Приемник с директно преобразуване на честотата за софтуерно радио

Приемникът работи от 1.8 до 14 MHz с показаните на принципната схема елементи. С външен хетеродин ще работи от 500 KHz до 18 MHz. Всички интегрални схеми (ИС) са с стандартния DIP корпус и се монтират с цокъл. При поставяне на подходящи чипове диапазонът може да се разшири до 30 MHz. Повечето пасивни елементи са за повърхностен монтаж (SMD) и са монтирани от другата страна на платката. За да се облекчи ръчния монтаж е използуван най-големия габарит 1206.

MHzMТова не е само приемник за софтуерно радио, но и един пълноценен самостоятелен приемник с директно преобразуване на честотата, който може да се използува без да е необходим компютър.

Пълна принципна схема на приемника е показана на файла SD-RX_sch_212.pdf или SD-RX_sch_212.gif . Снимки на монтирана платка са показани на Фиг.1. и 2. Тези снимки, но с високо качество може да изтеглите от тук: SD-RX_comp­_view.jpg и SD-RX_smd_view.jpg .

.

Фиг.1

Фиг.2

1. Схема

Конструкцията има различни режими на работа и затова има превключващи мостове (джъмпери).

Приемникът притежава два генератора (хетеродина), които могат да се превключват. Единият е кварцов генератор с два превключваеми кварца, който се използува при вариант софтуерно радио. Сигналът се взима от капацитета С52, където спектърът е много чист и с ниско ниво на хармонични. Другият генератор е променлив (VFO) и работи в обхвата на 28 МХц. Той служи за плавна настройка и се използува в режим на независим приемник с директно преобразуване или софтуерен приемник. Приемникът има един допълнителен двуканален нискочестотен усилвател за слушалки. Всички останали блокове са описани в предишната статия Софтуерно радио. Предвидена е възможност за работа или с еднополярно 5V захранване или двуполярно +5 и -5V. Изправителят или акумулаторите са външни. Външният изправител трябва да има много добро изглаждане, защото приемникът има голямо усилване по ниска честота.
2. Елементи

Използувани са елементи , които могат да се доставят у нас.(магазин Комет Електроникс, www.comet.bg ).

Първият операционен усилвател трябва да е с много нисък шум защото той определя до голяма степен чувствителността на радиото. Препоръчваме TS462 (внася се от Farnell www.farnell.com чрез Комет) защото е сравнително евтин и има превъзходни шумови и динамични характеристики. Този усилвател работи добре при ниско еднополярно захранва (rail-to rail), но може да се използува и при двуполярно захранване от +-5V. Популярният TL072 ще работи добре при двуполярно захранване.

Крайният НЧ усилвател трябва да дава голям ток защото е натоварен с нискоомни слушалки 16 – 40 ohm. Захранен е еднополярно. Препоръчваме TLV2764 (Texas Instr. via Farnell, rail-to-rail) защото ще получите висока динамика и високо качество на сигнала в слушалките, което този приемник заслужава. За проби могат да се използуват масовите TL064, но да се има предвид че те ограничават изходния сигнал при сравнително по-слаби сигнали и качеството на приемане ще е компромисно.
2.2 Цифрови ИС

Цифровите схеми са стандартни, но за да се работи на честоти над 18 MHz трябва да се сложат чипове от серията 74AC. Смесителят е с ключа 74НС4052 и ще работи до 18 МХц. Има известна разлика между отделните производители на този ключ. Някои от чиповете не работят добре на 14 МХц при еднополярно захранване, но при двуполярно няма проблем. При използуване на двуполярно захранване скоростта на превключване се увеличава, както и динамичния диапазон на радиото. Предвидена е възможност да се постави и друг смесителен чип – на платката има допълнителен куплунг за поставяне на платка с друг смесител – например бързият ключ FST3253 (74CBT3253). Изобщо съветваме да се използуват цокли за всички интегрални схеми за да може да се експериментира с различни чипове.

За VFO се използува популярният JFET 2N5486. Могат да се използуват J309,J310,MPF102, КП303 и др.

Всички резистори и кондензатори са SMD размер1206. Всички кондензатори в кръга на VFO трябва да с нулев температурен коефициент C0G. Тримерът във VFO С46 трябва де е с нулев температурен коефициент. Керамичните тримери на стават, за тази цел трябва да се използува тример с пластмасова изолация, ( например тример тип 11339 (кафяв) от Reichelt www.reichelt.de – доставка чрез магазините на Conrad) .

