Схемы конструкций fm радиоприемников: Ламповый сигнал. Собираем FM-радиоприемник на лампах — «Хакер»

Содержание

Схема простейшего радиоприемника

Подробности
Категория: Радиоприемники

Представленная схема простейшего радиоприемника собиралась многими начинающими радиолюбителями. Принцип действия такого приемника основан на преобразовании радиоволн в электрические сигналы. Эти электрические сигналы улавливаются радиоприемником и далее преобразуются в звуковые. Конечно, качество звука и стабильность сигнала будут не лучшего уровня, но для того чтобы понять азы радиоэлектроники ее имеет смысл собрать. 

Схема радиоприемника

Схема имеет минимум деталей

  1. транзистора, необходимого для усиления звуковой частоты;
  2. динамика;
  3. катушки индуктивности, необходимой для колебательного контура;
  4. переменной емкости для настройки на определенную радиостанцию;
  5. резистора или сопротивления, необходимого для выбора рабочей точки транзистора (говоря простым языком для того чтобы наш транзистор работал правильно и хорошо и не перегревался)
  6. антенны;
  7. источника питания;

Антенна радиоприемника

Для антенны отлично подойдет медная проволока длиной порядка 4 метров. В свое время когда собирал свой первый радиоприемник я натягивал проволку у себя в комнате. Антенна должна крепиться на изоляторах, и не в коем случае иметь контакт с землей.

Радиоволны разных частот, наводят в антенне электрические сигналы разных частот и с многих радиостанций. Величина этих электрических сигналов очень мала порядка микровольт. Естественно такой слабый сигнал не способен вызвать колебания диафрагмы динамика. Поэтому его необходимо значительно усилить.

Колебательный контур приемника

Но прежде чем подать его на усиление  необходимо выбрать какой именно сигнал нам нужен.  Эту функцию берет на себя колебательный контур, который состоит  из параллельно соединенных катушки и конденсатора. Этот контур настроен на определенную частоту и способен из электрического хаоса, поступающего с антенны выбрать электрический сигнал нужной нам радиостанции. Для изготовления катушки я использовал ферритовый стержень диаметром порядка 8 мм и длиной около 9 см, на него вплотную наматывал катушку, виток к витку, чтобы намотка была плотной.

Выделенный в контуре сигнал имеет не совсем правильную форму. Такой сигнал амплитудно модулированный, т.е. амплитуда сигнала определенной частоты изменяется в такт со звуковой частотой. Детектирование сигнала автоматически происходит в транзисторе. Последним звеном схемы простейшего радиоприемника является транзистор необходимого для усиления и последующей подачи сигнала на динамик.

Катушка радиоприемника

Для изготовлении катушки индуктивности. Нам понадобится ферритовый стержень. Такой стержень можно купить в любом магазине радиоэлектроники. Или вытащить из сломанного FM радиоприемника. На этот стержень нам необходимо сделать 30-100 витков медного провода с диаметром 0.2-0.3 мм.

Усиление сигнала 

Для настройки режима работы транзистора нашего простейшего радиоприемника подключен подстроечный резистор R1. Изменяя его сопротивление можно менять ток протекающий через биполярный транзистор, а соответственно и усиление сигнала.

Добавить комментарий

Цифровой FM-приемник с электронной регулировкой громкости и тембра.

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Приемники и передатчики >

Цифровой FM-приемник с электронной регулировкой громкости и тембра.

Приветствую всех любителей послушать музыку посредством радиоприёма!

Копирайт и благодарности.

Данная статья написана при личном разрешении автора первоначальной статьи, Грицика Олега, расположенной на сайте Телесистемы. Со своей стороны выражаю огромную благодарность Грицику Олегу, за отношение с пониманием и за предоставленные исходные коды программы. Дойникову Андрею (aka dt_andrew), за неоценимую помощь в компиляции и технической поддержке данного проекта.

Предисловие.

Идея создания радио не давала покоя давно, прочитав статью на вышеуказанном сайте, решено было собрать проект. Тут вы, наверное, возразите «А что так поздно? Уже вышла статья FM STEREO тюнер с цифровым управлением!» Дело в том, что с этого проекта появился FM STEREO тюнер с цифровым управлением , а я хочу рассказать чем всё таки эта идея закончилась.

Схема.

Схема устройства радиоприёмника полностью повторяет предложенную автором, за исключением применённого микроконтроллера AT mega8515, вместо снятого с производства и устаревшего AT90S8515,выходного усилителя мощности на TA8215AH (выбор обусловлен наличием и не плохими характеристиками). На первый взгляд бросается в глаза наличие лишних стабилизаторов в блоке тюнера и аудио процессора, первоначально эти блоки предназначались для другого устройства, где было только 12 вольт. Сама схема разделена на функциональные модули М1-М7, для удобства представления.

М1-модуль тюнера от автомагнитолы SONY XR-5300 и управляющий им синтезатор частоты TSA6057 в DIP корпусе.

М2-модуль управляющего контроллера на ATmega8515-16PI

М3-модуль аудио процессора выполненный на TEA6320 в корпусе miniDIP, в типовом включении

М4-модуль усилителя низкой частоты выполненный на TA8215AH, в типовом включении

М5-даже модулем назвать трудно, обычный индикатор 16х1 с интегрированным контроллером HD44780, применён MT-16S1A-2VLB, производства Российской фирмы МЭЛТ.
М6-модуль кнопок управления приёмником

М7-модуль блока питания усилителя, тюнера и микроконтроллера. В представлении не нуждается.

Тюнер SONY представляет собой законченное устройство, включающее в свой состав узлы радиочастотной части AM и FMдиапазона, стерео декодер и шумоподавитель. AM часть тюнера не используется. Тюнер управляется синтезатором частоты TSA6057, по выводам 5 и 6 тюнера, соответственно VT (напряжение настройки) и VCO (выход гетеродина), коэффициентом деления которого и соответственно напряжением настройки управляет микроконтроллер IC3 по шине I2C. По этой же шине происходит управление аудио процессором.

Управление.

Управление осуществляется восемью кнопками:
S5,S7 — FR- и FR+ — управление частотой настройки в выбранном канале
S1,S3 — CH- и CH+ — выбор заранее настроенного канала (всего доступно 25 каналов)
S8 — STORE — сохранение в памяти выбранной частоты настройки на выбранном канале S6 — BASS/TREB — кнопка выбора регулировки низких и высоких частот (+/- 10 дБ, с шагом 2 дБ)S2,S4 — VOL- и VOL+ — кнопки регулировки громкости (пределы 60 дБ с шагом 2 дБ), они же управляют регулировкой низких и высоких частот, при поочерёдной активации режима кнопкой S6.

Программирование микроконтроллера.

В память микроконтроллера следует загрузить основную программу и данные EEPROM, с помощью доступного программатора для микроконтроллеров семейства AVR. Биты конфигурации установить в соответствии с приложенными фотографиями для AVR Studio и CVAVR.

Заключение.

В итоге проделанной работы, был собран достойный и простой приемник с отличными характеристиками. Корпус приёмника не планировался, и весь проект повторялся в виде тестового образца и ознакомления с работой синтезаторов частот.

Файлы:
Печатные платы в формате SL 5.0.
прошивка МК.

Вопросы, как обычно, складываем тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Радиочастотные схемы

Добавлено 24 июня 2019 в 11:57

Сохранить или поделиться

Рисунок 1 – (a) Детекторный радиоприемник. (b) Модулированный РЧ сигнал на выходе антенны. (c) Выпрямленный РЧ сигнал на катоде диода, без конденсатора фильтра C2. (d) Демодулированный звук на наушниках.

Основными компонентами детекторного радиоприемника являются система антенны и земли, система параллельного контура, пиковый детектор и наушники. Смотрите рисунок выше (a). Антенна принимает передаваемые радиосигналы (b), которые поступают на землю через другие компоненты. Комбинация C1 и L1 формирует резонансный контур, называемый параллельным контуром. Его назначение – выделение одного из множества доступных радиосигналов. Переменный конденсатор C1 позволяет производить

настройку на различные сигналы. Диод пропускает положительные полуволны радиосигнала, удаляя отрицательные полупериоды (c). C2 рассчитан на отфильтровывание радиочастот от огибающей РЧ сигнала (c) и передачу звуковых частот на наушники. Обратите внимание, что для детекторного радиоприемника источник питания не требуется. Германиевый диод, имеющий более низкое прямое падение напряжения, обеспечивает большую чувствительность, по сравнению с кремниевым диодом.

Хотя выше показаны электромагнитные наушники 2000 Ом, керамические наушники, иногда называемые детекторными наушниками, более чувствительны. Керамические наушники подходят для всех радиосигналов, кроме самых мощных.

Схема на рисунке ниже дает более мощный выходной сигнал, по сравнению с детекторным приемником. Поскольку транзистор не смещен в линейную область (нет резистора смещения базы), он пропускает только положительные полупериоды входного высокочастотного сигнала, детектируя амплитудную модуляцию. Преимуществом транзисторного детекторного приемника является усиление, дополняющее детектирование. Эта более мощная схема может легко запитывать электромагнитные наушники 2000 Ом. Обратите внимание, что транзистор – германиевый, PNP. Он, возможно, более чувствителен из-за более низкого напряжения VБЭ 0,2 В, по сравнению с кремниевым. Однако кремниевый транзистор всё равно должен будет работать. Для кремниевых NPN устройств потребуется противоположная полярность батареи.

Рисунок 2 – TR One, однотранзисторный радиоприемник. Отсутствие резистора смещения заставляет транзистор работать в качестве детектора.

Наушники 2000 Ом больше широко не доступны. Однако наушники с низким импедансом, обычно используемые с портативным аудиооборудованием, могут их заменить, если будут использоваться с аудиотрансформатором. Подробности смотрите в томе 6 «Эксперименты» → «Цепи переменного тока» → «Чувствительный аудиодетектор».

Схема на рисунке ниже добавляет к детекторному приемнику аудиоусилитель для получения большей громкости в наушниках. В оригинальной схеме использовался германиевый диод и транзистор. Диод Шоттки может заменить германиевый диод. Кремниевый транзистор может использоваться, если резистор смещения базы будет изменен согласно таблице.

Рисунок 3 – Детекторный радиоприемник с аудиоусилителем на одном транзисторе со смещением базы.Рисунок 4 – Regency TR1 – первый серийный транзисторный радиоприемник, 1954 год.

Схема на рисунке ниже представляет собой АМ радиоприемник на микросхеме, содержащей в себе все активные радиочастотные схемы. Все конденсаторы и катушки индуктивности, а также несколько резисторов являются внешними элементами по отношению к микросхеме. Переменный конденсатор 320 пФ настраивает гетеродин на частоту на 455 кГц выше входного радиочастотного сигнала. Частоты РЧ сигнала и гетеродина смешиваются, создавая сумму и разность этих двух частот, на выводе 15. Внешний керамический фильтр 455 кГц между выводами 15 и 12 выделяет разностную частоту 455 кГц. Большая часть усиления находится в усилителе промежуточной частоты (ПЧ) между выводами 12 и 7. Диод на выводе 7 восстанавливает звук из ПЧ. Сигнал автоматической регулировки усиления выделяется, фильтруется до постоянного напряжения и подается обратно на вывод 9.

Рисунок 5 – Микросхема радиоприемника

На рисунке ниже показана обычная механическая настройка (a) входного радиочастотного приемника и гетеродина и настройка с помощью варикапа (b). Соединенные пластины сдвоенного переменного конденсатора образуют довольно громоздкий компонент. Экономически выгоднее заменить его на настроечные варикапы. Увеличение обратного смещения Vнастр уменьшает емкость, что увеличивает частоту. Vнастр может изменяться с помощью потенциометра.

Рисунок 6 – Сравнение радиоприемников на микросхемах с (a) механической настройкой и (b) электронной настройкой варикапами.

На рисунке ниже показано еще меньшее количество компонентов АМ радиоприемника. Инженеры Sony включили полосовой фильтр промежуточной частоты (ПЧ) в 8-выводную микросхему. Это позволяет исключить использование внешних трансформаторов ПЧ и керамического фильтра ПЧ. Для радиочастотного входа и гетеродина всё еще требуются LC компоненты настройки. Тем не менее, переменные конденсаторы могут быть заменены настроечными варикапами.

Рисунок 7 – Компактная микросхема радиоприемника устраняет внешние фильтры ПЧ.

На рисунке ниже показан FM радиоприемник на базе микросхемы TDA7021T от NXP Wireless с небольшим количеством внешних компонентов. Громоздкие внешние трансформаторы фильтра ПЧ были заменены RC фильтрами. Резисторы встроенные, конденсаторы внешние. Эта схема была упрощена с рисунка 5 технического описания NXP. Полные схемы смотрите на рисунках 5 или 8 технического описания. Простая схема настройки взята с рисунка 5 технического описания. На рисунке 8 показано более сложное приемное устройство. Рисунок 8 технического описания демонстрирует стереофонический FM радиоприемник с усилителем звука для запитывания динамика.

Рисунок 8 – Микросхема FM радиоприемника, схема усиления сигнала не показана.

Упрощенный FM радиоприемник, изображенный на рисунке выше, рекомендуется для сборки. Для катушки индуктивности 56 нГн необходимо намотать 8 витков неизолированного провода 22 AWG на сверло или другой стержень диаметром 0,125 дюйма. Удалить этот стержень и растянуть получившуюся катушку до длины 0,6 дюйма. Конденсатор настройки может представлять собой миниатюрный подстроечный конденсатор.

На рисунке ниже приведен пример РЧ усилителя с общей базой. Эта схема очень наглядна из-за отсутствия схемы смещения. Поскольку смещения нет, это усилитель класса C. Транзистор пропускает менее 180° входного сигнала, потому что для 180° класса B потребуется смещение не менее 0,7 В. Схема с общей базой, по сравнению со схемой с общим эмиттером, имеет более высокий коэффициент усиления по мощности на высоких частотах. Это усилитель мощности (0,75 Вт). Входные и выходные П-цепи согласуют эмиттер и коллектор, соответственно, с входным и выходным коаксиальными разъемами 50 Ом. Выходная П-цепь также помогает отфильтровывать гармоники, генерируемые усилителем класса C. Хотя по современным стандартам излучения сигналов, вероятно, потребуется больше звеньев.

Рисунок 9 – РЧ усилитель мощности 0,75 Вт класса C с общей базой. L1 = медный провод 10 AWG 0,5 витка диаметром 5/8 дюйма, длина катушки 3/4 дюйма. L2 = луженный медный провод 14 AWG 1,5 витка диаметром 1/2 дюйма с шагом 1/3 дюйма.

Пример РЧ усилителя с общей базой с высоким коэффициентом усиления показан на рисунке ниже. Схема с общей базой может работать на более высоких частотах, по сравнению с другими вариантами схем. Эта схема является схемой с общей базой, поскольку базы транзисторов по переменному току соединены с землей конденсаторами 1000 пФ. Конденсаторы необходимы (в отличие от класса C на предыдущем рисунке), чтобы делитель напряжения 1кОм/4кОм мог смещать базу транзистора для работы в классе A. Резисторы 500 Ом являются резисторами смещения эмиттера. Они стабилизируют ток коллектора. Резисторы 850 Ом являются нагрузками коллектора по постоянному току. Трехкаскадный усилитель обеспечивает общее усиление 38 дБ на частоте 100 МГц с шириной полосы 9 МГц.

Рисунок 10 – Усилитель малых сигналов с высоким коэффициентом усиления по схеме с общей базой.

Каскодный усилитель имеет широкую полосу, как и усилитель с общей базой, и умеренно высокий входной импеданс, такой как схема с общим эмиттером. Смещение для этого каскодного усилителя (рисунок ниже) разработано в примере задачи в главе 4.

Рисунок 11 – Каскодный усилитель малых сигналов с высоким коэффициентом усиления.

Данная схема (рисунок выше) моделируется в разделе «Каскодный усилитель» главы 4 «Биполярные транзисторы». Для лучшей работы на высоких частотах используйте ВЧ и СВЧ транзисторы.

Рисунок 12 – Коммутатор на PIN диодах отключает приемник от антенны во время передачи.Рисунок 13 – Антенный коммутатор на PIN диодах для приемника радиопеленгатора.Рисунок 14 – Аттенюатор на PIN диодах. PIN диоды работают в качестве переменных резисторов, управляемых напряжением.

PIN диоды на рисунке 14 включены в схему П-аттенюатора. PIN диоды, включенные последовательно, но в противоположных направлениях, устраняют некоторые гармонические искажения, по сравнению с одиночными диодами. Фиксированный источник 1,25 В смещает в прямом направлении параллельные диоды, которые не только проводят постоянный ток от земли через резисторы, но также проводят РЧ сигнал на землю через конденсаторы под диодами. Управляющее напряжение Vупр по мере увеличения увеличивает ток через параллельные диоды. Это уменьшает сопротивление и затухание, пропуская больше РЧ сигнала от входа к выходу. При Vупр = 5 В затухание составляет около 3 дБ. При Vупр = 1 В затухание составляет 40 дБ с плоской амплитудно-частотной характеристикой до 2 ГГц. При Vупр = 0,5 В затухание составляет 80 дБ на частоте 10 МГц. Однако амплитудно-частотная характеристика при этом изменяется слишком сильно, чтобы использовать этот аттенюатор.

Оригинал статьи:

Теги

PIN диодRF / РЧАнтенный коммутаторАттенюаторВходной импедансВыходной импедансДетекторКаскад с общей базойКаскодный усилительРадиоприемникРЧ приемникРЧ усилитель

Сохранить или поделиться

Схема стереофонического приемника FM-диапазона » Паятель.Ру


В настоящее время происходит бурное развитие УКВ ЧМ радиовещания. Даже в небольших городах в эфире работает до десятка УКВ радиостанций, преимущественно музыкально-развлекательного формата. Большая часть радиостанций ведет стерео-фонические передачи с пилот-тоном в диапазоне 88-108 МГц. В результате владельцы отечественных приемников, рассчитанных на прием в диапазоне 65,8-74 МГц, лишены возможности принимать эти радиостанции.


Перестройка таких приемников на диапазон 88-108 МГц или установка конвертера не решает проблемы, т.к. возможен лишь монофонический прием. Аппаратура способная обеспечить качественный стереофонический прием, как правило зарубежного производства, имеет достаточно высокую цену. Оптимальным вариантом является изготовление УКВ ЧМ приемника своими руками. Широко известные однокристальные приемники с низкой ПЧ на ИМС К174ХА34 и К174ХА42 (КС1066ХА1) к сожалению не обеспечивают высокого качества приема.

Для их работы характерны неприятные щелчки, скрипящее воспроизведение глухих согласных, невысокая эффективность АПЧ. Необходимое качество приема способны обеспечить приемники с высокой ПЧ. Если выполнить такой приемник на отечественных микросхемах К174ПС1 и К174ХА6 (К174УР3), конструкция получается громоздкой, да и налаживание такого приемника не всем под силу.

Неплохие результаты можно получить используя зарубежную элементную базу. Описываемый приемник собран на двух микросхемах фирмы Toshiba, одна из них TA2003F — АМ/ЧМ приемник с высокой ПЧ, Принципиальная схема приемника приведена на рисунке. Из числа узлов ИМС DA1 — TA2003F используется только ЧМ тракт.

Принцип работы приемника FM-диапазона:

Сигнал от антенны через простейший ФВЧ L1C2 подается на вход УРЧ (вывод 1 DA1). УРЧ выполнен по резонансной схеме и его нагрузкой является контур L2 С5 С6, перестраиваемый по диапазону при помощи секции С5.1 переменного конденсатора, сдвоенного с С8.1. После усиления сигнал, по внутренним цепям микросхемы, поступает на вход смесителя. Гетеродин так же входит в состав микросхемы DA1. Частота гетеродина определяется настройкой контура L3 С7 С8, подключенного к выводу 13 DA1. Он перестраивается секцией С8.1 переменного конденсатора С5/С8.

С выхода смесителя ПЧ-ЧМ сигнал частотой 10,7 МГц через пъезокерамический фильтр ZQ1 поступает на УПЧ и частотный детектор микросхемы DA1. К выводу 10 DA1 подключен дискриминаторный контур частотного детектора — LC1. Полученный после детектировния комплексный стереосигнал (КСС) снимается с вывода 11 DA1.

Постоянная составляющая на этом выводе играет роль напряжения ошибки системы АПЧГ и через резистор R1 подается на варикап VD1, подстраивающий гетеродинный контур. КСС через разделительный конденсатор С13 подается на вход стереодекодера на микросхеме DA2. Эта микросхема реализует принцип синхронного детектирования, и несмотря на простую схему включения, обеспечивает достаточно высокое качество декодирования.

