Простые приемники FM диапазона

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Схемы начинающим

Опубликовано: 15.03.2017 11:17

Просмотров: 45449

А.Н. Журенков г. Запорожье РА 5/6/2010
В статье, рассчитанной на начинающих радиолюбителей, подробно описано несколько конструкций приемников FM диапазона, принимающих радиостанции в режимах «моно» и «стерео», даны рекомендации по изготовлению и настройке этих приемников. В статье приведены принципиальные схемы, фотоснимки печатных плат и компоновки деталей. Все описанные приемники собраны и испытаны автором, а некоторые безотказно работают до сих пор на даче, в гараже и в рабочем кабинете.

Радиостанции FM диапазона приобрели высокую популярность у радиослушателей, практически всех категорий, благодаря высокому качеству передаваемых стереофонических звуковых сигналов. Ультравысокие несущие частоты радиостанций и частотная модуляция радиосигналов позволили принимать в зоне уверенного приема высококачественные широкополосные звуковые сигналы практически без помех, что очень важно при приеме музыкальных стереофонических программ. Стереофоническое радиовещание в этом диапазоне ведется по системе с пилот-тоном, принятой в европейских странах в 1962 г. и отличающейся от системы с полярной модуляцией, принятой в СССР в 1963 г. [1].

В системе стереофонического радиовещания с полярной модуляцией положительные полуволны поднесущей частоты 31,25 кГц модулируются по амплитуде сигналом одного канала, а отрицательные - сигналом другого канала. Поднесущая частота из энергетических соображений в передатчике частично подавляется, так как она не несет полезной звуковой информации. Результирующий суммарный полярно-модулированный сигнал называется комплексным стереофоническим сигналом (КСС), который и модулирует по частоте несущую частоту передатчика радиостанции. Эта система позволяет принимать и демодулировать моно- и стерео радиосигналы стереофоническими и монофоническими приемниками, что является одним из основных требований к любой системе, делая ее совместимой. Недостатком этой системы является то, что стереодекодер содержит кроме радиодеталей, легко интегрируемых в ИМС, колебательные контуры.

В системе с пилот-тоном КСС содержит тональную часть, надтональную и поднесущую 38 кГц, которая после модуляции почти полностью подавляется. Для восстановления поднесущей в приемнике в КСС передатчика введен сигнал «пилот-тон», частота которого 19 кГц. Это позволяет восстанавливать поднесущую без КСС в отдельном тракте стереодекодера, который может быть выполнен на одной микросхеме с небольшим количеством внешних радиодеталей.
Габариты такого стереодекодера на порядок меньше стереодекодера системы с полярной модуляцией. Радиостанции, работающие в системе с пилот-тоном, занимают в эфире полосу частот на 15% больше, чем работающие в системе с полярной модуляцией. FM диапазон занимает более высокие частоты по сравнению с УКВ диапазоном.
Принципиальная схема стереодекодера для стереовещания с сигналом «пилот-тон» на взаимозаменяемых микросхемах AN7420, ТА7343, KIA6043 показана на рис.1,
 
а печатная плата - на рис.2.

 
ИМС К174ХА34 и ее особенности
Приемники радиосигналов диапазонов УКВ и FM (говорят еще УКВ-1 и УКВ-2, или нижний УКВ и верхний УКВ) без стереодекодеров обеих систем стереовещания отличаются только рабочим диапазоном частот. В настоящее время разработана серия микросхем, позволяющая существенно упростить приемную часть супергетеродинных радиоприемников, работающих в этих диапазонах частот. Ниже будет приведено несколько вариантов простых приемников на недорогой отечественной микросхеме К174ХА34 [ 1 ]... [3], получивших широкую популярность среди радиолюбителей. Эта микросхема является аналогом микросхемы TDA7021T фирмы «Philips» и содержит следующие основные каскады:
•  входной ВЧ каскад;
•  усилитель-ограничитель ПЧ;
•  элементы фильтра ПЧ;
•  элементы гетеродина;
•  детектор;
•  выход индикатора настройки;
•  систему бесшумной настройки (БШН);
•  выходной НЧ каскад.
НЧ сигнал с выхода ИМС имеет напряжение 140 мВ, и усиливается транзисторным усилителем до 500 мВ (евростандарт для линейного выхода). Несмотря на простоту этих приемников [3], они работают довольно качественно. Собрать эти приемники доступно даже начинающим радиолюбителям, так как они не требуют сложной настройки и радиоизмерительных приборов. Для настройки на радиостанции используется только колебательный контур гетеродина [2]. Перестраиваемые входные контуры, которые традиционно предназначены для подавления радиостанций зеркального канала, в этих приемниках отсутствуют, так как эта микросхема работает в диапазоне частот до 110 МГц и не может принимать частоты зеркального канала FM диапазона. Напомню, что в супергетеродинных приемниках усиление сигнала осуществляется на промежуточной частоте (ПЧ), которая получается в результате вычитания частоты радиостанции из частоты гетеродина. Обычно частота гетеродина выбирается выше частоты радиостанции, но ПЧ может образоваться и при вычитании частот гетеродина из частот радиостанций, которые выше частот гетеродина на величину ПЧ (зеркальный канал), но К174 ХА34 на этих частотах не работает.
Запорожские радиолюбители, используя традиционную принципиальную схему приемника, показанную на рис.3
 
