На сегодняшний день в Украине и странах СНГ для проведения стереозвучания использовалась исключительно система с полярной модуляцией, работающая в диапазоне 66-74 МГц.
За границей в целях радиовещания в стерео используют методы с пилот-тоном. Так, например, в США и европейских странах выделен диапазон 80-108 МГц, а в Японии — 76-90 МГц.
В недавние годы в Украине также начали применять систему с пилот-тоном. Для этого выделен диапазон 100-108 МГц. Оценив преимущества работы в новом FM-диапазоне, множество радиостанций, вещающих в стерео, активно начали его осваивать. За последние годы число таких станций в крупных городах значительно превзошло количество радиосигналов в старом диапазоне УКВ-1.
Принципиальная схема
На рисунке представлена схема приемника УКВ с конденсаторной настройкой. В основе лежит однокристальный УКВ-ЧМ-приемник на базе микросхемы К174ХА34 (аналог зарубежного TDA7021), собранный по стандартной схеме.
Монтаж происходит на простой плате из двустороннего стеклотекстолита, которую вполне можно изготовить дома за короткое время.
Процесс сборки подробно описан в соответствующих руководствах. В ходе сборки важно уделить особое внимание минимальной длине соединительных проводов, чтобы снизить помехи и повысить качество приема.
После сборки и наладки были устранены ранее замеченные недочеты, а также внесены некоторые конструктивные усовершенствования. Для удобства монтажа для микросхемы DA1 использована 16-пиновая DIP-розетка.
В качестве DA2 применена импортная микросхема типа МС34119Р, однако можно использовать и аналог К1436УН1. В плате размещены элементы R1, R4, С1, С18, транзистор VT1 и микросхема DA1 — все согласно схемам из руководства. Размер платы увеличен чуть больше, чтобы разместить на ней переменный конденсатор С18 и дополнительные компоненты VT2 и УНЧ на базе DA2.
Нагрузкой для микросхемы DA2 служит телефон с сопротивлением 16 Ом или его аналог.
Для повышения чувствительности в схему добавлен УВЧ на транзисторе VT1. Прием осуществляется на телескопическую антенну WA1, а настройка осуществляется вращением переменного конденсатора С18.
Чтобы подавить помехи с частот ниже 60 МГц, на входе УВЧ используют ВЧ-фильтр, собранный из конденсаторов С1, СЛ1 и С2. Выход DA1 (контакты 14 и 15) подключен к широкополосному усилителю на транзисторе VT2, за которым следует полосовой фильтр низких частот.
Для снижения шума при приеме слабых сигналов на выходе усилителя на VT2 установлен простейший пассивный низкочастотный фильтр на резисторе R10 и конденсаторе С25 с частотой среза около 70-80 кГц.
Далее сигнал подается на усилитель УНЧ (DA2), выполненный по стандартной схеме для 16-омной нагрузки. Громкость регулируется резистором R9.
Питание приемника осуществляется от источника с напряжением 4,9 В. Измерения показали, что при максимальной громкости и напряжении 8 В потребление составляет примерно 60 мА.
Микросхема DA2, выпускаемая компанией Motorola, допускает питание в диапазоне 2-16 В и характеризуется низким потреблением — около 3 мА при 3 В. Выходная мощность составляет не менее 55 мВт при нагрузке 16 Ом и питании 3 В.
В режиме блокировки микросхема потребляет не более 65 мкА. Благодаря наличию дифференциального входа её можно подключать как по схеме инвертирующего, так и по неинвертирующему принципу с высоким входным сопротивлением (примерно 125 кОм). В этом режиме коэффициент усиления достигает около 50, а гармонические искажения — не более 0,5%.
Дополнительно рекомендуется использовать экранирование чувствительных участков схемы, чтобы снизить влияние внешних электромагнитных помех. Также важно обеспечить стабильное питание с фильтрацией от шумов источника питания.
