УКВ радиоприемници
/kn34pc.com/конструкции/...

Част I: УКВ блок
Част II: Междинно-честотен усилвател за ЧМ
Част III: Автоматична донастройка на честотата (АДЧ)
Част IV: Висококачествен междинно-честотен усилвател за ЧМ
Част V: Стереодекодер


Част I: УКВ блок

Ето, че дойде времето и на радиоприемници за УКВ или още напоследък известни като FM радиоприемници или тунери. Не е кой знае каква новост в ефирното разпространение с честотна модулация, но е гъдел за конструктора. От една страна изглеждат простички за изпълнение, от друга - съвсем не е така, предвид на високите честоти за домашни любителски изпълнения, но и с изискването за по-специална измервателна техника и апаратура. Идеята възникна когато реших да преобразувам УКВ блока на руския радиоприемник II клас "Меридиан - 210/211" и така се родиха серия от УКВ приемници. Аз ще представя няколко УКВ блока, които съм реализирал в различни мои конструкции. Преди това искам да отбележа, че няма да разглеждам с подробности вече описани схемни решения, които съм дал в предишни материали, като например преустройства на УКВ блокове с интегрални схеми на RHOM или TOSHIBA. Акцентът ще бъде в УКВ блокове с електронна настройка, тоест с варикапи, като всички са за обхвата 87-108 MHz.

В процеса на работата ще стигнем и до настройките, затова още тук ми се иска да отбележа, че всички сравнения ще правим при еднакви условия, например: с един и същи ЧМ МЧУ, сигнал генератор, дължина на антената и т.н. Така ще имаме база за сравнение. В първите две схеми няма нищо ново освен замяната на променливия кондензатор с варикапи.

А и без сравнение, естествено няма да минем. За да видим разликите в изпълнението с променлив кондензатор или варикапи, само в началото с първата конструкция, тук една под друга ви представям една и съща схема, изпълнена с BA4424 по двата начина. Не забравяйте, че ИС BA4424 има вградено усилвателно стъпало по междинна честота, а това е от значение за построяване на междинно-честотния усилвател. На първата схема настройките в обхвата се постигат с променлив кондензатор с УКВ секция с капацитет 2 х 15 pF. За такъв съм използвал в много от своите конструкции променливия кондензатор от руския радиоприемник "ВЕФ221/222" или подобен от българския "Елица":


BA4424, настройка с променлив кондензатор

Във втората схема, променливият кондензатор е заменен с варикапи, като стойността на паралелните кондензатори е същата. Естествено, възниква за решаване задачата общият капацитет на кръговия кондензатор и капацитета на варикапа да са еднакви със същите за изпълнение с променлив кондензатор:


BA4424, настройка с варикапи

Тази задача се оказа трудна, защото трябваше да намеря подходящ по параметри варикап, при това да се продава на пазара за електронни компоненти. Оказа се, че варикап BB105G покрива този критерий. При изменение на управляващото напрежение от 0,6 V до 13,5 V неговия капацитет се променя от 18 pF до 4 pF. За тази схема, с посочените стойности на паралелните кръгови кондензатори (с малки донастройки) варикапите покриват граничните честоти 87-108 MHz с управляващо напрежение от 0,6 V до 13,5 V.

Това, което веднага се забелязва, че едва ли не варикапите автоматично заменят променливия кондензатор. Но се оказва на практика, че има доста работа, която трябва да се свърши, преди УКВ блока да "влезе" в обхвата и да просвири. Най-лесни за изпълнение бобини са еднослойните без тяло. Тяхната индуктивност се променя чрез свиване или разтягане на бобината. Аз съм избрал чрез разтягане, като за целта навивам бобините с половин намотка в повече (4,5 навивки, без тяло с диаметър 4,5 mm, плътно, навивка до навивка от проводник d = 0,6 mm, а за осциалаторната с една навивка по-малко). Но този начин е доста труден за настройка, дори и с вобулоскоп, защото дори малко в повече разтягане води до драстична разстройка и трудно спрягане на двата кръга. А все пак ние целим спрягане на ВЧ кръга с осцилаторния в две точки, което повишава значително чувствителността на УКВ радиоприемника.

