Elektronika - baza wiedzy

Głowica UKF 88-108 MHz


Przedstawiona w artykule głowica UKF służy do odbioru stacji radiofonicznych z zakresu 88 - 108 MHz , i może być wykorzystana do przestrojenia starych odbiorników UKF z dolnego na górny zakres lub do budowy amatorskiego odbiornika radiowego. Po odpowiednim skorygowaniu wartości elementów wchodzących w skład obwodu wejściowego i heterodyny może być również wykorzystana przez krótkofalowców do budowy urządzeń nadawczo - odbiorczych dla pasm 144 - 146 MHz oraz 430 - 440 MHz .

Opis układu i jego działanie.

Głowica składa się z następujących bloków funkcjonalnych:


Obwodu wejściowego L1 , C1 , C2 , D2 , przestrajanego współbieżnie z obwodem heterodyny.
Mieszacza zrównoważonego - w układzie NE612 (lub NE602).
Układu heterodyny - w układzie NE612 (lub NE602), wraz z układem ARCz (automatycznej regulacji częstotliwości).
Filtru wyjściowego 10,7 MHz , L2 , C11 , C12.
Wzmacniacza p. cz. z układem UL 1202.
Stabilizatora napięcia zasilającego głowicę z tranzystorem T1
Sygnał z anteny odbiorczej jest podawany za pomocą uzwojenia wtórnego L1 do równoległego obwodu rezonansowego złożonego z elementów L1, C1, C2, na wejściu głowicy. Uzwojenie wtórne L1 dopasowuje małą impedancję anteny (50 W ) do dużej impedancji obwodu rezonansowego. Po wydzieleniu częstotliwości użytecznych leżących w paśmie 88 - 108 MHz , sygnał jest podawany dalej do układu US1 za pośrednictwem dzielnika pojemnościowego złożonego z elementów C1, C2, i D2, których zadaniem jest odpowiednie dopasowanie impedancji. Przestrajanie obwodu wejściowego jest zrealizowane za pomocą warikapu BB 104 z grupy B. Trzeba zwrócić tutaj uwagę czytelnika na fakt, że zastosowanie w tym miejscu obwodu nie przestrajanego pracującego szerokopasmowo jest nie wskazane ze względu na częstotliwość pośrednią głowicy wynoszącą 10,7 MHz i wynikające z tego kłopoty z częstotliwościami lustrzanymi. Zilustrujmy ten problem następującym przykładem : dla częstotliwości heterodyny 98 MHz uzyskamy częstotliwość pośrednią 10,7 MHz dla dwóch częstotliwości odbieranych to jest 108.7 MHz oraz 87,3 MHz zgodnie z zależnością 108.7 - 98 = 10.7 oraz 98 - 87,3 = 10,7. Widzimy więc, że oprócz sygnału pożądanego na częstotliwości 108.7 MHz można również odebrać sygnał zakłócający z częstotliwości 87,3 MHz . Ten drugi sygnał zwany częstotliwością lustrzaną należy odpowiednio stłumić w obwodzie wejściowym głowicy zapewniającym odpowiednią selektywność. Dalej sygnał wejściowy przechodzi do układu US1 NE612 (lub NE602) gdzie jest zmieszany z sygnałem generatora lokalnego pracującego na częstotliwościach od 77,3 do 97,3 MHz . Do elementów ustalających zakres częstotliwości pracy generatora lokalnego wchodzą elementy C5, C6, C7, L3, D3, oraz C8, C9, D4, i R3, które stanowią układ automatycznej regulacji częstotliwości. Dalej po zmieszaniu sygnału użytecznego z sygnałem generatora następuje odfiltrowanie w równoległym obwodzie rezonansowym wszystkich zbędnych produktów przemiany częstotliwości z wyjątkiem częstotliwości pośredniej 10,7 MHz będącej różnicą częstotliwości odbieranej i częstotliwości heterodyny. Mała impedancja wyjściowa układu US1 NE612 jest dopasowana do impedancji równoległego obwodu wyjściowego poprzez dzielnik pojemnościowy C11, C12. Z kolei dopasowanie obwodu rezonansowego do niewielkiej impedancji wejściowej wzmacniacza p.cz. FM z układem US2 UL1202 jest zrealizowane za pośrednictwem uzwojenia wtórnego filtru 7x7 typu 216. Wzmacniacz US2 zapewnia na wyjściu poziom sygnału użytecznego w granicach od 1 mV do 10 mV przy podłączonej do wejścia głowicy zaimprowizowanej antenie w postaci odcinka przewodu o długości około 75 cm. Jeżeli głowica będzie współpracować z układami UL 1242 , 1244 , 1245 , które do poprawnej pracy wymagają napięć wejściowych nie mniejszych niż 75 m V to taki poziom napięć wyjściowych z głowicy jest wystarczający , Jeżeli jednak nasza głowica ma pracować w odbiorniku wyposażonym w prosty układ detektora stosunkowego np. w odbiorniku Julia Stereo to trzeba zastosować dodatkowy wzmacniacz p.cz. o dużym wzmocnieniu bowiem w przeciwnym razie może okazać się, że nie będzie możliwości poprawnej demodulacji sygnału FM ze względu na pasożytniczą modulację amplitudy powstającą na obwodach rezonansowych w torze p.cz. odbiornika. Całość jest zasilana ze stabilizatora napięcia zrealizowanym na tranzystorze T1 w układzie wtórnika emiterowego.