Резистором R5 осуществляется точная подстройка частоты ГУН микросхемы. Светодиод HL1 сигнализирует о наличии стереопередачи. Полученный стереосигнал снимается с выводов 8 и 9 микросхемы DA2 через простейший ФНЧ С18 R4 и С19 R7.

О деталях. В приемнике применены унифицированные намоточные элементы зарубежного производства. Контур LC1 может иметь розовую, синюю или зеленую маркировку. Катушки L1 — L3 бескаркасные, диаметром 6 мм, содержат L1 и L2 по 4 витка, L3 — 3 витка, для намотки можно использовать провод ПЭЛ 0,51.

Конденсатор переменной емкости — унифицированный, от любого зарубежного приемника. В данной схеме используются секции обозначенные на корпусе КПЕ как С3 для УРЧ и С4 для гетеродина. В качестве подстроечных конденсаторов С5.2 и С8.2 используются подстроечные конденсаторы, входящие в состав КПЕ. Фильтр ZQ1 — любой на 10,7 МГц. Микросхему ТА7343АР можно заменить на ТА7342АР без изменения схемы.

Налаживание приемника несложно. Вначале на вывод 8 DA1 подают (отключив ZQ1) сигнал частотой 10,7 МГц, промодулированный по частоте сигналом ЗЧ. Затем, вращая подстроечник катушки контура LC1 добиваются неискаженного тона сигнала ЗЧ на выходе приемника. После этого подключают ZQ1 и антенну и пробуют настроиться на любую радиостанцию.

Сопряжение контуров и укладку диапазона производят растяжением или сжатием витков L2 и L3, а также при помощи подстроечных конденсаторов С5.2 и С8.2. В последнюю очередь настраивают стереодекодер, для этого, при приеме стереопередачи, вращают движок резистора R5 до тех пор, пока не загорится светодиод HL1 и звучание приемника станет стереофоническим.

Ламповые радиоприемники, схемы и изготовление СВ-ДВ-КВ-УКВ приемников своими руками

Ламповые радиоприемники изготовляют для приема сигналов вещательных и любительских станций на диапазоны длинных волн (ДВ), средних волн (СВ), коротких волн (КВ) и ультракоротких волн (УКВ).

В разделе можно найти схему простого КВ приемника, подборку схем ДВ-СВ приемников для изготовления своими руками, а также варианты ламповых радиоприемников на диапазоны частот 61-73Мгц (УКВ), 88-108МГц (FM), 144МГц и другие вещательные и любительские УКВ диапазоны.

Представлены регенеративные и сверхрегенеративные приемники для самостоятельного изготовления на одной-двух лампах, а также более профессиональные схемы приемников на множестве ламп и на несколько разных диапазонов частот — гетеродинные и супергетеродинные.

Большого внимания заслуживают схемы батарейных радиоприемников на обычных и пальчиковых лампах, которые отличаются своей экономичностью и низким напряжением питания, что позволяет использовать их в переносной приемопередающей и связной радиоаппаратуре.

Регенеративный КВ приемник на диапазон 41м

Тема ламповых кв регенераторов на вещательные диапазоны в сети имеет место быть среди широкой аудитории радиолюбителей. Не смотря на то что этой технологии приема уже добрых несколько десятков лет, такие конструкции вполне себе актуальны по настоящее время.

1

0

2637

УКВ радио из блока УКВ ИП-2 с УПЧЗ 6,5МГЦ на лампе 6Ф1П

Предлагаю вашему вниманию мои изыкания на блоке укв ип-2, схема самодельного УПЧЗ для сборки лампового УКВ ЧМ радиоприемника.. Много статей посвящено этому блоку и построению на нем радиоприемника. Пошарив по просторам интернета схем подключения данного блока нашлось не много, собственно всего две, и обе с использованием в качестве УПЧЗ готового блока сборки УПЧЗ-2 либо УПЧЗ-1…

4

4

4764

СВ — УКВ конвертер для приема радиостанций 85-87 МГц (6Ж3П, 6Н15П)

Сверхрегенеративные приемники УКВ, как уже отмечалось, обладают рядом существенных недостатков. Они недостаточно устойчивы, малоизбирательны и т. д. Значительно лучшие по устойчивости и надежности приема результаты дает приемник, собранный по супергетеродинной схеме. Обычно для получения хороших …

5

1

1598

Батарейный УКВ приемник на пальчиковых лампах (1К1П, 2П1П)

Приемники и передатчики УКВ с питанием от батарей до сих пор не получили большого распространения среди любителей. Это объясняется тем, что батарейные малогабаритные лампы плохо работают на УКВ. Между тем аппаратура с питанием от батарей представляет для любителей большой интерес, так как может …

2

0

1639

Сверхрегенеративный УКВ приемник 0-V-2 (6Ж5, 6С5)

Не очень сложной конструкцией является ламповый сверхрегенеративный УКВ приемник 0-V-2 с питанием от сети переменного тока. Но и он не имеет сложных и дорогих деталей, а его монтаж и налаживание очень просты. Приемник может питаться от выпрямителя, дающего 200-300 в постоянного напряжения при токе …

6

0

1790

Схема ламповой УКВ приставки к вещательному приемнику (6Ж5)

В работе на УКВ сверхрегенеративные приемники нашли большое распространение среди радиолюбителей. Радиолюбитель, выбрав схему сверхрегенератора, может без больших затрат построить приемник, не уступающий по чувствительности сложному супергетеродину.УКВ приставка является простейшей …

2

0

2004

Спортивный ламповый КВ приемник на диапазоны 10-80м (6К4П, 6И1П, 6Ф3П)

Схема и конструкция самодельного спортивного КВ радиоприемника на диапазоны 10-80м, на лампах 6К4П, 6И1П, 6Ф3П. Из таблицы любительских диапазонов, приведенной в статье Н.Казанского — Первый шаг в короткие волны (Р-1966-6, Азбука КВ спорта),видно, что любителям-коротковолновикам отведены для работы очень узкиеучастки КВ диапазона волн. Самый большой из них имеет ширину всего 450КГц (21,0-21,45 МГц). Коротковолновиков же на нашей планете сотни тысяч, и поэтому на любительских участках…

8

3

4245

Ламповый регенератор на диапазоны 10, 14, 20, 40 и 80м (6К4П, 6Ж3П, 6П14П)

Этот трехламповый коротковолновый приемник прямого усиления предназначен для приема телефонных и телеграфных любительских радиостанций, работающих в диапазонах 10, 14, 20, 40 и 80 м. Он рассчитан на самостоятельное изготовление на­чинающими радиолюбителями-коротковолновиками, не имеющими …

9

0

3567

Аудион — ламповый регенеративный приемник на 5,5 — 7,5 Мгц (1Ж24Б, 45В)

Приведена принципиальная схема самодельного регенеративного приемникана лампах 1Ж24Б, диапазон принимаемых частот 5,5 — 7,5 Мгц. Аудион -это немецкое название приемника, в котором лампа работает в качестведетектора. Но по сути дела, это регенеративный приемник с индуктивнойобратной связью.

Регенеративный приемник или, иначе, приемник с обратной связьюявляется в смысле чувствительности и избирательности приема одним излучших ламповых приемников …

6

0

1642

Схема громкоговорящего приемника на диапазоны СВ-ДВ (6Н2П, 6П14П)

Описываемый радиоприёмник очень прост по электрической схеме иконструкции, его может построить любой начинающий радиолюбитель.Приёмник собран по схеме прямого усиления на двух лампах пальчиковойсерии: двойном триоде 6Н2П и выходном пентоде 6П14П. Он предназначен дляприёма радиостанций, работающих в диапазоне длинных и средних волн.

Антенна А через конденсатор С1 подключается или к длинноволновомуконтуру, образованному катушкой L1 и конденсатором переменной ёмкостиС2, или к средневолновому — катушка L2 и тот же конденсатор С2 …

2

10

2487

УКВ ЧМ радиоприёмник «Фремодин»

УКВ ЧМ радиоприёмник «Фремодин»

В 60-х годах прошлого века в журнале «Электроника Австралии» была опубликована схема четырёхлампового приёмника-фремодина. Это был простой связной УКВ приёмник, ставший очень популярным. Основой схемы послужил «Фремодин» — простой сверхрегенеративный приёмник, описание которого было опубликовано в мае 1948 года в журнале по электронике «Новости радио» в США. Чуть позже в журнале «Электроника Австралии» появилась схема этого приёмника на транзисторах.

Однако изначально Фремодин был разработан Американской корпорацией «Хэйзелтайн» как недорогой ЧМ радиоприёмник ещё в 1947 году, задолго до того, как журнал «Электроника Австралии» опубликовала свою схему. Эта схема была по существу копией схемы корпорации «Хэйзелтайн» за исключением того, что были добавлены дополнительные сменные катушки, при использовании которых приёмник мог принимать частоты 30…250 мГц.

Название приёмника «Фремодин» произошло от слов frequency modulation и суффикса dyne, обычно традиционно добавляемого к названиям различных схем. Собственно название приёмника подчёркивает то что он предназначен для приёма частотной модуляции (FM). По-русски название звучало бы как «Часмодин» или «Частмодин»

Вопреки распространённому мнению, что для приёма ЧМ необходим сложный многоламповый супергетеродин со множеством резонансных контуров, для приёма УКВ ЧМ станций можно использовать даже простейший детекторный приёмник, но для этого сигнал принимаемой радиостанции должен быть достаточно сильным. При таком приёме используется обычный АМ детектор, резонансный контур которого настраивается так, что бы принимаемая ЧМ радиостанция оказалась на склоне АЧХ контура, при этом частотная модуляция будет преобразовываться в амплитудную. Поскольку в этом случае резонансный контур точно не настроен на частоту принимаемого сигнала, то и чувствительность такого приёмника будет понижена.

Для приёма ЧМ можно так же применить регенеративный детектор. Но в данном случае при увеличении уровня регенерации происходит сужение полосы пропускания приёмника, что приводит к увеличению искажений. Следовательно в этом типе приёмников нельзя применить максимально возможное усиление сигнала. Тем не менее проведённые эксперименты показали, что регенеративные детекторы способны высококачественно принимать ЧМ сигналы.

Кроме того, на УКВ регулировать уровень регенерации очень сложно, поэтому такими регенеративными приёмниками могут пользоваться радиолюбители, а для простых технически неподкованных людей эти конструкции не подходят. По этой причине сверхрегенеративные схемы используют там, где требуются простые схемные решения. Они обеспечивают хорошую чувствительность, высокий уровень выходного сигнала и широкую полосу пропускания. Этими приёмниками могут пользоваться и технически неподкованные люди.

Что бы объяснить принцип работы суперрегенеративных детекторов, необходимо понимать принцип работы обычных регенераторов, в которых положительная обратная связь используется для увеличения усиления детектора. Суперрегенератор, изобретённый в 1922 году Эдвином Армстронгом является модернизацией обычного регенератора.

Если рассмотреть обычный регенератор, то при увеличении уровня регенерации для получения максимальной чувствительности, если проскочить чуть выше критической точки, то принимаемый сигнал будет заглушён биениями, так что его нельзя будет услышать. Но если изменять уровень регенерации периодически, проскакивая точку возникновения генерации, то при ультразвуковой частоте её изменения биения не будут слышны. Эта частота называется частотой гашения и она обычно лежит в диапазоне 20…100 кГц. Существует оптимальное отношение частоты гашения к частоте принимаемого сигнала, которое составляет 1/1000 от частоты несущей. Чем ниже частота гашения, тем выше напряжение на выходе суперрегенератора, но хуже качество воспроизводимого сигнала. Качество звука возрастает с увеличением частоты гашения, но при этом падает селективность.

Потенциально правильно сконструированный сверхрегенеративный приёмник обладает очень высокой чувствительностью, которая позволяет детектировать сигналы величиной несколько микровольт, и широкой полосой пропускания, типичная величина которой составляет 200 кГц. Поскольку детектор находится в режиме генерации, то он является источником помех на частоте приёма. Если это является проблемой, то детектор следует экранировать и установить перед ним высокочастотный усилитель для предотвращения проникновения сигнала детектора в антенну.

Гашение может быть выполнено как с использованием внешнего генератора гашения, так и добавлением к ВЧ генератору времязадающей цепи, которая вводит генератор в режим самогашения. Схема с самогашением является простой и позволяет отказаться от применения дополнительного усилительного элемента. Тем не менее использование внешнего генератора гашения делает управление частотой гашения и её формой более удобным, что позволяет улучшить параметры приёмника.

можно объяснить принцип работы сверхрегенеративного детектора упрощённо: входной сигнал модулирует сигнал детектора, что в свою очередь приводит к изменению тока анода. Предположим, что входной сигнал отсутствует. Тогда супер регенератор будет работать как обычный ВЧ генератор, частота которого периодически гасится. В этом случае ток анода будет постоянным. Если теперь на вход детектора подать ВЧ сигнал, то генерация возникнет чуть раньше, так как сначала входной сигнал активизирует генератор, которому не надо будет дожидаться появления импульса гашения для запуска. Теперь детектор находится в периоде генерации более долгое время, что увеличивает анодный ток, следовательно пульсации анодного тока будут являться аудиосигналом.

Так как детектор периодически находится в режиме генерации, то радиоприём не происходит непрерывно. Работа сверхрегенератора напоминает работу устройства выборки и хранения. Это означает, что выходной сигнал необходимо пропустить через НЧ фильтр, что бы отфильтровать частоту гашения и заполнить паузы между выборками, аналогично тому, как это делается в цифро-аналоговых преобразователях.

Регенеративный детектор маловосприимчив к шумам, так как импульсы шумов будут игнорироваться в то время, когда детектор находится в режиме отсечки при действии на него гасящей частоты. Кроме того, суперрегенеративный детектор работает в логарифмическом режиме, что обеспечивает хорошую АРУ. На чувствительность, качество воспроизводимого звука и ширину полосы пропускания сверхрегенеративного приёмника сильно влияет форма сигнала частоты гашения. В неудачных конструкциях обычно на это не обращают достаточно внимания.

Любой ВЧ генератор можно превратить в сверхрегенеративный детектор, если его периодически гасить с ультразвуковой частотой и фильтровать потребляемый генератором ток для получения аудиосигнала. Сверхрегенераторы могут работать даже в микроволновом диапазоне.

Тот факт, что сверхрегенераторы хорошо подходят для приёма сигналов УКВ диапазона и у них имеется относительно широкая полоса пропускания, позволяет их применить для приёма широкополосной частотной модуляции. Детектирование ЧМ происходит при настройке приёмника не точно на несущую частоту радиостанции а так, что бы она оказалась на линейном участке склона АЧХ резонансного контура. В этом случае происходит преобразование частотной модуляции в амплитудную. При отклонении частоты входного сигнала в одну строну выходное напряжение будет увеличиваться, в другую сторону — уменьшаться. Такое детектирование называется детектированием на склоне частотной характеристики. После преобразования в АМ в сигнале сохраняются ЧМ компоненты, но они игнорируются.

Из истории суперрегенеративного приёма

В 1940-х годах были проведены большие исследования в области сверхрегенеративных радиоприёмников, направленные на то, что бы сделать из нестабильных и непредсказуемых конструкций стабильные воспроизводимые аппараты, пригодные для использования в военных целях, а именно в приёмниках системы запроса «свой-чужой» и в простых носимых радиостанциях. Многие из этих исследований были проведены корпорацией «Хэйзелтайн», запатентовавшей несколько изобретений, относящихся к сверхрегенеративным приёмникам. Радиолюбители широко использовали сверхрегенеративные приёмники на УКВ диапазонах, так как в то время супергетеродинные приёмники были слишком сложны и имели невысокие параметры.

Хотя в наши дни суперрегенеративные приёмники выглядят как примитивные устройства, излучающие помехи, но в начале 1950-х годов они был очень популярным средством для радиоприёма на УКВ диапазонах. В конце 1950-х годов снова ненадолго возник к ним интерес в связи с открытием в США диапазона 27 мГц, и в дальнейшем их вытеснили другие схемы. Тем не менее суперрегенеративные приёмники всё ещё используются в дешёвых рациях и в системах радиоуправления.

Когда в конце 1940-х появилось ЧМ радиовещание на УКВ диапазоне, суперрегенеративные приёмники возродились как недорогое и простое средство для приёма УКВ ЧМ радиостанций. Но у них было два недостатка, которые надо было ликвидировать что бы сверхрегенераторы можно было бы использовать в массово производимых ЧМ приёмниках, которыми могли бы пользоваться технически неподкованные люди. В обычных регенеративных приёмниках регенерация должна регулироваться каждый раз, когда приёмник настраивается на другую радиостанцию или когда применяется другая антенна, это необходимо для того, что бы схема работала при оптимальных условиях. Для многих технически неподкованных людей эти регулировки всегда были сложными. Вторая проблема была связана с ВЧ излучением. Поскольку сверхрегенеративный приёмник всегда находится в режиме генерации, то он действует как маломощный передатчик, излучая сигнал на частоте приёма. Наличие нескольких таких приёмников обычно не являются проблемой, но наличие тысяч таких приёмников, работающих поблизости друг от друга, может затруднить радиоприём.

Развитие ЧМ в Германии

С введением ЧМ вещания на УКВ диапазоне стали нужны недорогие радиоприёмники для приёма частотной модуляции. Во многих недорогих моделях использовалась суперрегенеративные схемы, в которых перед суперрегенеративным каскадом включался каскад УВЧ для снижения уровня излучения через антенну.

В некоторых ЧМ конвертерах/адаптерах использовались широко распространённые в то время ВЧ лампы типа ЕФ42 и аналогичные. Существовали специально разработанные для применения в таких адаптерах лампы, например, ЕСФ12 производства компании «Телефункен». В этой лампе пентодная часть использовалась в каскаде УВЧ, а на триоде был собран сверхрегенеративный детектор. Лампа была значительно укорочена, она имела не только металлический корпус, но к ней ещё прикручивался латунный экран, который экранировал гнездо, в которое лампа ЕСФ12 вставлялась. В таких схемах можно было не использовать регулировку регенерации, так как настройка осуществлялась вариометром (в катушку вдвигался/выдвигался сердечник), что давало довольно стабильные параметры по всему диапазону настройки. Такие приёмники предназначались для приёма сигналов только местных радиостанций. Среди выпускавшихся моделей сверхрегенеративных тюнеров были известны ЧМ тюнеры Филипс 7455 и Телефункен УКВ1Ц, которые в виде отдельного модуля устанавливались в обычные АМ приёмники.

Шагом в перёд по сравнению с суперрегенеративными приёмниками для ЧМ были обычные АМ супергетеродинные приёмники, которые использовались для приёма ДВ, СВ и КВ волн, но в них были добавлены коммутируемые УКВ контуры во входных цепях и в гетеродине. В этом случае в УПЧ добавлялись резонансные контуры, настроенные на частоту 10,7 мГц и включённые последовательно с контурами на 470 кГц, так что УПЧ мог работать на двух частотах. Такая концепция двухчастотного УПЧ использовалась и при переходе на транзисторную элементарную базу.

Детектором в таких приёмниках служил простой АМ детектор, ЧМ на него принималась на склоне АЧХ резонансного контура. Такой приёмник не содержал каких-либо дополнительных ламп, но в нём было в два раза больше резонансных контуров в УПЧ и две УКВ катушки во входной цепи и в гетеродине. Эти приёмники выпускались многими фирмами, в том числе фирмами Телефункен и Грюндиг. В дальнейшем по мере снижения цен на приёмники стали использовать детектор отношений для улучшения качества воспроизводимого сигнала. Так же стали применять отдельный ВЧ преобразователь частоты.

Развитие ЧМ в США

Хотя жители США находились в гораздо более лучшем экономическом состоянии, чем жители Германии, тем не менее на Американском рынке присутствовали простые и недорогие ЧМ радиоприёмники, так как применение дорогих и громоздких десятиламповых супергетеродинов было не всегда оправдано. Первые приёмники для ЧМ сигналов были более сложными, чем обычные пятиламповые АМ супергетеродины. Система ЧМ вещания была разработана для того, что бы осуществлять высококачественное радиовещание без помех и шумов, присущих АМ вещанию на средних волнах.

Кроме резонансного ВЧ каскада, ЧМ приёмники имели по крайней мере два каскада УПЧ, за которыми устанавливался один (иногда два) амплитудный ограничитель и затем каскад частотного дискриминатора. УЗЧ обычно имел большую мощность и широкую полосу пропускания.

В США недорогие ЧМ радиоприёмники прошли несколько иной путь развития. Здесь так же использовались суперрегенераторы, но в комбинации с супергетеродинной схемой. При фиксированной промежуточной частоте ширина полосы пропускания и чувствительность регенеративного каскада будут постоянными при перестройке по всему диапазону, так что не нужно будет постоянно регулировать регенерацию и пользователям нужно будет только крутить ручку настройки. Излучение регенератора будет ограничено и его частота будет находиться вне УКВ диапазона.

