Осциллограф-ваш помощник

Проверяем рефлексный приемник

Это, пожалуй, наиболее популярная конструкция среди начинающих радиолюбителей. Подкупает такой приемник своей простотой, небольшим ассортиментом деталей и сравнительно высокой чувствительностью. Хотя потребляет он от источника питания немного энергии, громкость звучания малогабаритного головного телефона достаточна, чтобы прослушивать, скажем, радиостанцию «Маяк» на расстоянии сотен километров от передающей антенны.

По сравнению с приемником прямого усиления рефлексный обладает, к сожалению, недостатком — он сложен в налаживании, более склонен к самовозбуждению. И нередко начинающий конструктор остается в унынии, так и не добившись от приемника желаемых результатов. Вот почему разговор пойдет о проверке и налаживании рефлексного приемника с помощью осциллографа и изготовленных ранее генераторов 3Ч и РЧ.

Но сначала о самом приемнике. Лучше всего воспользоваться конструкцией, разработанной в кружке физико-технического творчества Ишеевской средней школы под руководством П. П. Головина. Схема приемника приведена на рис. 43. На ней буквами обозначены контрольные точки, в которых будем просматривать с помощью осциллографа сигналы и проверять режимы работы транзисторов.

Рис. 43

Колебательный контур магнитной антенны WA1, составленный из катушки индуктивности L1 и конденсаторов С1, С2, настроен на несущую частоту принимаемой радиостанции. Через катушку связи L2 сигнал поступает на усилитель РЧ собранный на транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой усилителя для колебаний РЧ служит катушка L3 радиочастотного трансформатора. С ней индуктивно связана катушка L4, с которой колебания подаются на детектор, выполненный на диоде VD1. На нагрузке детектора (резистор R5) выделяется сигнал 3Ч, конденсатор С7 фильтрует радиочастотную составляющую продетектированных колебаний.

Через цепь R4C4 сигнал 3Ч поступает на тот же усилитель из двух транзисторов, но теперь нагрузкой его для таких сигналов будет головной телефон BF1 из него и слышна радиопередача.

Чтобы принимать радиостанцию «Маяк», длина волны которой равна 547 м (частота — около 548 кГц), катушка L1 должна содержать 75 витков, a L2 — 8 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,15 мм, намотанных на отрезке стержня диаметром 8 и длиной 50 мм из феррита 400НН. Предварительно на стержень надевают бумажный каркас длиной 40 мм. На одном из концов каркаса наматывают виток к витку катушку связи, а на оставшейся поверхности размещают контурную катушку. Катушки радиочастотного трансформатора наматывают на кольце типоразмера К7х4х2 из феррита 400НН (можно 600HH); L3 содержит 65 витков, a L4 — 170 витков провода ПЭВ-1 0,1, намотанных равномерно по всей длине кольца. Конденсатор CI подбирают в процессе налаживания приемника такой емкости, чтобы приемник оказался настроенным точно на частоту радиостанции при среднем положении ротора подстроечного конденсатора С2.

Предварительно детали приемника собирают на макетной панели, чтобы проверить и подобрать (если это понадобится) режимы работы транзисторов, настроить колебательный контур магнитной антенны, определить правильность подключения выводов катушек L3, L4. Так же поступите и вы, тем более, что наша цель — не столько собрать готовую конструкцию, сколько познакомиться с происходящими в приемнике процессами и научиться управлять ими.

Входную цепь приемника немного измените (рис. 44) — используйте вместо подстроечного конденсатора переменный (например, КП-180) и временно установите конденсатор С1 емкостью 200 пФ. Подсоедините щупы осциллографа к выводам катушки связи L2, а колебательный контур подключите через конденсатор C_св к зажиму ХТ3 генератора РЧ (зажим ХТ4 можно с контуром не соединять).