Konstrukcja i uruchomienie.

Głowicę montujemy zgodnie ze schematem z rys.1 na płytce drukowanej przedstawionej na rys.2 . Rozmieszczenie elementów przedstawia nam rys. 3 . Płytka drukowana została tak zaprojektowana aby można ją było wykonać przy pomocy pisaka z końcówką 0,5mm. W miejscu oznaczonym na płytce w postaci kółka na powierzchni masy przykręcamy śrubkę M3 która posłuży nam później do zamocowania mechanicznego głowicy. Montaż rozpoczynamy od wlutowania zwory oznaczonej na rys.3 jako ZW. W dalszej kolejności lutujemy pozostałe elementy układu z wyjątkiem elementów filtru wejściowego L1, C1, C2, D2, które wmontujemy do naszego układu na koniec. Pozostaje nam jeszcze wykonanie we własnym zakresie cewek L1 i L3. Do tego celu będziemy potrzebować niewielkiej ilości drutu DNE 0,5 i kawałka papieru z którego wykonamy dwa karkasy o średnicy zewnętrznej f =3mm. Na zewnętrznym obwodzie karkasu należy nawinąć starannie zwój przy zwoju 5 zwojów przewodu DNE po czym zalewamy całość klejem wodoodpornym najlepiej szybkoschnącym. W ten sposób wykonujemy dwie cewki z których jedna posłuży nam w obwodzie generatora, natomiast druga po dowinięciu 2 zwojów uzwojenia wtórnego będzie pracować w obwodzie wejściowym. Uzwojenie wtórne nawijamy starannie w tym samym kierunku co pierwotne bezpośrednio na uzwojeniu pierwotnym. Teraz możemy podłączyć potencjometr strojeniowy R5 za pomocą odpowiedniej długości przewodu montażowego. Jako R5 najlepiej użyć potencjometru wieloobrotowego typu Helipot. Teraz po podłączeniu napięcia zasilającego 9 - 18 V sprawdzamy napięcie wyjściowe ze stabilizatora na końcówce 8 US1. Powinno być ono zbliżone do 6,5V. Następnie kontrolujemy zakres przestrajania heterodyny podłączając miernik częstotliwości do końcówki 7 US1. Jeżeli zakres przestrajania jest nieodpowiedni to korekcję całego zakresu pracy heterodyny można uzyskać korygując wartości pojemności C5 i C6. W układzie modelowym zakres przestrajania wynosił od 76,75 - 100,96 MHz. Ten nieco większy zakres przestrajania można ograniczyć w miarę potrzeby przez dolutowanie do potencjometru wieloobrotowego R5 odpowiednio dobranych rezystorów od strony masy (na schemacie punkt B) i od strony plusa zasilania (na schemacie punkt A). Rezystory te lutujemy w razie konieczności bezpośrednio do wyprowadzeń potencjometru R5. Jeżeli w trakcie eksploatacji okaże się, że dla danego typu odbiornika radiofonicznego w którym zostanie zamontowana głowica, zakres przestrajania ARCz (zakres "trzymania" częstotliwości) okaże się zbyt mały to można zwiększyć wartość pojemności C8 zgodnie z własnym uznaniem. Następnie do końcówki 2 US1 