Всем привет!

Недавно мне пришлось перестраивать Океан на FM диапазон. Так как у меня не было ни нужных приборов, ни опыта в настройке, хотелось обойтись минимальными средствами, но не в ущерб качеству. Я так увлекся, что, корме перестройки как таковой, даже сделал кое-какие доработки: индикатор точной настройки, модифицировал УНЧ, доработал акустику. Кому интересно, можете почитать здесь: http://www.rt20.getbb.ru/viewtopic.php?f=43&t=106557&start=350

В процессе настройки, я понял, что детектор Океана вносит существенную долю искажений и его настройка вызывает большие сложности у неопытных радиолюбителей. Основные недостатки дробного детектора Океана:

1) Дробный детектор требует точной настройки на частоту станции. Даже при небольшом отклонении искажения резко возрастают, а на слух точно настроиться практически невозможно.
2) Узкая полоса пропускания. Ее можно расширить, но многие за такую доработку не берутся, видимо из-за недостатка опыта.
3) Для настройки нужен ГКЧ, осциллограф, детекторная головка, и, самое главное, знание и опыт как это сделать. У многих радиолюбителей ничего из перечисленного нет, в лучшем случае обходятся мультиметром.

Возникла идея сделать детектор, не требующий сложной настройки. Из всех типов я выбрал счетный детектор, который теоретически обладает самой высокой линейностью.
Итак,
Цель - разработать и проверить на прототипе схему дробного детектора, простую в сборке и настройке.
Компонентная база может быть любой, но из доступных и не слишком дорогих комплектующих.
Схема должна быть простой в сборке и настройке. В идеале - собрал, подключил, работает.
Простое подключение к Океану и другим подобным приемникам.
Желаемый процент искажений: не более 0.1%

У меня нет цели разработать промышленно тиражируемое решение, которое экономически выгодно внедрять в существующие приемники. Для меня это просто эксперимент по разработке детектора с заявленными характеристиками. Надеюсь, что другие радиолюбители смогут извлечь из темы полезную информацию, даже если результат будет отрицательным.

Так как опыта в таких делах у меня совсем мало я рассчитываю на вашу помощь. Кое-что уже удалось сделать, но об этом в другом посте.

olegmotov
даже при идеальной настройке ЧМ-детектора в ОКЕАНах и подобных Вы не сможете получать искажения ниже -36дБ по простой причине, что в тракте нет каскада с жёстким ограничением амплтиуды. Поэтому любая АМ также повлияет на выходной аудиосигнал.
АМ берётся от АЧХ в УПЧ. По заводскому варианту АЧХ настолько узкая, что даже -30дБ тяжело настроить. В доработках УПЧ можно расширить АЧХ (смотрим ветки про ОКЕАН214) и настроить -40дБ.
Но как Вы правильно заметили, как только немного отстроим приём, сразу хрюкание пошло.

Если ОКЕАН-209 ещё хорошо настроится, да ещё АРУ правильная, то в ОКЕАН-214 проблем куда больше и их не устранить при даже глубокой доработке.

К тому, плохой звук берется ещё от перегрузки ого каскада ЧМ-УПЧ в гродской ситуации. Без установки дополнительного пъезофильтра в ОКЕАН-214 это не решить, у ОКЕАН-209 в самом тюнере ест ь2 контура с хорошей селекцией и проблема менее выражена.

Поэтму дело не в детекторе. Он сам по себе хороший и я его использую с успехом в более продвиутых схемах.

Нужно привести АЧХ тракта в порядок, чтобы в полосе +\-300 кГц она была чётко ровная во всех режимах АРУ.

Хайо
По заводскому варианту АЧХ настолько узкая, что даже -30дБ тяжело настроить.
Именно поэтому мне пришлось расширить полосу УПЧ до 240 кГц и сделать ее плоской. После этого получил THD ниже 40дБ.
Мне повезло, у меня Океан 209 и с проблемами 214 я не столкнулся. С помощью FM-трансмиттера я проверял приемник на разных уровнях сигнала и даже при сильном сигнале THD не увеличивается, значит АРУ со своей задачей справляется. Есть небольшое увеличение при слабом сигнале, вероятно из-за шумов.
Единственная проблема - из-за широкой полосы при приеме слабой станции прослушивается соседняя сильная. Тут уже приходится выбирать - или хорошая избирательность или низкий THD.