Поради изтъкнатата по-горе причина аз съм избрал по-трудния за реализиране на бобините начин, но който значително опростява настройката - навивам ги на тяло с феритна сърцевина. Все пак трябва да се има предвид, че феритната сърцевина трябва да бъде високочестотна, така че който не може да намери такива тела, е по-добре да се придържа към описания по-горе начин. Пластмасовите тела са с диаметър 4,5 mm и на тях навивам съответно за ВЧ и осцилаторната бобина 3,5 навивики и 2,5 навивки от проводник с d = 0,35 mm. Навити са плътно в долната част на тялото, което може да видите от снимките. По този начин настройката се извършва чрез въртене на феритната сърцевина. След постигане на началната честота на обхвата с паралелните кондензатори се постига неговото покритие. УКВ блока, реализиран с ВА4424 и съчетан с МЧУ на ИС ТА7757 дава входна чувствителност от 1,5 µV. Не се използва допълнително предусилвателно стъпало, тъй като в ВА4424 такова е предвидено от производителя.

На следващата снимка може да се видят телата които съм използвал за навиване на съответните бобини, като първата е междинночестотен филтър на 10,7 MHz, а следващите са за високочестотната и осцилаторната, като последната е представена навита и с паралелен кондензатор:

В процеса на изработката на бобините е важно след завършване на настройките на УКВ блоковете, навивките на бобините, особено на осцилаторните, да се фиксират, с което се елиминират до голяма степен влиянията от механични сътресения и температурни разлики. В китайските фабрики обикновено заливат бобините с парафин, което извършва тази фиксация, но тя не е много стабилна на температурни влияния като при по-високи температури парафинът започва да се разлива. В руските производства са използвали лепила. Аз също съм избрал този начин, като обикновено слагам по една капка акрилно моментно лепило. Тук искам да отбележа, че фиксирам само медния проводник, с който е навита съответната бобина, но в никакъв случай феритната сърцевина.

А сега ще ви представя схемно решение на УКВ блок реализиран с интегрална схема LA1185/TA7358. Естествено, отново изпълнението по двата начина - с променлив кондензатор и с варикапи. Тук, обаче задачата не беше просто да направя някакъв УКВ блок с варикапи, а да накарам варикапите да заработят в един доста тесен интервал на управляващото напрежение. На принципната схема, която следва, ще видите, че паралелно на ВЧ и осцилаторните кръгове има паралелни кондензатори за постигане на желаните покритие и честотен обхват. Но след като доста се постарах с втората схема, елиминирах тези кондензатори и чрез щателен подбор (и много загубено време) успях да накарам схемата да заработи без кондензатори при управление на варикапите от 0,6 V до 4,5 V. Това беше изключителен резултат, защото този УКВ блок вече може да се помести или да замести който и да е друг в преносим радиоприемник със захранващо напрежение 9 V и разбира се използването на интегрален стабилизатор LM7805 за управляващото напрежение на варикапите.


LA1185, настройка с променлив кондензатор


LA1185, настройка с варикапи

Повтарям: кондензаторите С58 и С65 са премахнати. Покритието на обхвата се осъществява чрез управляващото напрежение. И тук бобините са навити на тяло с феритна сърцевина, закупено от "Конрад", с високочестотна сърцевина и диаметър 4,5 mm. И двете са навити плътно в долната част на тялото, така както е видно на горната снимка или на снимките с готовата платка. Навити са от проводник с d = 0,5 мм, съответно 3,5 и 2,5 навивки. Входните филтри са стандартни, еднакви и вече съм давал данни за тях в предишни статии. За моите конструкции, освен посочените филтри, съм използвал и керамични лентови филтри GFWB3, които ще забележите на приложените снимки. И в двете описани схеми FMT е междинночестотен трансформатор, който съм взел готов от китайски радиоприемници, но и тези данни вече съм ги давал за тези които могат да си ги навият собственоръчно. Примерно, бобините на FMT имат по 10-12 навивки за тази стойност на кондензатора от проводник с d = 0,1-0,12 mm, а вторичната намотка е 1,5 навивки от същия проводник. Изключително важна забележка - посоката на навиването трябва да следва посоката на сигнала. Не че няма да "тръгне", но ще намали коефициента на усилване на УКВ блока. Например последната принципна схема, изпълнена с LA1185 с малки забележки работи с МЧУ на 10,7 MHz без допълнително усилвателно стъпало. Разбира се чувствителността нараства значително, ако такова се монтира, но това ще бъде предмет на следваща статия. Този УКВ блок в съчетание с МЧУ на ИС ТА7757Р и предварителен транзисторен усилвател дава една доста добра входна чувствителност от 1,8 µV.

