УКВ схемотехниката в Hi-Fi тунерите

    Всъщност, преди да започна, искам да се извиня на хората, които знаят повече от мене за моето нескромно начинание.

    Все пак събрах, "даунлоудвах" и разгледах десетки схеми на УКВ тунери, произведени от истинските фирми-производители в бранша в годините 1970-1990, а не от техните китайски наследници. Самият аз, възпроизведох няколко и сам изпитах техните качества и технически характеристики. Всички, с носталгия си спомнят за качеството на техниката, произведена в Япония, Германия, Великобритания от такива имена като AKAI, ONKYO, SONY, SANYO, GRUNDIG, TELEFUNKEN, PHILIPS, DENON, MARANZ и нека не изреждам всички. Моята цел не е да опиша възникването, възхода и падението на тези фирми, а пътя, който са изминали в схемотехниката на УКВ блоковете за FM тунери.

    Ще прескоча годините на неистовата борба между електронните лампи и транзисторите с традиционния за онези години въпрос: "Ще устоят ли лампите на конкуренцията на полупроводниковите триоди?" (статия РТЕ), защото истинското начало на Hi-Fi (High Fidelity) започва с транзисторите и тяхното бързо налагане на пазара, само с факта, че в една кутия от 40 сантиметра може да се вместят десетки транзистори и интегрални схеми и да се произведе тунер или усилвател не само с високи технически характеристики, но и с много глезотии за потребителя във формата на допълнителни възможности.

    Интересното е, че в първите години почти всички производители залагат на една и съща принципна схема на УКВ блока:

    Тази схема се превръща в "стандартна" – едногейтов полеви транзистор на входа, чиято единствена цел е да удовлетвори изискването за голяма динамика на входния сигнал, стандартен смесител с биполярен транзистор, в чийто вход е включен режекторен филтър на междинната честота от 10,7 MHz за да се елиминира директното й влияние върху междинночестотния усилвател и капацитевен генератор на Колпитц за осцилатор. На горната схема смесването на входната с осцилаторната честота се извършва, като и двата сигнала се подават на входа на смесителя.

    В началото на тази индустрия, когато УКВ пространството не е било претоварено от радиостанции, не е съществувала опасност от "бити" канали и интермодулация. Показаната принципна схема се среща в много от първите аналогови тунери, а по късно и в някои цифрови (точния израз е "тунери с PLL" и цифрова индикация). Такива са например: AKAI AT-2250, JVC FX-331L, Maranz-26, повечето ONKYO T-4xxx и други.


 

    И след като видяхме как изглежда тунерът JVC FX-331L, следва принципната схема на неговия УКВ блок, в който забележителното е използването на сдвоени варикапи за настройка, както и два буфера, свързани към осцилаторния кръг, единия от който подава сигнала за смесване към биполярния смесител, а другия за извеждане на сигнала от осцилатора към PLL синтезатора (и цифровата индикация):

    Но с времето все по-често се оказва, че "битите" канали са от значение за качественото радиопреимане на УКВ обхвата и смесителят с биполярен транзистор бива заместен с едногейтов полеви транзистор, като например TOSHIBA ST-420, Maranz-115:


 

    Смесването на входния сигнал с осцилаторния е осъществяван както във входа на смесителя, така и разделно. Както е известно, разделянето на двата сигнала, като единия се подава на входа на смесителя, а другия на "сорса" (така и не беше измислена българска дума) е от изключително значение за избягване на тяхната зависимост, та дори и увличане на честотата на хетеродина. Но повече се утвърждава тенденцията да се изолират двата сигнала. Така и показаната по-горе принципна схема става класическа за най-пълното използване на едногейтовите полеви транзистори. В последствие тази схема се използва и в УКВ тунерите с електронна настройка с варикапи, както и в тунери с цифрова индикация.

    Прави впечатление, че във всички тези еволюции на принципната схема на УКВ блока, едно стъпало остава непроменено, а именно осцилатора или още наричан хетеродин.

    В почти всички схеми осцилаторът е изграден по горната схема, като осцилаторната бобина е в кръга на базата. Това, обаче има своите предимства от механична монтажна гледна точка, тъй като независимо дали настройката се осъществява с променлив кондензатор или варикапи, студения край на бобината е на маса.

