УКВ радиоприемници
Част II: Междинно-честотни усилватели за ЧМ

    При представянето на УКВ блокове, няколко пъти споменах, че от особено значение е използването на определен УКВ блок с даден междинно-честотен усилвател. Всъщност тайната е много простичка и се крие в усилването на самия УКВ блок и комплексното усилване на съчетаването му с МЧУ. Затова тук с различните схеми на ЧМ МЧУ ще споменавам за комбинацията с УКВ блок и разбира се, достигната максимална чувствителност на получения УКВ радиоприемник, така както направих в Част I.

    Всъщност цялата идея възникна, когато ми попадна един руски радиоприемник "Меридиан-210" и реших да преработвам УКВ блока му от стандарт 65-75 MHz в стандарт 87-108 MHz. Първо направих УКВ блок, като замених променлива кондензатора на оригинала, който имаше само АМ секация с нов с АМ-ЧМ секция. Но това ми се видя недостатъчно, тъй като оригиналния руски приемник е с УКВ блок с електронна настройка с варикапи и бутони с фиксирани настройки и ето така се започна. След това преминах към премахване и заместване изобщо на цялата УКВ част и така се родиха серия от УКВ приемници. В последствие задълбочих идеята и реших да си направя УКВ тунер с електронна настройка, с фиксирани настройка и цифрова индикация и без да искам стигнах до тунери с PLL синтезиране на честотите. Разбира се няма да покажа всичко това наведнъж, а ще следвам поетапната работа, която свърших.

    Хубаво е да отбележа, че даже докато пиша тези редове, продължавам развитието на тази идея. Освен това всички печатни платки са разработени с еднакви размери, така че да бъдат взаимозаменяеми на шасито, което предварително съм направил. Следва шасито върху което съм разменял различните конструкции и съм направил всички експерименти и чиято печатна платка също публикувам. Включително ще забележите един от УКВ тунерите с PLL синтезатор и фабричен УКВ блок от авто-радио:

    И така, както и в други мои материали, отново се спирам най-вече на конструкции с интегрални схеми на TOSHIBA, като например: ТА7757Р, ТА7640Р (KIA6040Р), ТА7130Р, ТА7303Р, а по-нататък и с други. Ето и първата схема, в която МЧУ е изпълнен с ТА7757Р:

    Все пак искам да отбележа, че повечето интегрални схеми, които използвах, са предназначени за АМ-FМ приемници, като за моите експерименти съм използвал само FМ частта им.

    Входната чувствителност на ТА7757Р по каталожни данни е 50 dBu, което превърнато в напрежение съответства на около 300 µV и разбира се, за да достигна по-добра чувствителност в комбинация с УКВ блок, съм поставил предварително усилвателно стъпало с транзистора SF240. Транзисторът 2N2222A е токов усилвател и емитерен повторител, чиято задача е да намали влиянието на съпротивлението на използваната измервателна система върху изходното нискочестотно напрежение. C19 заедно с L2 представляват честотния дискриминатор и са съответно 82-100 pF и 12 нав, от проводник с d=0.1 мм, навити на тяло с диаметър 4.5 мм, или ако намерите фабричен дискриминатор от някой стар китайски радиоприемник. (Може и японски, ако не ви е потребен).

    Двете измерителни системи са ясни по названието им и може да бъдат включени по желание. И накрая - този МЧУ дава отлични резултати с УКВ блоковете от част I, а именно с интегралните схеми LA1185 (TA7358P) и руската хибридна схема К237ХА5, реализирани както с променлив кондензатор, така и с варикапи. Постига се входна чувствителност на УКВ тунерите по-добра от 3 µV (10-12 dBu). Ако се елиминира предусилвателя с SF240, което печатната платка позволява, тъй като съм предвидил куплунг с мост, виден на снимката по-горе, този МЧУ може да се използва заедно с УКВ блока, реализиран с интегралните схеми на RHOM - BA4412 и BA4424. Ако предусилвателят не се елеминира, се получава наслагване на усилване и всъщност реалната чувствителност не се подобрява значително, а се достига до 1.8-2 µV, но типичния за УКВ обхвата шум се увеличава и влияе на отчета на измерителните системи, като намалява чувствителността на показанието им, особено на измерителя на силата на сигнала.

    Следващата схема, която реализирах е подобна, но с KIA6040P.