При настройката първо фиксирам най-ниското управляващо напрежение на варикапите на стойност 0,5 V, след което следейки на вобулоскопа пика на честотната характеристика, чрез въртене първо на феритната сърцевина на осцилаторната бобина, а след това на високочестотната се опитвам постепенно да достигна началната честота на УКВ обхвата - 87 MHz. Разбира се това се прави на малки части от по 3-4 MHz като веднага след постигане на известно отместване на честотата с осцилаторната бобина, чрез въртене на сърцевината на високочестотната бобина търся максимална амплитуда на пика на честотната характеристика. След като постигна долната гранична честота, подавам постепенно по-високо управляващо напрежение и отново регулирам амплитудата на сигнала. Така постигам максимална чувствителност и по-равномерна характеристика в целия УКВ диапазон. Следва снимките на готовата платка така както е хвърчащ монтаж в изпитателен режим:

А сега следва едно нетрадиционно приложение на интегралната схема на TOSHIBA TA2003P, която в статията "Радиоприемници, базирани върху шаси на "Геолог" беше описана като AM-FM приемник от нисък клас. Оказа се, че УКВ блока в нея работи не по-зле от ИС на BA4412/4424. Също като нея, ТА2003Р e подходяща за изграждане на УКВ блок в съчетание с подходяща ИС за МЧУ, като например ТА7757Р. Всъщност ще разгледам УКВ блок, реализиран също варикапи BB105G:

На представената по-долу принципна схема на УКВ блока реализиран с ТА2003Р се вижда, че МЧУ изхода от извод 3 на интегралната схема излиза директно за връзка с междинно-честотния усилвател. Но с една забележка: през развързваш кондензатор от 10 nF или директно, ако се свързва към пиезокерамичен филтър за 10,7 MHz преди входа на МЧУ. Ако ще използвате този УКВ блок в друга конфигурация, например с друг МЧУ, задължително към извод 3 на интегралната схема се свързва пиезокерамичен филтър за 10,7 MHz (SFE10,7MA или еквивалентен) за да се осигури смесителната част на блока (надявам се, знаете че междинната честота е разликата от осцилаторната и входната честота).

И тук, както по-горе с кондензаторите С14 и С11 се постига желаното покритие в диапазона 87-108 MHz. Данните за бобините са същите, както дадените по-горе. По същия начин могат да се навият без тяло и с тяло, като определено настройката на УКВ блока когато е монтиран с бобини с тяло е по-лесна и отнема по-малко време.

Входният лентов филтър също не се отличава (може да се каже, че е стандартен). И както и по-горе съм отбелязал, аз съм използвал също керамичен лентов филтър като резултатите са същите, но намаляват компонентите.


TA2003, настройка с променлив кондензатор



TA2003, настройка с варикапи

Както виждате на схемата по-горе, освен че променливият кондензатор е заменен с варикапи, други съществени отличия няма. Но замяната с варикапи изисква доста по-прецизна работа по настройките, както и напреженията с които те ще се управляват. За конкретната схема, аз съм използвал тази схема за замяна на УКВ блока на руския радиоприемник втори клас "Меридиан-211", поради което съм се съобразил с напрежението на варикапите в него, а именно 0,5 V - 13,5 V. Този УКВ блок в съчетание с МЧУ на ИС ТА7757Р и предварителен транзисторен усилвател дава една доста добра входна чувствителност по-добра от 3 µV. На моята платка е направена тази реализация с корейската интегрална схема KIA6040P аналог на ТА7640Р, като тя много прилича на конструкцията, но всъщност разликата идва от опроводяването. За вас предлагам две платки всяка от която изпълнена с тези интегрални схеми, като платката с KIA6040P съдържа предварителното усилвателно стъпало по междинна честота.

Във времето на т.н. хибридни интегрални схеми, съветската радиопромишненост беше разработила серия такива схеми със специално предназначение, като например балансни модулатори както за АМ, така и за ЧМ. Голяма част от тях намериха широко приложение в производството на битова електроника, включително в радиоприемници и комплекси от т.н. I и II клас (по-високия по качество и характеристики клас). Едно много добро решение и съответно изпълнение е хибридната интегрална схема К2ЖА375, преименувана по-късно като К237ХА5, от серията К237. Тя представлява УКВ блок с всички необходими модули и работи с напрежения от 4 V до 9 V. К237ХА5 намира широко приложение в УКВ блоковете на повечето преносими съветски радиоприемници след 1980 год. Единствения недостатък на тази ИС е липсата на вграден стабилизатор, което налага използването на външен такъв, в противен случай се получава много голяма зависимост на честотата на осцилатора от подаденото напрежение. В повечето радиоприемници стабилизаторите, които я захранват са с напрежение 5V-5,6 V при захранващо напрежение с шест броя батерии от 1,5 V. Ето тук следва един УКВ блок, който съм реализирал с К237ХА5:


К237ХА5, настройка с променлив кондензатор

Този УКВ блок работи перфектно в комбинация с междинночестотен усилвател с интегрална схеми KIA6040, ТА7757Р и ТА7303Р, които ще можете да видите в следващата статия, която разглежда подходящи МЧУ за ЧМ. Особеност на моята конструкция е използването отново на същия тип варикапи - ВВ105G. При малко повече търпение и внимание при настройките тример-кондензаторите С11 и С10 може да се заменят с постоянни керамични кондензатори, разбира се подбрани за да се определи честотния диапазон от 87 MHz до 108 MHz. При подбор на напрежението за настройка на варикапите и разбира се, повече внимание и търпение при настройките на бобините, може да се постигне управление на варикапите с напрежения от 0,5V до 4,5/5 V, което всъщност съм постигнал аз. Всички бобини са навити на тяло с диаметър 4,5 mm, настройвани с феритна сърцевина, което може да видите на снимката по-горе (лявото). Входният кръг представлява шитроколентов филтър, навит на също такова тяло. Изходът на ИС е натоварен със симетричен междинно-честотен филтър (товар на балансния смесител). Тъй като той се навива трудно, може да се използва обикновен, като примерно извод 9 се свързва към захранването, а L4 между извод 8 и захранването. Разбира се, резултатите с използване на бифилярно бавит междинночестотен трансформатор, който симетрично натоварва изходите на балансния смесител са значително по-добри и намаляват т.н. "бити" канали. Тук входната чъвствителност е много добра - 3 µV, отново измерена със същия междинно-честотен усилвател с ТА7757Р на чийто вход има едностъпален транзисторен предусилвател, а ако използвате такъв с ТА7303Р е 6 µV.

Данните за броя на навивките на бобините не се различават съществено от дадените по-горе, особено когато се използва тяло с феритна сърцевина за донастройка. Особеност при тази схема е трансформаторното свързване на трептящите кръгове. Свързващите бобини се навиват плътно под бобината на трептящия кръг и за всички имат по 1,5 навивки от меден емайлиран проводник със сечение 0,12 mm. При входната бобина, която се явява широколентов филтър, свързващата бобина е съгласуващо звено с антената. Тя съдържа 2,5 нав. oт същия проводник и се навива над бобината на трептящия кръг на разстояние около 2 mm. Бобината L4 е междинночестотен трансформатор, която е навита бифилярно на тяло с феритна сърцевина и диаметър 4 mm и съдържа 2 х 6 нав. от същия проводник, а вторичната намотка съдържа 2 нав. отново от същия проводник. Ако успеете да си намерите готов фабричен МЧ трансформатор от "Меридиан" или "ВЕФ221", няма да ви се наложи да се занимавате с тази неприятна и трудна дейност, но ще трябва да преправяте печатната платка, която аз съм приложил.

На следващата снимка може да видите монтажа и разположението на детайлите на този УКВ блок:

Както виждате от горната снимка, с правилен подбор и настройка не само се постига посочения обхват на напрежението за управление на варикапите, но това помага да се елиминират донастройващите кондензатори, включени паралелно на настройваемите кръгове, както и паралелните кръгови кондензатори. Всъщност това беше една от моите цели, които постигнах.

Накрая, ще разгледам една също така добра и ефективна принципна схема на УКВ блок, който също е изпълнен с двоен балансен смесител, но този път с интегралната схема SO-42P или нейния руски заместител К174ПС1 (ПС4). Разликата между двете руски интегрални схеми е в захранващото напрежение и ако искате то да бъде по-ниско, например +5 V, тогава по подходяща е първата. По тази схема, но с променлив кондензатор, е изпълнен УКВ блока на джобния руски радиоприемник "Меридиан РП-248/252/253". А ето и принципната му схема:


SO-42P / К174ПС1, настройка с варикапи

Особеност на схемата на УКВ блока е ВЧ усилвателят с транзистор Т1 SF240. Всъщност той служи да компенсира по-слабото усилване на балансния смесител. От своя страна, това помага изходът на УКВ блока да се свърже през пиезокерамичен филтър директно към междинночестотния усилвател. И тук, за опростяване на схемата и съответния монтаж, вместо входен кръг съм използвал лентов керамичен филтър за обхвата 87-108 MHz. Както и в прежде разгледаните блокове и тук основен настройващ елемент са варикапите BB105G. Стойността на кондензатора С1 е 10 nF. Резисторът R6 в захранването може да се замени с дросел 10 µH, с което ще се премахне пада от напрежение върху резистора, който е около 0,4-0,5 V, с което се гарантира, макар и с половин волт, по-пълно използване на батериите, ако се използва батерийно захранване в друга конструкция. Данните за бобините не се различават от вече разгледаните по-горе схеми. По същия начин техните свързващи бобини се навиват измежду или под основната бобина на резонансните кръгове. Интегралната схема SO-42P има вграден стабилизатор на напрежението. Това позволява захранването на УКВ блока да бъде в доста по-широки граници от 5-10V. Все пак аз препоръчвам стабилизирано захранване от 5V.