Рис. 44

Генератор РЧ придется также немного перестроить — ведь он перекрывал частоты 750…1500 кГц (длины волн 400…200 м), более высокие по сравнению с необходимыми для нашего случая. Поэтому параллельно конденсатору переменной емкости генератора (С2 на рис 32) подключите постоянный конденсатор емкостью 300 пФ и генератор будет перекрывать частоты 500…680 кГц (600.. 440 м).

Но сразу устанавливать частоту генератора равной частоте выбранной радиостанции не следует, поскольку при проверке и налаживании приемника будут помехи от сигналов радиостанции. Поэтому лучше установить более высокую либо более низкую частоту, скажем, 660 кГц (длина волны 450 м, длительность одного колебания 1,5 мкс). Кроме того, колебания генератора должны быть немодулированы (ручка «Амплитуда» на генераторе 3Ч выведена), а их амплитуда максимальна.

Теперь все готово к настройке контура магнитной антенны. Питание приемника в этом случае включать не нужно. На осциллографе устанавливают максимальную чувствительность, автоматический режим работы генератора развертки, внутреннюю синхронизацию, открытый или закрытый вход. Плавным вращением ротора конденсатора переменной емкости приемника добиваются максимального размаха колебаний (наибольшей высоты «дорожки») на экране осциллографа, как это делали при проверке работы детекторного приемника. Если это получается лишь в крайнем положении ротора, изменяют соответственно емкость конденсатора С1 (ее уменьшают, если ротор находится в положении минимальной емкости, и наоборот).

Затем генераторы 3Ч и РЧ можно временно выключить, подать на приемник питание и проверить режимы работы транзисторов в контрольных точках. «Земляной» щуп осциллографа остается в этом случае подключенным к общему проводу приемника (минус источника питания), как показано на рис. 44.

Осциллограф по-прежнему работает в автоматическом режиме с открытым входом, его линию развертки смещают на нижнее деление шкалы (рис. 45) и устанавливают кнопками входного аттенюатора чувствительность 0,2 В/дел.

Далее касаются входным щупом осциллографа вывода базы транзистора VT1 (контрольная точка б). По отклонению линии развертки (рис. 45, б) определяют напряжение смещения на базе. Затем касаются вывода коллектора (точка в) транзистора и определяют напряжение на нем (рис. 45, в). Зная напряжение питания (1,5 В), напряжение на коллекторе и сопротивление резистора нагрузки R2, нетрудно подсчитать по закону Ома коллекторный ток транзистора (током базы, также протекающим через резистор R2, можно пренебречь — он весьма мал). В данном случае он составит около 0,25 мА, что допустимо для первого каскада, усиливающего сравнительно слабые сигналы.

Подобные измерения проводят и для второго транзистора, измеряя напряжения на его базе (точка г) и коллекторе (точка д). Правда, в последнем случае чувствительность осциллографа придется установить 0,5 В/дел. Но подсчитать по результатам измерений коллекторный ток транзистора не удастся, поскольку разница напряжений источника питания и на коллекторе транзистора на осциллографе практически незаметна. В подобных случаях измеряют падение напряжения непосредственно на нагрузке. В нашем варианте «земляной» щуп осциллографа следует подключить к выводу коллектора транзистора VT2 (точка д), а входной щуп — к плюсовому выводу источника питания. Установив соответствующую чувствительность осциллографа, удастся определить падение напряжения на нагрузке — головном телефоне BF1 (катушку L3 можно не учитывать из-за ее малого омического сопротивления). Оно составит примерно 0,1 В. Поскольку сопротивление телефона ТМ-2А равно 130 Ом, коллекторный ток транзистора составит 0,1 В: 130 Ом ~= 0,77 мА, что также приемлемо для данного каскада.

Вы, конечно, заметили, что при переключении чувствительности осциллографа, работающего с открытым входом и подключенного к исследуемой цепи с постоянным напряжением, приходится отключать входной щуп и устанавливать линию развертки на условный «нуль» отсчета. Чтобы упростить эту операцию, временно «закройте» вход осциллографа, установите нужную чувствительность, сместите линию развертки на нужную точку отсчета и только после этого «откройте» вход. Эта «маленькая хитрость» избавит вас от необходимости отключать входной щуп.

