ВЧ преобразователь сигнала

Под таким заголовком в [ 1 ] была опубликована статья, в которой было описано устройство, сдвигающее спектр входных для него сигналов по частоте вверх или вниз от оригинала. Незабываем тот восторг, который вызвало применение подобного устройства на одном из новогодних вечеров, когда, взявшие микрофон женщины заговорили, вдруг, басом, а мужчины - высоким фальцетом. Впрочем, для коротковолновика всё это - обыденно, такие “фокусы” он проделывает всякий раз, настраивая приёмник на сигнал очередной принимаемой SSB радиостанции. Тем не менее, устройство интересно и полезно и по сей день, так как, например, может быть применено и в формировании новых тембров в электронной музыке. Такие ретро-статьи не следует забывать. Работая совместно с встроенным генератором вибрато, преобразователь создает эффект эхо, который выражается так же четко, как и при использовании ревербератора. Преобразователь может найти применение в кукольных театрах, для озвучивания мультфильмов, в эстрадных ансамблях и т. д. Очень интересные звучания образуются при работе преобразователя с электрогитарой и другими ЭМИ, при этом нужно только учитывать, что сдвиг частоты изменяет тональность ЭМИ. Входной ЗЧ сигнал усиливается линейным усилителем на микросхеме DА1 (Рис. 1) и поступает на балансный модулятор VD2-VD5.

Рис. 1. ВЧ преобразователь сигнала. Схема принципиальная электрическая

На него же подано синусоидальное ВЧ напряжение с кварцевого генератора на транзисторе VT1. В отсутствие входного ЗЧ сигнала, на выходе смесителя (на катушке L4) напряжения не будет. При появлении ЗЧ сигнала на базу транзистора VТ2 поступает ВЧ сигнал, содержащий в основном две частоты: суммарную Fвч+Fзч и разностную Fвч-Fзч, амплитуды которых прямо пропорциональны амплитуде ЗЧ сигнала. Электромеханический фильтр ZF1 пропустит на балансный смеситель VD6 – VD9 только сигнал Fвч+Fзч. На этот смеситель поступает также напряжение с перестраиваемого генератора, выполненного на транзисторе VТ4 (на транзисторе VТ3 собран буферный усилитель). На выходе смесителя фильтром C20R25C21 подавляется суммарный сигнал, а разностный - низкочастотный - проходит на вход линейного усилителя на транзисторе VТ7. Частоту перестраиваемого генератора изменяют варикапом VD11, подавая на него напряжение с переменного резистора R26. Допустим, что на вход приставки подан сигнал частотой 1 кГц. Кварцевый генератор работает на частоте 500 кГц. На выходе электромеханического фильтра получим сигнал с частотой 501 кГц. Предположим, что перестраиваемый генератор настроен на частоту 499 кГц. Тогда на выходе фильтра C20R25C21 частота сигнала будет равна 501-499=2 кГц, т. е. в два раза больше, чем у входного. Если перестраиваемую частоту установить равной 500,5 кГц, то на выходе получим сигнал с частотой, вдвое меньшей, чем на входе. Управляя частотой перестраиваемого ВЧ генератора, можно в широких пределах изменять частоту НЧ сигнала на выходе. При этом образуется звуковысотный сдвиг голоса человека, звучания гитарной струны или другого сигнала, поданного на вход устройства с микрофона, звукоснимателя и т. п. По принципу действия преобразователь подобен SSB-устройствам спортивной радиоаппаратуры, поэтому более подробные сведения о нем можно почерпнуть в соответствующей литературе. Преобразователь содержит также синусоидальный генератор вибрато на транзисторах VT5, VT6. Подавая сигнал вибрато на варикап VD11 перестраиваемого генератора, можно получить частотную модуляцию выходного ЗЧ сигнала. Для питания преобразователя необходимо хорошо стабилизированное и отфильтрованное напряжение. Вместо указанного на схеме электромеханического фильтра (ZF1) можно применить ЭМФДП-500В-9Д (Чем более широкополосный сигнал нужно сдвигать по частоте, тем шире должна быть полоса пропускания ЭМФ: для голоса достаточно 2…3 кГц, для музыки - 3…6 кГц). Все катушки использованы готовые - фильтры ПЧ от карманного приемника "Сокол". Для устойчивой работы генератора вибрато следует выбрать транзистор VT5 с коэффициентом h21э не менее 300, a VT6 - не менее 60. Хорошо наладить преобразователь можно, только пользуясь приборами (генераторами ЗЧ и ВЧ, волномером, осциллографом, ВЧ вольтметром и т. д.). Сначала настраивают контур LIC3 на максимум сигнала на катушке связи L2 и по волномеру (или радиоприемнику) убеждаются в том, что частота генерации равна 500 кГц. Отключают ЗЧ сигнал и, подстраивая резистор R6, добиваются минимального сигнала ВЧ на базе транзистора VТ2. Если теперь снова подать на вход ЗЧ сигнал, то на базе и на коллекторе этого транзистора появится ВЧ модулированный сигнал. Контур L3C11C12 настраивают на максимум этого сигнала. Затем осциллограф (или ламповый вольтметр) подключают к выходу ЭМФ и подборкой конденсатора C15 добиваются максимума сигнала. Выходной сигнал генератора уменьшают до нуля, движок резистора R26 ставят в среднее положение и настраивают катушку L6 по максимуму сигнала на катушке L5. При этом, частота перестраиваемого генератора должна быть такой, чтобы пределов её регулирования было достаточно для практического использования. В последнюю очередь настраивают генератор вибрато. Для этого отключают левый по схеме вывод конденсатора С18 и к точке соединения конденсатора С16 и резистора R10 подключают генератор ЗЧ. Установив частоту 10...50 Гц и, постепенно увеличивая напряжение, подборкой резисторов R14 и R19 добиваются симметричного ограничения сигнала на выходе генератора (на резисторе R20). После этого восстанавливают цепь конденсатора С18. Частоту генератора вибрато устанавливают подстроечным резистором R11. В нижнем по схеме положении переключателя S2 можно к преобразованному сигналу "подмешать" исходный. Уровень исходного сигнала, при этом, устанавливают подстроечным резистором R28. При повторении преобразователя следует придерживаться правил .монтажа высокочастотных устройств.

