Лампы по-новому. Собираем ламповый приемник с современным управлением

Пре­дыду­щий при­емник я слу­шал на про­тяже­нии все­го корона­вирус­ного каран­тина. Одна­ко аппе­тит при­ходит во вре­мя еды, и однажды мне надо­ело кру­тить две руч­ки для нас­трой­ки на стан­цию и ори­енти­ровать­ся на помет­ки, пыта­ясь пой­мать нуж­ную час­тоту. Захоте­лось удобс­тва: на дво­ре XXI век. Где инди­кация час­тоты, где элек­трон­ная перес­трой­ка, где вот это всё? И тут мне как раз попались под руку инди­като­ры Z5900!

Постановка задачи

О ста­били­зации час­тоты и инди­кации я уже написал, это понят­но. Но есть еще один важ­ный момент: у при­емни­ков с низ­кой ПЧ име­ется труд­ноиз­лечимая проб­лема — зер­каль­ный канал. А про­явля­ет себя эта проб­лема, ког­да надо при­нять сла­бую стан­цию, рядом с которой находят­ся две силь­ные. В резуль­тате мы слы­шим сиг­нал силь­ной стан­ции, задева­ющий зер­каль­ный канал.

Эф­фектив­но бороть­ся с этим мож­но толь­ко повыше­нием ПЧ, нап­ример до стан­дар­тно­го зна­чения 10,7 МГц, а с такой ПЧ уже сле­дует исполь­зовать дроб­ный детек­тор. На том и порешим. В ито­ге вырисо­выва­ется при­емник с циф­ровым гетеро­дином, инди­каци­ей и клас­сичес­ким (поч­ти) лам­повым трак­том.

Конструкция

Так как будет исполь­зована дос­таточ­но высокая ПЧ, конс­трук­ции сле­дует уде­лить осо­бое вни­мание. Мон­таж про­изво­дит­ся на алю­мини­евом шас­си раз­мерами 260 × 70 × 50 мм. Впро­чем, кор­пус мож­но сде­лать и поболь­ше, тог­да будет мень­ше воз­ни с плот­ным мон­тажом. Кор­пус набор­ный и сос­тоит из пяти алю­мини­евых панелей тол­щиной 1,2 мм. Панели соеди­няют­ся меж­ду собой алю­мини­евы­ми угол­ками на вин­тах M3. Луч­ше, конеч­но, сог­нуть из цель­ного лис­та п‑образное шас­си и прик­рутить к нему боковин­ки, будет и проч­нее, и сим­патич­ней, но у меня под рукой не ока­залось лис­тогиба.

Мое любимое орг­стек­ло, к нес­частью, для ана­лого­вой час­ти совер­шенно неп­римени­мо, так как лам­пы гре­ются, а ВЧ‑бло­ки тре­буют экра­ниро­вания. Весь мон­таж дол­жен быть выпол­нен по воз­можнос­ти жес­тко с минималь­ной дли­ной соеди­нений. И самый прос­той спо­соб выпол­нить эти тре­бова­ния — ман­хэттен­ский мон­таж.

Дан­ный вид мон­тажа напоми­нает наши макет­ные пла­ты и ме­тоди­ку Жутя­ева. Детали мон­тиру­ются на «пятач­ках», вырезан­ных из фоль­гирован­ного гетинак­са и прик­леен­ных к шас­си, все дела­ется быс­тро и работа­ет впол­не надеж­но. В качес­тве «пятач­ков» я исполь­зовал квад­ратики раз­мером 5 × 5 мм и 10 × 10 мм. Нарезать такие квад­ратики удоб­но цир­куляр­кой с фре­зой по метал­лу, ей же мож­но нарезать алю­миний.

Сам кор­пус исполь­зует­ся как общий про­вод, а для более удоб­ной пай­ки к нему прик­ручены полосы из мед­ной фоль­ги. Кон­денса­торы в цепях питания и раз­делитель­ные кон­денса­торы дол­жны быть рас­счи­таны минимум на 200 В при нап­ряжении питания 180 В, а луч­ше взять еще боль­ший запас.