АЧХ расширили заменой конденсаторов в фильтре? Нужно наладить плоскую вершину АЧХ.
-40дБ это уже предел, больше не получится в рамках заводской печатной платы.

АЧХ расширили заменой конденсаторов в фильтре?
Да, воспользовался Вашей схемой. Номиналы конденсаторов в критической связи постарался подобрать так, чтобы была наибольшая амплитуда при полосе 240 кГц. Получилась такая картинка:

супер!

Самым простым решением было бы использовать готовую микросхему со счетным детектором. В статье про Poineer F-90 упоминается про проприетарные микросхемы PA5006 и PA5007 с импулсьно-счетным детектором: http://ham-radio.com/k6sti/ddd.pdf Эти микросхемы уже не продаются, подобных аналогов я не нашел, поэтому решил разработать свою схему.

Из всех вариантов импульсно-счетных детекторов наиболее простым является детектор из ограничителя (компаратора), формирователя импульса фиксированной длительности и интегратора. В теории выглядит просто, но на практике несколько сложнее. Если напрямую декодировать сигнал с частотой 10.7 МГц и девиацией 75кГц, получим маленький коэффициент преобразования, а значит низкий уровень декодированного сигнала и высокие шумы. Поэтому перед декодированием необходимо преобразовать 10.7 МГц в пониженную частоту, я выбрал 500 кГц.

Сначала хотел построить всю схему на логических элементах, в том числе и преобразователь частоты. Преобразователь частоты на логических элементах разработать получилось, но из-за дискретного изменения продолжительности паузы между импульсами, возник эффект джиттера. Такой фазовый шум генерирует искажения и шумы, поэтому пришлось делать преобразователь на К174ПС1. Для моделирования в Micro-Cap SPICE модель К174ПС1 не нашел, пришлось сделать схему самому.



Не уверен, что выбрал правильные транзисторы и диоды: BC548 и 1N4148. Если сможете поделиться SPICE моделью К174ПС1 или посоветуете какие лучше использовать диоды и транзисторы, буду очень признателен.

транзисторы берите BFS17

Может, сначала проштудировать классику про TBA120 ?
А в итоге делать всё на SA614?

транзисторы берите BFS17
Спасибо! Попробую на них.

Может, сначала проштудировать классику про TBA120 ?
А в итоге делать всё на SA614?
Если я не ошибаюсь в них используется квадратурный детектор?
Судя по даташиту у этих схем довольно высокий THD.
Для TBA 120 (Аналог У174УР3): Distortion at Df = ± 50 kHz; fm = 1 kHz; Vi = 10 mV; Qo = 20 dtot typ. 1 %
Для SA614 примерно то же самое: THD total harmonic distortion 30 42 - dB (F frequency = 455 kHz; IF level = -47 dBm; FM modulation = 1 kHz with +-8 kHz peak deviation.)

Наверное, можно разработать схему схему на 10,7МГц и dF = +-75 кГц с низкими THD. Предполагаю, что для этого придется делать фазосдвигающий контур с маленьким Q и на двух контурах, но у меня для этого нет ни знаний ни опыта. Если бы были Spice-модели можно было бы попробовать на моделях. Без предварительного моделирования максимум, что я смогу сделать - повторить готовую схему.

Есть интересная статья, со сравнением плюсов и минусов квадратурного и импульсно-счетного детекторов: FM Demodulators For BTSC Stereo (1988)
У квадратурного детектора принципиальный недостаток: зависимость фазового сдвига от частоты. Его можно уменьшить, если снизить добротность и фазовый сдвиг сделать на двух контурах, но полностью не устранить. И, контуры скорее всего придется настраивать, а хотелось бы сделать схему не требующую настройки.

Поэтому я остановился на импульсно-счетном детекторе. Понятно как моделировать и можно разработать схему без сложностей с настройками, т.е. легкую для повторения.

