Elektronika - baza wiedzy

Konwerter UKF wersja 2


Jak zapewne wszystkim wiadomo Polska wycofa się z biegiem czasu z użytkowania pasma radiowego OIRT. Tak więc posiadacze odbiorników radiowych wyposażonych tylko w dolny zakres UKF zostaliby zmuszeni do wymiany posiadanych urządzeń na nowe. Ponieważ wycofywanie z eksploatacji jeszcze w pełni sprawnych odbiorników nie ma większego sensu ze względu na koszty jakie się z tym wiążą, postanowiłem opracować konwerter, który umożliwia dalsze wykorzystywanie starszych odbiorników radiowych.

Opisany konwerter umożliwia odbiór stacji radiowych z zakresu 88-108 MHz przy pomocy odbiornika radiowego wyposażonego w zakres 64-74 MHz. Ponieważ górny zakres UKF jest dwukrotnie szerszy od dolnego, zastosowano przełącznik zakresów, tak aby uzyskać pokrycie całego pasma CCIR w dwóch zakresach pasma OIRT. Konwerter został zaprojektowany z układem NE 612 (lub NE 602) zawierającym w swojej strukturze wzmacniacz różnicowy (końcówki 1 i 2 US1), generator z separatorem (końcówki 6 i 7 US1), oraz mieszacz zrównoważony wykonany w postaci tzw. komórki Gilberta z wyjściami symetrycznymi (końcówki 4 i 5 US1). Całość jest zasilana ze skompensowanego termicznie układu polaryzacji napięcia znajdującego się wewnątrz układu scalonego. Poszczególne elementy składowe struktury wewnętrznej NE 612 są przedstawione na rys.1 Najważniejsze parametry układu to:


napięcie zasilania: 4,5 - 9 V (typowo 6V),
pobór prądu: typowo 2,4 mA,
minimalna częstotliwość maksymalna: 500 MHz,
minimalna częstotliwość maksymalna wewnętrznego generatora: 200 MHz,
typowe wzmocnienie przemiany: 14 dB,
impedancja wejściowa: typowo 1,5 kohm,
impedancja wyjściowa: typowo 1,5 kohm.
Obwody wejściowe, wyjściowe, oraz generator mogą być wykonane zarówno w wersji symetrycznej jak i niesymetrycznej. Wyprowadzenia zarówno wejść jak i wyjść mogą być zamieniane miejscami. Należy pamiętać o tym, że wejścia są spolaryzowane wewnętrznie stałoprądowo i nie należy ich już zewnętrznie polaryzować. Podobnie jest z wyjściami. Nieco inaczej wygląda sprawa wyjść wewnętrznego generatora których nie można zamieniać miedzy sobą. Powodem tego jest konieczność dołączenia do końcówki 7 US1 rezystora którego wartość powinna zawierać się w granicach od 1kohm do 22kohm. (wartość ta została określona w sposób empiryczny) Rezystor ten jest potrzebny do wytworzenia pewnej asymetrii w układzie, dzięki czemu mogą wzbudzić się drgania w. cz. Jego brak uniemożliwia prawidłową pracę generatora.