В результате исследований, проведённых во время войны, в 1947 году корпорация «Хэйзелтайн» создала Фремодин — недорогой ЧМ приёмник. Это был УКВ сверхрегенеративный супергетеродин, основу которого составлял двойной триод 12АТ7. Фремодин стал последним в числе нескольких предыдущих конструкций суперрегенеративных супергетеродинов, запатентованных корпорацией. Существовали улучшенные варианты Фремодина, но постепенно интерес к этой схеме падал и больше приёмники такого типа не выпускались.

Фремодинные приёмники выпускались двух видов: в виде конвертера для подключения к аудиовходу электрофона или АМ приёмника, а так же в виде УКВ блока в АМ/ЧМ приёмнике.

Первый Фремодин сошёл с конвейера в конце 1947 года и эта модель оставалась популярной около трёх лет.

Обзор схемы Фремодина

Несмотря на кажущуюся простоту сверхрегенеративного детектора, принцип работы такой схемы довольно сложен. Что бы пояснить принцип его работы, рассмотрим следующую схему (Рис. 1).

Рис. 1. Схема Фремодинного УКВ ЧМ радиоприёмника.

На нижнем триоде VL1.2 собран обычный генератор Колпитца, рабочая частота которого на 21,75 мГц выше или ниже частоты принимаемого сигнала. В этом генераторе используются схема с плавающим катодом, где паразитные ёмкости катод-сетка и катод-земля используются в качестве ёмкостей обратной связи, анод заземлён по высокой частоте конденсатором ёмкостью 500 пФ. В такой схеме генератора используется катушка без отводов. Естественно, что здесь можно применить и любые другие схемы генераторов.

На триоде VL1.1 собран суперрегенеративный детектор, работающий на частоте 21,75 мГц. Если на этот детектор подать частоты, лежащие в УКВ диапазоне 88..108 мГц, то естественно они не будут приниматься. Но если на вход детектора подать ещё и сигнал от гетеродина, частота которого будет отличаться от частоты УКВ сигнала на 21,75 мГц, то в этом случае удастся принять сигналы УКВ радиостанций, так как из-за нелинейности триода произойдёт сложение или вычитание сигналов УКВ и гетеродина и выделение ПЧ сигнала частотой 21,75 мГц.

Иначе говоря, триод VL1.1 работает как обычный супергетеродинный преобразователь частоты, а сверхрегенератор — как УПЧ и детектор. Поскольку сверхрегенератор предназначен для приёма АМ сигналов, то приём ЧМ сигналов осуществляется при настройке сверхрегенератора на линейный участок ската АЧХ резонансного контура. Настраиваться можно на любой склон АЧХ, что иногда помогает отстроиться от близлежащих по частоте помех. Таким способом ЧМ сигнал можно принимать на любой АМ приёмник, но качество приёма будет зависеть от формы АЧХ контура и от величины девиации ЧМ сигнала. Если такой ЧМ детектор правильно выполнить, то приём будет таким же качественным, как и при использовании специального частотного детектора.

В такой схеме будет работать любой сверхрегенеративный приёмник, настроенный на частоту 21,75 мГц, но в схеме сверхрегенератора производства корпорации «Хэйзелтайн» форма и период гасящей частоты была выбрана такой, что бы обеспечить необходимую селективность для приёма широкополосной частотной модуляции, а так же в схеме была применена автоматическая стабилизация режима работы регенеративного каскада, что позволило детектору работать при отклонениях питающего напряжения Uпит и при сильных входных сигналах, не прибегая к какой-либо регулировке, поэтому в этой схеме отсутствует регулировка регенерации. Обычно у суперрегенеративных схем при существенных отклонениях питающего напряжения ухудшаются параметры, но эта схема обеспечивает более стабильные параметры по сравнению с другими аналогичными схемами.

Качество воспроизводимого звука этим приёмником получается лучше, чем у супергетеродинного ЧМ приёмника с детектированием на склоне АЧХ контура. Для питания можно было использовать бестрансформаторную схему блока питания, так как постоянное напряжение 100 вольт легко получалось из переменного напряжения сети 120 вольт, используемого в США.

Подробное описание работы схемы

Для работы сверхрегенеративного приёмника необходимо следующее:
1. Резонансный контур, настроенный на требуемую частоту;
2. Положительная обратная связь, при введении которой в схеме возникли бы высокочастотные колебания на частоте настройки резонансного контура;
3. Схема гашения, периодически гасящая высокочастотные колебания;
4. Аудиовыход;
5. Управление регенерацией для обеспечения оптимального режима работы сверхрегенератора.

В Фремодине используется детектор, настроенный на частоту 21,75 мГц. Этот детектор более сложен, чем обычные сверхрегенеративные детекторы с самогашением, и принцип работы некоторых его деталей не очевиден. Принцип его работы, описанный во многих источниках, является довольно туманным, когда дело качается отдельных компонент, а иногда и вовсе не правильным.

Резонансная цепь сверхрегенеративного детектора

Резонансная цепь сверхрегенеративного детектора состоит из катушки индуктивности L2 с ферритовым подстроечником, и двух конденсаторов по 30 пФ, соединённых последовательно, что даёт общую ёмкость 15 пФ, подключённую параллельно L2. При этом резонансная частота этого контура составляет 21,75 мГц. Хотя последовательно с обоими конденсаторами по 30 пФ включён конденсатор ёмкостью 5 нФ, он не влияет на резонансную цепь и его можно рассматривать как короткозамкнутую цепь для рабочей частоты 21,75 мГц регенеративного каскада. Такое значение ПЧ — 21,75 мГц выбрано для того, что бы на ЧМ диапазон не попадали гармоники частоты, на которой работает сверхрегенеративный детектор. Например, если бы рабочей частотой была выбрана частота 33 мГц, то её третья гармоника (99 мГц) попала бы на частоту УКВ диапазона. При использовании частоты 21,75 мГц её четвёртая и пятая гармоники находятся вне границ УКВ диапазона (21,75*4=87 мГц, 21,75*5=108,75 мГц). Можно было выбрать и какую-нибудь другую частоту, например 27.5 мГц. Чем выше рабочая частота сверхрегенеративного детектора, тем выше может быть частота гашения и следовательно выше качество звука. Резистор номиналом 15 кОм, подключённый параллельно катушке индуктивности L2 предназначен для того, что бы колебания быстрее затухали при действии гасящей частоты.

Цепь положительной обратной связи

Эта цепь сформирована дросселем в катодной цепи лампы VL1.1, блокирующим частоты, начинающиеся с 21,75 мГц. Катод лампы подсоединён с точкой соединения двух конденсаторов по 30 пФ, что образует генератор Колпитца. Что бы понять, почему в этом генераторе возникают колебания, проигнорируем нижний по схеме конденсатор ёмкостью 30 пФ и предположим, что сетка лампы заземлена по ВЧ. Верхний по схеме конденсатор ёмкостью 30 пФ, включённый между анодом и катодом, образует цепь обратной связи, так как при включении лампы по схеме с общей сеткой лампа работает как неинвертирующий усилитель. При увеличении напряжения на аноде будет расти и напряжение на катоде. Это приводит к снижению анодного тока, так как напряжение сетка-катод становится более отрицательным. Это приводит к увеличению скорости роста анодного напряжения, оно увеличивается до тех пор, пока триод не войдёт в насыщение, и дальше цикл снова повторится.

Узел управления частотой гашения

Во Фремодине используется сверхрегенератор с самогашением, это значит, что в схеме имеется времязадающая цепь с относительно большим значением постоянной времени, эта цепь вводит и выводит генератор в режим генерации с частотой гашения. времязадающая цепь может находиться в цепи сетки, анода или катода лампы, как это сделано в схеме Фремодина. Здесь резистор сопротивлением 1,5 кОм и конденсатор ёмкостью 2,5 нФ образуют низкочастотную (относительно частот УКВ) времязадающую цепь. Что бы пояснить принцип работы этого узла, будем считать, что конденсатор ёмкостью 2,5 нФ и резистор сопротивлением 1,5 кОм соединены параллельно (конденсатор ёмкостью 10 мкФ для частоты гашения имеет очень низкое реактивное сопротивление, так что его можно рассматривать как короткозамкнутую цепь). Если напряжение на катоде генератора становится более положительным, то это эквивалентно тому, что напряжение на сетке стало бы отрицательным. Так как напряжение на сетке управляет током анода, то очевидно, что сила колебаний регулируется напряжением на катоде, и если это напряжение становится слишком высоким, то триод перейдёт в режим отсечки и генерация прекратится.

Падение напряжения на резисторе сопротивлением 1,5 кОм вполне достаточно для того, что бы ввести триод в режим отсечки. Однако включённый параллельно этому резистору конденсатор ёмкостью 2,5 нФ в начальный момент времени не заряжен и имеет практически нулевое сопротивление, так что триод пока не находится в режиме отсечки и генерация продолжается. По мере заряда конденсатора током катода падение напряжения на конденсаторе увеличивается и в конце концов становится настолько большим, что триод переходит в режим отсечки и генерация прекращается. Теперь ток через анод (и следовательно через катод) прекращает течь, и конденсатор разряжается через резистор сопротивлением 1,5 кОм, возвращая триод в режим генерации. Параметры этой RC цепочки были подобраны такими, что бы селективная характеристика была линейна по обоим сторонам от резонансной частоты 21,75 мГц контура ПЧ, что позволяет осуществить качественную демодуляцию частотно-модулированных сигналов на склонах амплитудно-частотной характеристики этого контура.

Цикл повторяется с частотой, определяемой RC цепью, примерное значение частоты гашения определяется по формуле F=1/(R*C). В приёмнике «Фремодин» производства корпорации «Хэйзелтайн» была применена частота гашения 30 кГц. Эта частота должна быть хотя бы в два раза больше частоты самых высоких воспроизводимых звуковых частот, но с увеличением частоты гашения снижается чувствительность приёмника.

Аудиовыход

Аудио сигнал можно получить после фильтрования напряжения с сетки, анода или катода. В схеме Фремодина сигнал звуковой частоты снимается с резистора сопротивлением 22 кОм, установленного в цепи катода, и далее аудиосигнал через НЧ фильтр, образованный резистором 100 кОм и конденсатором 1 нФ подаётся на выход приёмника. Значение постоянной времени этого фильтра выбрано не совсем корректно, тем не менее схема обеспечивает коррекцию предыскажений. Фильтрация аудиосигнала необходима для предотвращения попадания частоты гашения на последующий усилитель низкой частоты. Если это не сделать, то усилитель будет перегружен сигналом ультразвуковой частоты и его выходная мощность уменьшится. Для получения достаточной выходной мощности обычно хватает двухлампового УНЧ.

Стабилизация сеточной цепи

Основными компонентами, ответственными за стабилизацию сеточной цепи лампы VL1.1 являются конденсатор ёмкостью 10 мкФ и резистор сопротивлением 150 кОм. Должно быть понятно, что ток протекает через сетку к катоду тогда, когда на сетке присутствует положительное напряжение. Это обычный режим работы генератора. Из-за того, что участок сетка — катод работает как диод, напряжение на сетке становится более отрицательным относительно катода, и на сетке устанавливается отрицательное напряжение смещения.

Как было упомянуто ранее, напряжение на сетке управляет амплитудой колебаний генератора. В большинстве правильно сконструированных схемах сверхрегенеративных приёмников имеется регулировка уровня амплитуды колебаний генератора, с её помощью обеспечиваются наилучший режим работы сверхрегенератора. Эта регулировка применяется потому, что параметры генератора могут изменяться при изменении питающего напряжения или уровня входного сигнала, который может меняться при использовании разных антенн. Кроме того, амплитуда принимаемого сигнала может быть разной на краях рабочего диапазона частот, сильные сигналы могут лучше приниматься при одном режиме генератора, чем слабые и т.д. Так же схема должна быть хорошо повторяемой, её работа не должна зависеть от разброса параметров компонент и старения триода.

В схеме Фремодина регулировка регенерации осуществляется автоматически, что упрощает работу приёмника и позволяет им пользоваться неквалифицированным пользователям.

Для того, что бы понять, как эта автоматическая регулировка работает, представим, что резистор сопротивлением 150 кОм отсутствует в схеме. Триод работает, генерация присутствует и таким образом на сетке устанавливается отрицательное напряжение, заряжающее два блокировочных конденсатора номиналами 5 нФ и 2,5 нФ. Конденсатор ёмкостью 10 нФ так же заряжается, и поскольку он имеет большую ёмкость, три остальные конденсатора малой ёмкости (5 нФ, 5 нФ и 2,5 нФ) можно проигнорировать. Обратите внимание, что отрицательный вывод конденсатора 10 мкФ через дроссель подключён к сетке лампы. Чем больше амплитуда колебаний генератора (амплитуда растёт, например, из-за увеличения величины напряжения питания), тем больше будет величина отрицательного напряжения на выводах конденсатора 10 мкФ. Конденсатор будет продолжать заряжаться, что приведёт к уменьшению амплитуды колебаний генератора, и в конце концов триод перейдёт в режим отсечки и приёмник перестанет работать. Вот где понадобится резистор сопротивлением 150 кОм. Так как резистора подключён к источнику питания 100 вольт, то он будет противодействовать слишком глубокому отрицательному заряду и конденсатора 10 мкФ сеточным током лампы. Изменяя значение сопротивления 150 кОм, можно регулировать степень стабилизации. Постоянная времени RC цепи стабилизации определяется параметрами резистора 150 кОм и конденсатора 10 мкФ и она вполне достаточна для того, что бы самые низшие частоты модуляции не снижали усиления приёмника, и следовательно напряжения звуковой частоты на его выходе. Так как величина частоты гашения частично зависит от напряжения на сетке, то резистор 150 кОм может быть использован для тонкой настройки частоты гашения, что бы убрать биения от пилот-тона частотой 19 кГц. Раньше такой проблемы не было, так как стереовещание ещё не началось, а сейчас это необходимо учитывать при приёме сигналов FM диапазона.

Входная ВЧ резонансная цепь

Сигнал с антенны через конденсатор ёмкостью 2 пФ подаётся входной резонансный контур и с него на сетку триода VL1.1. Так же на эту сетку подаётся сигнал гетеродина через другой конденсатор ёмкостью 2 пФ. Частота сигнала гетеродина всегда выше частоты принимаемого сигнала на 21,75 мГц. Перестройка по диапазону осуществляется сдвоенным конденсатором переменной ёмкости, который одновременно изменяет частоту входной цепи и частоту частотозадающей цепи гетеродина на лампе VL1.2. Из-за нелинейной работы триода VL1.1 оба сигнала смешиваются, и результирующая разностная частота выделяется на аноде лампы VL1.1, нагрузкой которого является контур промежуточной частоты, состоящий из индуктивности L2 и двух последовательно соединённых конденсаторов ёмкостью по 30 пФ. Для предотвращения возможного самовозбуждения последовательно с дросселем в цепи сетки лампы VL1.1 иногда включают сопротивление величиной 10 Ом.

Узел гетеродина

В этом приёмнике можно вообще обойтись без гетеродина, если использовать гармоники сверхрегенеративного детектора. Предположим, рабочая частота детектора составляет 30 мГц, тогда четвёртая гармоника будет иметь частоту 120 мГц, следовательно приёмник будет настроен на частоту 120-30=90 мГц. Аналогично и для других частот, если, например, настроить детектор на частоту 33 мГц, то четвёртая гармоника будет равно 132 мГц, что обеспечит приём сигналов радиостанции, лежащей на частоте 132-33=99 мГц.

Высокочастотные дроссели

Дроссель в цепи катода лампы VL1.1 для частоты 21,75 мГц содержит 100 витков медного эмалированного провода диаметром 0,13 мм намотанного на каркасе диаметром 5,5 мм. Дроссель в сеточной цепи этой лампы такой же, только у него увеличено количество витков — 120. Ориентировочная индуктивность обоих дросселей — около 17 мкГн и 14 мкГн, их значения не критичны.

BACK MAIN PAGE

Радиоконструктор RF027. «Двухдиапазонный малогабаритный AM/FM приемник»

Простой радиоконструктор для начинающих радиолюбителей, только взявших в руки паяльник, и тех, кто хочет вспомнить пионерское детство и радиокружок в пионерском лагере. Большим плюсом конструктора можно считать и то, что при правильном монтаже приемник начинает работать сразу после включения питания и не требует дополнительных настроек и регулировок.


Краткое описание
1. Конструктор представлен в виде комплекта элементов, включающего:
  • корпус, 2 полупанели;
  • комплект электронных компонентов;
  • динамическая головка;
  • антенна ферромагнитная;
  • антенна телескопическая, 85/260 мм;
  • печатная плата;
  • верньерное устройство;
  • маска шкалы частот на переднюю панель;
  • комплект крепежа.
2. Диапазон принимаемых частот:
  • AM: 525-1605 кГц;
  • FM: 76-108 МГц;
3. Питание, элементы2, типа «АА»
4. Размеры:
  • длинна 105 мм
  • ширина65 мм
  • толщина25-32 мм
  • вес: (с элементами питания) 110 гр

Конструкция устройства
     Радиоприемник собирается на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, контактные площадки не облужены, но плата покрыта защитным составом. На стороне установки элементов обозначены контактные площадки для присоединения питания, телескопической антенны и динамика, а также номиналы и места установки радиоэлементов.


     На стороне печатных дорожек устанавливается только микросхема в планарном корпусе CD9088, все остальные элементы устанавливаются на стороне с обозначениями элементов. Печатная плата, телескопическая антенна, динамик устанавливаются непосредственно в корпус. Корпус состоит из двух полупанелей и собирается на 4 винтах-саморезах.


Комплектация (элементная часть)


Схема электрическая принципиальная радиоприемника

     Радиоприемник построен на 3 микросхемах, радиоприемный тракт — IC1 CD9088, IC2 CD7642 и НЧ усилитель на базе IC3 TDA2822. Все микросхемы предназначены для использования в малогабаритных и носимых устройствах, что обуславливает хорошие характеристики при низковольтном питании.

    FM-тракт радиоприемника построен на микросхеме CD9088, которая представляет собой однокристальный FM супергетеродин, аналог широко известной TDA 9088. Микросхема обеспечивает полосу приема 76-108 МГц, что позволит «подхватить» даже озвучку некоторых телевизионных каналов. Схема построена под промежуточную частоту 70 кГц, с системой фазовой автоподстройки, что значительно уменьшает опасность самовозбуждения и позволяет увеличить коэффициент усиления, а следовательно, и чувствительность приемника. Селективность достигается за счет активной схемы RC фильтра, при слабом сигнале выходная цепь отключается. Подстройка производится конденсатором переменной емкости в контуре Сa/L2. Цепь R2/C2 –система шумоподавления, конденсатор С13 –обратной связи в цепи промежуточной частоты( выводы 6,8 микросхемы).
     АМ – тракт приемника построен на микросхеме CD7642 – однокристальном AM радио, имеющем в составе 10 транзисторов и все цепи коррекции. Микросхема имеет 3 вывода, 1 – общий, вход -2 и выход – 3 вывод. Аудиосигнал с вывода 3 через R6/C18 поступает на вход усилителя мощности TDA 2822.
     Все микросхемы достаточно хорошо известны и описаны в различных ресурсах в интернете.

Порядок сборки

     1. Ознакомиться с прилагаемыми инструкциями, разобрать элементы и проверить комплектность.
     2. Неизвестен состав консервирующего печатную плату покрытия, можно смыть спиртом или спиртосодержащими жидкостями.
     3. Рекомендация: во избежание перегрева, желательно перед пайкой облудить контактные площадки микросхемы IC1 (в планарном корпусе). После чего, проверив совпадение ключей в обозначении на плате припаять микросхему. Сначала можно припаять расположенные по диагонали выводы, внимательно проверить на правильность установки выводов микросхемы (чтобы выводы стояли строго на предназначенных для них контактных площадках) и, в случае успешного результата, пропаять оставшиеся выводы.
     4. После установки микросхемы, можно аккуратно устанавливать на плату пассивные элементы и распаивать их. Начинать лучше с резисторов. Рекомендация: если Вы не специалист в плане знаний разноцветных полосочек на корпусах резисторов, еще до пайки можно измерить номиналы и подписать их. Для этого можно приклеить резисторы узким канцелярским скотчем к листу бумаги, так чтобы скотч приходился только на один вывод (рисунок) , и тогда можно будет сразу померить тестером сопротивление и подписать его номинал напротив каждого резистора.