 разработали много вариантов монтажных схем и печатных плат для монофонических и стереофонических приемников FM диапазона. Совершенствование монтажа приемников шло по пути более рациональной компоновки деталей для уменьшения габаритов, а появление на рынке малогабаритных импортных конденсаторов требуемой емкости позволило достичь предела минимизации приемников на микросхеме К174ХА34. Мне известны следующие варианты таких приемников, все детали которых размещены на одной печатной плате:
•  приемник «моно» без внутреннего усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ);
•  приемник «моно» с внутренним УМЗЧ на микросхеме типа TDA2003;
•  приемник «стерео» со стереодекодером на импортной микросхеме типа AN7420 без внутренних УМЗЧ;
•  такой же приемник с дополнительным УМЗЧ на микросхемах типа TDA2003;
• приемники, работающие в диапазонах FM и УКВ.
Все эти приемники имеют несколько модификаций, что лишний раз подтверждает их популярность. Питание таких приемников осуществляется от внешних источников постоянного тока.
Как правило, настройка всех этих приемников на радиостанции осуществляется многооборотными переменными резисторами, размещенными на печатных платах, или обычными переменными резисторами, вынесенными за пределы плат. Переменные резисторы путем изменения напряжения на варикапах меняют их емкость, а следовательно, и частоту контура гетеродина, которая смешивается с частотой радиосигналов, поступающих из антенны, и преобразуется внутри каскадов микросхемы в ПЧ, затем в КСС, который усиливается и подается либо непосредственно на УМЗЧ в режиме моно, либо на стерео-декодер и внутренний или внешний стереофонические УМЗЧ.
Принципиальная схема стереоприемника, работающего в обоих диапазонах, показана на рис.4.
 
 Следует иметь в виду, что радиостанции УКВ диапазона у такого приемника будут звучать в режиме «моно» из-за отсутствия в нем полярного демодулятора.
Автором статьи разработаны и испытаны в работе две схемы настройки таких приемников без варикапов. Одна схема с плавной настройкой на радиостанции с помощью переменной индуктивности, а другая схема с фиксированной настройкой на шесть радиостанций, переключаемых кнопочным переключателем. Эти схемы более подробно описаны ниже.
Простой FM радиоприемник и его сборка
Начинающим радиолюбителям рекомендуется начинать сборку самого простого радиоприемника, работающего в режиме «моно», схема которого показана на рис.3, печатная плата - на рис.5, а монтаж деталей - на рис.6.
 
