Ламповые души

Наконец и я приобщился. Шипко было боязно, а вдруг не получится? Буду побираться по форумам в поисках помощи...
Но ничего этого не произошло. Неспешно был создан проект "СИНХРО-ДЕМОДУЛЯТОР ЧМ" и изготовлена схема и плата, разумеется ЛУТ лабораторная.
За основу была взята схема PLL детектора тюнера SONY ST-SA5ES. Это тюнер был куплен моим знакомым любителем тюнеров и FM и отслушан в сравнении с другими тюнерами. Результат меня поразил и зарядил. Этот тюнер играл лучше всех, причем с большим отрывом.
Для синхродетектора нужны правильные детали, обязательно качественный варикап, от него ну просто всё зависит, нельзя применять советские, я попробовал КВ127АТ и обломался. 3 штуки в параллель и не работают нормально. Был заказан варикап SANYO с Алиэкспресс.
Конденсаторы WIMA несколько померкли в моих глазах, они не работают на частотах ПЧ 10,7МГЦ а может и более низких.

Устройство состоит из входного усилителя, это не обязательный узел, он представляет собой оконечный каскад усилителя ПЧ и он есть в любом ЧМ радиоприемнике кроме тех что на микросхемах типа К174ХА6 и УР3. Не применяйте это для синхродетектора, на пользу не пойдет. Далее
двойной балансный перемножитель называемый еще кольцевым диодным смесителем, на диодах шоттки и с двумя трансформаторами на колечках 50ВН. Входной трансформатор и гетеродинный.

Обмотки у них не одинаковые, первичка 20витков, вторичка 2х8 витков или даже по 6 витков хватит. Входной трансформатор настроен в резонанс то есть это контур ПЧ. Самый обычный последний контур усилителя ПЧ. На колечках не так все ужасно, как некоторым кажется, колечки обладают некоторой защитой от помех и наводок и сами создают меньшее поле рассеяния. Колечки можно не экранировать, но когда дело касается гетеродина то все равно желательно.
Смеситель образует фазовый детектор, лучший из возможных. Берем только лучшее.
Его выходной сигнал образуется на нулевой несущей, токовое управление работой ОУ на котором собран усилитель отрицательной обратной связи и первый фильтр пропорционально-интегрирующий. Эти части и ранее встречались а далее начинается шаманство с бубном.

Шаманство самое настоящее и у него есть истоки. В 30-х годах прошлого века радиолюбители могли на свои приемники-орегенераторы принимать синхронно сигналы и происходило это в режиме максимальной регенерации когда входной каскад уже возбуждался, но колебания были слабые. При этом входные сигналы синхронно захватывали колебания в регенераторе. Это происходило в условиях когда ООС была нейтрализована ПОС.
Этот принцип нужно и далее использовать но схема конечно другая. Пол Хоровиц в своей книге "Искусство схемотехники" описал чудесное устройство МАХОВИК ФАПЧ. Но очень скупо описал и дал отличную картинку как маховик входит в синхронизм.