    Тази интегрална схема има още по-добри каталожни данни, като нейната входна чувствителност на FM по заводски параметри е 41 dBu, което е приблизително 100µV. Както споменах по-горе т.н. натрупване на усилване пречи да се получат значително по-добри параметри. Причината е, че колкото е по-голямо усилването, толкова по-големи стават собствените шумове. Това е причината, макар с по-добра входна чувствителност общата чувствителност с посочените по-горе УКВ блокове да се подобрява малко и всъщност се достига до 1.5-1.8 µV. На тези, които тази цифра нищо не им говори, практически означава че съм успял да достигна входна чувствителност равна и по-добра от някои от най-добите фабрични FM тунери или рисийвери, както сега ги наричат. Точно с тази интегрална схема на TOSHIBA TA7640P, съм направил в съчетание с описания УКВ блок с интегралната схема ТА2003Р пълно заместване на УКВ частта на руския радиоприемник "Меридиан-210", като забележете не съм използвал допълнителното предусилвателно стъпало и съм постигнал входна чувствителност по-добра от 5-6 µV. Трябва да отбележа, че за достигането на висока чувствителност не е важно да се "навържат" последователно интегрални схеми с голямо усилване или много усилвателни стъпала. По-скоро това е огромна грешка. Монтажът, печатната платка, късите писти, подходящата маса в УКВ блока и подходящото свързване на масите на УКВ блока с МЧУ са разковничето на получаването на максимална чувствителност с по-малко натрупване на усилване.

    Но ето как изглежда монтажа на УКВ тунера, монтиран върху шасито на "Меридиан-210/211":

    Едно важно предимство на интегралната схема ТА7640Р-KIA6040P е, много по-добрата чувствителност на веригите и системите за измерване на силата на сигнала (полето). Погледнете отново принципната схема горе и обърнете внимание, както на веригата с измервателната система, така и светодиода. Освен, че системата е с по-добра характеристика, по-малко се влияе от собствения шум, другата верига, захранваща светодиода позволява с добър подбор на резистора, да се получи праг на сработването му, при който, аз съм направил пълно съответствие на реалната сила на сигнала измерена със системата и светодиода. Тоест подбрал съм нивата по такъв начин, че светодиода светва при ниво -6дБ, съответстващо на измереното от системата. Така получавам двойна индикация, от една страна за силата на сигнала чрез системата, от друга страна само за достатъчно мощни предаватели (над -6dB), а това ми беше необходимо при използването на стереодекодери.

    И тъй като няколкократно до сега споменавах, че идеята е възникнала с цел УКВ блок за руския радиоприемник "Меридиан-210/211", ето комбинацията от BA4424 и KIA6040P/ТА7640P, за която чрез прецизна настройка получих чувствителност на тунера около 2µV. Ако сравните двете снимки, ще забележите, че основната конструкция е запазена, като само е променен УКВ частта, съобразена с използваните за нея интегрални схеми, описани в Част I. Но ето и самия тунер, който се помества на мястото на оригиналния МЧУ на руския радиоприемник:

   До тук описах FM междинно-честотни усилватели, чието хрумване ми е дошло от различни конструкции на АМ-FM радиоприемници, които съм правил. Но естествено, за да конструирам висококачествен УКВ тунер, не е важно да получа само някакво звучене, но и с възможно най-ниски изкривявания. Но тъй като споменах, че целта ми е била построяване на УКВ тунер, поради което геометрията на печатните платки е еднаква, ето как изглежда тя, съобразена с предварително подготвеното шаси:

    Започнах да издирвам подходящи интегрални схеми, разбира се, такива, които се продават на пазара за радиочасти (резервни части) у нас. Попаднах на едно простичко решение, предлагано от TOSHIBA, а именно съчетанието от две интегрални схеми ТА7302Р и ТА7303Р, като първата е интегрален вариант на споменатия от мен по-горе транзисторен предусилвател по междинна честота. Но ето първоначалната схема, от която се появи тази идея. Единствено към нея съм добавил няколко елемента с цел да получа още един индикатор - на точната настройка.

    Оказа се, че TA7302P не може да се намери в България, поради което реших въпреки това, да реализирам тази идея и естествено, намерих решението като заместих ТА7302Р с руската хибридна интегрална схема К237УР5 (К2УС375).

    Естествено, най-важното беше, двете интегрални схеми, руската и оригиналът, да имат близки параметри, както като усилване, така и входно-изходни, за да може без допълнително съгласуване, да се включат пиезо-керамични филтри като селективни елементи, а те, както знаете, са с входно-изходен импеданс от 330 Ω. Но освен ТА7303Р, играеща ролята на самия FM усилвател и честотен дискриминатор, попаднах и на една по-простичка интегрална схема с абсолютно същите параметри, а именно на SANYO LA1150. Оказа, че тя има аналог на TOSHIBA - TA7130P. Разбира се, любопитството ме накара да реализирам и двете.

    А сега следва моят експеримент - съчетанието от руската хибридна интегрална схема К2УС375 (К237УР5) с ТА7130Р и ТА7303Р:

    Тук единственият по-труден за изпълнение елемент е честотния дискриминатор - бобината L1 съвместно с кондензаторите C6, C7. Бобината се навива на тяло с диаметър Ф=4-5 мм, с феритна сърцевина от проводник с d=0.1 мм и съдържа 30-32 навивки.

    На мястото на входният пиезокерамичен филтър може да се постави обикновен керамичен кондензатор 4.7nF, с което се намалява броят им с един. Разбира се влошава се избирателността по съседен канал, но като се има предвид, че отстоянието между две съседни УКВ станции е около 300 kHz, това няма особено значение. Този МЧУ в комбинация с описните преди УКВ блокове дава най-добри резултати с УКВ блок с ИС BA4424 - 1.5 µV, но и не съвсем по-лоши данни и с УКВ блока, реализиран с ТА7358Р или К237ХА5, около 1.8-2 µV.