От­дель­ного упо­мина­ния зас­лужива­ют кон­турные кон­денса­торы. Дело в том, что при работе лам­пы замет­но наг­рева­ются, а с ними — кор­пус при­емни­ка и, соот­ветс­твен­но, кон­денса­торы в кон­турах. Из‑за это­го час­тота уплы­вает. Что­бы такого не про­исхо­дило, надо исполь­зовать кон­денса­торы с малым тем­ператур­ным коэф­фици­ентом емкости (ТКЕ), к таким отно­сят­ся кон­денса­торы с диэлек­три­ком NP0. В эту катего­рию мож­но отнести и SMD-кон­денса­торы.

Контурные катушки

Кон­турные катуш­ки в лам­повом супер­гетеро­дине — это самый проб­лемный воп­рос. Осо­бен­но сей­час, ког­да элек­тро­ника отош­ла от резонан­сных схем в поль­зу широко­полос­ных. Тем не менее на Али мож­но най­ти кар­касы с подс­тро­ечни­ками по очень демок­ратич­ной цене, и я их уже исполь­зовал рань­ше в КВ‑при­емни­ке.

По­это­му, что­бы не изоб­ретать велоси­пед, мы их при­меним и здесь. Что же каса­ется экра­нов, то их мы изго­товим самос­тоятель­но, бла­го это нес­ложно. Катуш­ка впа­ивает­ся на неболь­шую плат­ку из гетинак­са, из жес­ти дела­ется неболь­шая коробоч­ка, и в нее впа­ивает­ся плат­ка с катуш­кой. Вмес­то жес­ти луч­ше взять медь, но и жесть работа­ет впол­не себе неп­лохо, а глав­ное, она более дос­тупна. В вер­хней час­ти экра­на про­делы­вает­ся отвер­стие для подс­трой­ки катуш­ки.

Ес­ли есть воз­можность взять кар­касы кон­туров ПЧ от лам­пового телеви­зора или при­емни­ка, то это тоже очень хороший вари­ант. Под­робнее о катуш­ках мы погово­рим при обсужде­нии УПЧ и детек­тора. В резуль­тате дол­жно получить­ся что‑то вро­де того, что ты можешь уви­деть на кар­тинках ниже.

Схема

Блок‑схе­му супер­гетеро­дина мы уже обсу­дили ранее вдоль и поперек и даже выяс­нили, по­чему он «супер». Здесь все будет при­мер­но так же: УВЧ, сме­ситель, УПЧ, детек­тор, УНЧ. Ниже пред­став­лена схе­ма УКВ‑бло­ка и УПЧ.

УКВ-блок

Ис­торичес­ки сло­жилось, что в лам­повых при­емни­ках УВЧ‑сме­ситель и гетеро­дин выпол­нялся отдель­ным бло­ком. Это свя­зано с тем, что УКВ‑часть при­емни­ка нуж­далась в тща­тель­ном экра­ниро­вании и тре­бова­ла более качес­твен­ного мон­тажа, поэто­му про­мыш­леннос­ти так было удоб­нее.

Кро­ме того, там при­менял­ся ряд спе­цифи­чес­ких схе­мотех­ничес­ких решений, нап­равлен­ных на подав­ление паразит­ного излу­чения в антенну. В нашем слу­чае все про­ще, пос­коль­ку мы исполь­зуем в качес­тве гетеро­дина син­тезатор.

УПЧ и пре­обра­зова­тель соб­раны на лам­пе 6Н3П, про­мыш­ленные УКВ‑бло­ки обыч­но на ней и собира­лись. При­мене­ние три­одов обус­ловле­но их низ­ким уров­нем шумов, вмес­то лам­пы 6Н3П мож­но при­менить 6Н23П или, на худой конец, дру­гой двой­ной три­од. В сети есть при­меры исполь­зования 6Н1П и даже 6Н2П.

Вы­ход син­тезато­ра 50-омный, поэто­му его сиг­нал удоб­но подавать в катод­ную цепь. Для это­го катод­ное соп­ротив­ление автосме­щения раз­бива­ется на две час­ти — 47 Ом для под­клю­чения син­тезато­ра и 1 кОм для обес­печения необ­ходимо­го сме­щения.

