цепочка резисторов R3-R5-R4
создает  отрицательное  смещение  на  варикапах  VD3+VD4  и  позволяет
регулировать  частоту  –  грубо  и  плавно.  Гетеродин  настроен  на  половинную
частоту диапазона и перестраивается от 3500 до 3600 кГц с небольшим запасом
сверху и снизу. Питание гетеродина стабилизировано 6 В стабилизатором DA1 и
блокировочными конденсаторами C19 и С21.
Простой входной контур L1C5 связан с антенной через небольшую ёмкость C6 и
со  смесителем  через  вторичную  обмотку  L1  –  так  согласовывается  высокое
сопротивление контура с низким сопротивлением смесителя и антенны.
Смеситель  на  встречно-параллельных  диодах  VD1-VD2  позволяет  выделять
разностную частоту между частотой сигнала и удвоенной частотой гетеродина.
Через конденсатор C7 сигнал гетеродина со вторичной обмотки L2 поступает на
смеситель, и тот же C7 входит в состав фильтра низкой частоты (ФНЧ) C7L3C9 с
частотой среза около 3 кГц, что позволяет комфортно слушать SSB станции.
УНЧ состоит из предусилителя (VT3-VT4) и усилителя мощности (VT5-VT6-VT7),
разделенных  регулятором  громкости.  Выход  и  вход  предусилителя  связан
отрицательной  обратной  связью  (ООС)  R9,  которая  выставляет  режим
транзисторов по постоянному току. Конденсатор C17 ослабляет ООС по звуковой
частоте,  что  поднимает  коэффициент  усиления.  Конденсатор  C16  вместе  с
выходным сопротивлением предусилителя и регулятором громкости R14 образует
дополнительный  ФНЧ,  ослабляя  мешающие  сигналы  в  районе  нескольких
килогерц. После регулятора громкости сигнал усиливается усилителем мощности
на  двух  каскадах,  причём  второй  каскад  –  эмиттерный  повторитель  на
транзисторах  разной  проводимости.  С  точки  соединения  эмиттеров  VT6  и  VT7
сигнал, с одной стороны, поступает через R18 на вход, образуя ООС усилителя
мощности (так образуется смещение на базе транзистора VT5), а с другой – идёт
на низкоомную нагрузку через разделительный конденсатор C23. Цепочки C18R15  
C22R19  развязывают  по  питанию  каскады  УНЧ  друг  от  друга  и  от  гетеродина,
препятствуя самовозбуждению.
Детали  и  налаживание.  Собирать  приёмник  лучше  всего  по  частям.  Прежде
всего делают УНЧ и проверяют его работу, воткнув наушники и включив питание
через миллиамперметр. Нормально работающий УНЧ должен потреблять около
10  мА,  при  этом  в  наушниках  должен быть  слабый  белый  шум.  Если коснуться
пинцетом  входа  УНЧ  (левый  по  схеме  вывод  C20),  в  наушниках  будет  громкий
фон 50 Гц. Измеряем вольтметром напряжение в точке Д соединения эмиттеров
VT6-VT7  –  оно  должно  быть  равно  половине  напряжения  питания.  Также
проверяются  контрольные  напряжения  в  точках  Б,  В,  Г  (на  схеме  указаны  их
типичные напряжения). Если при работающем УНЧ ток покоя значительно больше
10  мА  (20…30  мА),  то  стоит  его  уменьшить,  увеличив  значение  резистора  R18,
например, до 2 МОм.  Поскольку схема и конструкция приёмника рассчитаны на
маломощную  «Крону»,  то  лучше  сделать  приёмник  максимально  экономичным.
Выходной каскад VT6-VT7 является главным потребителем тока в приёмнике, и
коэффициент  усиления  этих  транзисторов,  во-первых,  должен  быть  примерно
одинаков, а, во-вторых, он совместно с R18 и определяет потребляемый ток.  
Усиление УНЧ получается с запасом, его хватает и на работу динамика. Если всё
же  предполагается  использовать  наушники,  а  сигнал  получается  слишком
громким, рекомендуем заменить значение R8 на большее, например, 2…4,7 кОм –
это снизит коэффициент усиления.
Дроссель  L3  наматывают  на  ферритовом  сердечнике  высокой  проницаемости
6000…10000 размером 10х6х4. С помощью челнока наматывают 200…300 витков.
Еще один вариант - использовать недавно появившиеся сердечники из аморфного
железа (см. статью Дмитрия Гороха в этом номере журнала), тогда число витков
будет сильно меньше.