у импульно-счётного всё упирается в качестве перевода зашумленного входного синуса в импульс без фазового джиттера. Это не простая задача. Поэтому при реализации лучще работать с этими микросхемами. Я сделал для ОКЕАН-214 схему на TDA1047=174XA6 и получил искажения стабильно ниже 0,1%, типично 0,03% и С/Ш не хуже 83дБ. Схема двухконтурная, но не та, которая в даташите, она отражательная.

Подобную схему я предлагал ранее в журнале РАДИО на SA614 на 10700 для NBFM , тоже крайне малые искажения. По моему 2017 год или 2016.

у импульно-счётного всё упирается в качестве перевода зашумленного входного синуса в импульс без фазового джиттера.
Да, для импульсно счетного детектора принципиальное значение имеют:
1) Точное срабатывание компаратора (ограничителя) при переходе входного сигнала через 0. Искажения АЧХ и ФЧХ входного сигнала искажают точку перехода через ноль -т.е. начало/окончание импульсов (на выходе компаратора) и увеличивают THD и фазовый шум.
2) Длина импульса и амплитуда импульса должны быть стабильными и не зависеть от скважности.
3) Девиация должна быть по возможности большой относительно центральной частоты, скважность импульсов тоже. Иначе будет маленький уровень выходного сигнала и, следовательно, шумы.

Именно из-за пункта 1 я выбрал двойной балансный смеситель для преобразования 10.7 МГц на 500 кГц. У балансного смесителя хорошая линейность и подавление "лишних" сигналов на выходе. Моделирование К174КП1 на BFS17 показало наименьшие искажения при амплитудах V3=195 mv и V2 =53 mV в реальной схеме скорее всего будут другие значения. Наверное придется подбирать опытным путем.


На следующей картинке хорошо видно в выходном сигнале (500 кГц) высокочастотную составляющую (10.7 МГц или 10.2 МГц), она может быть подавлена фильтром, но не полностью. Вполне вероятно, что высокие гармоники могут дать эффект "джиттера".


А на следующей картинке видно, что балансный смеситель не вносит больших искажений и хорошо подавляет сигналы гетеродина (10.2) и ПЧ (10.7 ). Т.к. на выходе ПЧ с низкой частотой 500 кГц, вместо полосового фильтра можно использовать простой ФНЧ. Частоту среза надо подобрать так, чтобы ФНЧ он не вносил заметного фазового сдвига:

olegmotov
Вы не там ищите, где нужно. Переход на низкую ПЧ принципиально ничего не меняет, даже может вызвать новые прблемы на ровнм месте. Джиттер от неподавленного спектра одна из них, как Вы уже предположили. Возникают фазовые проблемы после смесителя. Для получения высококачественной демодуляции важны две вещи.

1) нужно выстраивать строго линейную характеристику между входной частотой(фазы) и выходным напряжением(током). Самый простой вариант - RC-фильтр. Немного сложнее -LC-структуры.
2)нужно найти активные компоненты, которые при процессе работают в ключевом режиме без внесения своего шума.

Поэтому за 60 лет ничего нового не появилось нового от схем, основанные на диффусилителе биполярных транзитосров. Это логика ЭСЛ и это усилители-ограничители, которые почти идеальным образом стали доступны в TBA120 в 1970ие годы и потом уже шло-поехало.

Правильный подход для качественного приёма УКВ-ЧМ состоится в идеальном поканальном разделении сигналов (при этом убираются побочные шумы) и последующим переводом в импульсный сигнал. И только имея этот чистый импульсный сигнал, сможете осуществить демодуляцию, хоть чем.

Можете брать тот же ТВА120 и на выходах его ограничиетеля (они доступны) подключить свой счётный демодулятор.

Хайо
Вы не там ищите, где нужно. Переход на низкую ПЧ принципиально ничего не меняет, даже может вызвать новые прблемы на ровнм месте.
Единственная задача перехода на низкую ПЧ - увеличить коэффициент передачи.
1) При dF=+-75кГц, F=10,7МГц, амплитуде импульса =5В и скважности 50% на выходе Upp=35мВ
2) При dF=+-75кГц, F=500кГц, амплитуде импульса =5В и скважности 50% на выходе Upp=882мВ

В первом случае нет искажений от смесителя, но придется усиливать сигнал и иметь проблемы с шумами
Во втором случае получим искажения от смесителя, но сигал не надо усиливать и шумов меньше.