    Използвах същата геометрия на печатната платка, както повечето междинно-честотни усилватели, които направих до сега. Това ми позволява да ги монтирам на вече подготвеното шаси, върху което съм разположил мрежов трансформатор, токоизправител и основния стабилизатор на 15V, от който с други такива получавам необходимото стабилизирано напрежение както за УКВ блоковете, управлението на варикапите, така и за междинночестотните усилватели.

    Но ето как изглежда конструкцията на МЧУ с комбинацията от ИС - К2УС375 и ТА7130/LA1150:

    И все пак аз съм се стремил не само към по-добра чувствителност или избирателност, но и по-добри възможности за отчитане на силата на сигнала (на полето), поради което съм търсил интегрални схеми, които включват в себе си тези възможности. Както споменах по-горе, другата подобна ИС е пак на TOSHIBA - TA7303P.

    Както се вижда от тази принципна схема, разликата с предишната по функционалност не е съществена, като единствено тя дава възможност за индикатор на нивото на сигнала от извод 3 на ТА7303Р. Техническите параметри са еднакви, експериментите, които съм правил са същите, респективно и получените резултати. И тук входният пиезокерамичен филтър може да се замести с разделителен кондензатор 4.7 nF, разбира се в зависимост от вашите изисквания за избирателност по съседен канал.

    Но ето как изглежда печатната платка на този почти еквивалентен на горния вариант:

    И все пак за да не пропуснем връзката между I-ва и II-ра част, отново припомням, че идеята за УКВ приемници беше не само да "спретна" нещо да звучи, но и да постигна резултати. Вече казах за доста от тях, но е време да ги онагледя чрез следващите снимки. Основната конструктивна особеност в съчетанието между УКВ блока и честотномодулирания МЧУ е преди всичко къси връзки, които ограничават възможността от влияния, шумове, самовъзбуждане по висока честота. Затова чрез дистанционни втулки съм ги монтирал по възможно най-добия начин, като максималната дължина на връзките е 2-3 см. Но ето моите установки за измерване на постигнатата чувствителност:

    А ето тук може да видите съчетаването на фабричния УКВ блок от ВЕФ-221, също в обхвата 87-108 MHz и един от междинно-честотните усилватели, но и измерените стойности на входната чувствителност, отбелязани върху УКВ блока:

    А ето и комбинацията от УКВ блок с К237ХА5 и горния МЧУ и измерването на чувствителността, която в този случай е 5 µV:

    А сега на следващата снимка ще ви покажа комбинацията от УКВ блок, изпълнен с интегралната схема на SIEMENS SO42P и междинночестотен усилвател с интегралната схема на TOSHIBA TA7640, на чийто вход е включен допълнителен транзисторен предусилвател. Тази комбинация дава едни от най-добрите резултати при направените измервания. Чувствителността на входа на така образувалия се УКВ тунер е 2 µV, която се доближава до стойностите на фабричните тунери от най-висока класа. Тук искам да подчертая, че издържаният механичен монтаж ще допринесе за още по-добра чувствителност - не само къси връзки, но и съответните екранизирани кутии или дори една обща печатна платка на УКВ и МЧУ частта взети заедно:

    Когато възникна идеята за тези статии, мислех, че е добре измерванията, които съм правил през времето на осъществяването й, да бъдат отделени в отделна част на този материал. Но всъщност в текущите изложения аз дадох основния параметър, а именно входната чувствителност. Но има още един показател - при какви условия става измерването. Повечето производители използват три стойности на един параметър - измерване на нивото съобразно съответния шум. Това са при 20, 26 и 30 dB отношение сигнал/шум. Аз няма да правя никакви коментари относно качествата на измерването, просто искам да покажа разликата, а по нея вие сами ще изберете по-строгия критерий и по-добрия показател. Но ето в последователност измерванията при споменатите стойности:

с/ш: 20 dB с/ш: 26 dB с/ш: 30 dB

    Разликата е очевидна с просто око. А аз препоръчвам измерванетия при 30 dB отношение сигал/шум, особено ако след МЧУ трябва да се свърже стереодекодер, в противен случай в режим "стерео" ще се чува типичния неприятен високочестотен шум, който разваля удоволствието, когато се слушат ниски партии, лек джаз, блус или говор.


    Използвана литература:

    1. УКВ блокове с биполярни транзистори, В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 10/1982
    2. УКВ блокове с полеви транзистори, В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 11/1982
    3. Конструктивни особености на УКВ блокове, В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 3/1984
    4. Междиночестотни усилватели (за УКВ), В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 7/1983
    5. www.alldatasheet.com
    6. www.datasheetcatalogue.com
    7. Справочни данни за ИС: K2УС375, KIA6040, LA1150N, TA7130P, TA7303P, TA7757P [zip,djvu,pdf][1,8mb]

Валери Терзиев
5 април 2013 година