Навива се на тороид. Изрязвате 3 проводника с дължина 13 см всеки, с изолация с различни цветове. Могат да се вземат от парче UTP кабел (за компютърни мрежи). Трите проводника се усукват заедно и се навиват 5 навивки. Броят на навивките е равен на броя на промушванията на проводника през отвора на тороида. Свързваме начало с край на две от намотките и това е средния извод на трансформатора. Третата намотка е независима. Намотката трябва да е стегната и да се използват максимално къси изводи.

Навива се на пластмасово тяло с диаметър 9 мм. (например от флумастер). Пробиват се по два отвора в началото и края на тялото за закрепване на изводите. Правят се 12 навивки плътно една до друга и стегнато. Индуктивността трябва да е около 0.8 uH.

Ако се използува VFO, към платката се свърза външен въздушен променлив кондензатор С44. Може да се използува кондензатор от концертни приемници и то само една от секцииите за УКВ обхвата. Средновълновият кондензатор също може да се разлее с малък последователен капацитет, но настройката става неравномерна. Необходимият капацитет на изменение на кондензатора е около 5- 6 pF за да може осцилатора да се настройва от 28 до 30 MHz.

Eто примерни стойности с два различни променливи кондензатора:

С44 = 4 - 30pF, C43 = 18 pF, C47 = 0 pF, F = 27.8 – 30.6 MHz

С44 = 7 - 20pF, C43 = 33 pF, C47 = 0 pF, F = 27.8 – 30.6 MHz

Варикап

Настройката може да става и с варикап, като е използуван изправителният диод 1N4007. Добри работи като варикап при ниски захранващи напрежения. Той е температурно по-нестабилен от променливия кондензатор и трябва да се избягва голямо честотно покритие. Най-добре е да се използува само за донастройка. При дадените на схемата стойности изменението на честотата е около 40 KHz. При стойност на С60 = 8.2 pF покритието е 560 KHz.

Списък на елементите е даден в файла: SD-RX_parts_212.xls (Exel формат) или SD-RX_parts_212.pdf

Монтажните схеми са показани на файловете: SD-RX comp_212.pdf ,

SD-RX_smd_212.pdf SD-RX_ comp_212.jpg, SD-RX_smd_212.jpg . Първо се монтират SMD елементите от едната страна. Трябва да имате поялник с тънка човка, тинол 0.5 мм, фина немагнитна пинцета. На едното петно за запойване на елемента се натрупва малко припой, но бързо за да остане малко флюс. Чипчето се запойва към площадката като се придържа с пинсетата за да е добре центрирано. След това спокойно запойвате и другото петно. Изобщо при монтаж на SMD елементи най-пипкавата част е центрирането и запойването на първото краче. Внимавайте да не объркате кондензаторите, защото те не са маркирани по стойност.

Монтажът на обикновените елементи е в следната последователност: пасивни елементи, транзистори и диоди, цокли на ИС и най-накрая куплунги. Ориентирайте се по снимките за начина на монтаж и кои елементи къде се използуват.

Изходните куплунги са тип RCA (чинч). Поради това, че на нашия пазар не можа да се намери стабилен доставчик на евтини еднотипни RCA куплунги, отворите за куплунгите на платката са пробити с минимален диаметър. В зависимост от това, какъв тип куплунг се намери, всеки сам ще си разпробие допълнително платката. Същото се отнася и за J2 3.5 мм куплунг за слушалките. Ако радиото се монтира в кутия, всички тези куплунги могат да се закрепят на предния и задния панел и проблемът с отворите отпада.

При монтаж на потенциометъра R9,10 на платката, отворите да се разширят със свредло 1мм.

• 
  Конфигурирайте радиото за избрания от вас режим съгласно предишната точка. X13 вкл. като IC6 ще дели на 2 и приемникът ще бъде на диапазон 7 MHz. Поставете кварц 30 MHz на цокъл F1.
  
• 
  Включете радиото и проверете захранващите напрежения на крачетата на интегралните схеми. Проверете стабилизатора – 4.5 V в т. Х0 . Проверете консумацията от +5V. виж. SD-RX_DC_Param.xls файла .
  
• 
  Най-добре настройката първоначално да се прави с кварцовия генератор. Х21, Х23,Х26 вкл. Проверете дали работят генераторите, като ги слушате с друг приемник. С тримера С52 се наглася максимална амплитуда на изхода на генератора. Амплитудата трябва да е около 3V рр.
  