Cały układ konwertera składa się z następujących bloków funkcjonalnych: obwodu wejściowego L1 C1 C2 dla pasma 88-108 MHz , mieszacza (w układzie NE 612), obwodu wyjściowego L2 C9 C10 dla pasma 64-74 MHz , generatora (w układzie NE 612) z elementami zewnętrznymi C4 C5 C6 L3 R1 D2, przełącznika zakresów , oraz stabilizatora napięcia z tranzystorem T1. Sygnał z anteny jest podawany do uzwojenia wtórnego L1, którego zadaniem jest dopasowanie impedancji anteny do impedancji równoległego obwodu rezonansowego złożonego z uzwojenia pierwotnego L1 oraz pojemności C1 i C2. Obwód ten dostrojony do częstotliwości 98 MHz wydziela wstępnie sygnały użyteczne z pasma 88-108 MHz, tłumiąc jednocześnie częstotliwości spoza pasma. Dopasowanie równoległego obwodu rezonansowego do impedancji wejściowej układu US1 odbywa się poprzez dzielnik pojemnościowy C1 , C2. Zmieniając stosunek C1/C2 można zmienić wzajemne dopasowanie impedancji. Dalej następuje zmieszanie wewnątrz US1 częstotliwości odbieranych z częstotliwością generatora lokalnego. W wyniku tego powstaje szereg produktów przemiany częstotliwości a w śród nich suma i różnica częstotliwości odbieranej i częstotliwości heterodyny. Na wyjściu znajduje się równoległy obwód rezonansowy którego zadaniem jest odfiltrowanie zbędnych produktów przemiany i pozostawienie jedynie sygnału będącego różnicą częstotliwości odbieranej i częstotliwości heterodyny, który to sygnał leży w paśmie 64-74 MHz. Z tego powodu obwód wyjściowy należy dostroić do częstotliwości środkowej pasma to jest 69 MHz. Zasady dopasowania impedancji poszczególnych stopni filtru wyjściowego są takie same jak na wejściu układu. Generator konwertera pracuje na częstotliwości niższej od częstotliwości odbieranego sygnału głównie z dwóch powodów: Po pierwsze przy takim rozwiązaniu konstrukcyjnym otrzymujemy przestrajanie współbieżne ze skalą odbiornika radiowego, co oznacza że kręcąc gałką strojenia w kierunku większych częstotliwości przestrajamy się rzeczywiście na większą częstotliwość. Gdybyśmy ustawili częstotliwość heterodyny na większą od odbieranego sygnału wtedy uzyskalibyśmy przestrajanie przeciwbieżne co oznacza że kręcąc gałką strojenia w stronę większych częstotliwości przestrajalibyśmy się w rzeczywistości na mniejsze częstotliwości. W niektórych przypadkach uniemożliwiłoby to efektywne wykorzystanie starej skali częstotliwości. Należałoby sporządzić wtedy odpowiednie nomogramy lub nanieść dodatkową skalę w odbiorniku. W zaproponowanym rozwiązaniu z mniejszą częstotliwością heterodyny i wynikającym z tego przestrajaniem współbieżnym wystarczy dodać do wartości odczytanej na skali odbiornika wartość p.cz. aby określić odbieraną częstotliwość. Drugim powodem takiego rozwiązania jest możliwość uzyskania większej stabilności heterodyny, która pracuje na niższych częstotliwościach. Również nie bez znaczenia jest fakt, że dla początkujących konstruktorów prawidłowe ustawienie częstotliwości 24 MHz i 34 MHz jest znacznie prostsze niż częstotliwości leżących powyżej 100 MHz. Do przestrajania konwertera służy dioda pojemnościowa D2, której pojemność zależy od napięcia podawanego z dzielnika rezystancyjnego R2 R3 R4 za pośrednictwem przełącznika SW1 i rezystora R5. Całość jest zasilana ze stabilizatora napięcia zbudowanego z tranzystorem T1. Napięcie wyjściowe przy zastosowaniu diody D1 na napięcie 7,5V jest zbliżone do ok. 6,5V. Elementy indukcyjne L1 L2 L3 to typowe filtry 7x7 typu 506 i 508. Przed wmontowaniem filtrów 506 należy delikatnie zdjąć z nich miedziane kubki ekranujące. Przy wykonywaniu tej czynności należy zachować ostrożność aby nie uszkodzić samego filtru. Należy również zwrócić baczną uwagę na wyprowadzenia uzwojeń pierwotnych (większa liczba zwojów) i wtórnych (mniejsza liczba zwojów) ponieważ ewentualna pomyłka doprowadzi do niemożności prawidłowego zestrojenia obwodów rezonansowych. Filtr 508 posiada tylko jedno uzwojenie pierwotne i jest produkowany bez ekranu. Każdy z filtrów 7x7 powinien mieć przed strojeniem wykręcony delikatnie rdzeń po to aby wpuścić do wnętrza karkasu kroplę oliwki do maszyn precyzyjnych. Ułatwia to późniejsze obracanie rdzeniem i zapobiega zakleszczeniu i urwaniu się plastikowego gwintu rdzenia. Lutowanie filtrów należy przeprowadzać w miarę możliwości szybko ponieważ ich karkasy są wykonane z poliestyrenu który łatwo topi się pod wpływem wysokiej temperatury. Filtr L1 506 lutujemy do płytki drukowanej na samym końcu po uruchomieniu generatora i zestrojeniu obwodu z filtrem L2. Konwerter montujemy zgodnie ze schematem z rys.2 na płytce drukowanej przedstawionej na rys.3 Rozmieszczenie poszczególnych elementów składowych przedstawia nam rys.4 Warto w tym miejscu zwrócić uwagę czytelników na pewien szczegół konstrukcyjny widoczny na rys.4 Są tam mianowicie aż trzy pola lutownicze pod diody BB 104 B z czego wykorzystane są tylko dwa, natomiast trzecie stanowi rezerwę dla dodatkowej diody lub kondensatora ceramicznego na wypadek kłopotów przy uzyskaniu właściwych częstotliwości generatora lokalnego. Pamiętajmy również że należy wlutować dwie diody BB 104 B, a nie jedną