У меня нет однозначного ответа что лучше, наверное, как Вы пишете, зависит от выбора активных компонентов:
1) нужно выстраивать строго линейную характеристику между входной частотой(фазы) и выходным напряжением(током). Самый простой вариант - RC-фильтр. Немного сложнее -LC-структуры.
2)нужно найти активные компоненты, которые при процессе работают в ключевом режиме без внесения своего шума.

Не уверен в TBA120 как ограничителе. Может быть лучше быстродействующие компараторы, которые могут работать на частотах десятки МГц.

Попробую смоделировать оба варианта.

нужно по соотншению сигнала к шуму судить, а не по амплитуде.
Для +\-75 кГц можно на LC-детекторах получать уверено до 80дБ С/Ш и искажения мало. Амплитуду можно довести с усилителем.

нужно по соотншению сигнала к шуму судить, а не по амплитуде.
Вы правы. Я имел ввиду, что при прочих равных, чем меньше амплитуда, тем хуже соотношение сигнал/шум.

Для +\-75 кГц можно на LC-детекторах получать уверено до 80дБ С/Ш и искажения мало.
А что значит на LC-детекторах? Квадратурные, балансные м пр. с LC-контурами?

Ефвфы
Я именно такую схему и хочу использовать. Схема простая. Ее особенность в том, что импульсы формируются по фронту и спаду прямоугольных импульсов после компаратора. Т.е. на выходе получается удвоенная частота ПЧ. При 10.7 МГц будет 21.4 МГц +-150 кГц. Вопрос лишь в том что лучше - преобразователь в низкую ПЧ на входе или усилитель на выходе.

olegmotov
Ефвфы
но Вы этой схемой не уходите от критических моментв при преобразовании входного сигнала с шумом в импульсы без джиттера.

В начале 1990их сделал такой демодулятор на основе К100ЛП216 для демодуляции спутниковой ТВ. Хорошо работала. У них на входе тот самый диффусилитель на биполярных транзитосрах (логика ЭСЛ).

EXOR = балансный смеситель, можно 174ПС1

Если брать К174ПС1, но на её базе можно изготовить простой детектор с ФАПЧ. Схема была в брошюрке "приём спутникового ТВ", к сожалению автора не помню. если интересно, могу посмотреть. Для такого детектора плюс в том, что не нужно применять второе преобразование частоты. Я повторил схему в своё время - работает довольно неплохо. Единственное, уровень второй гармоники 0.4%, в принципе, у автора была указана та же цифра. С моей точки зрения, для Океана этого вполне достаточно. По качеству звучания, если не брать в расчёт эти 0.4%, причём только по второй гармонике - гармоник более высоких порядков я не наблюдал, данная схемка довольно неплоха.
А что значит на LC-детекторах? Квадратурные, балансные м пр. с LC-контурами?
Двухтактный ЧМ детектор, на основе преобразования ЧМ в АМ и последующим детектированием. Получаются высочайшие характеристики, но есть одно НО. Для океана это дело не пойдёт - для качественной работы данного типа детектора нужно очень глубокое подавление паразитной АМ. В противном случае получится не лучше базового ЧФД, а то и даже хуже

olegmotov
если братьдвухконтурный LC-фильтр и правильно настроить связь контуров, то получаем по центру АЧХ довольно широкий участок , где ФЧХ очень линейная. Можно на 10700 при этом получать хорошую крутизну характеристики. А фильтр к тому ещё убирает побочный широкополосный белый шум, который в счётном детекторе никак не подавить.

Pavlik
подавление паразитной АМ в УПЧ до жёсткого ограничения - это важно для искажения ниже -50...-60 дБ. Этому моменту редко придают нужное внимание. Это в моих ОКЕАНах с новой схеме ключевой момент.

подавление паразитной АМ в УПЧ до жёсткого ограничения - это важно для искажения ниже -50...-60 дБ. Этому моменту редко придают нужное внимание. Это в моих ОКЕАНах с новой схеме ключевой момент.
Тогда уж точно самый простой вариант на ХА6 с двумя контурами в ЧФД.