Вер­хняя часть делите­ля шун­тиру­ется кон­денса­тором. Перес­трой­ка кон­тура ПЧ выпол­няет­ся варика­пом BB910. Катуш­ка кон­тура бес­каркас­ная, намота­на про­водом диамет­ром 1,5 мм на оправке диамет­ром 12 мм и содер­жит четыре вит­ка. Выход­ной кон­тур ПЧ слу­жит для выделе­ния час­тоты ПЧ и сог­ласова­ния соп­ротив­ления с керами­чес­ким филь­тром. Кон­турная катуш­ка содер­жит двад­цать вит­ков про­вода диамет­ром 0,2 мм, катуш­ка свя­зи мота­ется поверх кон­турной и содер­жит десять вит­ков того же про­вода.

В пре­обра­зова­теле для при­ема необ­ходимо­го сиг­нала теоре­тичес­ки мож­но исполь­зовать две час­тоты гетеро­дина, выше сиг­нала на величи­ну ПЧ и ниже на час­тоту ПЧ. В дан­ном слу­чае инъ­екция сни­зу работа­ет гораз­до эффектив­нее, поэто­му ее и будем исполь­зовать. При при­еме мощ­ной стан­ции на выходе пре­обра­зова­теля получа­ется сиг­нал в нес­коль­ко мил­ливольт.

Мон­таж высоко­час­тотной час­ти выг­лядит сле­дующим обра­зом.

УПЧ

УПЧ — это глав­ный блок при­емни­ка. Боль­шая часть харак­терис­тик опре­деля­ется имен­но УПЧ. И в слу­чае ЧМ‑при­емни­ка к УПЧ предъ­явля­ются про­тиво­речи­вые тре­бова­ния. С одной сто­роны, нуж­на полоса про­пус­кания поряд­ка 300 кГц, а с дру­гой сто­роны, нуж­ны дос­таточ­но кру­тые ска­ты АЧХ.

Клас­сичес­ки эту проб­лему решали схе­мами с рас­пре­делен­ной селек­цией, где в каж­дом кас­каде сто­ял полосо­вой филь­тр, сос­тоящий из двух сла­бос­вязан­ных кон­туров, и это луч­ший вари­ант. Одна­ко ока­залось, что соз­дать такой филь­тр, исполь­зуя име­ющиеся у меня кар­касы, дос­таточ­но слож­но. И глав­ная проб­лема здесь — регули­ров­ка свя­зи меж­ду кон­турами, которая очень силь­но вли­яет на АЧХ. Собс­твен­но, из‑за проб­лемы с плав­ной регули­ров­кой свя­зи я и отка­зал­ся от это­го решения в поль­зу схе­мы с сос­редото­чен­ной селек­цией, что счи­тает­ся более сов­ремен­ным решени­ем. Говоря кон­крет­нее, мы пос­тавим на вход УПЧ керами­чес­кий филь­тр на 10,7 МГц. Этим мы решим проб­лему кру­тиз­ны ска­тов АЧХ и с ходу получим тре­буемую изби­ратель­ность по сосед­нему каналу.

К нес­частью, у керами­чес­кого филь­тра низ­кое вход­ное соп­ротив­ление, поэто­му его необ­ходимо сог­ласовать с выход­ным соп­ротив­лени­ем пре­обра­зова­теля час­тоты. Для это­го мы исполь­зуем индуктив­ную связь с выход­ным кон­туром пре­обра­зова­теля. С сог­ласова­нием выход­ного соп­ротив­ления проб­лем нет. Конеч­но, у керами­чес­кого филь­тра неидеаль­ная АЧХ и дос­таточ­но боль­шое затуха­ние сиг­нала, но это неболь­шая пла­та за прос­тоту.

Схе­ма с оди­ноч­ными кон­турами — не самое хорошее решение, но она впол­не работос­пособ­на. Еще одна проб­лема свя­зана со склон­ностью уси­лите­ля к самовоз­бужде­нию, осо­бен­но это каса­ется УПЧ, пред­став­ленно­го выше. Из‑за этой неп­рият­ной осо­бен­ности, даже ког­да самовоз­бужде­ние не наб­людалось, АЧХ уси­лите­ля менялась в зависи­мос­ти от прог­рева и силы вход­ного сиг­нала (рос­ло уси­ление, но заужа­лась полоса). И это все отра­жалось на зву­чании.