Затем можно приступать к гетеродину, смесителю и входному контуру. Катушки L1
и L2 – одинаковые, они наматываются на каркасах диаметром 5 мм с ферритовым
подстроечным  сердечником  эмалированным  проводом  0,15…0,2  мм.  Для
первичной  обмотки  –  20  витков,  для  вторичной  –  4  витка.  Первичную  катушку
лучше мотать виток к витку, туго прижимая витки к каркасу и друг к другу. Крайние
витки  можно  закреплять  нитками,  а  можно  воспользоваться  хитростями
промышленных технологий ручной намотки: вырезается тонкая полоска плотной
бумаги  шириной  примерно  1  мм  и  длиной  около  2  см.  Прежде  чем  намотать
первый виток на катушку, один виток провода завязывают вокруг этой полоски у
ее  края  и  прикладывают  эту  полоску  к  катушке  –  вдоль  каркаса,  так  чтобы
маленькая  петля  была  у  основания  катушки  –  так  закрепляется  первый  виток.
Затем плотно наматывают первичную катушку, начиная от этой петельки, чтобы
полоска бумаги была плотно прижата намоткой к каркасу. Последний виток также
закрепляют  в  виде  петельки  вокруг  бумажной  полоски.  Аналогично  делают
вторичную  обмотку  на  расстоянии  пары  миллиметров  от  первичной.  В  конце
желательно закрепить обмотки парафином, лишние хвостики бумажной полоски
обрезают.  
После  того,  как  приёмник  спаян  полностью,  проверяют  работу  гетеродина  с
помощью осциллографа (при его наличии), либо сделав простейший пробник из
германиевого диода, последовательно соединенного с вольтметром – так можно
оценивать  амплитуду  переменного  напряжения  в  различных  точках  схемы.  В
точке А измеряют амплитуду переменного напряжения – оно должно быть около
0,5…0,7 В (среднее значение должно быть равно 0).  
Далее  необходимо  вогнать  гетеродин  в  рабочий  диапазон.  Удобнее  всего
воспользоваться  осциллографом  или  частотомером,  но  может  помочь  другой
приемник или трансивер, подойдет и вещательный приёмник, имеющий диапазон
КВ.  Внешний  приёмник  надо  настроить  на  частоту  3500  кГц  либо  на  кратную
(7000,  10500  и  т.д.)  –  тогда  можно  будет  принять  основную  частоту  гетеродина
либо его гармоники. Во второй версии нашего приемника предусмотрен пробник с
кварцевой  стабилизацией  на  7000  кГц  (рис.  2).  Он  позволяет  иметь  эталон
частоты, что также повышает удобство при отладке и настройке приёмника. При
некоторых  навыках  можно  находить  диапазон и  непосредственно  в  эфире,  хотя
для  начинающих  это  сложно.  При  вывернутых  влево  ручках  настройки
собираемого приёмника (нижний край диапазона) вращением сердечника катушки
L2  находят  частоту  7000  кГц  (частота  гетеродина
3500).

 
Рис. 2. Кварцевый калибратор частоты на 7000
кГц
Затем поворачиваем ручку грубой настройки вправо
–  смотрим,  какая  частота  получается.  В  идеале
должно  быть  около  7220…7240  кГц  (оставляем  по
десять-двадцать  килогерц  запас  сверху  и  снизу).
Если  диапазон  получается  слишком  широким  или
слишком  узким,  надо  подобрать  значение
конденсаторов  C12  и  C14.  Ещё  один  способ  регулировки  ширины  диапазона:
изменить значение эмиттерного резистора R13. Дело в том, что при этом будет
меняться  амплитуда  сигнала  гетеродина,  а  она  будет  влиять  на  эффективную
ёмкость  варикапов:  чем  больше  R13,  тем  меньше  амплитуда,  и  тем  больше
эффективный  интервал  перестройки  варикапов,  шире  диапазон.  В  пределах
амплитуды 0,5…0,7 В в точке А смеситель будет работать хорошо, и некоторый
запас в вариации амплитуды гетеродина обычно есть. И, наконец, можно также
увеличить значение сопротивления  R3 до нескольких килоом в случае слишком
широкого диапазона.
Ещё  одна  работа,  которую  желательно  провести  при  отладке  приёмника  –
подобрать  ТКЕ  конденсаторов  колебательного  контура  гетеродина.  Варикапы  и
катушка  имеют  положительный  температурный  коэффициент,  и  их  надо
компенсировать  отрицательными  ТКЕ  C12-C14.  Для  этого  можно  применить  в
одном  из  них  ТКЕ  М1500  (-1500  ppm  на  градус),  а  во  втором  NP0  (нулевой
температурный  коэффициент),  а  соотношением  ёмкостей  C12  и  C14  можно
регулировать совокупный ТКЕ.  