Тази схема след реализацията беше подложена на измерване на входната чувствителност и естествено, за да бъде измерването сравнимо, използвах същия междинно-честотен усилвател с ТА7640Р/TA7757P. Оказа се, че тя е много добра - 2 µV. Трябва да отбележа, че всички разгледани блокове притежават сравнително висока чувствителност, което позволява стабилно да се приемат УКВ радиостанциите, излъчвани в София, на разстояние от 50-70 км от града. Въпреки че на принципната схема по-горе съществува, кондензаторът С14 не се включва, а предложената за вас печатна платка е преработена и извод 9 на интегралната схема SO42P е свързан към масата. А на следващата снимка се вижда монтажа на УКВ блока върху печатната платка. Разбира се, самия блок е разположен на по-малка площ върху моята стандартна платка:

Тук се вижда, че входният LC лентов филтър съм заменил с фабричен керамичен такъв за обхвата 87-108 MHz. Разбира се оставям на вас да си разработите нова платка, на която входният филтър дори би могъл да бъде настройваем. Нека не забравяме, че в разглеждането на всички описани до тук УКВ блокове, не това е била основната цел, а реализирането им с минимум детайли и усилия. Сигурно друг би попитал защо не съм използвал сдвоени варикапи? Ами много просто - по същата причина, а и не е необходимо да вкарвам допълнителен разход за материали в тези експерименти.

Ако все пак стигнем до висококачествени УКВ блокове, концепцията тотално ще бъде променена и няма да жаля материалите, които съществено биха подобрили качеството на конструкцията. Затова искам да напомня казаното в началото - идеята възникна като "УКВ блок с електронна настройка" за руския радиоприемник "Меридиан 210/211".

Архив с печатни платки [zip,pcb][18kb]

***

Част II: Междинно-честотен усилвател 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 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 mm, навити на тяло с диаметър 4,5 mm, 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.

***

Част III: Автоматична донастройка на честотата (АДЧ)

И така след като ви представих УКВ блокове и междинночестотни усилватели за честотна модулация с интегрални схеми, реших, че е добре да покажа една важна в УКВ приемниците верига, която се използваше както в западните, така и в съветските и българските радиоприемници. Тя е AFT (Auto Frequency Control), или АПЧ (Автоматическая подстройка частоты) или на български АДЧ – Автоматична Донастройка на Честотата.

Защо се е използвала? В много от висококачествените тунери се влагаха скъпи материали с нисък температурен коефициент, с което се намаляваше значително влиянието на промените на честотата на осцилатора от промяната на външната температура. Точно затова, много производители обявяваха техническите характеристики на тунерите си, измерени при стайна температура, а западните при температура 25С.

Други похвати, които се използваха са влагането на температурно компенсирани вериги, например бобината е с положителен температурен коефициент, а паралелния на нея кондензатор е с отрицателен и се компенсират взаимно. Но за преносимите радиоприемници не може да се говори за стабилна околна температура и тази неприятност се компенсира с автоматична донастройка на честотата на осцилатора в някакви малки граници.

С настоящата статия аз нямам за цел да разгледам всички схемни типови решения възникнали през последните години, а само такива които съм използвал в моите конструкции.

В моите УКВ блокове с интегрални схеми се използваха BA4424 и BA4412 на RHOM, в които, и в двете, има вграден варикап за донастройка и използване във верига на АДЧ. На следващата схема ви представям начина на свързване на честотно определящите елементи във веригата:

     
фиг.1   фиг.2

Вижда се, че и в двете схеми практическото изпълнение и използваните елементи са почти еднакви. За ИС BA4424, показана на фиг.1 вградения варикап е на извод 7, а за ИС BA4412 на фиг.2, съответно на извод 9. Кондензаторите С1 и С5 са последователно свързани на варикапа. Техния капацитет е около 5pF, но може да се промени в зависимост от исканата честотна компенсация, която естествено зависи от качеството на употребените елементи. Веригите R1,R2,C4 (фиг.1) и R4,R5,C8 (фиг.2) са филтриращи и осъществяват връзката с изхода на междинночестотните усливатели. Забележка: връзката е постояннотокова, няма разделителни кондензатори. По този начин напрежението на изхода на честотния детектор, изменящо се по S-крива, управлява варикапа за АДЧ и извършва температурно-честотната компенсация.