Ле­чилось это тща­тель­ной нас­трой­кой в прог­ретом сос­тоянии. Поэто­му от схе­мы с емкос­тной связью я отка­зал­ся, и финаль­ная модифи­кация содер­жит УПЧ с индуктив­ной связью. В нем получа­ется нес­коль­ко ниже уси­ление, зато он гораз­до ста­биль­нее в работе.

Собс­твен­но, фун­дамен­таль­ная проб­лема с пос­трой­кой лам­пового УПЧ по схе­ме с сос­редото­чен­ной селек­цией зак­люча­ется в том, что на час­тотах выше пары мегагерц нерезо­нан­сные (апе­риоди­чес­кие) лам­повые уси­лите­ли не работа­ют. И имен­но поэто­му такая проб­лема у нас не воз­никала при пос­трой­ке при­емни­ка с низ­кой ПЧ. Там мы, не мудрствуя лукаво, исполь­зовали апе­риоди­чес­кие кас­кады.

Здесь такой номер не про­катит, поэто­му от кон­туров уйти не получит­ся. Про­ще все­го собирать резонан­сный УПЧ на пен­тодах, это поз­волит нам не стол­кнуть­ся с осо­бен­ностя­ми три­одов на высоких час­тотах. Упро­щен­ная фор­мула рас­чета коэф­фици­ента уси­ления резонан­сно­го кас­када на пен­тоде выг­лядит как

K = SrQ

где S — кру­тиз­на лам­пы (МA/В), r — харак­терис­тичес­кое соп­ротив­ление кон­тура, Q — доб­ротность кон­тура.

Ре­аль­но изме­ряемый коэф­фици­ент уси­ления выходит замет­но ниже, чем пред­ска­зыва­ет это выраже­ние. Но для наших при­кидок огра­ничим­ся лишь этой фор­мулой, из которой оче­вид­но, что лам­пу луч­ше взять с кру­тиз­ной поболь­ше и харак­терис­тичес­кое соп­ротив­ление поболь­ше. А вот с доб­ротностью слож­нее, так как с рос­том доб­ротнос­ти пада­ет полоса про­пус­кания, поэто­му боль­шая доб­ротность нам будет толь­ко мешать. Впро­чем, ее мож­но сни­зить, зашун­тировав кон­тур резис­тором, или исполь­зовать вза­имно расс­тро­енные кон­туры.

В ито­ге пос­ле ряда экспе­римен­тов я при­шел к катуш­ке ПЧ‑кон­тура, содер­жащей 45 вит­ков про­вода 0,12 мм и к емкости кон­турно­го кон­денса­тора 10 пФ. Харак­терис­тичес­кое соп­ротив­ление такого кон­тура око­ло 700 Ом, а при шун­тирова­нии его резис­тором в 15 К доб­ротность получа­ется око­ло 10. С таким кон­туром от одно­го кас­када на лам­пе 6AU6 (6Ж4П) мож­но получить уси­ление око­ло 20 и полосу про­пус­кания око­ло 1 МГц.

Это для УПЧ с емкос­тной связью. В УПЧ с индуктив­ной связью катуш­ка мота­ется в два про­вода и ее индуктив­ность ока­зыва­ется мень­ше при том же количес­тве вит­ков (тут мы упи­раем­ся в раз­меры кар­каса). Поэто­му кон­турные кон­денса­торы уже тре­буют­ся на 33 Р, а харак­терис­тичес­кое соп­ротив­ление око­ло 400 Ом. Уси­ление такого кас­када получа­ется око­ло 12.

В УПЧ при­мене­ны япон­ские лам­пы 6AU6 от NEC, но их сме­ло мож­но заменить на наши 6Ж4П. Похожих резуль­татов мож­но дос­тичь с лам­пами 6Ж1П, 6Ж1Б, 6К4П, 6Ж5П, чуть хуже с 6Ж2П, но надо подоб­рать номина­лы деталей, что­бы выс­тавить пас­пор­тный режим.

Ес­ли взять лам­пу пок­руче, типа 6Ж52П, мож­но дог­нать уси­ление кас­када до сот­ни, но она попалась мне под руку слиш­ком поз­дно, да и ест она элек­три­чес­тва, как три 6AU6. Замора­чивать­ся с АРУ я тоже не стал, осо­бен­но учи­тывая скром­ный коэф­фици­ент уси­ления УПЧ, а вот огра­ничи­тель при­дет­ся очень даже к мес­ту.