podłączamy przez kondensator C3 odcinek przewodu spełniający rolę prowizorycznej anteny a następnie kręcąc potencjometrem R5 staramy się odebrać najsilniejszą stację z zakresu obserwując przebieg wyjściowy sygnału na oscyloskopie podłączonym do wyjścia głowicy. Teraz kręcąc rdzeniem cewki L2 i korygując dostrojenie do stacji za pomocą R5 staramy się zestroić filtr wyjściowy do częstotliwości pośredniej 10,7 MHz . Po tych czynnościach możemy wmontować elementy obwodu wejściowego. Przy antenie o długości 1,5 m dla najsilniejszej stacji radiowej poziom napięcia wyjściowego wynosił 20 mV. Należy przy tym zaznaczyć, że podane tutaj wartości nie są napięciami skutecznymi lecz wartościami szczytowymi zmierzonymi oscyloskopem. Kilka słów wyjaśnienia trzeba poświęcić samej konstrukcji obwodu wejściowego. Otóż wszystkie głowice UKF posiadają obwody wejściowe przystosowane do płynnego kilkupunktowego zestrojenia w trakcie uruchamiania. I rzeczywiście wśród konstruktorów panuje powszechna opinia że najlepsze są obwody przestrajane płynnie. Jednak często okazuje się że filtry zestrojone na stałe, a więc prostsze w budowie i praktycznie nie wymagające uruchomienia, dają lepsze wyniki od źle wykonanych i niestarannie zestrojonych filtrów przestrajanych płynnie. Ma to ogromne znaczenie szczególnie dla początkujących elektroników nie dysponujących z reguły odpowiednim doświadczeniem i oprzyrządowaniem umożliwiającym wykonanie niektórych prac konstrukcyjnych i strojeniowych. Dlatego też zastosowanie obwodu wejściowego zestrojonego na stałe ma swój sens. Oczywiście bardziej zaawansowani elektronicy mogą przeprojektować wejście tak aby była możliwość dwu lub trzypunktowego zestrojenia tegoż wejścia za pomocą np. wobulatora radiowego. Należy wtedy wyposażyć L1 w rdzeń np. miedziany lub mosiężny, który będzie miał możliwość przesuwania się wewnątrz cewki, a wartość C1 zmniejszyć do 10 pF i równolegle do niego dolutować trymer o pojemności 25 pF. Na koniec pozostaje nam jeszcze odpowiednio zaekranować cały układ blachą aluminiową, lub lepiej miedzianą najlepiej posrebrzoną. Ekranowanie za pomocą blachy stalowej nie jest zalecane w urządzeniach pracujących na wysokich częstotliwościach ze względu na tłumienie wnoszone do obwodów rezonansowych. Należy jeszcze pamiętać o połączeniu ekranu z masą głowicy, oraz o tym aby powierzchnie ekranów nie znajdowały się zbyt blisko ścieżek i elementów ponieważ wprowadzi to do układu dość duże pojemności montażu rozstrajające cały układ. Po wykonaniu wszystkich wyżej wymienionych czynności możemy uważać naszą głowicę UKF za zmontowaną i zestrojoną.

Wykorzystanie głowicy.