Но има доста други схемни решения, които са използвани през годините, дори за УКВ блокове, реализирани с биполярни или по-късно с полеви транзистори. В тях, обикновено, хетеродинът е изпълнен със силициев n-p-n или p-n-p транзистор и представлява капацитевен генератор на Колтпиц. В някои модели фабрични тунери се използват (дори и сега) индуктивни генератори, но те са трудни за любителско изпълнение, тъй като броя на навивките на кръговата бобина е твърде малък (2-5 нав.) за да се направи извод с точно определен коефициент на делене.

Ето няколко транзисторни генератора с различни типови включвания на варикапа за автоматична донастройка на честотата:

     
фиг.3   фиг.4

На фиг.3 АДЧ се осъществява с допълнителен варикап. Двете вериги, за настройка, и за донастройка са разделени и независими. Тази схема е реализирана с "разхищение" на елементи. Този разход може да бъде направен за стационарни висококачествени УКВ тунери и преносими приемници от висок клас, в които цената не винаги е определяща, но в общия случай за масовите преносими радиоприемници от изключително значение е намаляване на цената на изделието и тогава един от начините е като се търсят схемни решения с намаляване на броя на елементите. Едно такова решение на хетеродина е представено на фиг.4.

На фиг.4 виждаме последователно на изодите на варикапа да се прилагат съответно управляващото напрежение за настройка и напрежението за донастройка - АДЧ. Тук искам да отбележа, че двете напрежения си влияят взаимно и създават затруднения при настройката на УКВ блока дори и с вобулоскоп.

А сега да обърнем внимание на следната важна забележка: каквото и да било влияние върху варикапа, който е елемент, променящ капацитета на прехода си чрез промяна на напрежението, приложено върху него, влияе върху честотата. Тоест, ако трябва веригата за АДЧ да се включва и изключва, когато няма необходимост от нея, то при този процес се довнася или намалява общия капацитет, приложен в този настроиваем трептящ кръг. На практика, ако не се вземат някакви компенсационни мерки, включването и изключването на веригата за АДЧ води до рязка промяна на честотата с няколкостотин килохерца.

Ето защо, ако на изхода на интегралната схема междинночестотен усилвател, напрежението е примерно 2V, логично е че ако не приложим същото постоянно напрежение при изключване на АДЧ веригата, ще получим тази рязка промяна на честотата. Тоест трябва да приложим на варикапа напрежение равно на напрежението на НЧ изхода на детектора на МЧУ. Разбира се, това се постига или чрез подходящо напрежение от резистивен делител, или чрез източник на подобно напрежение. Но има начини да се използват и самите стойности на напреженията на транзистора, определящи неговата работна точка. Една такава схема, в която варикапа е свързан към базата на транзистора и получава потенциал равен на напрежението на базата, като, разбира се, трябва да имаме предвид, че то определя работната точка на транзистора, може да се види на следващата схема:

фиг.5

Изводът е, че ако правилно се подбере работната точка на транзистора, така че преднапрежението на базата също да бъде равно или се доближава до 2V+0.6V (Si преход), ние сме изпълнили това условие и при включване и изключване на АДЧ не би трябвало да има забележима промяна, с което гореописания недостатък е избягнат. И на края искам да отбележа, че цитираните стойности на напреженията са за ИС ТА7640 и ТА7747.

Най-големият недостатък на всички схеми за АДЧ е, че компенсацията се осъществява само чрез промяна на напрежението на варикапа на хетеродина, което явно води до нарушаване на спрягането на входните кръгове с хетеродинния. Затова нека да хвърлим още веднъж поглед на схемата от фиг.5. Разгледайте добре веригата и начина на свързване на анода на варикапа. Ако приложим напрежението на АДЧ към всички варикапи по същия начин, както на тази схема, то ще получим едновременно подаване на донастройващото напрежение на АДЧ към всички трептящи кръгове. По този начин се запазва спрягането на входните кръгове с осцилаторния. Тоест споменатия недостатък е избегнат. Експериментите съм направил с УКВ тунера, разработен да замести УКВ блоковете в радиоприемник "Меридиан-210/211".