Ограничитель и дробный детектор

Дроб­ный детек­тор — шту­ка дос­таточ­но хит­рая, и прос­то объ­яснить на паль­цах его работу не вый­дет. Но этот самый прин­цип осно­ван на изме­нении фазы колеба­ний в двух свя­зан­ных кон­турах. Так, при нас­трой­ке в резонанс во вто­ром кон­туре фаза сме­щена на 90°, а при расс­трой­ке сдвиг фазы изме­няет­ся в боль­шую или мень­шую сто­рону в зависи­мос­ти от час­тоты.

Та­ким обра­зом, скла­дывая исходный (син­фазный) сиг­нал с сиг­налом, сдви­нутым по фазе на угол, про­пор­циональ­ный изме­нению час­тоты исходно­го сиг­нала, мы перехо­дим от час­тотной модуля­ции к ампли­туд­ной. А осталь­ная часть схе­мы — уже воп­рос кон­крет­ной реали­зации. Под­робнее об этом мож­но почитать тут или тут.

На этом прин­ципе работа­ют час­тотный дис­кри­мина­тор и дроб­ный детек­тор. Дроб­ный детек­тор име­ет некото­рое пре­иму­щес­тво, так как он менее чувс­тви­телен к паразит­ной ампли­туд­ной модуля­ции. Имен­но его я и при­менил в при­емни­ке. На рисун­ке ниже пред­став­лена схе­ма огра­ничи­теля и дроб­ного детек­тора.

Во­обще говоря, огра­ничи­тель для дроб­ного детек­тора необя­зате­лен, но с ним получа­ется луч­ше. Конс­трук­тивно детек­тор выпол­нен в виде отдель­ного бло­ка и целиком помещен в экран, в котором име­ются отвер­стия для подс­трой­ки кон­туров. Боль­шинс­тво деталей — в SMD-исполне­нии, что помог­ло умень­шить габари­ты.

Ка­туш­ки выпол­нены на упо­минав­шихся ранее сер­дечни­ках L4 и содер­жат 20 вит­ков эма­лиро­ван­ного про­вода 0,2 мм. Катуш­ка L5 мота­ется поверх L4 и содер­жит пять вит­ков того же про­вода. Катуш­ка L6 мота­ется на отдель­ном кар­касе двой­ным про­водом и содер­жит 12 + 12 вит­ков. Сами кар­касы раз­мещены друг от дру­га на рас­сто­янии 10 мм.

Ди­оды 1N34 мож­но заменить на более аутен­тичные Д2 или Д9. Как ни стран­но, нес­мотря на мои ожи­дания, с дроб­ным детек­тором не воз­никло никаких проб­лем в нас­трой­ке, глав­ное — попасть в нуж­ный час­тотный диапа­зон, что реша­ется под­бором кон­денса­торов С6 и C7.

Что же каса­ется огра­ничи­теля, то он — от обыч­ного уси­литель­ного кас­када понижен­ным нап­ряжени­ем на уско­ряющем элек­тро­де и низ­ким анод­ным током, что огра­ничи­вает ампли­туду в анод­ном кон­туре. Кро­ме того, кас­кад работа­ет без сме­щения и нес­коль­ко огра­ничи­вает ампли­туду вход­ного сиг­нала за счет сеточ­ного тока.

УЗЧ и блок питания

Уси­литель зву­ковой час­тоты выпол­нен по совер­шенно типовой одно­так­тной схе­ме на лам­пе 6Ф5П и пол­ностью пов­торя­ет УЗЧ ранее упо­мяну­того при­емни­ка с низ­кой ПЧ. Боль­ше тут, пожалуй, и обсуждать нечего, на тему лам­повых одно­так­тных уси­лите­лей в сети информа­ции даже боль­ше, чем нуж­но. Единс­твен­ное, о чем сто­ит упо­мянуть, — это зазем­ление накаль­ной цепи через резис­торы: такое решение поз­воля­ет подавить фон в 50 Гц.

Блок питания выпол­нен на тран­сфор­маторе ТАН-3, схе­ма совер­шенно типовая.