В статье отсутствовал эскиз печатной платы, что неудобно при повторении конструкции, пришлось её разработать, некоторые детали не соответствуют требуемым в оригинале, на что обращено внимание, ко времени публикации этой заметки изменились и требования к обозначениям некоторых деталей…

ВЧ преобразователь размещён на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм, её размеры 125 х 67 мм (Рис. 2).

Рис. 2. Эскиз монтажной платы ВЧ преобразователя. Вид со стороны печатных проводников

 

Сплошная металлизация стороны платы, на которой расположена основная масса деталей, служит экраном. Выводы деталей, не соединённые с общим проводом, проходят сквозь плату через зенкованные отверстия. Необходимые соединения фольгового покрытия платы (общего провода), с верхней и нижней её сторон обозначены крестиками (Рис. 3). Выводы деталей, соединённые с общим проводом, паяются к фольге с верхней стороны платы “внахлёст”, при этом, в соответствующие отверстия сквозь плату пропускаются проволочные перемычки, которые запаиваются с обеих сторон платы. Роль этих перемычек могут выполнять и “земляные” выводы деталей, которые следует пропаять с обеих сторон платы. Плата ВЧ преобразователя в сборе опаивается по периметру полосками белой жести, к которой припаивается “земляная” фольга (с обеих сторон платы) и закрывается крышками-экранами сверху и снизу, образуя экранирующую коробку. Органы управления преобразователем устанавливаются на стенках металлического корпуса, в который встраивается собранная экранированная плата устройства.

Рис.3. Эскиз монтажной платы ВЧ преобразователя. Вид со стороны установки деталей

 

Монтажная плата разработана с учётом установки аналога микросхемы К1УС221Д в DIP-корпусе – К118УН1Д, электромеханического фильтра ЭМФДП-500В-2,35 и малогабаритных конденсаторов зарубежного производства с расстоянием между выводами 5 мм, некоторые конденсаторы схемы генератора вибрато имеют бóльшие размеры – расстояние между выводами 10 мм (например, типа К73-17).

Резисторы могут быть как импортные, так и отечественные с мощностью рассеивания 0,125…0,25 Вт (например, МЛТ-0,25), часть резисторов установлена “стоя”, часть – “лёжа”, о чём можно судить по расстоянию между площадками для пайки на плате. Конденсатор С15 припаян или прямо к выводам ЭМФ или к площадкам фольги у его выводов, оставленным для так называемого “поверхностного” (SMD) монтажа со стороны печатных проводников. Таким же образом смонтированы диоды смесителя VD6…VD9 и резисторы R21, R23. Остальные детали располагаются с противоположной стороны платы. Данные контуров для устройства можно взять из описания тракта ПЧ [ 2 ] или другого приёмника или трансивера, имеющего ПЧ = 500 кГц. По вопросам настройки преобразователя следует обращаться к оригиналу [ 1 ], или (и) к специальной литературе по формирователям однополосного сигнала и его демодуляторам.

В оригинале статьи "ВЧ преобразователь сигнала" не было приведено детальных данных по контурам, указано лишь что можно применить контура ПЧ от приёмника "Сокол" (их конструкцию можно посмотреть на Рис. 2 в [ 3 ].

В своё время, когда я делал конструкцию, то изрядно помучился с этими катушками, после, взял горшки СБ-12а и намотал катушки в них. Каркас такой катушки состоит из трёх секций: катушка L7 мотается равномерно во всех по 33 витка (всего 99 витков) провода ПЭВ - 0,12 мм. Остальные катушки мотаются таким же проводом, но L1, L3 и L6 по 38 витков в двух нижних (ближе к плате) секциях (всего 76 витков), а в оставшихся верхних секциях наматываются катушки L2, L4 и L5, содержащие по 20 витков. Из опыта настройки: поскольку сердечники СБ-12а позволяют перестраивать индуктивность в небольших пределах, то не стоит каждый раз разбирать горшки и изменять моточные данные, если не хватит диапазона перестройки индуктивности катушки, проще, намотав катушки подобрать ёмкость включенных им параллельно конденсаторов (С3 для L1, С11 для L3, С25 для L6 и С28, С29 и С31 для L7, причём, соотношение всех емкостей у L7 необходимо сохранить) для резонанса контуров на частоте 500 кГц, сердечники в горшках должны находиться, при этом, в среднем положении. В данной конструкции ширина полосы пропускания контуров не имеет решающего значения, так что, в зависимости от местных возможностей, можно варьировать соотношение ёмкость - индуктивность в контурах в широких пределах, лишь бы они были настроены на 500 кГц. Увеличение индуктивности и уменьшение ёмкости приводит лишь к небольшому увеличению общего усиления устройства. Горшкообразные сердечники, обычно, позволяют обходиться без экранов, если возникнут какие - либо проблемы, то можно их и установить.

Литература:

1. В. Кетнерс. ВЧ преобразователь сигнала. Радио № 3 1981 год
2. Ю. Кудрявцев. Коротковолновый трансивер. Радио № 5 1970 г, № 6 1970 г
3. Радио 1963 № 9 стр. 38
4. В. Беседин. ВЧ преобразователь сигнала. Радиомир № 4 2008 г, стр. 9…12

Виктор Беседин
г. Тюмень