Для улучшения стабильности работы при температурных колебаниях рекомендуется предусмотреть стабилизацию питания и использовать конденсаторы с низким уровнем ESR (эквивалентным сериал-р Equivalent Series Resistance) на входных и выходных каскадах.
Обратить внимание на правильную пайку высокочастотных элементов, особенно переменного конденсатора С18, чтобы обеспечить точную настройку и повышение чувствительности приемника.
Детали
Используемые компоненты включают микросхему DA1 — К174ХА34, КР174ХА34 или TDA7021; а также DA2 — МС34119Р или К1436УН1. Транзисторы — VT1 типа КТ372 или КТ368, VT2 — КТ3102 или КТ342.
Резисторы — МЛТ, ОМЛТ, С2-13 мощностью 0,25–0,125 Вт, R11 — 0,5 Вт. Конденсаторы — типа КМ, К53 вроде С12, С21-С23, а также С19, С20, С27, С28 по типу К50 или К53. Ёмкость конденсаторов С20, С27 и С28 варьируется в пределах от 100 до 500 мкФ.
Остальные конденсаторы используют типы КТ, КЛС, КМ или К10. Емкость переменного конденсатора R9 — от 10 до 150 пФ. Конденсатор C18 — в диапазоне 10-150 пФ, его общая (общая с C17) часть должна быть «корпусной» конструкции для лучшей стабильности.
Катушки наматывают проводом ПЭВ-2 диаметром 0,4 мм: L1 — 8-9 витков на каркасе диаметром 5,5 мм, L2 — 5-6 витков для диапазона 66-74 МГц или 4-5 витков для диапазона 88-108 МГц. Для повышения надежности и уменьшения паразитных сопротивлений рекомендуется использовать качественный клей или лак при намотке и закреплении катушек.
Дополнительно, для стабильной работы устройства важно соблюдать правильное заземление схемы, а также использовать фильтры для питания, чтобы минимизировать шумы и помехи. При сборке рекомендуется использовать держатели для микросхем и надежные пайки для предотвращения скрипов и возможных повреждений в будущем.
Налаживание
Перед первичным настроем необходимо проверить параметры по постоянному току: для ВЧ-усилителя на транзисторе VT1, убедившись, что напряжения на контактах схемы соответствуют нормам, и для широкополосного усилителя на VT2.
При напряжении питания 8-9 В на коллекторе VT1 должно быть примерно 3-4 В, на выводе 4 микросхемы DA1 — не более 6 В, а на коллекторе VT2 — около 3-4 В.
Перед началом наладки рекомендуется подключить короткий отрезок провода длиной 1-2 м и проводить настройку на равной видимости сигнала с радиостанции. Вставьте микросхемы DA1 и DA2 в панельки.
Конденсатор С20 располагаются как можно ближе к микросхеме DA2. В процессе настройки применяют осциллоскоп, подключив щуп к базе или коллектору VT2. Поворачивая конденсатор С18, настраивают прием на станции и контролируют наличие гармонических возмущений или шумов, синхронных звуковому сигналу.
Границы настройки достигаются подбором номиналов конденсаторов С15 и С16, а также катушки L2. Для FM-диапазона 88-108 МГц удобнее использовать меньшие емкости конденсатора С18 (например, 10-60 пФ).
Части приемника экранируют тонкой медной или латунной фольгой: экран катушки L2 — круглой формы площадью около 3 см?, накрывающий саму катушку и находящиеся рядом элементы.
Автор данного проекта — В.Г. Никитенко, О.В. Никитенко, г. Киев.
Обзор преимуществ микросхемы К174ХА34
Оптимизированная внутренняя архитектура обеспечивает низкий уровень паразитных сопротивлений и минимальные искажения сигнала. Благодаря этому достигается улучшенное качество звука и четкость передачи информации.
Использование компонентной базы с низким уровнем шума позволяет существенно снизить фоновое вмешательство и повысить чувствительность при приеме слабых радиоволн.
Автоматическая регулировка уровня насыщенности сигнала способствует сохранению стабильности при изменениях внешних условий, что делает устройство подходящим для эксплуатации в сложных климатических зонах или при колебаниях источника сигнала.
