Warsztat amatora #004 - RX Zero IF
Nadszedł ten moment, kiedy to mogę zaprezentować ukończony odbiornik homodynowy, czyli z zerową przemianą częstotliwości.
W artykule tym zostały opisane dwa moduły. Pierwszy z nich to układ zasilania homodyny, a drugi to budowa samego odbiornika oraz wzmacniaczy małej częstotliwości.
Nie jest to pierwszy układ homodyny, który zbudowałem. Jednak na pewno jest to pierwszy odbiornik tego typu, który wykonałem od samego początku do końca.
PCB układu zasilania homodyny.
Projektowany układ zasilania posiadał dwa nadrzędne cele:
– budowa układu filtru wejściowego tłumiącego zakłócenia pochodzące od zewnętrznych zasilaczy,
– bufor prądu dla układu ESP 8266, którego DevKit nie posiada i pracujący nadajnik WiFi powoduje słyszalne, impulsowe zakłócenia w torze małej częstotliwości.
Podano w symulacji sygnał sinusoidalny na wejście układu o amplitudzie 100 mV oraz częstotliwości kolejno 250, 400 i 1000 Hz. Efekty symulacji w programie LTSpice prezentują grafiki przedstawione poniżej.
Na tej podstawie stwierdzono, że efekt tłumienia jest zadowalający i taka prosta konstrukcja na wejściu z powodzeniem powinna się sprawdzić, w związku z czym kolejnym krokiem było zaprojektowanie kompletnego układu PCB poszerzonego już o stabilizatory napięcia.
W taki sposób powstał schemat dla PCB układu zasilania. Całą płytkę powiększono o bezpiecznik na wejściu zasilania oraz wykonano dwa układy stabilizacji zasilania; dla 9 V oraz 5 V DC.
Napięcie 5 V posłuży do zasilania układu Remote VFO, który opisałem we wcześniejszej publikacji oraz drugiego i trzeciego stopnia wzmocnienia układu małej częstotliwości.
Natomiast 9 V będzie poziomem zasilania przeznaczonym dla pracy odbiornika i do zasilania pierwszego stopnia wzmocnienia małej częstotliwości. To zapewni możliwość pracy całego układu już przy zasilaniu na poziomie około 10.5 V DC.
W zasadzie po kilku godzinach pracy otrzymano gotowy projekt PCB układu zasilania w programie KiCAD.
Należy tu zaznaczyć, iż cały czas od pierwszego elementu jakim były filtry pasmowe trzymam się jednego wymiaru płytki PCB oraz rozmieszczenia na nich otworów montażowych.
PCB układu odbiornika homodynowego.
Grafika poniżej prezentuje gotowy schemat układu odbiornika homodynowego, opartego w swojej budowie na układzie CEMI UL1042. Układy te są tanie i nadal dostępne na rynku w sprzedaży (listopad 2023), dlatego też postanowiłem użyć właśnie tego modelu.
Poza wymienionym wyżej układem, rezystorami i kondensatorami w rozmiarze SMD 1206 do budowy odbiornika potrzebne są jeszcze:
– tranzystor NPN BC547C w obudowie TO92,
– potencjometr montażowy 10 kΩ,
– potencjometr obrotowy 47-100 kΩ o charakterystyce logarytmicznej,
– moduł wzmacniacza stereo PAM8304 w wykonaniu na PCB<
– głośnik 2-3 W i impedancji 8 Ω.
Tranzystor BC547C pracuje w układzie potencjometrycznego zasilania bazy ze sprzężeniem emiterowym. Jest on pierwszym stopniem wzmacniacza sygnału małej częstotliwości, pracującym w klasie A. Sygnał wzmacniany jest napięciowo z poziomu około 20 mV do poziomu 100-110 mV. Taki poziom wzmocnienia m.cz. można uzyskać na samym układzie UL1042, jednak wszystkie moje próby, które wykonałem, wzmacniały również bardzo poziom szumów na wyjściu. Dlatego też zdecydowałem się, aby spolaryzować układ w sposób dający najmniejszy, słyszalny poziom szumów wykorzystując do pracy opisany wzmacniacz tranzystorowy.
Kolejne stopnie wzmacniacza zostały zrealizowane w bardzo nietypowy sposób, ponieważ układ PAM8304 jest to wzmacniacz stereo pracujący w klasie D. Pewnego dnia przeglądając kartę producenta zauważyłem, że można uzyskać wzmocnienie napięciowe na układzie na poziomie ok 23-24 dB / kanał. Poziom tego wzmocnienia jest regulowany za pomocą rezystancji Ri. Postanowiłem spróbować i wykorzystać kanał lewy jako drugi, regulowany stopień wzmocnienia, a kanał prawy miał mi posłużyć za ostatni stopień wzmocnienia – wyjście głośnikowe. Aby jednak układ pracował, na wyjściu sygnału należy zastosować kondesator filtrujący, potencjometr w celu regulacji amplitudy sygnału oraz wykorzystać masę sygnału wejściowego. Potencjometr RV1 odpowiada zatem za dopasowanie sygnału między drugim i trzecim stopniem. Natomiast potencjometr przyłączony do J5 służy do regulacji poziomu głośności.
Kondensator C6 1nF jest wprowadzony do schematu, aby obniżyć poziom sygnału wejściowego. W przypadku jeśli mamy problem z Broadcastem stacji AM w paśmie 40 m jego zastosowanie skutecznie go wycina. Niestety jest to również kosztem sygnałów użytecznych. Natomiast to rozwiązanie bardzo dobrze sprawdza się, gdy chcemy używać homodyny wieczorami, wtedy gdy słyszalność stacji AM jest największa. Jest to rozwiązanie kompromisowe.
Wszystko testowano na płytce stykowej, jednocześnie zmieniając różne elementy pasywne. Ostatecznie do budowy PCB posłużyła konfiguracja zaprezentowana powyżej na schemacie elektrycznym.
Projektowanie PCB i używanie płytki stykowej do prototypowania nie jest najlepszym pomysłem w radiotechnice. Sygnały te z braku dobrego odseparowania, czy też ekranowania często oddziaływują na siebie wzajemnie, pojawiają się niechciane pojemności, przydźwięki. Często też zdarza się, że coś nie łączy prawidłowo i nawet prawidłowo poskładany układ nie chce się uruchomić lub otrzymujemy pomiary sprzeczne z założeniami.
Mimo tych problemów otrzymano w efekcie końcowym płytkę odbiornika. W tym momencie podjęto się próby poskładania i uruchomienia już całości.
Ostatnim elementem, który został zastosowany w odbiorniku był prosty filtr dolnoprzepustowy, zamontowany już przy samym głośniku. Głośnik powinien mieć charakterystykę tłumienia na poziomie 12 dB/oct oraz częstotliwość fc na poziomie 1600 Hz. Taki układ bardzo dobrze przenosi jeszcze częstotliwości do 3 kHz, jednocześnie skutecznie tłumi powyżej.
Kończąc pracę z tym odbiornikiem, zaprojektowano dla niego obudowę, którą można wykonać na drukarce 3D. Poszczególne płytki połączono na dystansach o długości 30 mm. Dzięki temu uzyskano zgrabną konstrukcję odbiornika, które nie jest wielkich rozmiarów. Odbiornik charakteryzuje się dobrą czułością, niskim szumem własnym, przyjemnym dźwiękiem audio i niecodziennym układem sterowania.
Pliki do pobrania do budowy układu zasilania:
Zapraszam do materiału wideo, gdzie można posłuchać w jaki sposób pracuje zbudowany przeze mnie odbiornik.
Listopad 2023 r.