 Для сборки приемника необходимо скомплектовать радиодетали и намотать катушки. Печатную плату можно приобрести на радиорынке или изготовить самому. Если такой возможности нет, то можно собрать приемник на монтажной плате из стеклотекстолита или другого термостойкого изоляционного материала.
Для этого необходимо на плате разметить и просверлить отверстия диаметром 0,8 мм для установки радиодеталей, ориентируясь по приведенным в статье снимкам и принципиальной схеме. Чтобы не иметь лишних проблем, для микросхемы необходимо установить панельку. В готовые отверстия установить панельку и детали, немного разогнув их выводы с обратной стороны. Это предотвратит выпадение деталей во время монтажа. Микросхему не вставлять в панельку до окончания монтажных работ! После этого можно приступить к соединению деталей согласно принципиальной схеме.
Соединять детали можно собственными выводами и оголенным залуженным медным проводом диаметром 0,3...0,5 мм путем пайки маломощным паяльником с остро заточенным жалом. Перед пайкой каждый вывод необходимо зачистить, отформовать по месту и обрезать лишнее. В качестве флюса использовать чистую канифоль, а еще лучше - ее раствор в спирте. Время пайки должно быть минимальным, чтобы не расплавились внутренние соединения деталей, но достаточным для прогрева соединяемых проводников до температуры плавления припоя, иначе могут быть «холодные» пайки. Для отвода тепла от элементов их выводы со стороны деталей необходимо придерживать пинцетом или прижимать к плате отверткой. Припой на место пайки подавать паяльником только после нанесения на это место флюса, который препятствует доступу воздуха к спаиваемым проводникам и их окислению. От качества пайки зависит успех выполненной работы.
Когда работа закончена, а схема не заработала, что очень часто случается даже у радиолюбителей средней квалификации, найти «холодную» пайку бывает довольно трудно. В этих случаях проще пройтись паяльником по всем пайкам. После пайки деталей необходимо тщательно проверить, нет ли перекрытий между близко расположенными проводниками, выводами деталей и панельки микросхемы. Если все правильно, можно подпаять и подвесить отрезок монтажного провода длиной около метра в качестве антенны, подпаять соединительный экранированный кабель к выходу приемника и подключить его к УМЗЧ, вставить в панельку микросхему и подать на приемник напряжение питания 9... 12 В, например, от батареи «Крона».
Правильно собранный приемник из качественных деталей, как правило, начинает работать сразу. Единственное, что остается сделать, - это подстроить его для приема всех радиостанций в FM диапазоне. Для этого нужно
иметь действующий приемник или знать позывные и названия радиостанций, работающих в начале и в конце диапазона. На частоту настройки приемника влияют индуктивность катушки L1 и емкость варикапа VD1, зависящая от напряжения, подаваемого переменным резистором (R3) настройки приемника. В крайних положениях движка этого резистора приемник должен принимать крайние радиостанции диапазона. Это достигается путем подбора сопротивления резистора R1 и изменения индуктивности катушки L1, раздвигая или сдвигая ее витки. При сдвигании витков индуктивность катушки увеличивается, а частота настройки уменьшается, и наоборот. Убедившись, что приемник настроен, можно приступить к его внешнему оформлению и совершенствованию. Корпус приемника желательно сделать с учетом его дальнейшей модернизации.
К приемнику можно добавить стереодекодер, собранный на отдельной плате, монтаж деталей которого показан на рис.7,
 
 а принципиальная схема и печатная плата - на рис. 1 и рис.2. Стереофонический УМЗЧ мощностью 2x4 Вт легко собрать на микросхемах типа TDA2003. Принципиальная схема УМЗЧ мощностью
4 Вт для одного канала приведена ниже в составе монофонического приемника с индуктивной настройкой, а еще проще в изготовлении стереофонические УМЗЧ мощностью 2x22 Вт на микросхемах TDA1552Q, TDA1555Q, TDA1557Q и им аналогичные в мостовом включении согласно принципиальной схеме, показанной на рис.8.
 
 Для зон неуверенного приема или эксплуатации приемника в железобетонных помещениях его можно дополнить антенным усилителем, принципиальная схема которого показана на рис.9.
 
Вариант настройки приемника варикапом имеет следующие недостатки: зависимость стабильности частоты настройки от стабильности питающего напряжения, наличие обратного тока варикапа, что эквивалентно утечке конденсатора контура, снижающей его добротность, а также наличие покупных деталей, увеличивающих стоимость приемника, без которых можно обойтись, если настройку контура производить переменной индуктивностью или емкостью.
(Продолжение следует)
 (Окончание.)
FM приемник с УМЗЧ
Принципиальная схема моно приемника с УМЗЧ на микросхеме TDA2003 с индуктивной настройкой показана на рис.10, а печатная плата и компоновка деталей - на рис. 11 и рис. 12.
 