Настало время проконтролировать прохождение сигнала РЧ через каскады приемника и его детектирование. Но сначала нужно разомкнуть цепь сигнала 3Ч в точке соединения конденсатора С4 с резистором R4 (помечено на схеме крестиком). На колебательный контур магнитной антенны вновь подают немодулированный сигнал РЧ, а входной щуп осциллографа подключают к катушке связи (точка а). Измеряют размах колебаний на резонансной частоте контура. Предположим, что он равен 0,036 В. т. е. 36 мВ (рис. 46, а).

Такой же сигнал должен просматриваться и в точке б (на базе транзистора VT1). А вот на коллекторе транзистора VT1 (точка в) должен наблюдаться усиленный сигнал (рис. 46, в). Коэффициент усиления каскада нетрудно подсчитать делением размаха колебаний коллекторного сигнала на размах колебаний базового сигнала. Результат получится не очень большим (в данном случае около б), хотя сам транзистор обладает коэффициентом передачи и несколько десятков единиц.

Рис. 46

И, естественно, вы ожидаете такого же усиления сигнала.

Но дело в том, что нагрузкой каскада по переменному току является не столько резистор R2, сколько входная цепь последующего каскада, обладающая меньшим сопротивлением. Она и снижает усиление. Хотите в этом убедиться?

Отключите от коллекторной цепи транзистора VT1 конденсатор С5 — и размах колебаний в точке в резко возрастет, а значит, возрастет и коэффициент усиления каскада.

Восстановите соединение конденсатора С5 с коллекторной цепью и подключите входной щуп осциллографа к выводу базы (точка г) транзистора VT2 — изображение сигнала будет таким же, что и в точке в, что свидетельствует о передаче сигнала с каскада на каскад.

Далее подключите входной щуп осциллографа к выводу коллектора (точка д) транзистора VT2. Размах колебаний возрастет (рис. 46, д). Делением выходного сигнала на входной, как и в предыдущем случае, подсчитайте коэффициент усиления каскада. Здесь он несколько больше, поскольку каскад нагружен на большее сопротивление.

Переключив входной щуп на верхний по схеме вывод катушки L3 (точка е), увидите, что размах колебаний резко упал (рис. 46, е). Это естественно, поскольку они замыкаются на общий провод через конденсатор С6 и осциллограф контролирует лишь падение напряжения радиочастоты на этом конденсаторе. Правда, колебания в этой точке могут быть немного «размытыми» — это недостаток осциллографа, иногда возбуждающегося при работе на большой чувствительности (0,01 В/дел).

На катушке L4 (точка ж) размах колебаний будет примерно такой же (рис. 46, ж), что и на коллекторе транзистора VT2, т. е. на катушке L3 (ведь ее верхний по схеме вывод «заземлен» по радиочастоте через конденсатор С6). А на нагрузке детектора (точка и) никаких колебаний не будет (рис. 46, и), но зато появится постоянное напряжение (его удастся обнаружить лишь при открытом входе осциллографа) — результат работы детектора, как выпрямителя колебаний РЧ.

Вы, возможно, заметили, что форма колебаний в точке ж несколько изменилась по сравнению с точкой д и из синусоидальной стала превращаться в треугольную. К тому же размах колебаний почти не изменился, хотя числа витков катушек отличаются почти втрое (65 витков у L3 и 170 — у L4). В чем причина? — такой вопрос вполне может возникнуть у вас.

Давайте разберемся. Катушки L3 и L4 намотаны на сердечнике с высокой магнитной проницаемостью. Через катушку L3 протекает хотя и небольшой, но постоянный ток, создающий в сердечнике магнитный поток, несколько изменяющий магнитные свойства сердечника. В итоге сердечник быстрее входит в насыщение и при определенной амплитуде входного сигнала (на катушке L3) понижается коэффициент трансформации и искажается форма сигнала.