     5. Перед установкой конденсаторов целесообразно установить на плату крепление ферритовой антенны, которое при дальнейшем монтаже будет защищать установленные конденсаторы от повреждений. Если крепление не держится или достаточно подвижно, надо приклеить его к плате, в противном случае после установки антенны оно будет выскакивать, что приведет к обрыву проводников антенны. Далее можно приступать к монтажу конденсаторов.

     6. Установить перемычку «J» как обозначено на плате. Перемычка соединяет телескопическую антенну с входным контуром IC1. Также установить в соответствии с обозначением на плате катушки индуктивности L1 и L2.
     7. Устанавливаем микросхемы IC2 и IC3, переключатель S1, конденсатор переменной емкости САВ и переменный резистор VOL. Установка указанных элементов не представляет сложностей, т.к. на печатной плате подробно обозначены места установки, а конструктивные особенности элементов не позволят установить их неправильно.
     8. Далее необходимо установить светодиод, причем светодиод должен попасть своей колбой в специальный «стаканчик» в корпусе приемника.

Для этого надо взять лицевую полупанель приемника, в печатную плату вставить светодиод в соответствии с полярностью, установить плату на место и выдвигая сведодиод ввести его в «стаканчик». Убедившись что светодиод установлен правильно, запаять его выводы. Полярность светодиода указана на следующей картинке:

     9. Заключительной частью монтажа печатной платы – установка ферритовой антенны. Сначала необходимо одеть катушку (на каркасе) на ферритовую планку. Рекомендация: Для удобства монтажа можно закрепить последние витки катушки воском из расплавленной свечи, чтобы предотвратить их разматывание. Можно закрепить клеем, но если Вы в дальнейшем планируете заниматься более тонкой настройкой приемника, лучше воском, т.к. он проще удаляется. Установив катушку на ферритовый стержень, можно аккуратно закрепить его в держателе. Примерное расположение и стержня и катушки на стержне нарисовано на плате. Для начального запуска такого позиционирования катушки на стержне достаточно, для дальнейшей настройки частоты приемника каркас катушки можно двигать по стержню. Поэтому, целесообразно не обрезать выводы катушки антенны, чтобы был запас по длине.

     Выводы от катушки антенны необходимо пропустить в указанное отверстие и паять к контактным площадкам, обозначенными как «АМ», со стороны дорожек, т.к. одно из отверстий для вывода антенны перекрыто корпусом переменного конденсатора.

     10. Одеть колесико регулятора громкости и верньерное устройство на конденсатор переменной емкости как указано на рисунке. Ручки закрепить в осях винтами М1,6х5 из комплекта радиоконструктора.

     11. Теперь можно отложить печатную плату в сторону и заняться корпусными элементами. Для начала возьмем телескопическую антенну и облудим точку на кронштейне крепления антенны, после чего припаяем провод к кронштейну как указанно на рисунке, иначе потом кронштейн может не пройти в отверстие в корпусе приемника.

     12. Универсальным клеем («Момент» или аналогичным»)аккуратно капнуть по капле клея в 3-4 точки в установочное место динамика, проверить, что клей не растекся и не попадет на диффузор динамика, после чего аккуратно вложить динамик в установочное место, с расчетом , чтобы место присоединения проводов оказалось напротив выемке в бортике установочного места.

     13. Для того, чтобы при пайке не оплавилась пластмасса корпуса, заранее облудить места присоединения проводов к ламелям источников питания и вставить их в корпус, после чего припаять провода в соответствии с цветом и полярностью. Аналогично вставить перемычку в батарейный отсек с противоположной стороны.

     14. Установить телескопическую антенну в корпус и закрепить винтом М2х8 из комплекта крепежа.

     15. Настало время окончательной сборки. Укладываем печатную плату в корпус предварительно пропустив язычок верньерного устройства в прорезь в корпусе. После того как язычок встал в штатное место, желательно, прижав пальцем печатную плату, покрутить колесико на стройки и убедиться, что верньер двигается свободно и ни что не заедает.
     16. Далее расправляем и свободно укладываем провода от устройств, после чего припаиваем их к соответствующим контактным площадкам в соответствии с рисунком:

     Подпаиваем провода корпусных элементов:

     и антенну:

     17. Собираем обе полупанели корпуса, проверяем, что ничто не мешает защелкиванию корпусов и собираем окончательно корпус с помощью винтов-саморезов 3 штук 2х8 мм и одного 2х5 в батарейном отсеке.
     18. Устанавливаем до щелчка декоративную накладку на переключатель «АМ/FM».
     19. Вставляем элементы питания соблюдая полярность и включаем регулятором громкости приемник. При правильном монтаже на передней панели должен загореться светодиод. Крутим ручку настройки и проверяем работу в обеих диапазонах.

     20. Завершающий шаг – снять подложку с шкалы частот и приклеить ее на лицевую панель.

Дополнение: Можно улучшить настройки приемника варьируя расположение витков (сдвигать и раздвигать) катушек L1 и L2 и положением катушки на ферритовой антенне, но это для опытных пользователей. Осторожней!

# 476 Простейший прямой FM-приемник

Укрощение очень простого FM-приемника с прямым преобразованием.

Вот небольшая демонстрация.

Банкноты

Я уже много лет (в буквальном смысле) уже много лет (в буквальном смысле) готовил «простой FM-приемник» в своей корзине WIP. Я никогда не мог получить достаточно приличный результат, чтобы назвать проект «готовым», поэтому он всегда возвращался на полку. для другого взгляда, в другой день ..

Что ж, сегодня у меня был еще один шанс, и наконец (с помощью LCR45 и вдохновение от Lechoslowianin ) Наконец-то я могу поставить это шоу на гастроли!

Два важных фактора успеха:

    ,
  • , правильно подбирая размер катушки в резонансном контуре бака.
  • выбор подходящего рабочего напряжения

Фон

Самая простая версия простого FM-радио с прямым преобразованием описана в 3.15.1 превосходной онлайн-книги Микроэлектроники «Радиоприемники: от кристалла до стереосистемы».

Многие вариации этой схемы доступны в Интернете, часто с добавлением каскада усилителя LM386, такой как этот дизайн по электроникефору.

На YouTube есть несколько видеороликов о сборках, демонстрирующих значительный успех.

Одним из первых, которые я обнаружил, продемонстрировал достойные результаты, был «Как сделать FM-радиоприемник дома» от RJ Imagination:

Great Scott построил версию, но не дал хороших результатов:

Лучшая версия, которую я видел, — это, пожалуй, сборка Лехословянина «Proste radio FM jak zrobić»:

Строительство

Базовый дизайн, который я использую здесь, от Mikroelektronika 3.15.2 Простейший FM-приемник с усилителем звука.

Мои первые сборки в точном соответствии со схемой были впечатляюще неудачными:

  • слабый сигнал потерялся в шуме (если сигнал вообще есть)
  • практически нет селективности

После долгих экспериментов извлеченные уроки ..

Если сигнал отсутствует, возможно, рабочее напряжение заглушает контур резервуара:

  • R1 понижает напряжение аккумуляторной батареи до контура бака.
  • У меня вообще не было успеха с батареей 9 В и R1 = 10 кОм, показанной на многих схемах.
  • Попробуйте понизить напряжение или увеличить R1… эта схема хорошо работает при напряжении около 3 В

Лучшее, что я выбрал, было питание 5 В и R1 = 22 кОм

Если сигнал слабый и нет избирательности:

  • тогда, вероятно, настраивается на беспорядок гармоник / зеркальных изображений, а не на фактический сигнал
  • индуктор L1 очень неправильный.

Наконец-то я начал получать хорошие результаты с 4-витковой катушкой диаметром 17 мм из эмалированной проволоки 0,4 мм.Согласно моему измерителю LCR, он составляет около 0,55 мкГн — намного выше, чем ~ 0,1 мкГн. Я получал катушку, которую намотал в соответствии с оригинальными инструкциями.

Учитывая переменный конденсатор, который я использую, диапазон от 5 до 22 пФ, что теоретически дает мне диапазон настройки 45,8 МГц к 96.0 МГц (это немного не так для диапазона FM-трансляций, но я попробую сместить диапазон позже).

Это соответствует производительности, которую я наблюдаю — может принимать все станции до 97.4 МГц очень четко.

Одно из различий между различными конструкциями заключается в расположении переменного конденсатора — у некоторых он включен последовательно с катушкой и заземлен, у некоторых он параллельно идёт к положительному рельсу. Я попробовал обе комбинации, с последней «хорошей» схемой, использующей параллельное расположение (возможно, она будет работать так же хорошо, если будет заземлено, но я ее не тестировал).

Несмотря на то, что в моем районе относительно сильные сигналы FM-вещания, я счел незаменимым антенну.Я добавил 60 см случайного провода с конденсатором связи 10 пФ.

Еще одним изменением в моей схеме был выбор транзистора. В схемах, которые, как сообщается, работают хорошо, используются NPN-транзисторы BF494 или BF199 — оба являются устаревшими продуктами и продаются как «ВЧ-транзисторы» с произведением усиления полосы пропускания более 1100 МГц. Хорошая замена — это, пожалуй, 2N5109 с коэффициентом усиления 1200 МГц. У меня нет 2N5109, поэтому я просто использовал S9014 с коэффициентом усиления только 270 МГц, хотя из имеющихся у меня под рукой S9018 (800 МГц), возможно, был бы лучшим выбором.

Строительство

Последняя схема, которую я использовал, выглядит следующим образом:

Хотя я не собирал макетную плату, это может выглядеть так (паразитная емкость может усложнить задачу):

Макет, который я использовал для сборки прототипа:

В процессе тестирования .. переменный конденсатор хорош для грубой настройки, но для точной настройки. Намного проще отрегулировать дроссель с небольшим ферритовым сердечником.

Источники и ссылки

Блок-схема

»Примечания к электронике

Блок-схема супергетеродинного приемника показывает работу различных блоков сигналов и поток сигналов в рамках общей конструкции радиочастотной схемы.


Учебное пособие по радио Superhet Включает:
Радио Superhet Теория суперхетов Ответ изображения Блок-схема / приемник в целом Эволюция дизайна Супергет с двойным и множественным преобразованием Характеристики
См. Также: Типы радио


Радиоприемник superhet используется во многих формах приема радиовещания, двусторонней радиосвязи и т.п.

Полезно иметь представление о различных блоках сигналов, их функциях и общем потоке сигналов не только для проектирования ВЧ-схемы, но и с точки зрения эксплуатации.Можно получить наилучшие характеристики, понимая его внутреннюю радиочастотную конструкцию и функции.

Приемник состоит из нескольких различных схемных блоков, каждый из которых выполняет свою функцию.

Профессиональный супергетеродинный приемник
Изображение любезно предоставлено Icom UK

Хотя приведенная ниже блок-схема супергетеродинного приемника является основным форматом, она служит для иллюстрации работы. Часто встречаются более сложные приемники с более сложными блок-схемами, поскольку эти радиостанции могут предложить лучшую производительность и больше возможностей.

Независимо от того, используются ли они для вещания, мониторинга или двусторонней радиосвязи, используются одни и те же принципы, хотя для более сложных операций приемники имеют тенденцию быть более сложными.

Блоки схем супергетеродинного приемника

В ВЧ конструкции базового супергетеродинного приемника есть несколько ключевых схемных блоков. Хотя могут быть изготовлены более сложные приемники, широко используется базовая конструкция радиочастотной схемы — дополнительные блоки могут повысить производительность или дополнительную функциональность, а их работу в рамках всего приемника обычно легко определить после понимания базовой блок-схемы.

Часто для повышения производительности включаются дополнительные преобразования частоты, чтобы улучшить разделение между полезным сигналом и откликом изображения. Тем не менее, используются одни и те же базовые принципы и часто используются одни и те же типы схемных блоков, хотя общая топология отличается.

Обычно недорогие радиовещательные и другие виды радиоприемников обычно имеют гораздо более простые блок-схемы, а радиостанции с более высокими характеристиками, используемые для профессиональной радиосвязи и приложений мониторинга, имеют более сложные блок-схемы.

Ниже приведены основные типы схемных блоков, используемых при проектировании ВЧ-схем для супервыводных приемников.

  • Настройка и усиление RF: Этот каскад RF в общей блок-схеме приемника обеспечивает начальную настройку для удаления сигнала изображения. Это также дает некоторое усиление. В конструкции ВЧ-схемы для этого блока используется множество различных подходов в зависимости от его применения.

    Конструкция ВЧ-схемы представляет некоторые проблемы.Недорогие радиовещательные радиостанции могут иметь схему смесителя-усилителя, которая дает некоторое усиление РЧ. Радиостанции ВЧ могут не захотеть слишком большого усиления РЧ, потому что некоторые из принимаемых очень сильных сигналов могут перегрузить более поздние стадии. ВЧ дизайн может включать некоторое усиление, а также ослабление ВЧ для решения этой проблемы. Радиостанции для УКВ и выше будут стремиться использовать большее усиление, чтобы иметь достаточно низкий коэффициент шума для приема сигнала. Шум — это особая проблема для систем радиосвязи VHF / UHF.

    Если для приемника важны шумовые характеристики, то этот каскад будет разработан для обеспечения оптимальных шумовых характеристик. Этот блок схемы усилителя РЧ также увеличивает уровень сигнала, так что шум, вносимый более поздними каскадами, находится на более низком уровне по сравнению с полезным сигналом.

    Всем радиостанциям потребуется достаточно высокий уровень подавления изображения, и это обеспечивается настройкой RF. Высокие частоты ПЧ делают настройку RF более эффективной, поскольку разница между полезным сигналом и изображением увеличивается.


  • Гетеродин: Как и в других областях проектирования ВЧ-схемы, блок схемы гетеродина в супергетической радиостанции может принимать различные формы.

    Ранние приемники использовали автономные гетеродины. Для этих генераторов в высокопроизводительных сверхмощных радиостанциях использовался значительный опыт проектирования радиочастотных схем, чтобы обеспечить минимально возможное отклонение. Катушки с высокой добротностью, схемы с низким дрейфом, управление нагревом (поскольку тепло вызывает дрейф) и т. Д..

    Сегодня в большинстве приемников используются синтезаторы частоты одного или нескольких типов. Наиболее распространенным подходом к проектированию радиочастотных схем является использование схемы фазовой автоподстройки частоты. Используются одноконтурные и многопетлевые синтезаторы в зависимости от требований, производительности, стоимости и т.п. Также все чаще используются прямые цифровые синтезаторы.

    Какая бы форма синтезатора ни использовалась в конструкции RF, они обеспечивают гораздо более высокий уровень стабильности и позволяют программировать частоты в цифровом виде различными способами, обычно с использованием микроконтроллера или микропроцессорной системы той или иной формы.Они более сложные, чем старые генераторы переменной частоты, требуют гораздо больше электронных компонентов, но обеспечивают гораздо более высокий уровень производительности.

  • Примечание о синтезаторах частот:
    Синтезаторы частот

    RF позволяют формировать стабильные сигналы и управлять ими с помощью программируемого входа. Существует несколько различных типов синтезаторов: одни основаны на методах фазовой автоподстройки частоты, а другие используют цифровую технологию для непосредственного создания сигнала.Часто готовые синтезаторы могут включать в себя один или несколько типов технологии

    Подробнее о Синтезаторы частот.

  • Смеситель: Смеситель может быть одним из ключевых элементов в общей радиочастотной конструкции приемника. Особенно важно убедиться, что характеристики микшера соответствуют характеристикам остальной радиостанции.

    И гетеродин, и входящий сигнал поступают в этот блок в супергетеродинном приемнике.Полезный сигнал преобразуется в промежуточную частоту.

    Фактическая реализация требует, чтобы генерировалось минимальное количество паразитных сигналов. В некоторых очень недорогих радиовещательных приемниках могут использоваться автоколебательные смесители, которые обеспечивают усиление РЧ от одного транзистора и нескольких других электронных компонентов, но они не обеспечивают высокой производительности. Для высокопроизводительной радиостанции, используемой для двусторонней радиосвязи и т.п., требуется гораздо лучшая производительность.Для достижения этой цели можно использовать такие смесительные схемы, как сбалансированные смесители, двойные балансные смесители и т.п.


  • Усилитель и фильтр ПЧ: Этот супергетеродинный блок приемника обеспечивает большую часть усиления и селективности. Часто сравнительно небольшое усиление будет обеспечено в предыдущих блоках конструкции радиочастотной схемы радиоприемника. Стадии ПЧ — это то место, где обеспечивается основное усиление. При фиксированной частоте намного легче достичь высокого уровня усиления и общей производительности.

    Первоначально каскад ПЧ мог включать в себя ряд различных транзисторов, полевых транзисторов или термоэмиссионных клапанов / вакуумных ламп и других электронных компонентов, но в настоящее время можно получить интегральные схемы, которые содержат полную полосу ПЧ.

    Этот блок радиосвязи также обеспечивает избирательность по соседнему каналу. Могут использоваться высокоэффективные фильтры, такие как кварцевые фильтры, хотя в домашних радиоприемниках можно использовать LC или керамические фильтры. Тип фильтра будет зависеть от конструкции радиочастоты и ее применения.

    Также в супергетике с множественным преобразованием IF может быть на нескольких разных частотах, обычно более ранние стадии находятся на более высоких частотах, чтобы обеспечить более высокие уровни отклонения изображения, а более поздние — на более низких частотах, чтобы обеспечить усиление и избирательность по соседнему каналу.


  • Демодулятор: На блок-схеме супергетеродинного приемника показан только один демодулятор, но на самом деле многие радиочастотные конструкции могут иметь один или несколько демодуляторов в зависимости от типа принимаемых сигналов.Радиостанции, используемые для профессиональных приложений радиосвязи и мониторинга, могут нуждаться в возможности демодуляции различных схем модуляции и форм сигналов, а для этого может потребоваться ряд различных демодуляторов, которые можно включать по мере необходимости.

    Даже многие радиостанции вещания будут иметь AM и FM, но профессиональные радиостанции, используемые для мониторинга и двусторонней радиосвязи, в некоторых случаях могут потребовать большего разнообразия. Наличие разнообразных демодуляторов позволит принимать множество различных режимов сигнала и увеличить возможности радио.

  • Автоматическая регулировка усиления, AGC: Автоматическая регулировка усиления включена в большинство блок-схем супергетических радиостанций. Функция этого схемного блока состоит в том, чтобы уменьшить усиление для сильных сигналов, чтобы поддерживать уровень звука для чувствительных к амплитуде форм модуляции, а также для предотвращения перегрузки.

    Хотя основная концепция одинакова для всех конструкций радиочастотных схем, есть некоторые вариации в реализации.Некоторые из ключевых изменений — постоянная времени системы AGC. Для AM и т.п. приемлема относительно медленная постоянная времени. Для SSB требуется более короткая постоянная времени, чтобы следовать огибающей сигнала SSB.

    Существуют также различия в способе получения напряжения АРУ и в том, где оно применяется. Часто он применяется сначала к блокам схемы IF, а затем к блоку схемы RF. Таким образом сохраняется наилучшее соотношение сигнал / шум. Как правило, AGC относительно легко реализовать, имея относительно небольшое количество электронных компонентов.


  • Звуковой усилитель: После демодуляции восстановленный звук подается на блок звукового усилителя для усиления до необходимого уровня для громкоговорителей или наушников. В качестве альтернативы восстановленная модуляция может использоваться для других приложений, после чего она обрабатывается требуемым образом конкретным блоком схемы.

    Во многих отношениях этот блок схемы в супергетеродинном радио является наиболее простым.Для многих приложений усилитель звука будет включать в себя простую конструкцию электронной схемы, особенно если звук применяется к простым наушникам или громкоговорителю. Для приложений двусторонней радиосвязи может потребоваться ограничить полосу пропускания звукового сигнала до «телекоммуникационной» полосы частот примерно от 300 Гц до 3,3 кГц. Также можно использовать звуковые фильтры.

    Для приложений, требующих более высокого качества вывода, при проектировании электронной схемы может потребоваться больше внимания, чтобы добиться высокой точности воспроизведения.

    Какая бы ни была радиостанция, требования к этому блоку могут быть разными.

Описание блок-схемы супергетеродинного приемника

Сигналы поступают в приемник от антенны и подаются на РЧ-усилитель, где они настраиваются для удаления сигнала изображения, а также для снижения общего уровня нежелательных сигналов на других частотах, которые не требуются.

Блок-схема базового супергетеродинного приемника

Сигналы затем подаются на смеситель вместе с гетеродином, где полезный сигнал преобразуется с понижением до промежуточной частоты.Здесь применяются значительные уровни усиления и сигналы фильтруются. Эта фильтрация отбирает сигналы на одном канале по сравнению с сигналами на следующем. Он намного больше, чем тот, что используется в передней части.