Модуль легко интегрируется в системы с ограниченными габаритами благодаря компактной конструкции и низким потребляемым токам. Это уменьшает нагрузку на источник питания и увеличивает срок службы компонентов.
Отсутствие необходимости в сложных схемных решениях для настройки предоставляет возможности быстрого монтажа и последующего обслуживания, что сокращает временные затраты при внедрении новых устройств.
Широкий диапазон рабочих температур позволяет использовать устройство в промышленных, бытовых и мобильных системах, не опасаясь выхода из строя из-за перепадов температурных режимов.
Облавлюемая функциональность включает в себя встроенные фильтры, которые сокращают посторонние помехи и улучшают селективность, создавая условия для точной настройки уровня приёма.
Выбор компонентов для сборки
Резисторные элементы должны иметь точность изменения сопротивления не выше 5%, предпочтительно использовать металлические пленочные или углеродные компоненты. Значения сопротивлений в цепях первого каскада выбираются в диапазоне 1 кОм – 10 кОм для обеспечения стабильной работы и минимальных шумов.
Конденсаторы должны быть керамическими или танталовыми с низким ESR, емкостью от 10 пФ до 1000 мкФ в питающих фильтрах и блоках управления. Обратите внимание на частотные характеристики и допустимый рабочий диапазон каждого элемента, выбирая компоненты с температурой эксплуатации от -40°C до +85°C.
Индуктивности необходимы с индуктивностью в пределах 1 – 10 мкГн, с хорошей стабилизированностью параметров при изменении температуры и напряжения питания. Лучший вариант – ферритовые сердечники, обеспечивающие низкий уровень паразитных сопротивлений.
Ключевым в подборе усилительных элементов является соответствие уровня усиления требуемым входным сигналам, а также минимизация нелинейных искажающих факторов. При использовании внешних усилителей следует обращать внимание на входное и выходное сопротивление, чтобы обеспечить согласование с остальными цепями.
Пассивные компоненты, такие как фильтры и разделители диапазонов, требуют аккуратного подбора частотных характеристик, чтобы избежать ложных сигналов и обеспечить надежную фильтрацию. В процессе сборки рекомендуется использовать компоненты с низкими паразитными параметрами и избегать мостовых схем, вызывающих паразитные резонансы.
Обеспечение стабильной работы радиочастотного тракта достигается правильным монтажом, тщательным отбором элементов с допусками не выше 1%, а также точной настройкой комплектующих на этапе настройки прототипа.
Пошаговая инструкция по сборке
Подготовьте блок питания, подключив к нему стабилизированный источник напряжения 12-15 В через конденсатор фильтрации емкостью не менее 10 мкФ. Проверьте стабильность питания с помощью мультиметра, чтобы токовые скачки не влияли на работу устройства.
Соедините входной витой или включающий антенну кабель с антенным входом схемы, избегая заземляющих коротких соединений. При необходимости используйте фильтры для снижения помех от внешних источников сигналов.
Произведите монтаж контура на входе, соблюдая рекомендации по сопротивлению и индуктивности, указанные в даташите. Расположите электромагнитные компоненты так, чтобы снизить влияние помех и обеспечить максимальную чувствительность.
Установите регулируемый усилитель и балансировочный потенциометр по схеме. Проверьте расположение резисторов и потенциометра, соблюдая полярность, чтобы избежать ошибок при подключении.
Выполните монтаж выходных цепей, подключив их к громкоговорителю или выходному разъему. Используйте экранирование для улучшения качества звука и минимизации посторонних шумов.
После сборки включите питание, проверите стабильность работы и правильность установки компонентов с помощью мультиметра и осциллографа. Выполните настройку чувствительности и селекции по инструкции, чтобы добиться чистого приёма стабилизированного сигнала.