Като пример, който онагледява пълната принципна схема на УКВ частта, с която съм заместил същата на руския радиоприемник е следващата схема, съдържаща УКВ блок, МЧУ и АДЧ и съответните печатни платки. Ще забележите, че съм приложил принципа разгледан на фиг.5 като съм приложил на варикапа стабилизираното напрежение от извод 4 на KIA6040P. По същия начин е изградена УКВ частта с ИС BA4424, чиято печатна платка също прилагам. Превключващите вериги не са показани, но на платките са включени.


 

***

Част IV: Висококачествен междинно-честотен усилвател за ЧМ

Ще разгледам две схеми на висококачествени междинно-честотни усилватели за честотна модулация, които бяха "хит" в близкото минало. Разбира се ще направя това разглеждане от чисто практическа гледна точка, а който желае да се запознае и с теоретични подробности, може да направи това от книгата на Н. Пенчев и Ж. Желязков "Висококачествени радиоприемни устройства".

Използваните интегрални схеми са CA3089 и TCA420A. И двете позволяват допълнителни функции, като например измерване на силата на сигнала, точна настройка, управление на стереодекодер, автоматична донастройка на честотата на УКВ блока.

Много по-голямо приложение от двете намира ИС СА3089. В по-късни версии, тя е доработена и се произвежда и от други производители като: uA3090, LM3089, а по-късни версии като СА3189, LA1230, LA1231N. На следващата принципна схема може да видите едно типично приложение като висококачествен междинно-честотен усилвател за честотна модулация. В приложенията към тази статия са дадени допълнителни функции като нулев индикатор на настройката, включен между изводите 7 и 10 на интегралната схема, ограничител на праг, който може да се използва за подтискане на типичните за УКВ шумове между станциите, управление на стереодекодер, което е също една добра възможност. Бобината L2 и кондензаторът C9 образуват трептящия кръг на честотния дискриминатор. В паралел е добавен резисторът R11 който има за задача да разшири характеристиката на дискриминатора и подобри неговата линейност. Стойностите на L2 са типични и обикновено тя е навита на тяло с диаметър 4 мм с феритна сърцевина и има 12 нав. от проводник с диаметър 0.12 мм. Ако на НЧ изхода трябва да се свърже стереодекодер, стойността на филтровия кондензатор C7 трябва да се промени на 330 pF, с което се позволява пропускането на пилотния стерео сигнал 19 kHz.

Хубаво е, да обърнете внимание на допълнителните възможности, които може да видите в приложените материали за използването на тази интегрална схема. Не на последно място е нейната голяма входна чувствителност, която позволява компенсирането на затихването при свързване на повече филтърни звена с пиезокерамични филтри. В случая, като компенсация за това затихване съм свързал допълнителен ВЧ предусилвател, реализиран с транзистора SF240. В някои японски висококачествени тунери (например AKAI) за да се увеличи избирателността по съседен канал са приложени две звена като групата Т1, Cr1, Cr2.

На следващата снимка е представена печатната платка и сглобката на междинно-честотния усилвател, реализиран с СА3089Е. И тук искам да отбележа, че в предишна моя статия съм показал шаси върху което съм монтирал различни блокове от УКВ тунери, включително МЧУ, поради което геометричните размери на тази печатна платка са съобразени с неговите размери и разположение на блоковете.

Друга висококачествена интегрална схема, специално разработена за висок клас Hi-Fi тунери е TCA420A.

За съжаление обаче, тя не успява да намери такова широко приложение, както описаната по-горе интегрална схема СА3089Е.

Както се вижда от следващата схема, тя е доста по-опростена, с по-малко елементи, но не отстъпва по качество на предишната. И при нея са предвидени някои опции, често използвани в тунерите като индикатор на силата на сигнала, автоматична донастройка на честотата, командване на стереодекодер, подтискане на шума, като не всички изредени допълнителни функции са показани на принципната схема, но може да ги намерите в допълнителните материали към статията. И тук входната чувствителност на интегралната схема е достатъчно добра за да се включат по-голям брой филтрови звена за повишаване на избирателността по съседен канал и за да не се повтарям с вече казаното, обърнете внимание на броя на тези стъпала.

А ето как изглежда практическата реализация на междинно-честотен усилвател с ТСА420А, като и за тази печатна платка са в сила направените по-горе забележки за геометрията и размерите й. Предвиден е интегрален стабилизатор за 12V – LM78L12:

***

Част V: Стереодекодер

След като вече представих серия УКВ блокове и междинночестотни услилватели за честотна модулация, остана да представя и стереодекодерите, които съм използвал за моята конструкция на УКВ тунер.

Съсредоточил съм се в простички, бързо реализуеми схемички с популярни интегрални схеми, които често са били използвани както в т.н. "дръжкофони", така и в класически висококачествени рисивъри.