На рисунке видно что процесс вхождения в синхронизм сопровождается сменой полярности ОС С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ НА ОТРИЦАТЕЛЬНУЮ и так до наступления синхронности. Но у меня выходной сигнал не прямая линия а звуковой сигнал или КСС. То есть это колебания тональных и надтональных частот вплоть до 76кгц где цифровая информация передается. "прямая" линия у моей схемы тоже есть, но она условная и задает положение характеристики управления. Нормальное положение соответствует отсутствию расстройки и соответствует "нулю" усилителя ОУ, а его вход плюс подсоединен к источнику стабильного напряжения +5,6в. Ноль будет около 5,6в на выходе ОУ. Там прямая линия но она будет смещаться при возникновении расстройки вниз или вверх вызывая подстройку на центр. Но также одновременно с выхода ОУ идет звуковое и надтональное напряжение, которое также по всем правам является управляющим сигналом и те части колебаний которые превышают +5,6в это ПОС а те что менее это ООС. Так, синхродетектор работает при периодический смене пос на оос как и у старых радиолюбителей в 30-е годы.
Но некоторые современные схемы PLL работают без ПОС с запасом усиления по ветке ООС, например у В. Полякова. Этот запас усиления создает полосу зхваата и удержания которые разные и процесс вхождения в синхронизм у Полякова происходит со щелчком и скачком. Так действует запас усиления, он создает щелчки. Это не приятная особенность в работе синхродетектора, кому понравится когда ваши АС громко щелкают выкатывая наружу диффузоры динамиков. И БШН тут не причем, для нее даже нет сигнала управления.
Приемники с ФАПЧ Полякова они лабораторные для опытов, мой синхродетектор чтобы слушать лежа в кроватке расслабляясь.
Ну конечно это сначала был детектор СОНИ но я его натянул на свои потребности. Изменил гетеродин и параметры маховика изменил.
Мой синхродетектор не щелкает при перестройке.



Разумеется это свойство МАХОВИКА ФАПЧ который нейтрализовал лишнее усиление в нулевой точке и прилагает усиление нужной полярности только в процессе отслеживания модуляции. На варикап подается по прямой ветке сигнал ПОС через резисторы R1 R2, ПОС это ускоряющий сигнал, ООС тормозящий. На картинке Хоровиц видно как они меняются формируя переменное напряжение.

Смена полярностей ОС также имеет и еще более важную функцию повышения динамического диапазона детектора до 60дб, то есть сигналы которые поступят на выход располагаются в зоне до входа в синхродетектор на уровнях 0-60дб. В. Поляков писал в своей книге что динамический диапазон обычных ЧМ-детекторов не превышает 20дб и это именно амплитудный диапазон входных сигналов.
Любой ЧМ-детектор построенный на принципе преобразования ЧМ в АМ и детектировании огибающей сможет воспринять только 20дб входных сигналов и чтобы это устнранить они сжимают динамический динамический диапазон ограничителем. Но ограничитель действует так что вырезает вместе с частью амплитуды и часть фазы, искажая ФЧХ.

Мною практически установлено что СИНХРОДЕТЕКТОР С МАХОВИКОМ в принципе не нуждается в ограничителе на входе и более того СПАМ в его входном контуре должна быть. Это очень удобно практически и совместимо с лампами, с линейными усилителями.
При этом PLL СИНХРОДЕТЕКТОР подавляет СПАМ на более чем 60дб.

Чудесные свойства проявляются в точке управления частотой, там куда включен варикап. Там балансируется усиление от ноль до +/- 3дб примерно, при этом начинают звучать конденсаторы, ОУ , резисторы, провода и все что хотите. То есть проявляется сильная зависимость звучания от применения конкретных микросхем и конденсаторов. Это выявлено практически, так, микросхема MC1458 отказалась нормально работать, OPA2604 работала хорошо, но OPA2134PA еще лучше работала. Лучше значит что наблюдался устойчивый захват PLL всех станций даже слабых, искажений нет на слух а в других случаях их было много.

Собственно говоря в точке управления частотой наступают тех же условия, которые наступали у радиолюбителей 30-х годов прошлого века во входном каскаде регенерации.

Невероятные вещи обнаружены экспериментально при настройке ФАПЧ (PLL) ВТОРОГО ПОРЯДКА АСТАТИЗМА.
Во первых следует иметь ввиду что бывают ФАПЧ с постоянной фазовой ошибкой, так называемые статические и бывают астатические ФАПЧ где фазовая ошибка стремится к нулю. Что это значит практически? Стремиться к нулевой ошибке значит что выходной сигнал будет безошибочный.
А это значит что все фазовые соотношения в КСС будут высокой верности как на передатчике и разделение стерео произойдет самое точное и глубокое. Но нужно иметь ввиду что полоса частот усилителя ПЧ также повлияет на качество разделения каналов стерео. Она, полоса, должна быть широкая, примерно 280кгц. Чтобы прошло не только стерео но и сигналы RDS которые идут выше по частоте чем надтональный спектр стерео. Впрочем кому-то RDS и не нужно.