Преимущество фильтра ПЧ перед фильтрацией RF состоит в том, что фильтр может быть рассчитан на фиксированную частоту. Это позволяет улучшить настройку. Переменные фильтры никогда не могут обеспечить такой же уровень избирательности, который может быть обеспечен фильтрами с фиксированной частотой.

После фильтрации следующим блоком в супергетеродинном приемнике является демодулятор.Это может быть амплитудная модуляция, одинарная боковая полоса, частотная модуляция или любая другая форма модуляции. Также возможно переключение различных демодуляторов в соответствии с принимаемым режимом.

Последний элемент на блок-схеме супергетеродинного приемника показан как усилитель звука, хотя это может быть блок схемы любой формы, который используется для обработки или усиления демодулированного сигнала.

Краткое описание блок-схемы

На приведенной выше диаграмме показана очень простая версия супергетеродинного приемника.Многие наборы в наши дни намного сложнее. Некоторые радиостанции superhet имеют более одного преобразования частоты, а другие области имеют дополнительные схемы для обеспечения требуемых уровней производительности.

Однако основная концепция супергетеродина остается той же, используя идею смешивания входящего сигнала с локально генерируемым колебанием для преобразования сигналов на новую частоту.

Другие важные темы по радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частот Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы RF фильтры Радиочастотный циркулятор Типы радиоприемников Радио Superhet Избирательность приемника Чувствительность приемника Обработка сильного сигнала приемника Динамический диапазон приемника
Вернуться в меню тем радио.. .

Основы проектирования цифрового радиоприемника (Radio 101)

В этой статье представлены основы проектирования цифрового радиоприемника. Благодаря множеству новых достижений в области преобразователей данных и радиотехники сложная конструкция приемника была значительно упрощена. В этой статье делается попытка объяснить, как рассчитать чувствительность и избирательность такого приемника. Это ни в коем случае не исчерпывающее изложение, но вместо этого является руководством по многим методам и расчетам, используемым в таких конструкциях.

Многие достижения в дизайне и архитектуре радиостанций в настоящее время позволяют быстро вносить изменения в конструкцию радиоприемников. Эти изменения позволяют уменьшить размер, стоимость, сложность и улучшить производство за счет использования цифровых компонентов для замены ненадежных и неточных аналоговых компонентов. Для того, чтобы это произошло, потребовалось множество достижений в области проектирования и производства полупроводников, которые были реализованы за последние несколько лет. Некоторые из этих достижений включают улучшенные интегрированные смесители, малошумящий усилитель, улучшенные фильтры на ПАВ, более дешевые высокопроизводительные АЦП и программируемые цифровые тюнеры и фильтры.В этой статье кратко излагаются вопросы проектирования и взаимодействия этих устройств с полными радиосистемами.

Что такое радио?

Традиционно радио считалось «коробкой», которая подключается к антенне и всему, что находится за ней, однако многие конструкции систем разделены на две отдельные подсистемы. Радио и цифровой процессор. При такой сегментации целью радиостанции является преобразование с понижением частоты и фильтрация полезного сигнала, а затем оцифровка информации.Точно так же цель цифрового процессора — принимать оцифрованные данные и извлекать желаемую информацию.

Важно понимать, что цифровой приемник — это не то же самое, что цифровое радио (модуляция). Фактически, цифровой ресивер отлично справится с приемом любого аналогового сигнала, такого как AM или FM. Цифровые приемники могут использоваться для приема любого типа модуляции, включая любые стандарты аналоговой или цифровой модуляции. Кроме того, поскольку ядром цифрового процессора является процессор цифровых сигналов (DSP), это позволяет управлять многими аспектами всего радиоприемника с помощью программного обеспечения.Таким образом, эти DSP могут быть перепрограммированы с помощью обновлений или новых функций в зависимости от сегментации клиентов, и все это с использованием одного и того же оборудования. Однако это полное обсуждение само по себе, а не в центре внимания данной статьи.

Основное внимание в этой статье уделяется радио и тому, как прогнозировать / проектировать производительность. Будут обсуждены следующие темы:

  1. Доступная мощность шума
  2. Рисунок каскадного шума
  3. Коэффициент шума и АЦП
  4. Коэффициент преобразования и чувствительность
  5. Паразитные сигналы и дизеринг АЦП
  6. Точка пересечения третьего порядка
  7. Джиттер часов АЦП
  8. Фазовый шум
  9. IP3 в разделе РФ

Single-Carrier vs.Мульти-перевозчик

Обсуждаются два основных типа радиоприемников. Первый называется приемником с одной несущей, а второй — приемником с несколькими несущими. Их название подразумевает очевидное, однако их функция может быть не полностью ясна. Приемник с одной несущей — это традиционный радиоприемник, обеспечивающий избирательность в аналоговых фильтрах каскадов ПЧ. Приемник с несколькими несущими обрабатывает все сигналы в пределах полосы с помощью одной аналоговой полосы RF / if и получает избирательность в цифровых фильтрах, которые следуют за аналого-цифровым преобразователем.Преимущество такого приемника заключается в том, что в приложениях с несколькими приемниками, настроенными на разные частоты в одном и том же диапазоне, можно достичь меньших размеров системы и снизить стоимость за счет устранения избыточных цепей. Типичным приложением является базовая станция сотовой / беспроводной локальной сети. Другим приложением могут быть приемники наблюдения, которые обычно используют сканеры для контроля нескольких частот. Это приложение позволяет одновременно контролировать множество частот без необходимости последовательного сканирования.

Типовой приемник с одной несущей

Типовой приемник с несколькими несущими

Преимущества внедрения цифрового радиоприемника

Перед тем, как подробно обсудить разработку цифрового радиоприемника, необходимо обсудить некоторые технические преимущества. К ним относятся передискретизация, усиление обработки, недостаточная выборка, частотное планирование / размещение побочных эффектов. Многие из них обеспечивают технические преимущества, недостижимые иным способом при использовании традиционной конструкции радиоприемника.

Передискретизация и технологическое усиление

Критерий Найквиста компактно определяет частоту дискретизации, необходимую для любого данного сигнала. Часто частота Найквиста цитируется как частота дискретизации, которая в два раза больше, чем у самого высокочастотного компонента. Это означает, что для приложения выборки ПЧ на частоте 70 МГц потребуется частота дискретизации 140 MSPS. Если наш сигнал занимает всего 5 МГц около 70 МГц, то выборка со скоростью 140 MSPS практически бесполезна. Вместо этого Найквист требует, чтобы сигнал был дискретизирован в два раза больше полосы пропускания сигнала.Следовательно, если полоса пропускания нашего сигнала составляет 5 МГц, то выборки на частоте 10 МГц вполне достаточно. Все, что выходит за рамки этого, называется передискретизацией. Передискретизация — очень важная функция, поскольку она позволяет эффективно увеличить принимаемое SNR в цифровой области.

В отличие от избыточной выборки — это недостаточная выборка. Недостаточная выборка — это процесс выборки с частотой, намного меньшей, чем половина фактической частоты сигнала (см. Раздел ниже о недостаточной выборке). Следовательно, возможна передискретизация и недостаточная выборка одновременно, так как одно определяется относительно ширины полосы, а другое — интересующей частоты.

В любом процессе оцифровки, чем быстрее сигнал дискретизируется, тем ниже минимальный уровень шума, поскольку шум распространяется по большему количеству частот. Общий интегрированный шум остается постоянным, но теперь он распределен по большему количеству частот, что дает преимущества, если за АЦП следует цифровой фильтр. Минимальный уровень шума соответствует уравнению:

Это уравнение представляет уровень шума квантования внутри преобразователя и показывает взаимосвязь между шумом и частотой дискретизации FS.Следовательно, каждый раз, когда частота дискретизации удваивается, эффективный минимальный уровень шума улучшается на 3 дБ!

Цифровая фильтрация удаляет все нежелательные шумы и паразитные сигналы, оставляя только полезный сигнал, как показано на рисунках ниже.

Типичный спектр АЦП до цифровой фильтрации

Типичный спектр АЦП после цифровой фильтрации

SNR АЦП может быть значительно улучшено, как показано на диаграмме выше. Фактически, отношение сигнал / шум можно улучшить, используя следующее уравнение:

Как показано, чем больше соотношение между частотой дискретизации и шириной полосы сигнала, тем выше выигрыш от процесса.Фактически достижимо усиление до 30 дБ.

Недодискретизация и преобразование частоты

Как указывалось ранее, под дискретизацией понимается процесс дискретизации с частотой, намного меньшей, чем половина фактической частоты сигнала. Например, сигнал 70 МГц, дискретизированный со скоростью 13 MSPS, является примером недостаточной дискретизации.

Недостаточная выборка важна, потому что она может выполнять функцию, очень похожую на смешивание. Когда сигнал недостаточно дискретизирован, частоты накладываются на основную полосу или первую зону Найквиста, как если бы они изначально находились в основной полосе частот.Например, наш вышеупомянутый сигнал 70 МГц при выборке с частотой 13 MSPS будет отображаться на частоте 5 МГц. Математически это можно описать как:

Это уравнение дает результирующую частоту в первой и второй зоне Найквиста. Поскольку АЦП присваивает всю информацию первой зоне Найквиста, результаты, полученные с помощью этого уравнения, должны быть проверены, чтобы убедиться, что они выше f SampleRate /2. Если да, то частота должна быть возвращена в первую зону Найквиста путем вычитания результата из f SampleRate .

В таблице ниже показано, как сигналы могут быть объединены в полосу модулирующих частот и их спектральная ориентация. Хотя процесс выборки (наложения) отличается от смешивания (умножения), результаты очень похожи, но периодичны в зависимости от частоты дискретизации. Другое явление — это обращение спектра. Как и в миксерах, некоторые продукты меняются местами в процессе выборки, например, реверсирование верхней и нижней боковой полосы. В таблице ниже также показано, какие случаи вызывают инверсию спектра.

Входной сигнал Диапазон частот Сдвиг частоты Spectral Sense

1 st Найквист

Зона

DC — FS / 2 Вход Нормальный

2 nd Найквист

Зона

ФС / 2 — ФС FS-вход Перевернутое положение

3 rd Найквист

Зона

ФС — 3 ФС / 2 Вход — FS Нормальный

4 Найквист

Зона

3FS / 2 — 2FS 2FS — ввод Перевернутое положение

5 Найквист

Зона

2FS — 5FS / 2 Вход — 2FS Нормальный

Планирование частот и размещение ответвлений

Одна из самых больших проблем при проектировании радиоархитектуры — это размещение ПЧ частот.Проблема усугубляется тем, что усилители возбуждения и АЦП имеют тенденцию генерировать нежелательные гармоники, которые проявляются в цифровом спектре преобразования данных в виде ложных сигналов. Независимо от того, является ли приложение широкополосным или нет, тщательный выбор частот дискретизации и частот ПЧ может разместить эти паразиты в местах, которые сделают их безвредными при использовании с цифровыми тюнерами / фильтрами, такими как AD6620, которые могут выбрать интересующий сигнал и отклонить все другие. Все это хорошо, потому что при тщательном выборе диапазона входных частот и частоты дискретизации, усилитель возбуждения и гармоники АЦП могут быть фактически выведены за пределы полосы пропускания.Передискретизация только упрощает дело, предоставляя больше спектра для безвредных гармоник.

Например, если определено, что вторая и третья гармоники являются особенно высокими, путем тщательного выбора места падения аналогового сигнала относительно частоты дискретизации, эти вторая и третья гармоники могут быть размещены вне полосы. Для случая скорости кодирования, равной 40,96 MSPS, и ширины полосы сигнала 5,12 МГц, размещение ПЧ между 5,12 и 10,24 МГц помещает вторую и третью гармоники вне полосы, как показано в таблице ниже.Хотя этот пример очень прост, его можно адаптировать для множества различных приложений.

Как видно, вторая и третья гармоники выходят за пределы интересующей полосы и не создают помех для основных составляющих. Следует отметить, что секунды и трети действительно перекрываются друг с другом, а псевдоним третей вокруг FS / 2. В табличной форме это выглядит, как показано ниже.

Скорость кодирования: 40.96 MSPS
Фундаментальный 5,12 — 10,24 МГц
Вторая гармоника: 10,24 — 20,48 МГц
Третья гармоника: 15,36 — 10,24 МГц

Другой пример частотного планирования можно найти в недостаточной выборке.Если диапазон аналогового входного сигнала составляет от DC до FS / 2, тогда комбинация усилителя и фильтра должна соответствовать требуемым характеристикам. Однако, если сигнал помещается в третью зону Найквиста (от FS до 3FS / 2), от усилителя больше не требуется соответствие гармоническим характеристикам, требуемым спецификациями системы, поскольку все гармоники будут выходить за пределы полосы пропускания фильтра. Например, диапазон фильтра полосы пропускания может быть от FS до 3FS / 2. Вторая гармоника будет охватывать от 2FS до 3FS, что выходит далеко за пределы диапазона фильтров полосы пропускания.Затем нагрузка перекладывается на конструкцию фильтра при условии, что АЦП соответствует основным требованиям на интересующей частоте. Во многих приложениях это выгодный компромисс, поскольку многие сложные фильтры могут быть легко реализованы с использованием методов ПАВ и LCR на этих относительно высоких частотах ПЧ. Хотя этот метод снижает гармонические характеристики усилителя возбуждения, нельзя жертвовать характеристиками интермодуляции.

Использование этого метода для вывода гармоник за пределы интересующей зоны Найквиста позволяет легко фильтровать их, как показано выше.Однако, если АЦП по-прежнему генерирует собственные гармоники, можно использовать ранее описанный метод для тщательного выбора частоты дискретизации и аналоговой частоты, чтобы гармоники попадали в неиспользуемые участки полосы пропускания и подвергались цифровой фильтрации.

Ожидаемые характеристики приемника

Имея в виду эти мысли, как можно определить производительность радио и какие компромиссы можно сделать. Как показано ниже, можно использовать многие методы традиционной радиотехники. На протяжении всего обсуждения, приведенного ниже, существует некоторая разница между многоканальным и одноканальным радио.На них будет указано. Имейте в виду, что это обсуждение не завершено, и многие области остались незатронутыми. Дополнительную информацию по этому вопросу можно найти в одной из ссылок в конце этой статьи. Кроме того, это обсуждение касается только данных, доставленных в DSP. Многие приемники используют собственные схемы для дальнейшего повышения производительности за счет дополнительного подавления шума и устранения гетеродина.

Для дальнейшего обсуждения типовая конструкция приемника показана выше.Рассматриваемое в этом разделе обсуждение начинается с антенны и заканчивается цифровым тюнером / фильтром в конце. За этой точкой находится цифровой процессор, который выходит за рамки данного обсуждения.

Анализ начинается с нескольких предположений. Во-первых, предполагается, что приемник ограничен шумом. То есть внутри полосы отсутствуют шпоры, которые в противном случае ограничили бы производительность. Разумно предположить, что выбор LO и IF может быть таким, что это правда. Кроме того, позже будет показано, что паразиты, генерируемые внутри АЦП, обычно не являются проблемой, поскольку их часто можно устранить с помощью дизеринга или разумного использования передискретизации и размещения сигнала.В некоторых случаях это может быть нереалистичным предположением, но они предоставляют отправную точку, с которой можно определить пределы производительности.

Второе предположение состоит в том, что полоса пропускания входного каскада приемника — это наша полоса Найквиста. Хотя наша фактическая выделенная полоса пропускания может составлять всего 5 МГц, использование полосы Найквиста упростит вычисления на этом пути. Следовательно, частота дискретизации 65 MSPS даст полосу Найквиста 32,5 МГц.

Доступная мощность шума

Чтобы начать анализ, необходимо учесть шум на порте антенны.Поскольку правильно подобранная антенна, очевидно, является резистивной, для определения напряжения шума на согласованных входных клеммах можно использовать следующее уравнение.

Доступная мощность от источника, в данном случае антенны, составляет:

Что упрощается, если предыдущее уравнение подставить в:

Таким образом, в действительности доступная мощность шума от источника в этом случае не зависит от импеданса для ненулевых и конечных значений сопротивления.

Это важно, потому что это точка отсчета, с которой будет сравниваться наш приемник. Когда речь идет о коэффициенте шума сцены, часто говорят, что она показывает на «x» дБ выше шума «kT». Это источник этого выражения.

При прохождении каждого каскада через приемник этот шум уменьшается за счет коэффициента шума каскада, как описано ниже. Наконец, когда канал настраивается и фильтруется, большая часть шума удаляется, остается только то, что находится внутри интересующего канала.

Рисунок каскадного шума

Коэффициент шума — это показатель качества, используемый для описания того, сколько шума добавляется к сигналу в цепи приема радиостанции. Обычно он указывается в дБ, хотя при вычислении коэффициента шума используется числовое отношение (не логарифмическое). Не логарифмический коэффициент называется шумовым фактором и обычно обозначается как F , где он определяется, как показано ниже.

После того, как каждому каскаду в радиостанции назначен коэффициент шума, его можно использовать для определения их каскадных характеристик.Общий коэффициент шума, относящийся к входному порту, можно вычислить следующим образом.

Вышеупомянутые F — это коэффициенты шума для каждого из последовательных каскадов, а G — коэффициенты усиления каскадов. На данный момент ни коэффициент шума, ни коэффициенты усиления не представлены в логарифмической форме. Когда применяется это уравнение, все составляющие шума отражаются на порте антенны. Таким образом, доступный шум из предыдущего раздела может быть снижен непосредственно с помощью коэффициента шума.

Например, если доступный шум составляет -100 дБмВт, вычисленный коэффициент шума составляет 10 дБ, а коэффициент преобразования равен 20 дБ, тогда общий эквивалентный шум на выходе составляет -70 дБмВт.

При применении этих уравнений следует учитывать несколько моментов. Во-первых, пассивные компоненты предполагают, что коэффициент шума равен их потерям. Во-вторых, пассивные компоненты в серии можно суммировать до применения уравнения. Например, если два фильтра нижних частот включены последовательно, каждый с вносимыми потерями 3 дБ, они могут быть объединены, и потери одного элемента предположительно равны 6 дБ.Наконец, смесители часто не имеют коэффициента шума, установленного для них производителем. Если не указано иное, можно использовать вносимые потери, однако, если коэффициент шума поставляется вместе с устройством, его следует использовать.

Коэффициенты шума и АЦП

Хотя коэффициент шума можно назначить АЦП, часто бывает проще работать с АЦП по-другому. АЦП — это устройства напряжения, тогда как коэффициент шума на самом деле является проблемой мощности шума. Поэтому часто бывает проще обработать аналоговые части АЦП с точки зрения коэффициента шума, а затем преобразовать его в напряжение на АЦП.Затем преобразуйте шум АЦП во входное опорное напряжение. Затем шум от аналогового сигнала и АЦП можно суммировать на входе АЦП, чтобы найти общий эффективный шум.

Для этого приложения был выбран 12-битный аналого-цифровой преобразователь AD9042 или AD6640. Эти продукты могут производить выборку до 65 MSPS, скорость, подходящую для оцифровки AMPS всего диапазона и способную поддерживать опорную тактовую частоту GSM 5x. Этого более чем достаточно для приложений AMPS, GSM и CDMA. В таблице указано, что типичное отношение сигнал / шум составляет 68 дБ.Следовательно, следующим шагом является расчет снижения шума в приемнике из-за шумов АЦП. Опять же, самый простой метод — это преобразовать как SNR, так и шум приемника в среднеквадратичное значение. вольт, а затем суммируйте их для получения общего среднеквадратичного значения. шум. Если АЦП имеет входной диапазон от пика до пика 2 В:

Это напряжение отражает все шумы АЦП, тепловые и квантовые. Полный диапазон АЦП составляет 0,707 В (действующее значение).

После вычисления эквивалентного входного шума АЦП следующее вычисление — это шум, генерируемый самим приемником.Поскольку мы предполагаем, что полоса пропускания приемника равна полосе пропускания Найквиста, частота дискретизации 65 MSPS дает полосу пропускания 32,5 МГц. Исходя из имеющихся уравнений мощности шума, мощность шума от аналогового входного каскада составляет 134,55E15 Вт или -98,7 дБмВт. Это шум, присутствующий в антенне, который должен быть увеличен коэффициентом преобразования и уменьшен коэффициентом шума. Если усиление преобразования составляет 25 дБ, а коэффициент шума составляет 5 дБ, то шум, представленный входной цепи АЦП, составляет:

на 50 Ом (134.9e-12 Вт). Поскольку входной импеданс АЦП составляет около 1000 Ом, мы должны либо согласовать с ним стандартное сопротивление ПЧ 50 Ом, либо уменьшить сопротивление АЦП. Разумный компромисс — уменьшить диапазон до 200 Ом с помощью параллельного резистора, а затем использовать трансформатор 1: 4 для согласования с остальными. Трансформатор также служит для преобразования несимметричного входа в сбалансированный сигнал, необходимого для АЦП, а также для обеспечения некоторого усиления по напряжению. Поскольку имеется скачок импеданса 1: 4, в этом процессе также увеличивается коэффициент усиления по напряжению, равный 2.