Величина индуктивности катушки L1 изменяется путем перемещения ферритового сердечника внутри ее витков. Механизм перемещения сердечника изготовлен из переменного резистора типа СП-1 с бронзовым валом управления диаметром 6 мм. В резисторе удаляются все детали, кроме вала и втулки. Выступ крепления ползунка резистора удаляется напильником. По центру оси вала сверлится отверстие диаметром 2,5 мм на глубину 25 мм и в нем нарезается резьба МЗ. В эту резьбу вкручивается стальная шпилька длиной 35 мм со сплошной резьбой. На шпильке двумя гайками крепится ползунок, предотвращающий вращение шпильки вокруг своей оси при вращении вала настройки. Крепится втулка с валом на лицевой панели приемника. На свободный конец шпильки насаживается пластмассовая трубка с внутренним диаметром около 3 мм и длиной 25 мм, в которую вклеен ферритовый сердечник от контуров старых приемников длиной 10...12 мм.
В собранном виде это устройство называется вариометром. На вал нужно надеть ручку настройки приемника. При полностью закрученной шпильке сердечник должен находиться на расстоянии 2...3 мм от катушки L1, что будет соответствовать верхней частоте диапазона. При вращении ручки настройки против часовой стрелки шпилька с сердечником выкручивается из вала и вводит сердечник в катушку, увеличивая ее индуктивность. В авторском варианте этот вариометр перекрывает оба диапазона: и УКВ и FM.
Настройку приемника необходимо начинать с верхней радиостанции FM диапазона. Для этого необходимо, вращая ручку настройки по часовой стрелке, вывести сердечник из катушки на расстояние 1...2 мм от нее, но не до упора. При этом индуктивность L1 будет около минимальной. В этом положении необходимо, вращая подвижную часть подстроечного конденсатора С1, настроиться на верхнюю радиостанцию FM. После этого должны появиться все остальные радиостанции при вращении ручки настройки против часовой стрелки. Может оказаться, что при выведенном сердечнике индуктивность L1 будет меньше необходимой, тогда при вращении подстроечного конденсатора вы будете искать радиостанции там, где их нет. В этом случае придется повторить настройку несколько раз, вводя сердечник в катушку каждый раз на 1 мм. Если все получится со второго или третьего раза, то ничего страшного в этом нет, так как данный вариометр перекрывает оба диапазона с запасом. Нужно иметь в виду, что между диапазонами будет большой промежуток без станций. На этом настройка приемника заканчивается. После этого можно заняться оформлением корпуса приемника. Внутренне устройство моноприемника показано на рис.13.
 
Устройство стереоприемника с индуктивной настройкой и с УМЗЧ на микросхемах TDA2003 показано на рис. 14, а внешний вид - на фото в начале статьи.

Приемник с фиксированными настройками
Стереоприемник с кнопочным переключателем радиостанций отличается от приведенных выше только системой настройки. Для этого вместо традиционных элементов настройки необходимо изготовить дополнительную плату с переключателем типа П2К и конденсатором точной настройки малого номинала. Регулятор точной настройки необходим для компенсации ухода величин индуктивностей катушек от первоначальных при изменении температуры окружающей среды. Принципиальная схема системы настройки показана на рис.15, которая подключается к выводам 4 и 5 микросхемы. Компоновка деталей приемника с этой системой показана на рис. 16, а печатные платы - на рис. 17.
 
 
 
 На плате системы настройки со стороны печати имеется неподвижная пластина конденсатора точной настройки С2. Подвижная пластина расположена на стороне деталей и выполнена из медной или латунной полоски шириной 4 мм, выгнутой в виде буквы L. Средняя часть полоски припаяна к валу ручки точной настройки. Нижняя часть должна всей плоскостью прилегать к плате напротив неподвижной пластины С2, что соответствует максимальной емкости С2, верхняя несколько изогнутая часть должна торцом упираться в плату при повороте ручки настройки на 180°, что соответствует минимальной емкости С2.
Катушки L1-L6 намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм на оправке диаметром 2 мм и в авторском варианте содержат от 2 до 8 витков. Катушки более высокочастотных радиостанций располагаются ближе к С1, так как проводники, идущие к дальним катушкам, также имеют индуктивность. Переключатель поддиапазонов SB4 имеет независимую фиксацию, a SB1-SB3 - зависимую. Перед намоткой и настройкой катушек необходимо выбрать шесть предпочтительных радиостанций, установить С1 и С2 в средние положения, намотать и припаять катушку L6 из трех витков. Вращая движок С1, необходимо настроиться на выбранную верхнюю радиостанцию. Если при достижении минимальной емкости С1 верхняя станция окажется недосягаемой, т.е. приемник настраивается на частоты ниже необходимой, нужно раздвинуть витки катушки и повторить настройку. Желательно, чтобы в конечном итоге емкость С1 была на 20...30% больше минимальной или меньше максимальной. Возможно, придется изменить количество витков L6. После достижения настройки на верхнюю радиостанцию С1 и С2 остаются в тех же положения до окончания полной
настройки приемника. Настройка на остальные станции осуществляется подбором, раздвижением или сжатием витков остальных катушек. Для определения, в какую сторону нужно изменять количество витков каждой катушки, можно изменять емкость С1, но после этого снова возвращать ее в первоначальное положение, настраиваясь на верхнюю станцию, не трогая L6. Точность настройки в диапазоне FM легко контролировать по свечению светодиода VD3 (рис.4), который после настройки приемника необходимо закрепить на лицевой панели.
Литература
1.  Яковлев Е. Микросхемы стереодекодере в для системы с пилот-тоном // Радиоаматор. -1995. - №2.
2.  Поляков В. О работе приемника на микросхеме К174ХА34 /   Радио. - 1999. - №9.
3.  Никитенко В., Никитенко О. УКВ ЧМ приемник на К174ХА34 // Радиоаматор. - 2001. - №4.