Проверить сказанное нетрудно, наблюдая на осциллографе сигнал в точке ж и уменьшая входной сигнал генератора РЧ. Размах колебаний будет плавно уменьшаться с одновременным улучшением формы их. При размахе примерно 1.5 В колебания станут синусоидальными.

Если теперь подключить входной щуп осциллографа к точке д, увидите, что размах колебаний здесь стал равным 0,5 В, т. е. коэффициент трансформации примерно соответствует соотношению витков катушек. Вот теперь можно сказать, что сердечник не насыщается и радиочастотный трансформатор работает нормально.

Правда, описанного режима в реальных условиях не будет, поскольку сигнал РЧ никогда не достигнет указанного значения. Мы его получили искусственно, чтобы удобнее было наблюдать изображение на экране осциллографа. Но если все же придется встретиться в дальнейшем с подобным явлением в аналогичных конструкциях, помните о его причине.

Теперь подайте на приемник прежний сигнал, подключите входной щуп осциллографа к коллектору транзистора VT2 (точка д) и введите модуляцию колебаний РЧ (переместите ручку «Амплитуда» генератора 3Ч в другое крайнее положение). На экране появится типичная картина модулированных колебаний (рис. 47, д).

Перенесите входной щуп в точку и — на резистор нагрузки детектора. Здесь уже будут только колебания 3Ч (рис. 47, и) да постоянная составляющая радиочастотных колебаний (чтобы увидеть такую картину, нужно использовать осциллограф с открытым входом при автоматическом режиме работы развертки).

Следует напомнить, что хотя по ходу нашего рассказа не было подробных указаний о переключении осциллографа из автоматического режима в ждущий, такие переключения приходится делать довольно часто. Это вы должны были усвоить раньше во время работы с осциллографом.

Вот теперь можно замкнуть цепь сигнала 3Ч (соединить выводы конденсатора С4 и резистора R4), значительно уменьшить выходной сигнал генератора РЧ и установить его таким, чтобы звук в телефоне прослушивался без искажений. Если при замыкании указанной цепи в телефоне сразу появится громкий свистящий звук, свидетельствующий о самовозбуждении приемника, нужно изменить полярность подключения выводов катушки L4 или L3.

Итак, приемник работоспособен, пора принять передачу выбранной радиостанции. Отключите от контура магнитной антенны генератор РЧ (и выключите его), подключите входной щуп осциллографа к коллектору транзистора VT2 и установите наибольшую чувствительность осциллографа (он должен работать в автоматическом режиме). Поворотом ротора конденсатора переменной емкости и ориентированием макета приемника (точнее его магнитной антенны) в пространстве настройтесь на радиостанцию — на экране в этот момент появится «дорожка» наибольшей высоты. Переключив осциллограф в ждущий режим и установив соответствующую длительность развертки, сможете наблюдать на экране колебания РЧ, которые будут периодически «расплываться» (рис. 47, д), т. е. модулироваться. В головном телефоне при этом должна быть слышна передача. Громкость звука (а также размах колебаний, контролируемых в точке д) можно установить максимальной более точным подбором резисторов R1, R3, R4.

После этого останется подобрать вместо конденсаторов С1 и С2 на рис. 44 конденсатор такой же емкости и установить его параллельно катушке индуктивности. В случае небольших отклонений емкости от требуемой контур можно более точно настроить на радиостанцию перемещением ферритового стержня внутри каркаса с катушками L1 и L2. Если же в приемнике будет установлен подстроечный конденсатор С2 (см. рис. 43), емкость конденсатора С1 должна быть на 10…15 пФ меньше измеренной, чтобы можно было настраиваться на радиостанцию конденсатором С2 (а также и сердечником магнитной антенны).

В таком виде, если захотите, можете переносить детали на готовую печатную плату, делать законченную конструкцию и пользоваться приемником.