Ето едната от тях на следващата принципна схема:

Тази схема е реализирана с интегрална схема на TOSHIBA, както и повечето от предишните части от темата УКВ тунери. Намира се на пазара за резервни части, не е скъпа и се реализира лесно и бързо. Също така позволява по-широк диапазон на захранващото напрежение, така че може да се използва както за преносими радиоприемници, така и за стационарни УКВ тунери. От друга страна перфектно се "връзва" с предишните конструкции, тъй като и при тях съм използвал захранващо напрежение +5V.

Все пак искам да отбележа, че изборът ми не е бил случаен. За да може стереодекодерът да изпълнява функциите за които е предназначен, трябва да има съвпадение на изходното нискочестотно напрежение от междинночестотния усилвател с входното му напрежение.

Други подробности са, че кондензаторите в изходът на МЧУ се премахват и на тяхно място се включва само едни филтров кондензатор от 470pF като по този начин се позволява на пилот тона да постъпи на входа на стереодекодера. При по-слабо поле на покритие на сигнали, в стереорежим се прослушва типичен шум, който може да се отстрани като се премине от режим стерео към моно – ST-MO. Това се прави като извод 7 на интегралната схема се окъсява към захранващата шина.

А сега на следващата снимка е печатната платка с изпълнения върху нея монтаж на стереодекодера с интегрална схема TA7343P на TOSHIBA. На снимката има елементи, които на печатната платка, която предлагам за вас са разместени. Те са във веригата за превключване на режимите ST-MO.

Друга лесна за изпълнение схема на стереодекодер, в която съм използвал интегралната схема на HITACHI HA11227 е показана на втората схема по-горе. И тук важат горните забележки за захранващото напрежение, изходното НЧ напрежение и промяната на стойността на филтровия кондензатор на изхода на междинночестотния усилвател. С тези забележки и двата стереодекодера "пасват" на представените в предишни материали МЧУ.

И тук съм предвидил опцията на режимите стерео-моно ST-MO. Отново това става с превключвател, който превключва извод 9 на интегралната схема към маса или плюса на захранването. Някои интегрални схеми за МЧУ имат вградена функция за автоматично изпълнение на командата ST-MO като от отделен извод се подава управляващо напрежение към стереодекодера. Във висококачествените МЧУ дори това напрежение е с логаритмичен характер и зависи от силата на сигнала. Така при по-слаби сигнали (които биха предизивкали шум на изходите на стереодекодера) автоматично стереодекодерът преминава в режим MO (моно).

А ето как изглежда монтажа върху печатната платка:

И в двете разгледани схеми нямат допълнителни филтри в нискочестотните изходи, които да блокират пилот сигнала и неговата кратна: 19kHz и 38kHz.

Както казах в началото, избрал съм най-простички и лесно реализуеми схеми.

Но ако искате драстично да повишите качеството на вашия тунер, ще трябва да направите такива филтри. Само един факт – чрез тях се подтиска неприятното свистене в по-високите честоти, които интерферират с пилот сигнала и неговата кратна. Това се чувства особено силно при чинели в мелодията, чийто удар е стържещ. Един от начините, който е много досаден, е да направите LC филтри на изходите, докато вторият е да направите макар и по-сложен и с повече елементи, активен филтър:

Повече информация за този начин на филтриране може да намерите в книгата на Ж. Желязков – "Стереодекодери", от където аз съм реализирал схемата на стереодекодер с интегралната схема на Philips TDA1005A:

Архив [zip,pdf,pcb][2,3mb]

Използвана литература:
1. УКВ блокове с биполярни транзистори, В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 10/1982 [pdf][308kb]
2. УКВ блокове с полеви транзистори, В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 11/1982 [pdf][581kb]
3. Конструктивни особености на УКВ блокове, В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 3/1984 [pdf][1,6mb]
4. Междиночестотни усилватели (за УКВ), В. Терзиев, сп. Радио, телевизия, електроника, 7/1983
5. www.alldatasheet.com
6. www.datasheetcatalogue.com
7. Сервисное описание радиоприемника Меридиан-210

8. Справочни данни за ИС: K2УС375, KIA6040, LA1150N, TA7130P, TA7303P, TA7757P [zip,djvu,pdf][1,8mb]
9. Висококачествени радиоприемни устройства, Н. Пенчев и Ж. Желязков, 1980 год.
10. AKAI, FM Tuner System AT-2250, Service manual

Валери Терзиев
20 март 2013 година, доп. 5 април 2013 година, доп. 20 април 2013 година,
доп. 15 май 2013 година, доп. 5 февруари 2022 година