• 
  Поставете 50 ома товар на входа на антената. Измерете постояннотоковия режим на работа на операционните усилвателите. На изходите им трябва да има приблизително половината от захранващото им напрежение.
  
• 
  С осцилоскоп може да наблюдавате дали в т. СР5 и СР6 има дефазирани на 90 град правоъгълни импулси с запълване 1:1.
  
• 
  Махнете товара, включете антена и слушалки и слушайте. Приеманата честота е 7.5 MHz и трябва да чуете концертни станции. Ако включите Х14 ще приемате в SSB частта на 80м банд.
  
• 
  Изпробвайте си звуковата карта. Тя трябва да има работещ стерео вход Line-in.
  
• 
  Включете радиото към звуковата карта и стартирайте някоя от споменатите програми. За настройка може би е най-добре да ползувате Winrad www.weaksignals.com . Ако имате сигнал-генератор ще видите сигнала на дисплея. Ще видите също така и огледалната честота точно симетрично на центъра на спектралния дисплей. Първоначално в програмата трябва да се изключи софтуерната корекция. Некоригираното потискане трябва да е около 30 – 35 dB. От тук нататък допълнително потискане става софтуерно – прочетете внимателно ръководствата за работа на програмите.
  
• 
  Настройте VFO в желания честотен диапазон с помощта на С46. Амплитудата трябва да е около 3V рр.
  
• 
  Най-критичен е най-високочестотния обхват където се работи с 2 пъти по-висока честота на осцилатора – в случая 14 MHz. Ако потискането на огледалната честота е малко и то само на този банд, или софтуерното потискане води до странни стойности на корекциите за усилване и фаза, то това обикновено означава че има проблеми с бързината на чиповете. Първо – сложете 74АС86, след това пробвайте 74НС4052 от друг производител или работете с двуполярно захранване.
  

Приемникът работи с външно захранване. Ако се използува мрежово захранване, то трябва да е изгладено много добре защото приемникът има голямо усилване по ниска честота. Препоръчваме да се използува захранване с 4 акумулатора ( или батерии, размер АА). Автономното захранване прави радиото преносимо, освен това се избягва проблемът с паразитните връзки между корпусите на отделните устройства, тъй като радиото се свързва към звуковата карта на компютъра.

Ако сте перфекционисти и искате да получите максимума от това радио, ще трябва да използувате двуполярно захранване – иначе и с еднополярно резултатите са много добри. При двуполярно захранване динамичният диапазон и максималната работна честота се увеличават.

Еднополярно: За IC2 трябва да се използува операционен усилвател, който работи добре на ниски захранващи напрежения - от 0 до 5 V (т.нар rail-to-rail). Джъмперите Х9 изкл., Х10 вкл., Х1 изкл.

Двуполярно Джъмперите Х9 вкл., Х10 изкл. Х1 вкл.
5.2 Избор на генератор

С Х20,21,22 се избира кой генератор се подава на входа на компаратора. С Х25,Х26 се избира къде да се подаде захранване.

За да се работи само като софтуерно радио не е необходимо да се монтира IC3.

Включете изходите J3,4 към двата входни Line-in канала на звуковата карта. Свързващите кабели към входа на звуковата карта трябва да са качествено екранирани. Някои от готовите китайски кабели по магазините на практика нямат ширмовка. Съобразете се с препоръките за компютъра и звукова карта от предишната статия. Ако картата няма стерео вход тя не може да се използува. Заредете някои от препоръчаните софтуери и слушайте.
5.5 Приемник с директно проеобразуване

Трябва да се избере режим с VFO. Има диодни ограничители, които служат за предпазване на слуха и слушалките от много силни сигнали, тъй като радиото няма АРУ. За да слушате обаче висококачствено е необходимо да се изключат ограничителните диоди с Х6 и Х7.

В този режим не е необходим компютър и приемникът може да се използува самостоятелно. Това е един двуканален приемник като на двете слушалки се подават сигнали дефазирани на 90 градуса. Това е бинаурално приемане, при което се появява пространствен ефект. Сигнали с честота по-ниска от опорната се чуват от едната страна на пространството, а тези с по-висока от другата. Ефектът е много приятен и вероятно се получава някакво подобрение на разбираемостта дължаща се на работата на мозъка.
5.6 Допълнителни кондензатори.

Към Х2,Х3,Х4 и Х5 могат да се свържат допълнителни кондензатори паралелно на С5, С6, С7 и С8. По този начин се ограничава ширината на лентата на пропускане. С дадените на схемата стойности, радиото има приблизително 40 KHz лента за случай на софтуерно радио при 96 KHz самплиране. При използуване като приемник с директно преобразуване там могат да се свържат паралелни кондензатори например с стойност 0.47 uF. При този случай лентата ще се стесни до около 2 KHz.