Dalsze nasze postępowanie jest uzależnione od celu w jakim wykonaliśmy głowicę. Jeżeli ma ona posłużyć do przestrojenia starego odbiornika radiowego to dalszą pracę należy poprzedzić zdobyciem schematu przestrajanego radia. Pamiętajmy że praca bez schematu nie zapewni nam końcowego sukcesu, a dodatkowo rośnie prawdopodobieństwo popełnienia jakiegoś destrukcyjnego błędu. Kierując się schematem należy z odbiornika wymontować wszystkie elementy starej głowicy UKF pozostawiając ewentualnie wzmacniacz p.cz. i filtr ceramiczny. Następnie należy zamocować mechanicznie, wykonaną przez nas głowicę wewnątrz radia, za pomocą śrubki M3. Potem podłączamy napięcie zasilające które powinno zawierać się w granicach od 9 do 18 V. W tym celu można użyć napięcia wykorzystywanego przez poprzednią głowicę lub lepiej skorzystać bezpośrednio z napięcia podawanego przez zasilacz odbiornika. W dalszej kolejności łączymy wyjście głowicy z wejściem toru p.cz. odbiornika. Jeżeli jest to konieczne ze względu na odległość łączonych punktów to połączenie wykonujemy przewodem ekranowanym pamiętając aby ekran lutować do masy tylko z jednej strony kabla. Dzięki temu unikniemy wnoszenia zniekształceń przez prądy przypadkowo płynące ekranem. Pozostaje nam jeszcze podłączyć układ ARCz o ile takowy istnieje w odbiorniku i wejście antenowe z gniazdem antenowym odbiornika. Pamiętajmy że wejście naszej głowicy jest wykonane jako niesymetryczne o impedancji charakterystycznej 50 - 75 W . Dlatego w razie konieczności montujemy na tylnej płytce odbiornika gniazdo koncentryczne antenowe. W przypadku kiedy stara głowica była przestrajana pojemnością lub indukcyjnością to należy jeszcze wygospodarować miejsce na zainstalowanie potencjometru strojeniowego w jakimś dogodnym dla nas miejscu. Jeżeli głowica była wcześniej przestrajana napięciem to istnieje w większości przypadków możliwość wykorzystania starych mechanizmów przestrajania, tak aby współpracowały z nową głowicą UKF i wtedy nie trzeba montować dodatkowo rezystora R5. Należy jednak pamiętać że w takim przypadku zakres napięć przestrajających może okazać się nieodpowiedni dla nowej głowicy i konieczne okaże się wtedy skorygowanie tych napięć (w większości odbiorników jest to możliwe) a jeśli nie jest to możliwe, to należy skorygować wartości odpowiednich elementów generatora lokalnego. Oczywiście nie wszyscy czytelnicy zechcą budować tę głowicę aby przestrajać nią stary odbiornik UKF. Niektórzy zapewne zechcą zbudować na bazie tej konstrukcji własny amatorski odbiornik radiowy. Można wtedy wykorzystać jako tor p.cz. układ UL 1244, który nie jest co prawda już nową konstrukcją, lecz za to jest tani, łatwo dostępny, i posiada prosty schemat aplikacyjny. Z wyborem wzmacniacza m.cz. nie będzie zapewne kłopotu ze względu na duży wybór tego rodzaju układów. Ci którzy zechcą wykorzystać głowicę do odbioru sygnałów z pasm amatorskich powinni wykonać filtr wejściowy jako przestrajany płynnie ze względu na konieczność kilkupunktowego zestrojenia obwodu wejściowego i heterodyny. Należy również zwrócić uwagę na uzyskanie jak najlepszej współbieżności przestrajania tych obwodów, ponieważ w zastosowaniach radiokomunikacyjnych ma to ogromne znaczenie. Konstrukcja toru p.cz. odbiornika radiokomunikacyjnego znacznie różni się od rozwiązań stosowanych w radiofonii powszechnego użytku, jednak dokładne ich omówienie przekracza ramy tego artykułu.