Статьи В. Голуба по теме ФАПЧ позволяют узнать что астатизм бывает различных порядков, 1 порядка, второго порядка и более высоких порядков, про которые сказано лишь что слишком сложно реализуется. Астатизм первого порядка проявляется в ЗВУКОВЫХ ФАПЧ-демодуляторах без фильтра или с примитивным фильтром. Таковыми можно считать все схемы приемников ППП с фапч и даже для ПЧ есть примитивные схемы первого порядка.
Их фазовая ошибка непостоянна но проявляется с большей или меньшей вероятностью.
Схемы второго порядка используют два фильтра, второй фильтр довольно загадочный, маховик, о котором писал Пол Хоровиц.
Этот фильтр второго порядка описан и у Момот в книге про синхронный радиоприем. Но там только лишь пожелания и соображения, практического нет ничего как и у Хоровиц. Схема Сони дает практический пример фильтра-маховика с памятью, то что это он вам придется поверить мне на слово.
Но схема сони ничего не объясняет поэтому надо еще связать практику с теорией маховика что уже может далеко не каждый. Пол Хоровиц так мало объяснил как украл, но хоть что-то и его картинка бесподобная.
Я сделал другую картинку



Многие если не все ЧД выдают искажения потому что их собственная характеристика противоречит характеристике колебательного контура и последнюю мы изменить не можем как и теоретическую характеристику ЧМ-детектора и вроде бы выхода нет, но он все таки есть.
Фапч нужно настроить так чтобы создавался режим предсказания (памяти) и режим обращения ООС в ПОС.
Собственно говоря об этом писал Момот в своей книге. Синхроприем возможен когда входной каскад радиоприемника настраивают чуть выше порога возбуждения то есть ПОС преобладает и входной сигнал захватывает такие собственные колебания и происходит синхронное детектирование. Это прямой захват. Эта технология сложна реализацией и не устойчива как все регенераторы.
Хитрые японцы собрали схему где ПОС может становится больше ООС в точке управления частотой, но не в точке выхода. У простых ФАПЧ это одна и та же точка, но здесь другой случай, астатизм второго порядка.
То есть фазовая ошибка крайне мала и стремится к нулю. При этом частота уже ноль (нулевая ПЧ) и амплитуда ноль- через ноль частоты амплитуда уже не проходит. Остается только переменный по направлению ток на выходе фазового детектора и здесь все очень похоже на ЦАП, нужен преобразователь ток-напряжение на инвертирующем ОУ. С выхода преобразователя получаем выходной сигнал системы, но управление частотой происходит через второй фильтр который удалит излишки ООС и скорректирует по частоте. ФАПЧ вообще любит задирать высшие звуковые частоты поэтому в фильтре нужна коррекция чтобы астатизм не нарушался.
Получаемая при работе такой ФАПЧ суть весьма интересная, ФАПЧ как будто кормится амплитудой СПАМ и превращает ее в ток. При этом перевернувшийся знак полярности ОС делает СПАМ на втором спаде АЧХ не вредным по отношению к ЧД и адекватно принимается.
Т.о. ФАПЧ второго порядка астатизма проявляет признаки ИДЕАЛЬНОГО ЧМ ДЕТЕКТОРА с ранее не существующими характеристиками, этот ЧД не противостоит АЧХ колебательного контура, не боится СПАМ, не требует ограничителя и проявляет фазовую ошибку близкую к нулю.
Применяя ФАПЧ второго порядка астатизма в ламповом приемнике можно получить полное согласование с его конструкцией и идеологией, то есть продвинутся на новый уровень ламповых технологий.