jak mógłby to sugerować schemat z rys.2 Po dokładnym sprawdzeniu montażu mechanicznego i prawidłowości wykonanych lutów możemy przystąpić do uruchomienia konwertera. Uruchomienie rozpoczynamy od podłączenia napięcia zasilającego które powinno zawierać się w granicach 9 - 18 V. Następnie sprawdzamy napięcie na końcówce 8 US1 , powinno być zbliżone do 6,5V. Teraz możemy przystąpić do ustawienia odpowiednich częstotliwości heterodyny. W tym celu musimy posłużyć się miernikiem częstotliwości lub oscyloskopem z kalibrowaną podstawą czasu. Przyrząd pomiarowy należy podłączyć do końcówki 7 US1 a następnie suwak potencjometru R2 przesunąć w taki sposób aby w punkcie połączenia R2 R3 i SW1 pojawiło się pełne napięcie zasilania, następnie przesuwamy suwak R4 tak aby w punkcie połączenia R3 R4 i SW1 uzyskać napięcie 0V (potencjał masy). Teraz należy ustawić przełącznik SW1 w pozycji A i kręcąc rdzeniem L1 ustawić częstotliwość generatora na równą 34 MHz , następnie po przełączeniu przełącznika SW1 w pozycję B należy ustawić potencjometrem R4 częstotliwość na równą 24 MHz. Gdyby w trakcie strojenia okazało się że L3 ma zbyt dużą indukcyjność to można przy zachowaniu pewnej ostrożności odwinąć jeden zwój z jej uzwojenia a następnie przeprowadzić od początku cały proces strojenia. Należy również pamiętać że po każdorazowej korekcji położenia jednego z potencjometrów należy również skorygować położenie drugiego z nich. Dlatego też proces strojenia należy przeprowadzić co najmniej kilka razy, aż do uzyskania zadowalających efektów. Teraz możemy podłączyć kilkudziesięciocentymetrowy odcinek przewodu do końcówki 2 US1 za pośrednictwem kondensatora C1 a do wyjścia konwertera odbiornik radiowy z zakresem 64-74 MHz. Następnie należy wyrównać potencjały zerowe konwertera i odbiornika (w dalszej eksploatacji spełnienie tego warunku jest wciąż zalecane ale już nie konieczne). Teraz na włączonym odbiorniku staramy się odebrać sygnały jakiejś dobrze słyszanej lokalnej stacji UKF z zakresu 88-108 MHz a następnie przeprowadzamy strojenie obwodu L2 na maksimum sygnału. Następnie dostrajamy odbiornik do stacji nadającej w górnym zakresie UKF którą można odebrać na naszym odbiorniku w okolicach środka skali (69 lub 70 Mhz) i korygujemy zestrojenie filtru wyjściowego. Należy zaznaczyć w tym miejscu że cały proces strojenia będzie znacznie utrudniony ze względu na zakłócenia pochodzące od stacji pracujących w zakresie 64-74 MHz dlatego należy wcześniej przesłuchać dokładnie cały zakres przed przystąpieniem do strojenia, co umożliwi nam identyfikację stacji których sygnały nie pochodzą z górnego zakresu UKF. Dopiero teraz wlutowujemy filtr L1 eliminujący zakłócenia spoza pasma 88-108 MHz (w tym dużą ilość zakłóceń pochodzących od stacji KF), prowizoryczną antenę z drutu podłączamy na wejściu i staramy się odebrać sygnał jakiejś stacji nadającej w pobliżu częstotliwości 98 MHz aby móc zestroić obwód wejściowy na maksimum sygnału. W okolicach Częstochowy jest to "Radio Maryja" nadające swój program na częstotliwości 98,4 MHz. Sprawdzamy jeszcze po raz ostatni zestrojenie filtru wyjściowego i heterodyny, po czym możemy uznać że strojenie konwertera zostało zakończone. Konwerter można zasilać z dowolnego zasilacza, baterii np. 6F22 lub wprost z zasilacza odbiornika radiowego. Konwerter może być wykonany jako osobne urządzenie w postaci przystawki lub może zostać wbudowany do wnętrza odbiornika. W tym drugim przypadku włączamy go pomiędzy wejście antenowe a obwody wejściowe głowicy UKF. Wykonany konwerter można zaekranować blachą miedzianą najlepiej posrebrzoną w której wykonujemy otwory do strojenia filtrów 7x7 i potencjometrów. Powierzchnie ekranów nie powinny być zbyt blisko elementów elektronicznych i ścieżek płytki drukowanej aby nie wprowadzać zbyt dużych pojemności montażu rozstrajających układ. W przypadku wykonania konwertera jako zewnętrznej przystawki najlepszym sposobem jej połączenia z odbiornikiem jest połączenie za pośrednictwem przewodu koncentrycznego dołączonego do wejścia antenowego odbiornika. W przypadku braku takiego wejścia wskazane byłoby jego zamontowanie, a w ostateczności połączenie wprost z anteną teleskopową odbiornika. Dobrej jakości odbiór uzyskamy jedynie w przypadku współpracy z odbiornikami posiadającymi odpowiednie ekranowanie, które bez anteny prawie nic nie odbierają. Natomiast w pozostałych przypadkach należy liczyć się z zakłóceniami pochodzącymi od stacji pracujących w dolnym zakresie UKF. Bardziej doświadczeni elektronicy mogą pokusić się o wykonanie konwertera, w którym heterodyna będzie pracować na częstotliwości większej od częstotliwości odbieranej. Częstotliwości pracy będą wtedy wynosiły odpowiednio 162 MHz i 172 MHz . Rozwiązanie to ma tę zaletę, że częstotliwości harmoniczne powstające w procesie przemiany leżą poza pasmem 64-74 MHz. Jako ciekawostkę można dodać, że przedstawiony konwerter może być również wykorzystany przez krótkofalowców do prowadzenia nasłuchów stacji KF i UKF po odpowiednim skorygowaniu wartości elementów wchodzących w skład filtrów wejściowych, wyjściowych i generatora.