Из этого уравнения, наше напряжение, возведенное в квадрат на 50 Ом, составляет 6,745e-9 или на 200 Ом, 26,98e-9.

Теперь, когда мы знаем шум от АЦП и РЧ-интерфейса, общий шум в системе можно вычислить как квадратный корень из суммы квадратов. Таким образом, полное напряжение составляет 325,9 мкВ. Теперь это общий шум, присутствующий в АЦП из-за шума приемника и шума АЦП, включая шум квантования.

Коэффициент преобразования и чувствительность

Как это шумовое напряжение влияет на общую производительность АЦП? Предположим, что в полосе пропускания приемника присутствует только один радиочастотный сигнал.Тогда отношение сигнал / шум будет:

.

Поскольку это приложение с передискретизацией и фактическая ширина полосы сигнала намного меньше, чем частота дискретизации, шум будет значительно уменьшен после цифровой фильтрации. Поскольку полоса пропускания входного каскада такая же, как у нашего АЦП, шум АЦП и шум ВЧ / ПЧ будут улучшаться с той же скоростью. Поскольку многие стандарты связи поддерживают узкую полосу пропускания канала, мы примем канал 30 кГц. Таким образом, мы получаем 33,4 дБ от технологического усиления.Следовательно, наше исходное SNR 66,7 дБ теперь составляет 100,1 дБ. Помните, что отношение сигнал / шум увеличилось из-за фильтрации лишнего шума, что является источником усиления процесса.

Рисунок 13 Восемь равных силовых карданов

Если это радиомодуль с несколькими несущими, динамический диапазон АЦП должен использоваться совместно с другими РЧ несущими. Например, если имеется восемь несущих равной мощности, каждый сигнал не должен превышать 1/8 общего диапазона, если рассматриваются сигналы от пика к пику. Однако, поскольку обычно сигналы в приемнике не совпадают по фазе (поскольку пульты дистанционного управления не синхронизированы по фазе), сигналы будут синхронизироваться редко, если вообще когда-либо.Следовательно, требуется намного меньше требуемых 18 дБ. Поскольку на самом деле не более 2 сигналов могут быть синхронизированы одновременно, и поскольку они являются модулированными сигналами, только 3 дБ будут зарезервированы для целей запаса. В том случае, если сигналы действительно выравниваются и приводят к ограничению преобразователя, это произойдет всего за небольшую долю секунды, прежде чем условие перегрузки будет устранено. В случае радиосвязи с одной несущей не требуется места для головы.

В зависимости от схемы модуляции для адекватной демодуляции требуется минимальное отношение C / N.Если схема цифровая, то следует учитывать коэффициент ошибок по битам (BER), как показано ниже. Предполагая, что требуется минимальное отношение C / N 10 дБ, наш уровень входного сигнала не может быть настолько малым, что оставшееся отношение сигнал / шум будет меньше 10 дБ. Таким образом, наш уровень сигнала может упасть на 90,1 дБ от текущего уровня. Поскольку полный диапазон АЦП составляет +4 дБм (200 Ом), уровень сигнала на входе АЦП составляет –86,1 дБмВт. Если бы в тракте РЧ / ПЧ было усиление 25 дБ, то чувствительность приемника на антенне была бы –86,1 минус 25 дБ или –111.1 дБм. Если требуется большая чувствительность, то на ступенях ВЧ / ПЧ можно использовать большее усиление. Однако коэффициент шума не зависит от усиления, и увеличение коэффициента усиления также может отрицательно сказаться на шумовых характеристиках дополнительных каскадов усиления.

Рис.14.Частота ошибок по битам в зависимости от отношения сигнал / шум

Паразитные сигналы и дизеринг АЦП

Пример с ограничением шума недостаточно полно демонстрирует истинные ограничения приемника. Другие ограничения, такие как SFDR, более жесткие, чем SNR и шум.Предположим, что аналого-цифровой преобразователь имеет спецификацию SFDR -80 дБFS или -76 дБм (полная шкала = + 4 дБм). Также предположим, что допустимое отношение несущей к источнику помех, C / I (отличное от C / N) составляет 18 дБ. Это означает, что минимальный уровень сигнала составляет -62 дБ полной шкалы (-80 плюс 18) или -58 дБм. На антенне это -83 дБмВт. Следовательно, как можно видеть, SFDR (однотональный или многотональный) будет ограничивать производительность приемника задолго до того, как будет достигнуто фактическое ограничение шума.

Однако метод, известный как дизеринг, может значительно улучшить SFDR.Как показано в примечании к применению AN410 компании Analog Devices, добавление внеполосного шума может значительно улучшить SFDR до минимального уровня шума. Хотя величина дизеринга зависит от преобразователя, этот метод применим ко всем АЦП, пока статический DNL является ограничением производительности, а не проблемы переменного тока, такие как скорость нарастания. В AD9042, описанном в примечании к применению, добавленный шум составляет всего -32,5 дБмВт или 21 код среднеквадратичного значения. Как показано ниже, графики до и после дизеринга дают представление о потенциале улучшения.Проще говоря, дизеринг работает, беря когерентные паразитные сигналы, генерируемые АЦП, и рандомизирует их. Поскольку энергия паразитов должна быть сохранена, дизеринг просто вызывает их появление как дополнительный шум в нижней части преобразователя. Это можно наблюдать на графиках до и после дизеринга как небольшое увеличение среднего минимального уровня шума преобразователя. Таким образом, компромисс, достигнутый за счет использования внеполосного дизеринга, заключается в том, что буквально все генерируемые внутри паразитные сигналы могут быть удалены, однако есть небольшой удар в общем SNR преобразователя, который на практике составляет менее 1 дБ. потери чувствительности по сравнению с примером с ограничением шума и намного лучше, чем в примере с ограничением SFDR, показанном ранее.

АЦП без дизеринга

АЦП с дизерингом

Два важных момента о дизеринге перед закрытием темы. Во-первых, в приемнике с несколькими несущими нельзя ожидать, что ни один из каналов будет коррелирован. Если это так, то часто множественные сигналы будут служить самосмешиванием для канала приемника. Хотя в некоторых случаях это верно, иногда потребуется добавить дополнительный дизеринг для заполнения при слабой силе сигнала.

Во-вторых, шума, вносимого одним только аналоговым входным каскадом, недостаточно для дизеринга АЦП.В приведенном выше примере было добавлено 32,5 дБм дизеринга, чтобы обеспечить оптимальное улучшение SFDR. Для сравнения, аналоговый входной каскад обеспечивает мощность шума только –68 дБм, что далеко от того, что необходимо для обеспечения оптимальной производительности.

Точка пересечения третьего порядка

Помимо преобразователя SFDR, РЧ-часть способствует ложным характеристикам приемника. Эти шпоры не подвержены влиянию таких методов, как дизеринг, и их необходимо устранять, чтобы предотвратить нарушение работы приемника.Перехват третьего порядка является важной мерой, поскольку уровни сигнала в цепи приема увеличиваются за счет конструкции приемника.

Чтобы понять, какой уровень производительности требуется от широкополосных радиочастотных компонентов, мы рассмотрим спецификацию GSM, возможно, самого требовательного из приложений приемника.

Приемник GSM должен уметь восстанавливать сигнал с уровнем мощности от -13 до -104 дБм. Предположим также, что полная шкала АЦП составляет 0 дБмВт, а потери через фильтры приемника и смесители составляют 12 дБ.Кроме того, поскольку несколько сигналов должны обрабатываться одновременно, не следует использовать АРУ. Это снизит чувствительность к радиочастоте и приведет к потере более слабого сигнала. Используя эту информацию, рассчитывается усиление RF / IF, равное 25 дБ (0 = -13-6-6 + x).

Рекомендации по перехвату входных данных 3-го порядка

Требуемое усиление 25 дБ распределяется, как показано. Хотя полная система будет иметь дополнительные компоненты, это послужит нашему обсуждению. Исходя из этого, при полномасштабном сигнале GSM на уровне -13 дБм, на входе АЦП будет 0 дБм.Однако при минимальном сигнале GSM -104 дБм, сигнал на АЦП будет -91 дБм. С этого момента приведенное выше обсуждение может быть использовано для определения пригодности АЦП с точки зрения шумовых характеристик и характеристик паразитных помех.

Теперь, имея эти сигналы и требуемые системные коэффициенты усиления, теперь можно проверить характеристики усилителя и смесителя при возбуждении полномасштабным сигналом -13 дБмВт. Решение для продуктов 3-го порядка по натурному сигналу:

Предполагая, что общие паразитные характеристики должны быть больше 100 дБ, решение этого уравнения для входного усилителя показывает, что входной усилитель третьего порядка с IIP> +37 дБм.В смесителе уровень сигнала был увеличен на 10 дБ, а новый уровень сигнала составляет -3 дБмВт. Однако, поскольку микшеры указаны на их выходе, этот уровень снижается как минимум на 6 дБ до –9 дБм. Следовательно, для смесителя OIP> +41 дБм. Так как на их выходе указаны смесители. На последнем этапе усиления сигнал будет ослаблен до -9 дБмВт (как на выходе смесителя). Для усилителя ПЧ IIP> +41 дБм. Если эти характеристики соблюдены, то производительность должна быть равна

.

Джиттер часов АЦП

Одной из динамических характеристик, которая жизненно важна для хороших характеристик радиосвязи, является джиттер тактовой частоты АЦП.Несмотря на то, что низкий джиттер важен для превосходных характеристик основной полосы частот, его эффект усиливается при дискретизации сигналов с более высокой частотой (более высокая скорость нарастания), например, в приложениях с недостаточной дискретизацией. Общий эффект плохой спецификации джиттера — уменьшение отношения сигнал / шум при увеличении входных частот. Термины апертурный джиттер и апертурная неопределенность часто меняются местами в тексте. В этом приложении они имеют то же значение. Неопределенность апертуры — это изменение от образца к образцу в процессе кодирования.Неопределенность апертуры имеет три остаточных эффекта: первый — это увеличение системного шума, второй — неопределенность фактической фазы самого дискретизированного сигнала и третий — межсимвольные помехи. При отборе ПЧ для достижения требуемых шумовых характеристик требуется погрешность апертуры менее 1 пс. С точки зрения фазовой точности и межсимвольной интерференции влияние апертурной неопределенности невелико. В худшем случае 1 пс среднеквадратичное значение. при ПЧ 250 МГц погрешность фазы равна 0.09 градусов среднеквадр. Это вполне приемлемо даже для требовательных спецификаций, таких как GSM. Поэтому основное внимание в этом анализе будет уделено общему вкладу шума из-за апертурной неопределенности.

В синусоиде максимальная скорость нарастания приходится на переход через нуль. В этот момент скорость нарастания определяется первой производной синусоидальной функции, вычисленной при t = 0:

.

оценивается при t = 0, функция косинуса оценивается как 1, а уравнение упрощается до:

Единицами скорости нарастания являются вольты в секунду, они показывают, насколько быстро сигнал проходит через нулевой переход входного сигнала.В системе дискретизации для дискретизации входного сигнала используется опорная частота. Если тактовые импульсы выборки имеют апертурную погрешность, генерируется напряжение ошибки. Это напряжение ошибки может быть определено умножением входной скорости нарастания на «джиттер».

Анализируя единицы, можно увидеть, что это дает единицу вольт. Обычно неопределенность апертуры выражается в среднеквадратичных секундах. и, следовательно, напряжение ошибки будет в среднеквадратичном вольт. Дополнительный анализ этого уравнения показывает, что по мере увеличения частоты аналогового входа среднеквадратичное значение.напряжение ошибки также увеличивается прямо пропорционально неопределенности апертуры.

В преобразователях выборки ПЧ чистота тактовой частоты имеет огромное значение. Как и в случае с процессом микширования, входной сигнал умножается на гетеродин или, в данном случае, тактовую частоту дискретизации. Поскольку умножение во времени является сверткой в ​​частотной области, спектр тактовой частоты дискретизации свертывается со спектром входного сигнала. Поскольку неопределенность апертуры — это широкополосный шум на тактовом сигнале, он также проявляется как широкополосный шум в дискретизированном спектре.А поскольку АЦП — это система дискретизации, спектр является периодическим и повторяется в зависимости от частоты дискретизации. Таким образом, этот широкополосный шум снижает минимальный уровень шума АЦП. Теоретическое соотношение сигнал / шум для АЦП, ограниченное неопределенностью апертуры, определяется следующим уравнением.

Если это уравнение оценивается для аналогового входа 201 МГц и 0,7 пс среднеквадратичное значение. «Джиттер», теоретическое SNR ограничено 61 дБ. Следует отметить, что это то же самое требование, которое требовалось бы, если бы использовалась другая ступень смесителя.Следовательно, системы, которые требуют очень высокого динамического диапазона и очень высоких аналоговых входных частот, также требуют источника кодирования с очень низким «джиттером». При использовании стандартных модулей тактовых генераторов TTL / CMOS, 0,7 пс среднеквадратичное значение. был проверен как для АЦП, так и для генератора. Лучших показателей можно достичь с помощью модулей с низким уровнем шума.

При рассмотрении общей производительности системы можно использовать более обобщенное уравнение. Это уравнение основано на предыдущем уравнении, но включает эффекты теплового шума и дифференциальной нелинейности.

Хотя это простое уравнение, оно дает хорошее представление о шумовых характеристиках, которые можно ожидать от преобразователя данных.

Фазовый шум

Хотя фазовый шум синтезатора похож на джиттер на тактовой частоте кодирования, он немного по-другому влияет на приемник, но, в конце концов, эффекты очень похожи. Основное различие между джиттером и фазовым шумом заключается в том, что джиттер — это широкополосная проблема с однородной плотностью вокруг тактовой частоты дискретизации, а фазовый шум — это неравномерное распределение вокруг гетеродина, которое обычно становится лучше по мере удаления от тонального сигнала.Как и в случае с джиттером, чем меньше фазового шума, тем лучше.

Поскольку гетеродин смешивается с входящим сигналом, шум гетеродина будет влиять на полезный сигнал. Процесс смесителя в частотной области — это свертка (процесс смесителя во временной области — это умножение). В результате смешения фазовый шум от гетеродина заставляет энергию из соседних (и активных) каналов интегрироваться в желаемый канал как увеличенный минимальный уровень шума. Это называется взаимным перемешиванием. Чтобы определить количество шума в неиспользуемом канале, когда альтернативный канал занят сигналом полной мощности, предлагается следующий анализ.

Опять же, поскольку GSM — сложная спецификация, это будет примером. В этом случае верно следующее уравнение.

, где шум — это шум в желаемом канале, вызванный фазовым шумом, x (f) — фазовый шум, выраженный в формате, отличном от логарифма, а p (f) — это функция спектральной плотности функции GMSK. В этом примере предположим, что мощность сигнала GSM составляет -13 дБмВт. Кроме того, предположим, что гетеродин имеет постоянный фазовый шум по частоте (чаще всего фазовый шум уменьшается со смещением несущей).При этих предположениях, когда это уравнение интегрируется по ширине полосы канала, выпадает простое уравнение. Поскольку предполагалось, что x (f) постоянный (PN — фазовый шум), а интегрированная мощность полномасштабного канала GSM составляет -13 дБмВт, уравнение упрощается до:

Так как цель состоит в том, чтобы требовать, чтобы фазовый шум был ниже теплового шума. Предполагая, что шум на смесителе такой же, как на антенне, можно использовать -121 дБм (шум на 200 кГц на антенне — P a = kTB ).Таким образом, фазовый шум гетеродина должен быть ниже -108 дБмВт при смещении 200 кГц.

Рекомендации

Цифровая обработка ПЧ, Клэй Олмстед и Майк Петровски, TBD, сентябрь 1994 г., стр. 30 — 40.

Методы недискретизации упрощают цифровое радио, Ричард Грошонг и Стивен Рускак, ​​Electronic Design, 23 мая 1991 г., стр. 67 — 78.

Оптимизация АЦП для расширенной обработки сигналов, Том Гратцек и Фрэнк Мёрден, Микроволны и РЧ перепечатка.

Использование преобразователей с широким динамическим диапазоном для широкополосных радиоприемников, Брэд Брэннон, RF Design, май 1995 г., стр. 50 — 65.

Exact FM Detection of Complex Time Series, Фред Харрис, факультет электротехники и вычислительной техники, Государственный университет Сан-Диего, Сан-Диего, Калифорния 92182.

Введение в радиочастотный дизайн, W.H. Хейворд, Прентис-Холл, 1982.

Solid State Radio Engineering, Krauss, Bostian and Raab, John Wiley & Sons, 1980.

ECE 4760 Final Project

Питер Лой — pel29, Стефани Панкост — slp56

Общая картина нашего проекта.

Введение

Целью нашего проекта было создание недорогого и удобного в использовании FM-радиоприемника.

В нашем проекте используется интегральная схема FM-приемника для выполнения блоков предварительной обработки, необходимых до того, как можно будет услышать желаемые аудиосигналы. Радиочастота слишком высока для обработки на нашем доступном оборудовании и ATMega644. Мы интегрировали ЖК-дисплей для связи с пользователем и клавиатуру, чтобы пользователь мог взаимодействовать с приемником и менять станции.Наша первоначальная идея проекта заключалась в создании приемника, который мог бы хранить аудио, а затем в разработке радио, которое могло бы создать список воспроизведения данной радиостанции. Информация о названии песни отправляется вместе с модулированным аудиосигналом через систему, называемую RBDS (система данных радиовещания). Хотя нам не удалось заставить работать функцию RBDS, мы включили некоторые фоновые, аппаратные и программные компоненты в раздел RBDS Приложения, чтобы, возможно, будущая группа могла расширить наш проект для реализации функции с использованием RBDS.

Дизайн высокого уровня

Справочная информация

Радиосигналы FM (частотной модуляции) передаются на несущей частоте в диапазоне от 87,5 МГц до 108,0 МГц. Каждой станции предоставляется 0,2 МГц для вещания своего сигнала (в США), однако обычно используется максимум 0,15 МГц для предотвращения помех соседним каналам. Входящий сигнал необходимо сначала демодулировать, что включает в себя несколько этапов, включая малошумящий усилитель, частотный смеситель и другие блоки обработки FM-сигналов аппаратного уровня.Для выполнения этих этапов предварительной обработки мы использовали однокристальный FM-радиоприемник AIROHA AR1010. Здесь стоит упомянуть, что мы время от времени ссылаемся на приемник AR1010 FM и документы на приемник AR1000 как взаимозаменяемые. И AR1010, и AR1000 являются приемниками AIROHA. Единственная разница между ними заключается в том, что AR1000 поддерживает RBDS, а AR1010 — нет. Нам не удалось получить AR1000, который был бы полезен для целей нашего проекта, но большая часть вспомогательной литературы по конструкции нашего FM-приемника предназначена для AR1000.

Функциональность

Клавиатура для управления радио.

Наш радиоприемник может выполнять следующие функции:

  • Увеличьте или уменьшите частоту
  • Поиск следующей станции с сильным сигналом вверх или вниз
  • Установите до 3-х избранных радиостанций, которые позже будут доступны для быстрой настройки.
  • Отрегулируйте порог сканирования для обнаружения более сильных или более слабых станций

Как уже упоминалось, в США частоты разделяются на.2 МГц (100,1, 100,3, 100,5 и т. Д.). Однако в других регионах слова станции могут быть разделены только на 0,1 МГц. Поэтому, чтобы учесть обе возможности, мы решили разрешить пользователю настраиваться вверх или вниз с шагом 0,1 МГц.

Пользователь управляет приемником с клавиатуры, показанной на рисунке справа. Кнопки соотносятся с функциональностью следующим образом:

  • 1, Настройка
  • 2, сканирование вверх
  • 3, увеличить порог сканирования
  • 4, переключиться на более низкую
  • 5, сканирование вниз
  • 6, Уменьшить порог сканирования
  • 9, сбросить порог сканирования
  • 0, Перейти / сохранить любимую станцию ​​1
  • F, Перейти / сохранить любимую станцию ​​2
  • E, Перейти / сохранить любимую станцию ​​3
  • D, Установить любимую станцию ​​

Остальные кнопки не подключены, нажатие на них не повлияет на приемник.Чтобы установить любимую станцию, пользователь должен выполнить следующие шаги:

  1. Настройтесь на нужную станцию
  2. Нажмите кнопку Set (D).
  3. Нажмите одну из избранных кнопок (0, F или E), в которой будет сохранена станция. Любая станция, ранее сохраненная для этой кнопки, будет перезаписана.