Особенности настройки и регулировки
Для достижения оптимальной чувствительности и селективности необходимо точно отрегулировать внутренние подстроечные параметры. В первую очередь, важна настройка входного каскада: регулирующий конденсатор следует подстраивать для минимизации помех и повышения уровня принимаемого сигнала, ориентируясь на изменение уровня выходного сигнала.
Подстроечные элементы в цепи локального осциллятора требуют точной подгонки частоты. Для этого используют контрольный сигнал, при этом изменение емкости или сопротивления должно сопровождаться замером частоты с помощью внешнего прибора или индикатора импульсов. Корректировка осуществляется в пределах нескольких единиц пФ или Ом, чтобы избежать переброса частоты за границы диапазона.
Ключевым этапом является настройка фильтров: корректировка последовательных и параллельных цепей обеспечивает устранение нежелательных помех и усиление нужных частотных компонент. Для этого используют переменные конденсаторы, их подстройка – процесс точечный и требует внимания к уровню шума на выходе.
Регулировка усиления осуществляется через установку сопротивлений в цепях предварительного усилителя. Следует добиться равномерного роста выходного сигнала при отсутствии искажений, что достигается поэтапным изменением сопротивления и сравнением сигналов на приемных антеннах.
При финальной настройке рекомендуется минимизировать уровни перекрестных помех, комбинируя точечное изменение емкостей и сопротивлений. В случае наличия автоматизированных стендов допускается применение средств компьютерного контроля для ускорения процедуры и повышения точности калибровки.
Тестирование и проверка работоспособности
Перед началом эксплуатации устройства необходимо выполнить точную проверку цепи согласования и уровня сигнала. Для этого используют мультиметр для контроля уровней питания и сопротивлений по току и напряжению на входе и выходе устройства. Значения сопротивлений должны соответствовать паспортным данным, в противном случае потребуется устранение возможных разрывов или коротких замыканий.
Для оценки работоспособности используйте генератор сигналов с частотой в диапазоне 88–108 МГц и уровнем не ниже 10 мВ. На выходе прибора в этот момент должен появиться стабильный радиосигнал с минимальным уровнем искажений. Проверку осуществляют с помощью радиометра или другого проверенного устройства для измерения мощности сигнала. При наличии слабого ли или искаженном сигнала необходимо перепроверить правильность монтажа и устранить возможные источники помех.
Дополнительным этапом служит тестирование чувствительности. Для этого подключают опорный источник с Known-level входным уровнем, зафиксированным в техпаспортных данных. Если при этом уровень сигнала на выходе стабилен и соответствует нормативам, устройство функционирует корректно. При обнаружении сниженной чувствительности предпринимают корректирующие меры: проверяют правильность сборки, укрепляют магнитные и электромагнитные заземления, тестируют параметры входных каскадов.
| Этап проверки | Инструменты | Ключевые параметры | Комментарий |
|---|---|---|---|
| Контроль питания | Мультиметр | Напряжение питания 12 В, уровень питания входов | Должно соответствовать документации, отсутствие скачков и просадок |
| Проверка уровня сигнала | Генератор сигналов, радиометр | Уровень сигнала на входе 10 мВ, частотный диапазон 88–108 МГц | Обеспечить стабильное формирование входного сигнала |
| Измерение выходного сигнала | Редактор уровня сигнала, осциллограф | Минимальный уровень мощности, отсутствие искажений | |
| Функциональное тестирование | Радиометры, тестовые сигнализаторы | Проверка чувствительности и селективности | Реальная работа в реальных условиях |
Возможные неисправности и их устранение
Отсутствие подачі сигнала може быть связано с неправильным подключением антенны или повреждением входных цепей. Проверьте целостность кабелей и соединений, визуально осмотрите разъемы на наличие повреждений. Убедитесь, что антенна надежно зафиксирована и соответствует требованиям по частоте работы.
Появление мешающих шумов или искажений сопровождается проверкой исправности конденсаторов и фильтров входной цепи. Замените конденсаторы, у которых наблюдается снижение емкости или наличие признаков магнитных дефектов, а также удалите возможные механические соединения с пылью или окислением.