Проверять уход частоты от температуры лучше после того, как приёмник остынет
после пайки. Потребуется термометр, небольшая картонная коробка и какой-либо
источник  тепла  либо  холода.  Включённый  приёмник  вместе  с  термометром
закрывают в коробку и дают частоте и температуре внутри застабилизироваться
вдали  от  источника  тепла  или  холода.  Замечают  частоту  гетеродина  внешним
приёмником, и записывают температуру. Затем переносят коробку на подоконник
(если  на  улице  холодно)  или  ставят  на  нагреватель,  и  дожидаются  установки
новой  стабильной  частоты  и  новой  стабильной  температуры.  Достаточно
перепада температуры около 10 °C. Для использования приёмника в домашних
условиях желательно добиться, чтобы частота уходила не больше 100 Гц/°C.
Этот  этап  можно  совместить  с  предыдущим,  либо  сначала  грубо  выставить
частоту  и  ширину  диапазона,  затем  подобрать ТКЕ  контурных  конденсаторов, а
затем более точно отрегулировать ширину диапазона резисторами R3/R13.  
В  конце,  подключив  антенну,  регулируют  входной  контур  подстройкой
ферритового  сердечника  L1  по  максимуму  громкости  сигнала  или  шума  в
середине  диапазона,  затем  еще  раз  точно  выставляют  начало  диапазона
катушкой L2, и отладка приёмника завершена.
Конструкция
Мы  разработали  печатные  платы,  которые  позволяют  сделать  законченную
конструкцию  в  классическом  любительском  форм-факторе:  основная  плата,
передняя  панель,  задняя  панель  (рис.  3).  Панели  спаиваются  текстолитовыми
уголками  (которые  также  входят  в  комплект).  Можно  также  сверху  добавить
металлический  кожух  и  закрепить  его  винтами,  тогда  конструкция  будет  более
жесткой  и  влияние  внешней  температуры  снизится.  Да  и  смотрится  такая
конструкция куда более законченной и красивой. Малогабаритный динамик можно
закрепить на кожухе снизу, проделав в кожухе отверстия.
 
 Роль приёмника в обучении
Мы  специально  выбрали  схему  приёмника  Полякова  за  основу  для  обучения
студентов первого семестра радиоклуба. Практика показывает, что современные
первокурсники, как правило, не умеют паять, и представления о схемотехнике у
них обычно зачаточные. На примере различных узлов конкретной схемы студенты
в течение семестра знакомятся со следующими темами:
  Транзистор, усилительные каскады
  Обратная связь
  Колебательный контур, генератор
  Принцип прямого преобразования
  Диод, как нелинейный элемент, смеситель
  Фильтры
Причём  теория  сама  по  себе  «заходит»  не  очень,  а  вот  сопровождаемая
самостоятельной сборкой конкретных узлов на каждом занятии, она усваивается
гораздо легче.
Первые 20 комплектов плат и деталей были розданы студентам (платы благодаря
сотрудничеству  МИЭТа  с  предприятием  «Резонит»  студентам  достались
бесплатно, а комплект деталей обошёлся в 500 руб). В итоге примерно половина
студентов дошла до работающей конструкции за 3-4 занятия. Остальные, скорее
всего, в процессе решили, что радиолюбительство – не для них.
Конечно,  итогом  сборки  приёмника  должны  быть  регулярные  наблюдения
начинающих  радиолюбителей  в  эфире.  К  сожалению,  с  этой  задачей  студенты
почти не справляются. Видимо, желание приобщиться к эфиру у большинства из
них  не  такое  сильное,  чтобы  преодолеть  очевидные  трудности  –  необходимо
устроить  хотя  бы  простейшую  антенну,  мешают  сильные  помехи  в  помещении,
надо отладить и довести «до ума» приёмник (в частности, подобрать ТКЕ). Но при
наличии  такого  желания  данная конструкция вполне  может  дать  первый опыт  в
сборке собственного приёмника прямого преобразования.
Работа приёмника первой версии: https://www.youtube.com/watch?v=3a_at6daIJg  
Предварительные заказы на комплект плат и деталей можно присылать по адресу
[email protected]. Детали можно уточнить по этому же адресу или на форуме
(ссылка).
Литература:
1.  В.Т. Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования (1990).  
http://qrp.ru/files/literature/category/10?download=247
2.  В. Борисов, В. Поляков. Приемник прямого преобразования для "охоты на лис",  
журнал "Радио" за 1982 год, №4, стр. 49 - 52; №7, стр.54, 55.
http://qrp.ru/files/literature/category/10?download=376
http://qrp.ru/cqqrp-magazine/1536-cq-qrp-70