Към куплунга J5 може да се свърже външен генератор например DDS. Необходима минимална амплитуда около 2 V pp. C42 трябва да се подбере (при малка амплитуда може да се увеличи до 1 nF) за да се получи устойчиво превключване на компаратора IC5b. При ниска амплитуда на външният генератор не може да се гарантира симетричност на изходните импулси на компаратора IC5b (меандър с съотношение 1:1). Това ще доведе до недостатъчно потискане на огледалния канал, когато не се използува брояча IC6a. (режим делене на 2, 4 и т.н.). (При делене на честотата, на изхода на брояча винаги има симетрични импулси независимо от асиметричостта на входните.) По тази причина някои предпочитат генераторът винаги да е с 4 пъти по-висока честота от приеманата. Ако външният генератор работи с 4 пъти по-висока честота за обхвата 14 MHz е задължително за IC5 да се използува чип 74AC86.

На платката има втори куплунг за захранване на някакво допълнително устройство към радиото – например ВЧ усилвател и т.н.

Приемникът може да се запуши като се подаде логическа 0 на входа RX_mute, когато радиото се използува заедно с друг трансивер или подобна предавателна част.

На Х31 са изведени изводите на втория делител на 74НС393, като те могат да се подадат към смесителя през Х17. По този начин радиото ще работи и на много ниски честоти – средни и дълги вълни.

При Х28 вкл. входът на приемника е асиметричен – например антена с коаксиален кабел. При Х28 изкл. входът става до известна степен симетричен и при използуването на симетрична антена могат да се избягнат някои местни смущения.

Трябва да се знае, че този приемник не работи добре с случайна антена. Антената трябва да е настроена и да има импеданс 50 – 100 ома. При случайна антена ключовият смесител е захранен с неизвестен импеданс и то с реактивна съставяща. Чувствителността пада и балансът се нарушава драстично, което води до намаляване на потискането на огледания канал. При случайни антени трябва да се използува предусилвател. Едно такова просто решение, ще бъде публикувано в друга статия.
5.12 Свързване на външен честотомер

На Х29 СР4 и 5 може да се свърже външен честотомер за отчитане на приеманата

честота.

5.13 Свързване на друг смесител

Когато се махне IC1 от цокъла на това място може да се постави малка платка с изводи, които влизат от едната страна в лявата колонка от цокъла на 4052 и от другата в Х33. Там може да се монтира смесител от друг тип за експерименти. За бъдеще може да разработим такава платка за бързия смесител 74CBT3253 (работи само с еднополярно захранване).

В файла SD-RX_DC_Param.xls са дадени резултатите от постояннотоковите измерванията направени с прототипа.

Измерените високочестотните параметри съвпадат с дадените в Софтуерно радио .
7. Полезни снимки
Фиг.3

Монтиране на бобината на VFO. Навита е на тяло от флумастер. Залята е с пистолет с горещ течен полиетилен за да се укрепят намотките. Куплунгът за потенциометъра на варикапа е ъглов защото кабелът не бива да минава близо до бобината. Забележете, че тримерът С46 е с полиетиленова изолация за да има нулев температурен коефициент.

Монтиране на бърз смесител с чип FST3253 на допълнителна платка. 74НС4052 се изважда от цокъла и там се поставя платката – виж Х33.

Монтиране на допълнителни филтърни кондензатори C5,6,7, C8 по 330 nF, когато радиото се използува само като приемник с директно преобразуване – без компютър. Използуват се единични гнездови редички на които се запойват smd кондензаторите. Куплунгите се поставят в гнездата Х2,Х3 и Х4,Х5. Поставянето на тези кондензатори стеснява приеманата лента още от входа.

Монтиране на нестандартни RCA (Cinch) куплунги. Куплунга се сгъва в формата на делта. Закрепващите корпуса изводи са доста широки трябва да се изтънят. Водещите отвори на платката се пробиват с свредло 2.5мм.

Има готови преходници от RCA към BNC куплунг в магазин Conrad. Забележете, че на един от проходните отвори за земята (до етикета) е запоен контролен шифт за да се свърже там измерителен уред.

Променлив кондензатор от концертно радио се използува в VFO. Вторият потенциомеър управлява варикапа D7.

Приятно гледане и слушане,

73 от Кирил LZ2ZK & Чавдар LZ1AQ