Если цепи питания работают правильно, а сигнал не усиливается должным образом, уточните параметры резисторов и транзисторов на стадионе усиления. В случае обнаружения повреждений – замените их на изделия с аналогичными характеристиками, указанных в технической документации.
При возникновении нестабильности работы, такой как зависание или частые перезагрузки, проверьте наличия коротких замыканий внутри корпуса, а также исправность электролитических элементов питания. Очистите паяные соединения и убедитесь в их качестве, при необходимости произведите повторную пайку.
Проблемы с настройкой на определённой частоте связаны с неправильным калибровочным резистором или смещением частотных характеристик. Проверьте правильность установки регулировочных элементов, произведите настройку согласно инструкции, используя показатели тестового сигнала и измерителя частот.
Энергопитание и его особенности
Для стабилизации работы устройства рекомендуется использовать питание с напряжением 9 В, которое обеспечивает достаточный запас по току и минимальные искажения сигнала. В качестве источников питания предпочтительно применять стабилизированные источники с низким уровнем шума, например, блоки питания с регулируемыми выходами или батарейные аккумуляторы с высоким уровнем емкости.
Критичным фактором при организации питания является наличие фильтров для устранения помех и снижение электромагнитных помех. Встроенные цепи питания должны оснащаться конденсаторами фильтрации на входе и по линии земли, например, керамическими емкостями емкостью 10 нФ и электролитическими – 100 мкФ. Такие меры позволяют снизить уровень помех и повысить стабильность питания.
Следует учитывать максимальные значения по напряжению питания, указанные в технической документации, чтобы избежать повреждений, и обеспечить возможность питания от аккумуляторных батарей или батареек формата АА с соединением через стабилизатор напряжения.
Для чувствительных цепей целесообразно применять экранирование линий питания и заземление с помощью разделительных фильтров, что снизит уровень паразитных сигналов и повысит качество работы цепи. Также важно обеспечить короткие и толстые проводники для подачи питания, чтобы минимизировать падение напряжения и потери мощности.
Если устройство предполагается разместить в условиях повышенных электромагнитных помех, рекомендуется использовать внешний стабилизатор напряжения и фильтры шунтирующего типа, обеспечивающие дополнительную защиту цепей питания. Это особенно важно при работе в сложных радиочастотных условиях или при использовании нестабильных источников напряжения.
Советы по улучшению чувствительности и качества приема
Для повышения уровня селективности и уменьшения помех рекомендуется использовать специальные фильтры, настроенные на частоты радиостанций. В качестве усилителя сигнала рекомендуется применять дополнительные цепи усиления с низким уровнем шумов, обеспечивающие стабильную работу при слабых сигналах.
Оптимизация схемы предварительного усилителя включает использование резисторов с точной подстройкой и конденсаторов с малым паразитным индуктивитетом. В свою очередь, правильный выбор входных элементов позволяет снизить влияние внешних электромагнитных помех.
Для минимизации потерь в линии следует правильно расположить соединительные кабели и предотвратить перекрестные помехи между входной цепью и блоками питания. Использование заземляющих шин и экранированных проводов значительно повышает устойчивость к внешним помехам.
Эффективное паразитное подавление достигается за счет применения фильтров-Полосовых фильтров, спроектированных на основе реальных частотных характеристик используемых диапазонов. Важно также обеспечить хорошую соединительную пайку и минимизировать длину монтажных проводов.
| Рекомендации | Описание |
| Использование полосовых фильтров | Обеспечивает отсеивание нежелательных частотных помех, что повышает качество сигнала. |
| Тщательная настройка предварительного усилителя | Позволяет добиться максимальной чувствительности при минимальных помехах. |
| Экранирование кабелей и элементов | Защищает от внешних электромагнитных интерференций. |
| Использование качественных элементов питания | Обеспечивает стабильную работу и снижает уровень шума в цепях. |
| Минимизация длин соединений | Снижает паразитные индуктивности и паразитные емкости, что способствует улучшению сигналов. |