Вот ещё есть вариант с ФАПЧ. Правда я не пробовал данную схему, пока ничего сказать не могу.

http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/03/31/эксперименты-с-к174пс1-и-к174ур3-в-простых-ук/

EXOR = балансный смеситель, можно 174ПС1
Там не совсем так. Это схема от какого-то довольно высоко классного японского радио приёмника.
Из ПЧ 10.7 МГц после ограничения формируется сигнал с логическими КМОП уровнями.
В качестве ЛЗ - цепочка КМОП инверторов, далее элемент Исключающая ИЛИ (74АС86).
Это обсасывалось здесь.
Страниц и буков много, смотреть где-то с середины.
На околонаучные фантазии ТС не обращайте внимания.

Pavlik
так и получилось - на ХА6 получен самый хороший демодулятор. Десятилетиями мучился всякими другими демодуляторами. Всякие ФАПЧ и счётные не дотянут. Но даташитовские схемы от ХА6 и TDA1047ого не докопались до потенциала этой микросхемы. Пришлось подробно проработать вопрос.

ФАПЧ-демодуляторы не могут быть лучше, чем линейность кривой от ГУН. А пробуйте делать ГУН с линейностью 0,1...0,03% на 10700. Даже на 455 кГц это сложно.

Хайо

ФАПЧ-демодуляторы не могут быть лучше, чем линейность кривой от ГУН. А пробуйте делать ГУН с линейностью 0,1...0,03% на 10700. Даже на 455 кГц это сложно.
Есть такой ГУН. Работает в частотном модуляторе при помощи которого снимаю характеристики ЧМ демодуляторов и полных трактов приёмников. Но задача не только в линейности ГУН и в стабилизации амплитуды выходного напряжения (тоже решаемо), самое главное, на мой взгляд, обеспечить хорошую фазо частотную линейность в широкой полосе "модулирующего входа", ГУНа и малый уровень собственного шума. Это тоже решаемо, но схема получается довольно громоздкой и требует двух полярного питания. Для радиоприёмника это уже слишком

широкополосные ГУН на RC-цепях имеют немалый шум., который ограничит С/Ш на выходе ФАПЧ-демодулятора. Если есть возможность, посмотрите боковые шумы в SDR.

Понятно, что есть разные типы ЧМ демодуляторов со своими достоинствами и недостатками, и за десятилетия сделано множество реализаций различной степени удачности. Но я, все-таки, хочу попробовать именно счетный детектор.

Сделал моделирование с ПЧ 10.7 МГц на MAX9202 и 74HC86. Схема пробная, только для моделирования:


Питание 5В, на большее напряжение быстродействующих микросхем не нашел. На выходе Upp=24мВ. Для 10кГц искажения -47 дБ:


Немного изменил схему - импульсы формируются только по переднему фронту:


На выходе Upp=35мВ, 10кГц -53дБ, THD 0.4%:


Для 1кГц -52дБ и 0.6%:


По шумам и искажениям характеристики посредственные, скорее всего из-за того, что на коротких импульсах (10МГц - 100 нс) выбранные микросхемы вносят относительно большую ошибку. Получается большой фазовый шум и недостаточно стабильная длина импульса. Немного позже попробую эту схему на низкой ПЧ 500 кГц.

olegmotov
смотрел даташит 9202ого.

• его аналоговое питание блокировать на 100нФ
• его цифровое питание блокировать на 100 нФ
• смещение к входу придавать некритично +0,5...+1 Вольт
• на выходе компаратора напряжение от выходного каскада меняется между +0,1 и 3,5 Вольт и дополнительное сопротивление к +5 Вольт для скоростных схем не решит проблему.
• Лучше бы брать скоростную КМОП 74АС86 при питании 3,3В или 74АСТ86 с порогом около 1,7В
• на входе 9205 С\Ш начинает быть хорошим при сигнале более 100 мВ размах (30мВ эфф) и если подавать с малым импедансом. Подачу через 1 кОм поменять на 100 Ом

olegmotov
Немного позже попробую эту схему на низкой ПЧ 500 кГц.
Это сразу надо было делать. Частота ПЧ не более 1 МГц.