Общая архитектура

Наш дизайн можно разбить на четыре основных компонента: связь с приемником, память избранных станций, клавиатура и ЖК-дисплей.Хотя нам не удалось включить функции RBDS в конечный продукт, мы также включили проделанную работу с аппаратными и программными аспектами, которые будут поддерживать эту дополнительную функциональность. Эти компоненты и связь между ними показаны на схеме ниже.

Логическая схема приемника.

Входящий радиосигнал передается через антенну на радиоприемник AR1010 FM. Затем коммутационная плата с приемником обрабатывает сигнал и извлекает из него левый и правый выходы, которые мы подключили к аудиоразъему.Пользователь может просто подключить динамик, чтобы слушать станцию. Однако нужен какой-то усилитель. Без него выходной сигнал не будет достаточно сильным, чтобы его можно было слышать через наушники, даже если ресивер настроен на полную громкость. Любые нажатия кнопок с клавиатуры обрабатываются микроконтроллером, который отправляет соответствующие элементы управления приемнику и соответствующее сообщение на ЖК-дисплей.

Разработка программ / оборудования

Программное обеспечение

Каждый из четырех компонентов нашей конструкции имеет программные компоненты: связь с приемником AR1010 FM, интерпретация нажатия кнопок с клавиатуры, установка избранных радиостанций в долговременную память и отображение сообщения на ЖК-дисплее.

FM-приемник

Мы решили использовать протокол I2C для связи с AR1010. Основная причина, по которой мы выбрали I2C вместо SPI, заключалась в том, что в примере кода, доступном в Интернете, использовался I2C. Кроме того, 3-проводный интерфейс использовал 26 тактовых сигналов для выполнения простой функции записи, что усложнило бы поддержку SPI на ATmega644. Большая часть нашего кода, включающего связь I2C с приемником, была изменена из примера кода AR1000 ATMega168, доступного от Sparkfun Electronics.

Мы столкнулись со значительными трудностями при обмене данными I2C с AR1010, основная проблема заключалась в том, что флаг, отправленный от ведомого устройства (AR1010) к ведущему устройству (Mega644), никогда не отправлялся, чтобы сигнализировать, что условие запуска было получено, и, следовательно, микроконтроллер зависал в состоянии ожидания. Мы просмотрели множество других наборов примеров кода, в том числе предоставленный по запросу NKC Electronics, и попытались создать программу с нуля, используя информацию из Руководства по программированию и доступные образцы кода для AR1010 / AR1000.Однако наша проблема сохранялась, пока мы не вернулись к нашему исходному образцу кода. Хотя мы все еще не уверены, почему именно флаг STC не был установлен для других кодов, мы пришли к выводу, что первоначальная попытка не удалась из-за аппаратных ошибок, скорее всего, из-за отсутствия подтягивающих резисторов (обсуждаемых в разделе «Аппаратное обеспечение» ниже) на строки данных и часов, которые были исправлены в нашей попытке найти последовательность команд I2C, которая работала бы для нашего чипа.

Регистры на AR1010 должны быть сначала инициализированы, прежде чем может последовать какая-либо связь.Значения регистров были рекомендованы Руководством по программированию, и мы определили, что Mega644, работающий на частоте 16 МГц, не требует каких-либо изменений этих значений. Как только AR1010 сообщил, что регистры были записаны, мы смогли начать обмен данными.

Все функции I2C были предоставлены в примере кода, а также смоделированы на основе протоколов TWI, как указано в таблице данных Mega644. Громкость ресивера по умолчанию установлена ​​на максимум, и, поскольку это все еще приводит к тому, что выходной сигнал слишком слаб, чтобы его можно было слышать в наушниках, мы не чувствовали необходимости настраивать регистр, определяющий громкость.

Приемник позволяет легко и быстро настраиваться на заданную частоту. Канал приемника хранится во втором регистре. Мы решили сохранить текущую частоту станции в глобальной переменной, так как мы хотели иметь доступ к станции, которую мы слушаем, в других аспектах программы без необходимости каждый раз читать регистр. Частота всегда будет иметь минимум один десятичный знак (в МГц) и будет находиться в диапазоне от 87,5 МГц (875 кГц) до 108 МГц (1808 кГц), поэтому сохранение станции в кГц позволяет представить значение в виде 16-битного целого числа.Канал, который нужно записать в регистр 2, который соответствует заданной частоте, можно рассчитать следующим образом:

Частота RF (в кГц) = 690 + CHAN

Эта функция также предусмотрена в Руководстве по программированию. Как только новый канал был записан, на ЖК-дисплей было отправлено сообщение, чтобы уведомить пользователя об обновленной станции. Функция настройки принимает простое значение 1 или 0, чтобы определить, должен ли тюнер идти вверх (1) или вниз (0).

В примере кода также предусмотрена функция, позволяющая выполнять более динамическую настройку.Функция Tune Hi-Lo смотрит на RSSI (значение регистра, отражающее мощность сигнала), чтобы помочь ему точно настроить частоту. При тестировании этой функции мы не заметили существенной разницы в настройке, поэтому решили использовать более прямой метод, как описано ранее.

Основной алгоритм сканирования описан в Руководстве по программированию и реализован в примере кода. Как и функция настройки, приемник может сканировать вверх или вниз, в зависимости от входного параметра. Кроме того, минимальная мощность радиостанции, необходимая для остановки сканирования на этой конкретной частоте, зависит от порогового значения, установленного в регистре.Мы изменили код, чтобы пользователь мог увеличивать, уменьшать или сбрасывать порог до исходного значения. Таким образом, если пользователь решит, что приемник пропускает станции, которые все еще слышны, что может быть просто не идеально, он или она может уменьшить порог с помощью функции changeThreshold.

Мы экспериментально определили наилучшее значение по умолчанию для порога, попробовав разные значения и выполнив сканирование, чтобы определить, какой порог улавливает истинные станции в данной области.Результаты этого обсуждаются далее в разделе «Анализ чувствительности FM-приемника».

Клавиатура

Наша программа, после завершения инициализации всех компонентов проекта, входит в цикл, который сканирует клавиатуру на предмет нажатия кнопок. Моделируя лабораторную работу 2 KeytestGCC644.c, код распознает, когда могло произойти нажатие, и подтверждает его через конечный автомат. Затем он обрабатывает, какая кнопка была нажата, прежде чем выполнять соответствующие функции для этой кнопки, как описано в разделе функциональных возможностей выше.

Память любимой станции

Большинство радиостанций позволяют пользователям сохранять любимые радиостанции, к которым можно получить доступ одним нажатием кнопки. Для поддержки этой функции мы назначили четыре нижние кнопки для сохранения в памяти избранных станций. Три левых предназначались для хранения станций. Глобальный флаг определяет, сигнализирует ли пресса о том, что пользователь хочет слушать сохраненную в данный момент станцию, а не устанавливает станцию. Этот флаг можно переключить с помощью самой нижней правой кнопки клавиатуры.

Избранные станции хранятся в EEPROM Mega644. Мы решили использовать EEPROM, чтобы при сбросе микроконтроллера или его включении после выключения (разумное использование) любимые станции по-прежнему устанавливались. Единственный способ стереть станции — это перепрограммировать микроконтроллер. Мы записали три любимые станции в виде трех слов (станция находится в кГц, поэтому требуется 16 бит) в четных местах, поскольку память имеет байтовую адресацию. Однако перед сохранением станций мы проверили назначенный байт (адрес 1, поскольку ячейка памяти EEPROM 0 не является полностью надежной), чтобы убедиться, что ячейки памяти избранных станций содержат значимые значения.При перепрограммировании они могут быть установлены на любое значение, поэтому в этом случае мы инициализировали все избранные станции на 88,0 МГц.

ЖК-дисплей

Все функции, которые мы использовали для управления ЖК-дисплеем, были взяты из библиотеки ЖК-дисплея, представленной в лабораторной работе 1. Чтобы гарантировать, что пользователь всегда знает, что делает приемник, мы обозначили верхнюю строку как одно из следующих сообщений. :

  • ЖК-дисплей Инициализирован: после сброса сообщает пользователю, что с дисплеем все в порядке.
  • В данный момент включен: вы настроены на станцию ​​ниже
  • Все еще ищу: сканирование все еще в процессе и еще не определено на станции
  • Установить избранное на: если вы нажмете одну из клавиш избранного, будет установлена ​​текущая станция
  • Scan Thresh +: увеличить порог сканирования на 1
  • Scan Thresh -: уменьшить порог сканирования на 1
  • Reset Thresh (установить порог сканирования на исходное значение
  • Ой ой: произошла ошибка при извлечении или установке любимой станции из памяти, это сообщение также может быть включено в другие аспекты отладки программы

Во второй строке ЖК-дисплея отображается текущая установленная станция.Каждый раз, когда вызывается функция настройки (сигнализирующая, что приемник работает на новой частоте), нижняя строка ЖК-дисплея обновляется. Некоторые примеры ЖК-дисплеев показаны справа.

Оборудование

Для трех наших компонентов требуется оборудование: радиоприемник AR1010 FM, ЖК-экран и клавиатура. Каждый из этих основных компонентов имеет собственное соответствующее оборудование. Соединения для ЖК-дисплея и клавиатуры были смоделированы по схемам в лабораторной работе 1 и лабораторной работе 2 соответственно.

AR1010

AR1010 должен питаться от источника питания 3 В. Чтобы создать этот источник питания, мы создали схему переключения напряжения, которая взяла наш источник питания 5 В и создала постоянный источник 3 В. См. Схему преобразователя 3 В в приложении. Сдвигатель напряжения состоит из транзистора, который создает постоянное напряжение на базе 0,7В. Напряжение на базе создается подстроечным резистором 10 кОм. Поэтому мы отрегулировали напряжение, поступающее от подстроечного резистора, до 3.7V и, таким образом, создал источник питания 3V.

AR1010 взаимодействует с Mega644 через двухпроводной интерфейс с использованием протокола I2C. Для работы двухпроводного интерфейса линии передачи данных и синхронизации должны быть подключены к подтягивающим резисторам. Мы использовали резисторы 10 кОм для подтягивающих резисторов, как рекомендовано схемой установки AR1010.

Наконец, AR1010 требует антенны для приема радиосигнала. NKC Electronics, дистрибьюторы, которые подарили нам образец микросхемы AR1010 и коммутационной платы, порекомендовали провод диаметром 31 дюйм и 22 калибра.Сначала мы попробовали лабораторный провод длиной около 3 футов, и он работал отлично. Изображение нашего оборудования

ЖК-дисплей и клавиатура

ЖК-дисплей был настроен точно так же, как в описании лаборатории 1 стандарта ECE 4760. Мы подключили его к порту A платы STK500. Контрастность контролировалась подстроечным резистором 10 кОм.

Клавиатура была настроена точно так же, как в описании ECE 4760 lab 2. Мы подключили его к порту D платы STK500.

Результаты

В целом, за исключением нашей реализации RBDS, наше оборудование и программное обеспечение работали очень хорошо.В итоге наш FM-приемник, ЖК-дисплей и клавиатура работали точно так, как планировалось. Мы проанализировали общую функцию FM-приемника, функциональность порога чувствительности FM-приемника, эволюцию конструкции нашего FM-приемника и функциональность нашей конструкции. Наша реализация RBDS, включая ее ошибки, находится в приложении.

Анализ функциональности FM-приемника

При тестировании каждой функции нашего FM-приемника мы не обнаружили никаких проблем. Клавиатура без проблем управляет функциями, а на ЖК-дисплее правильно отображаются соответствующие сообщения.Единственной функцией, которая требовала дополнительных испытаний, была функция сканирования и влияние порога чувствительности.

Анализ пороговых значений чувствительности FM-приемника

Одним из факторов, которые мы исследовали при разработке программного обеспечения, было влияние порога чувствительности на то, какие станции FM-приемник мог улавливать. Порог чувствительности представлял собой 7-битную переменную, допускающую настройки в диапазоне от 0 до 127. В следующей таблице показано, какие станции мы могли принимать при различных порогах:

TH = 1 TH = 5 TH = 20 TH = 30 TH = 50
88.1 88,1 88,1 88,1 НЕТ
91,7 91,7 91,7 91,7
92,8 92,8 93,5 93,5
93,5 93.5 96,0 96,0
96,0 96,0 97,3 97,3
103,7 100,3 103,7
107,1 103,7 108.0
108,0 107,1
108,0

Как и ожидалось, установка очень низкого порога чувствительности позволила обнаружить больше станций, но проблема в том, что некоторые из этих радиостанций фактически не существовали.Станции 100.3, 103.5 и 107.1 не являются настоящими радиостанциями в районе Итака, штат Нью-Йорк. В то время как 92,8, 96,0 и 108,0 не являются настоящими радиостанциями, 92,7, 95,9, 96,1 и 107,9 существуют, и приемник фактически принимал эти станции. Кроме того, установка слишком высокого порога привела к тому, что станции не были обнаружены.

Проблемы конструкции FM-приемника

При разработке FM-приемника мы столкнулись со многими проблемами. К ним относятся как аппаратные, так и программные проблемы.Когда мы впервые попробовали чип AR1010 с образцом кода от Sparkfun, мы подключили его, и ничего не произошло. Связи через двухпроводной интерфейс не было. Не зная, была ли проблема аппаратной или программной, мы попытались отладить и то, и другое одновременно. Во-первых, мы обнаружили, что даем ему источник питания 5 В, а не требуемые 3 В. Это привело к разработке нашего переключателя напряжения. Затем, как упоминалось ранее в разделе программы, мы увидели, что мы не включили подтягивающие резисторы в линии I2C.В процессе этих аппаратных исправлений нам удалось сжечь один из наших чипов AR1010. Это было вызвано тем, что подтягивающие резисторы были случайно подключены как подтягивающие резисторы. Во время отладки оборудования мы также пытались отладить программное обеспечение. Полное описание этой проблемы обсуждалось ранее в разделе программного обеспечения. Из этого мы пришли к выводу, что наша проблема была не в образце кода из Sparkfun, а в его реализации.

Анализ функциональности

Наша конструкция очень функциональна и удобна для большинства людей.Наш ЖК-экран сообщает пользователю, какую станцию ​​он слушает и какие функции выполняет в данный момент. Единственная группа людей, у которой могут возникнуть проблемы с нашим дизайном, — это люди с ослабленным зрением. Наш дизайн не повлияет на другие проекты, поскольку не создает помех. Единственное, что необходимо учитывать в отношении функциональности, — это возможность приема FM-радиосигнала в зоне, в которой вы планируете его использовать.

Заключение

В целом наш проект не оправдал наших первоначальных ожиданий.Наша первоначальная идея проекта была нашим финальным продуктом с дополнительными функциями отображения названия песни на ЖК-дисплее и возможностью сохранять песни и воспроизводить их. Мы поняли, что у нас недостаточно времени для проекта такого масштаба, поэтому мы исключили хранение и воспроизведение песен и вместо этого решили иметь возможность сохранять названия песен и создавать плейлист с радио. Эти функции полагались на декодер системы передачи данных радиовещания (RBDS). Но нам пришлось отказаться от сохранения функции названия песни и возможности отображать название песни, потому что у нас не хватило времени.На то, чтобы заставить FM-приемник работать, потребовалось слишком много времени, и у нас не было достаточно времени, чтобы отладить проблемы, которые у нас были с декодером RBDS. Поэтому мы не могли реализовать функцию списка воспроизведения, потому что без декодера RBDS мы не могли получить название песни из радиосигнала. Я не уверен, как мы могли бы улучшить наш подход к нашему проекту. Если бы мы могли избежать первоначальных проблем с оборудованием при настройке нашего FM-приемника, у нас, возможно, было бы достаточно времени, чтобы отладить декодер RBDS и запустить его.

Единственным стандартом, используемым в нашем проекте, является стандарт I2C для двухпроводного интерфейса. Наш FM-приемник утверждал, что поддерживает I2C, и мы обнаружили, что он соответствует стандарту. Если бы не первоначальные проблемы с оборудованием, образец кода, предоставленный нам Sparkfun, работал бы с их реализацией I2C.

В нашей первоначальной идее проекта единственным юридическим соображением, которое у нас было, было нарушение авторских прав, поскольку мы позволяли людям хранить песни. Возможно, люди могли навсегда сохранить эти песни и распространять их нелегально.Но как только мы изменили идею нашего проекта на создание плейлиста по радио, мы устранили единственное юридическое соображение, которое у нас было.

Во всех аспектах разработки этого проекта мы следовали Кодексу этики IEEE. Во-первых, при разработке нашего кода мы отдаем должное каждому участнику. Мы процитировали не только пример кода, на котором мы построили, но и авторов другого кода, вдохновившего наш дизайн. Мы не только цитировали участников, но и воздерживались от комментариев к их кодам, чтобы не навредить их репутации.Кроме того, когда мы получали модуль FM-приемника и декодер RBDS, мы были откровенны и честны с тем, для чего планировали использовать эти микросхемы. Мы объяснили, что собираемся использовать микросхемы для нашего старшего дизайн-проекта, мы включим их имена в наш отчет по проекту и не будем использовать микросхемы в коммерческих целях. Кроме того, на протяжении всего нашего проекта мы обращались за помощью к Брюсу Лэнду и ассистентам преподавателя ECE 4760. Они помогли нам исправить проблемы, которые мы не знали, как исправить, и избежать упущений в наших проектах.Чтобы улучшить технические знания по всем изучаемым нами предметам, включая AR1010, I2C и RBDS, мы публикуем этот отчет онлайн на веб-сайте ECE 4760. Мы надеемся, что люди, которые ищут информацию о FM-приемниках, реализации I2C и RBDS, смогут найти нашу работу и как руководство для начала работы, и как ступеньку к дальнейшим разработкам.

Приложение

Система передачи данных радиовещания (RBDS) — не включена в окончательный проект

Фон

RBDS — это стандарт, используемый в радиопередачах для передачи других данных вместе с песней.Эти другие данные включают позывные передающей радиостанции, название воспроизводимой песни, жанр песни, погодные предупреждения и рекламные объявления. Он был опубликован в 1998 году Национальным комитетом радиосистем.

Функциональность

Декодер RBDS работает, принимая радиосигнал и затем декодируя информацию RBDS, которая отправляется с ним. Данные RBDS состоят из 4 пакетов данных, которые непрерывно отправляются с радиосигналами. Каждый из этих пакетов состоит из идентификатора группы, который определяет, какая информация содержится в этой группе, и 16-битного сообщения данных.Используя идентификатор группы, вы можете перевести сообщение с данными, используя соответствующий набор символов, указанный в стандартном документе RBDS.

В нашем проекте мы собирались использовать информацию о названии песни из сообщения RBDS и отображать ее на ЖК-дисплее. Мы также собирались позволить пользователю создавать список воспроизведения из песен по радио, сохраняя названия песен, которые указал пользователь. Эта функция была бы очень полезной, поскольку мы не смогли найти ни одного устройства, которое выполняло бы эту функцию, кроме как через потоки интернет-радио.

Конструкция оборудования

Нашим декодером RBDS был TDA7333N от STMicroelectronics. См. Приложение для принципиальной схемы. Для этого чипа требовалось напряжение питания 3 В, три опорных напряжения 2,65 В, 1,65 В и 0,65 В, внешний кварцевый генератор, линии данных и синхронизации I2C, а также радиосигнал. Мы использовали такое же питание 3В от FM-приемника. Мы создали эталонные напряжения с помощью потенциометров. Причина использования внешнего кварцевого генератора заключается в том, что для TDA7333N требуется определенная системная частота 8.55 МГц или 8,664 МГц. Чтобы создать эту частоту, мы использовали внешнюю частоту 16 МГц, а затем отрегулировали значения ФАПЧ в TDA7333N, чтобы создать желаемую частоту. Линии I2C совпадают с линиями от AR1010, а радиосигнал исходит от антенны, подключенной к AR1010.

Дизайн программного обеспечения

Наша идея заключалась в том, чтобы использовать программное обеспечение для проверки группы RBDS, содержащей информацию о названии песни, и отображения ее на ЖК-дисплее. Это простая проверка, поскольку TDA7333N выдает номер идентификатора группы.

Наше программное обеспечение позволило Mega644 управлять TDA7333N с помощью двухпроводного интерфейса I2C. См. Код TDA_I2C.c в приложении. ВНИМАНИЕ: КОД НЕ РАБОТАЕТ. Нам не предоставили образец кода, с которого можно было бы начать, и мы не смогли найти нигде кода, написанного для этого чипа, поэтому весь код для него наш. Код реализует те же функции I2C, что и код FM-приемника. Наш код еще не проверяет группу RBDS, которая содержит информацию о названии песни, и не отображает эту информацию на ЖК-дисплее.Причина этого в том, что нам нужно выяснить, в какой группе содержится информация о названии песни, для чего требуется связь по линии I2C между Mega644 и TDA7333N. Связь I2C не работает.