    А ето още една такава схема, която илюстрира смесването на входния и осцилаторния сигнал в "сорса" на полевия смесител", каквато е използвана в УКВ блока на тунера на TOSHIBA ST-420, а снимката му е показана по-горе:

    В една от предишните статии, аз обърнах специално внимание на веригата за автоматична донастройка на честотата. Тук няма да я разглеждам отново, но съм длъжен да спомена, че тя е съществена част от УКВ блоковете на много от произвеждането в миналото УКВ тунери, тъй като тя решава един не маловажен проблем – температурната зависимост на честотата на осцилатора, поради различните температурни коефициенти на елементите, както и линейното разширение на осцилаторната бобина. Разбира се, сериозните фирми са прилагали и различни други прийоми, един от който е, че ако температурния коефициент на индуктивността на осцилаторната бобина е отрицателен, то кондензаторите в този кръг са обикновено с положителен температурен коефициент. Обърнете внимание на горната схема, а веригата на АДЧ (AFT) на схемата на RT-2100 по-долу.

    С появата на двугейтовите полеви транзистори, те бързо заменят едногейтовия първи транзистор в УКВ блоковете и добавят още по-добри динамични свойства поради почти идеалния квадратичен характер на волт-амперната характеристика – най-близкият полупроводник до електронната лампа. Но те дават още една изключителна възможност, а именно прилагането на автоматично регулиране на усилването към втория гейт и още по-голяма устойчивост на входното стъпало към силни сигнали и динамични изкривявания и претоварване по вход:

    Паралелно с развитието на схемотехниката, се преминава от настройване с променлив кондензатор, към електронна настройка с варикапи. Принципните схеми на УКВ блоковете са същите. Например, ето тук по-долу една типична схема на УКВ блок с варикапи, която е използвана от TECHNICS в техния модел висококачествен тунер ST-G5:

    А ето как изглежда самия тунер:
 

    Настройката на трептящите кръгове се извършва с единични, а не сдвоени варикапи. Но използването на варикапи дава нови възможности и потребителски функции, като например предварително избрани фиксирано настроени станции (PRESET). Разбира се тези прийоми се прилагат не само от TECHNICS, а и от други Големи в този бизнес, като SONY, PHILIPS, AKAI, ONKYO и други. Друга нова опция, която се вижда в тази схема е буферния транзистор, включен към осцилатора, който в случая е изпълнен с биполярен транзистор, но ще го срещнем и с едногейтов и двугейтов полеви транзистор. Този буфер позволява прехвърляне на осцилаторния сигнал към цифрова индикация чрез честотомер със специализирана интегрална схема, каквато например е ИС на SANYO LC7265. На следващата схема на УКВ блок, ще забележите използването на едногейтов транзистор за такъв буфер. Основното предимство в случая е високото входно съпротивление на буферното стъпало, което позволява осцилатора да не се товари. Тук вече настройката се осъществява със сдвоени варикапи:

    Или моделът F2213 на PHILIPS:

    Следва схемата на УКВ неговия блок, в който входното стъпало е изградено с двугейтов полеви транзистор, на чийто втори гейт се прилага напрежението за управление на автоматичното регулиране на усилването:

    Но с появата на двугейтовите полеви транзистори, тяхното използване не свършва до входното стъпало. Поради почти идеалната квадратична характеристика, те се оказват перфектни за използване в смесителя. Освен това позволяват разделянето на смесителните вериги, както по гейтове, така и по гейт-сорс.

    Така се създават едни от най-висококачествените Hi-Fi тунери. Но всички знаем, че това не е достатъчно. Колкото повече настроиваеми кръгове има във входното стъпало, токова характерситите са по-добри: по-добра избирателна способност, която се решава не само от тази на МЧУ, по-добри динамични характеристики, по-добри интермодулационни характеристики, по-голяма избирателност по огледален канал. Пример за такъв тунер е моделът на ROTEL RT-2100, изпълнен с 5-секционен променлив кондензатор:

    Също така хитовия модел на PIONEER TX-9500, изпълнен с 5-секционен променлив кондензатор:

    Или моделът на ONKYO T-4650, включително с електронна настройка със сдвоени варикапи:

    Разбира се, има много други интересни изпълнения, като например използването на балансни смесители с биполярни и полеви транзистори, двойнобалансни смесители с интегрални схеми и други, но страниците няма да ми стигнат за да направя достоен преглед на всички възникнали до сега идеи и тяхното развитие във времето. Но истината е само една – налагането на качество в тази техника преди години беше съпътствана и с подходяща не малка цена, докато сега не можем да говорим за постигане на качеството на Великите производители на XX-ти век за съвременните ниски цени, диктувани от масовите китайски производители на ширпотреба. А сега следва един красив пример на използването на двугейтов полеви транзистор на входа, съчетан с балансен смесител и осцилатор с всички предвидени буфери. Ето УКВ блока на PIONEER F-99X:

    Използването на полеви транзистори и балансни смесители като µA796, МС1496, TCA240A, SO41P е разгледано в няколко статии в списание "Радио, телевизия, електроника" в годините 1983-1989 от Григор Григоров, проф. Спиро Пецулев, инж. Живко Желязков и други, поради което няма да се спирам на тях.

    Разбира се има още много схемни решения и конструкции на УКВ блокове на Големите в този бизнес. Усложняването на конструкцията винаги е водило до още по-голямо подобрение на техническите характерстики на УКВ блока, но най-вече на подтискане на "бити" канали и интермодулационни изкривявания. Колкото повече стават трептящите кръгове (настройваеми лентови филтри), толкова повече са използваните полеви транзистори за компенсиране на затихването в тях. И естествено, толкова по излишни стават неудобните и обемисти променливи кондензатори. Така употребата на варикапи за електронна настройка на УКВ блоковете се оказва изключително предимство. Но не само това е причината, а и преминаването към използването на цифрови синтезатори на честота с фазова обратна връзка. С включването на синтезаторите отпадат редица решения като автоматичната донастройка на честотата, температурна стабилизация, неточност на цифровата индикация и т.н. Така отпадат от конструкциите индикаторите за точна настройка, бутоните за AFT, а вместо неточните фиксирани настройки се появяват запаметените станции (SONY ST-S100L):

    И на края предлагам да разгледаме едно простичко и елегантно решение на лидера в тази индустрия SONY с един от култовите им модели ST-707ES:

    Всички забелязват, че това схемно решение на SONY е комбинация от повечето разгледни по-горе схеми на УКВ блокове. Тук виждаме традиционния едногейтов полеви транзистор, изграждащ входното стъпало, смесител с двугейтов полеви транзистор с разделно подаване на входния и осцилаторния сигнал, три настройваеми избирателни кръга по висока честота, електронна настройка със сдвоени варикапи, режекторен филтър за подтискане на сигналите с междинна честота 10,7 MHz с последователен трептящ кръг на входа на смесителя, генератор на Колпитц с едногейтов полеви транзистор – напук на тези, които твърдят, че не се препоръчва изграждането на осцилатор с полеви транзистор и разбира се два буфера, чрез които сигнала на осцилатора се подава към смесителното стъпало и съответно към PLL синтезатора за цифрово управление на генерираната честота. А ето как изглежда този тунер:

    С това завършвам този кратък преглед. И пак повтарям, нямах за цел да разглеждам всички схемни решения, а усъвършенстването на схемотехниката при построяването на висококачествени УКВ блокове.

    Естествено УКВ блоковете се нуждаят от междинночестотни усилватели, а в предишна статия аз разгледах някои висококачествени такива, чието предназначение също е за Hi-Fi тунери. Поредица от специализирани интегрални схеми с изключителни технически характеристики и допълнителни потребителски възможности като индикации за силата на сигнала и точна настройка, са били използвани от Големите производители. За да стане пълно разглеждането на историята на УКВ техниката разгледайте статията ми за използването на висококачествени междинночестотни усилватели за честотна модулация.

    Архив с принципни схеми и сервизни ръководства на тунерите, изпозлвани в статията [zip,pdf,png,jpg][!165mb]


    Забележка:
Статията е с информативен характер и от публикуването и не се търси изгода. Снимки, принципни схеми и ръководства са свалени от интернет пространството. Ако някой от авторите или издателите на сканираните схеми, документации (в това число снимки) има забележки относно авторството и авторските права, моля да се свърже с нас (kn34pc.com)

Валери Терзиев
30 юни 2013 година