Прямо сейчас код может записывать в регистры TDA7333N, но мы не можем читать из них. Когда дается команда чтения, Mega644 никогда не получает ACK. Одна из причин этого заключается в том, что TDA7333N не совсем соответствует стандарту I2C, касающемуся чтения регистров ведомого устройства.Протокол I2C говорит, что сначала нужно отправить команду записи, чтобы инициализировать регистр, из которого вы собираетесь читать, а затем вы отправляете команду чтения. TDA7333N не работает таким образом. Для этого дается просто команда чтения, и регистры считываются в определенном порядке. Вы должны прочитать все регистры перед желаемым регистром, а затем вы можете остановить транзакцию после того, как вы прочитали из желаемого регистра. Мы думаем, что этот разрыв между протоколом TDA7333N и I2C является причиной наших проблем со связью

Заключение

Нам потребовалось больше времени для реализации декодера RBDS.Мы не смогли решить проблемы со связью между Mega644 и TDA7333N и, следовательно, не смогли получить данные RBDS.

Прокомментированный код

Схемы

Схема преобразователя постоянного напряжения 5В в 3В.

Список деталей

НОМЕР И ОПИСАНИЕ ДЕТАЛИ ИСТОЧНИК КОЛИЧЕСТВО СТОИМОСТЬ / КАЖДЫЙ СТОИМОСТЬ
Всего 50 долларов.24
AR1010, FM однокристальный радиоприемник Электроника NKC 1 $ 0 $ 0
Коммутационная плата для AR1010 Электроника NKC 1 $ 0 $ 0
STK500 Лаборатория ECE 4760 1 $ 15 $ 15
ATmega644 ECE 4760 1 $ 8 $ 8
Белая доска Лаборатория ECE 4760 2 $ 6 $ 12
Штифты заголовка Лаборатория ECE 4760 25 0 руб.05 $ 1,25
LCD, жидкокристаллический дисплей 16×2 Лаборатория ECE 4760 1 $ 8 $ 8
Клавиатура Лаборатория ECE 4760 1 $ 6 $ 6
Подстроечные головки 10 кОм Лаборатория ECE 4760 5 $ 0 $ 0
Аудиоразъем Лаборатория ECE 4760 1 $ 0 $ 0
Прочие мелкие детали (резисторы, BJT и т. Д.) Лаборатория ECE 4760 $ 0 $ 0
(TDA733N, декодер RBDS) (STMicroelectronics) (1) (0 долл. США) (0 долл. США)

Распределение задач

Питер больше работал с компонентами клавиатуры и функциями RBDS, а Стефани сосредоточилась на ЖК-дисплее и аспектах пользовательского интерфейса.Однако оба участника были вовлечены во все аспекты проекта.

Полезные документы

Техническое описание AR1010, руководство по программированию и образец кода C были очень полезны и доступны по запросу в NKC Electronics или SparkFun Electronics.

Наш проект заимствовал lcd_lib.c и lcd_lib.h и был смоделирован на основе дизайна ar1000test.c и KeytestGCC644.c.

Мы хотели бы еще раз поблагодарить NKC Electronics за предоставление трех AR1010 с коммутационными платами.Мы также хотели бы поблагодарить Брюса Лэнда и ECE 4760 Spring 2010 TA за предоставление нам многих небольших компонентов, необходимых для нашего проекта, а также за помощь в других дизайнерских решениях (включая преобразователь 5V в 3V) и помогая нам в процессе отладки.

Схема FM-приемника с печатной платой — Простая схема

Если мы хотим построить или узнать о схеме FM-приемника. У него много схем. Но сейчас я покажу вам две идеи схем.

Первая — очень старая схема, в которой используются только транзисторы.И другой, использующий микросхему IC.

Даже обе схемы представляют собой небольшую схему FM-радиоприемника. Но работает хорошо, хотя чувствительность оставляет желать лучшего.

Старая схема FM-приемника на транзисторе

Эта схема подходит только для обучения. См. Схему ниже.

Принцип этой схемы заключается в использовании частотной цепи генератора. Которая состоит из Q2 и Q3. Они работают, производя синхронизацию частоты с полученной частотой.

Тогда Q1 действует как предусилитель более широкого диапазона частот УКВ.Мы можем вырезать Q1. Затем подключите антенну к C4. Но чувствительность этой схемы снизится.

Рисунок 1: Схема FM-приемника на транзисторах

Затем мы можем настроить C5 в цепи генератора частоты. Для управления частотой от 87 МГц до 108 МГц.

А частота входящей синхронизации с частотой самого генератора. Следовательно, отклонение частоты сигнала, полученного от антенны, к звуковому сигналу.

Какая частотная модуляция происходит через VR1 + R5. И схема фильтра нижних частот, R6 / C6 будет частотой звука. Затем, после усиления Q4 и Q6, вход на выход C9 соответственно.

Детали катушек

  • L1
    Оберните 25 медных проводов с эмалевым покрытием SWG на воздушном сердечнике из 10 витков с внутренним диаметром около 3 мм.
  • L2
    13 витков 25 SWG с внутренним диаметром около 3 мм.
  • L3
    4 витка 18 SWG с внутренним диаметром около 5 мм.

Схема FM-тюнера с использованием TDA7000

В настоящее время я прошу вас опробовать готовую ИС. Это просто и экономично. Кроме того, его также легко создавать и легко настраивать.

См. Схему ниже.

В старину простой человек будет строить радиоприемники FM, сам, как очень сложно, а когда закончится, тоже малоэффективен.

Но теперь сложность этих схем собрана в единой ИС. Если брать вместе с другими минимальными аксессуарами, они могут принимать чистую частоту FM.

Схема FM-тюнера — радиоприемник, принимающий сигналы от радиостанций.

Для тюнера, который сейчас будет представлен в виде небольших радиоприемников. Но не менее старый тюнер в использовании довольно сложен.

Как работает схема FM-тюнера

Эта схема предназначена для простого создания, без хлопот и меньшего использования оборудования. Важная часть микросхемы TDA7000, которая действует как приемник FM-радио, имеет несколько аксессуаров, поэтому этот тюнер небольшой.


— Внутренняя интегральная схема TDA7000 включает в себя: R.F. входной каскад, микшер, гетеродин, I.F. усилитель / ограничитель, квадратурный демодулятор FM-детектор, фазовый демодулятор, детектор отключения звука, переключатель отключения звука 14 из IC1.
— Конденсатор C2 — это сигнал D-связи,
— Конденсатор C5-C10 — это частотный фильтр для схемы усилителя.
— Контакт 6 используется для настройки станции. С комбинацией C11, VC1 и L2 для выбора желаемого сигнала.
— Контакт 16 к отрицательной клемме источника питания.
— И контакт 5 к положительным клеммам источника питания, через проходные R1 и C3, оба являются фильтрами напряжения.
— Конденсатор C4 шунтирует высокую частоту на землю.
— Контакт 2 является выходом схемы, оба R2 и C12 будут действовать как сигнал DM, проходящий через C13
— VR1 регулирует звук, проходящий через C15 на выход, этот выход должен быть соединен со схемой усилителя мощности, чтобы использовать далее.

Как собрать

Прежде всего подготовьте устройство, готово.После этого медный узор печатной платы

Как сделать L1 и L2
  • L1
    Оберните медный провод № 18 вокруг сердечника диаметром 3 мм, 23 витка, затем вытащите сердечник.
  • L2,
    Оберните эмалированный медный провод № 24 с диаметром жилы 3 мм на 6 витков, затем вытяните жилу.


Закладываем первый резистор. Затем поместите гнездо IC L1, L2, C, VR и VC1, соответственно, для L1, L2, мы должны сначала поцарапать ногу, чтобы раствор для покрытия удалялся.А потом все в комплекте спаять. Для антенны, если антенны нет, может быть трудно подключить провод на 2 ножках вместо

Медная разводка печатной платы схемы тюнера TDA7000 FM.


Компонентная схема FM-тюнера с использованием TDA7000

Списки покупок

Резисторы 0,25 Вт, допуск: 5%
R1: 47 Ом
R2: 22K

Электролитические конденсаторы
C1: 10020µF , C15: 1 мкФ 16 В

Керамические конденсаторы
C1: 220F 50 В (221)
C2, C4: 0.047 мкФ 50 В (474 ​​кОм)
C5, C10: 0,033 мкФ 50 В (332 кОм)
C6: 0,1 мкФ 50 В (104 кОм)
C7, C8: 330 пФ 50 В (331)
C9, C14: 0,01 мкФ 50 В (103 кОм)
C11: 30 пФ 50 В (103 кОм)
C12: 0,001 мкФ 50 В (102 кОм)

Настройка схемы FM-тюнера

Подключите выход схемы тюнера к входу усилителя. Тогда? источник питания схемы, использующей энергию от 4,5 до 9 В. VR1 регулирует положение максимума, а затем постепенно поворачивает громкость усилителя, слушайте динамик, попробуйте повернуть VC1 и настройку FM.Если нет, попробуйте попасть в точку G VC1 (она написана на триммере). Пока не получу волну, конец мелодии.

Читайте также:

Ремонт


Когда мы строим схему, закончили, но устройство не работает. Если вы уверены, где разместить оборудование, оно не разобьется, согласно следующим рекомендациям.

  1. Нет никаких признаков звука. C13, C15, VR1 могут отсутствовать, C12, C14 могут быть короткими или IC может быть повреждена.
  2. Прием только 1-2 станции. Триммер (VC1) может отсутствовать или поврежден.
  3. Не может получить сигнал, но звук искажен. попробуйте проверить керамику C, может протечь или испортиться.
  4. На выводе 5 IC1 R1 отсутствует питание, которого может не хватать C3, C4 закорочен.

Приложения


При доработке тюнера до девайса полностью. Может есть коробку, чтобы красиво поставить. Подключить к усилителю. При очень громком голосе следует использовать усилитель большой мощности. Если слушать не хладнокровно, играю, просто использует маловаттный усилитель.По доступным ценам работают хорошо.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

F.M. Учебное пособие по приемнику — Блок-схемы — Электронная схема и учебные пособия

Большинство этих блоков обсуждается индивидуально, и более подробно на другие страницы.

См. Фильтры, смесители, преобразователи частоты, ам модуляция и усилители.

ФМ. обложки группы 88-108 МГц.

Есть сигналы от много радиопередатчиков в этой группе сигнальные напряжения в антенна.

Усилитель ВЧ выбирает и усиливает желаемая станция из многие.

Регулируется так, чтобы частота выбора можно изменить.

Это называется НАСТРОЙКА.

В более дешевых ресиверах настройка исправлена ​​и фильтр настройки широкий достаточно, чтобы пройти все сигналы в фм. группа.

Выбранная частота наносится на миксер.

Выход осциллятор также наносится на миксер.

Смеситель и осциллятор сформировать ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТЫ схема.

Выход из смеситель промежуточная частота (i.f.)

i.f. фиксированный частота 10,7 МГц.

Независимо от того, что частота выбранная радиостанция есть, я.f. является всегда 10,7 МГц.

i.f. сигнал подается в i.f. усилитель звука.

Преимущество i.f. усилитель в том, что его частота и полоса пропускания фиксированы, неважно какая частота входящий сигнал есть.

Это делает дизайн и работа усилитель намного проще.

Усиленный i.f. сигнал подается на демодулятор.

Эта схема восстанавливается звуковой сигнал и отбрасывает r.f. перевозчик.

Подается часть звука назад к осциллятору как АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЧАСТОТЫ Напряжение.
Это гарантирует, что частота генератора стабильный, несмотря на перепады температуры.

Напряжение звукового сигнала увеличивается в амплитуда по напряжению усилитель звука.

Уровень мощности достаточно увеличился управлять громкоговорителем усилителем мощности.

Цифровой FM-приемник с Arduino (включая стереоусилитель 3 Вт + 3 Вт класса D)

Хесам Мошири, Ансон Бао

FM-передатчики / приемники — одни из самых любимых схем любого электронного энтузиаста.В этой статье / видео я представил полную конструкцию цифрового FM-приемника, оснащенного ЖК-экраном и тремя кнопками. Он может искать FM-сигналы в диапазоне от 76 МГц до 108 МГц вручную и автоматически (режим сканирования). Уровень сигнала также отображается в виде гистограммы на ЖК-экране. Выходной звук усиливается стереофоническим усилителем класса D мощностью 3 Вт + 3 Вт, который обеспечивает высококачественный и достаточно мощный звук. В качестве контроллера я использовал дешевую и популярную плату Arduino-Nano. Итак, приступим!

А.Анализ схем

На рисунке 1 показана принципиальная схема устройства. Как видно, схема состоит из 3-х основных частей: Arduino-Nano (контроллер), модуля FM-приемника и аудиоусилителя.

Рисунок 1

Принципиальная схема цифрового FM-приемника

A-1. Модуль FM-приемника

Модуль FM-приемника основан на микросхеме TEA5767 [1, 2]. Это хорошо известный модуль, которым можно управлять по шине I2C.Он охватывает диапазон частот FM от 76 МГц до 108 МГц. На выходе он обрабатывает стереофонические аудиосигналы L и R, которые необходимо усилить, в противном случае уровень звука будет слабым и его нельзя будет услышать даже в наушниках. Задачи выбора частоты и измерения уровня сигнала выполняются кодом Arduino-Nano.

R3, C7, C8 и C9 создают RC-фильтр нижних частот первого порядка, который снижает шум источника питания. R1 и R2 — обязательные подтягивающие резисторы для шины I2C, а CON1 — разъем UFL, обеспечивающий подключение антенны.На рисунке 2 показан модуль TEA5767.

Рисунок 2

Модуль FM-приемника TEA5767

A.2 Усилитель звука

Часть усилителя звука состоит из микросхемы PAM8403 [3, 4]. Этот чип представляет собой усилитель HiFi класса D мощностью 3 Вт + 3 Вт, который может работать только от одного источника питания 5 В. Максимальная выходная мощность достигается при использовании динамиков на 4 Ом. Согласно техническому описанию: «PAM8403 — это аудиоусилитель мощностью 3 Вт класса D. Он предлагает низкий коэффициент нелинейных искажений + шум, что позволяет добиться высококачественного воспроизведения звука.Новая безфильтрованная архитектура позволяет устройству напрямую управлять динамиком, не требуя выходных фильтров нижних частот, тем самым экономя системные затраты и площадь печатной платы ».

C13, C14 и C15 — это байпасные конденсаторы, которые используются для уменьшения шума источника питания. R4, R5, C11 и C12 используются для передачи выходного звука на усилитель. На рисунке 3 показана эталонная схема микросхемы PAM8403. P2 и P3 — это угловые 2-контактные разъемы XH, которые используются для подключения динамиков к плате.

Рисунок 3

Справочная схема PAM8403

A.3 Контроллер

Контроллер схемы состоит из платы Arduino-Nano (AR1). На рисунке 4 показана плата Arduino-Nano. Плата управляет ЖК-дисплеем 8 * 2 (LCD1), а также считывает состояние кнопок SW1, SW2 и SW3. Он также отправляет / принимает данные TEA5767 через шину I2C. R6 устанавливает уровень контрастности ЖК-дисплея, а C4, C5 и C6 используются для уменьшения механических шумов при нажатии кнопок (дребезг).

Рисунок 4

Плата Arduino-Nano

A.4 Источник питания

TS2937 [5, 6] является основным компонентом источника питания, который обеспечивает стабильное питание + 5В для схемы. C1, C2 и C3 используются для уменьшения шума, а POT1 представляет собой двухходовой (двойной) потенциометр 50K с переключателем. POT1 включает и выключает устройство, а также увеличивает или уменьшает уровень звука. На рисунке 5 показано изображение POT1.

Рисунок 5

2-ходовой (двойной) потенциометр с переключателем

B. Схема печатной платы

На рисунке 6 показана компоновка печатной платы цифрового FM-приемника.Это двухслойная печатная плата последней версии. Плата Arduino-Nano монтируется на нижней стороне, а ЖК-дисплей — на верхней стороне платы, предпочтительно на разъемах для штырей. Это более наглядно на 3D-изображениях и реальных фотографиях. На рисунке 7 показаны трехмерные изображения платы. На рисунке 8 показаны высококачественные печатные платы схемы цифрового FM-приемника.

Рисунок 6

Компоновка печатной платы цифрового FM-приемника

Рисунок 7

Верхний и нижний трехмерные изображения печатной платы

Рисунок 8

Высококачественные сборные печатные платы

I как обычно, использовал библиотеки компонентов SamacSys (для IC1 и IC2) в этом проекте печатной платы.Это экономит много времени и предотвращает ошибки проектирования, что приводит к снижению стоимости продукта. Все библиотеки компонентов SamacSys (схематические символы, посадочные места печатных плат и трехмерные модели) БЕСПЛАТНЫ и соответствуют строгим промышленным стандартам IPC. Вы можете загрузить и установить библиотеки с сайта componentsearchengine.com или установить их напрямую, используя предоставленные плагины САПР. Я использовал плагин Altium, однако поддерживаются почти все программы САПР для электронного проектирования, такие как Eagle, KiCad, OrCAD, Proteus.. и т. д. [7]. На рисунке 9 показано поддерживаемое программное обеспечение САПР, а на рисунке 10 показаны выбранные библиотеки компонентов из подключаемого модуля Altium.

Рисунок 9

Программное обеспечение САПР, поддерживаемое плагином SamacSys

Рисунок 10

Выбранные библиотеки PAM8403 и TS2937 из плагина Altium

C. Сборка и тестирование

Самый маленький компонент. С пайкой платы проблем возникнуть не должно, однако вы можете заказать и профессионально собранную плату.На Рис. 11 собранная плата PCB показана сверху, а на рис. 12 — снизу. Плата была спаяна мной вручную. Вам также понадобятся четыре 5-миллиметровых прокладки FF для крепления ЖК-дисплея на печатной плате.

Рисунок 11

Собранная плата PCB (вид сверху)

Рисунок 12

Собранная плата PCB (вид снизу)

Для подключения антенны к плате необходимо использовать разъем UFL-SMA-F. На рисунке 13 показан этот тип разъема.

Рисунок 13

Разъем UFL — SMA-F

C.1 Код Arduino

Код Arduino доступен в следующем блоке кода. Просто подключите Arduino-Nano к компьютеру и скомпилируйте / загрузите код.

Загрузить код

C.2 Тестирование

Нижний предел частоты составляет 76,0 МГц, а верхний предел — 108,0 МГц. Вы можете увеличить или уменьшить частоту на 0,1 МГц, нажимая кнопки «Вверх» и «Вниз».Точно так же, если вы долго нажимаете эти кнопки, частота будет постоянно увеличиваться / уменьшаться. Так что настроить приемник на желаемую частоту (FM-станцию) довольно просто. Кроме того, кнопка Scan позволяет автоматически искать достаточно мощные FM-станции и фиксировать приемник на частотах. Для поиска следующей станции необходимо снова нажать кнопку «Сканировать».

Уровень FM-сигнала отображается на ЖК-экране в виде гистограммы. На рисунке 14 приемник настроен на мощную FM-станцию ​​на 100.Частота 0 МГц.

Рисунок 14

Приемник был установлен на мощной FM-станции на частоте 100,0 МГц

D. Спецификация материалов

На рисунке 15 показана спецификация материалов. Собери устройство и получай удовольствие!

Рисунок 15

Спецификация материалов (BOM)

Поправка: значение R7 равно 0R (1206). Для IC1 лучше использовать TS2940CW50 (SOT-223). Используйте динамики с сопротивлением 8 Ом, чтобы предотвратить возможную тепловую нагрузку на регулятор IC1 при высокой выходной мощности, или используйте более мощный регулятор.

Вы можете загрузить Gerbers или заказать высококачественные печатные платы из 10 штук всего за 5,0 долларов США

Если вы хотите заказать полностью собранную печатную плату для этого проекта, пожалуйста, свяжитесь с [email protected]

Ссылки

[ 1]: Технический паспорт TEA5767: https://www.sparkfun.com/datasheets/Wireless/General/TEA5767.pdf

[2]: схематический символ TEA5767, посадочное место печатной платы и 3D-модель: https://componentsearchengine.com/ part-view / TEA5767HN% 2FV3% 2C118 / Nexperia

[3]: PAM8403 Лист данных: https: // www.mouser.com/datasheet/2/115/PAM8403-247318.pdf

[4]: ​​схематический символ PAM8403, посадочное место печатной платы и трехмерная модель: https://componentsearchengine.com/part-view/PAM8403DR/LITTELFUSE

[ 5]: Технический паспорт TS2937: https://www.mouser.com/datasheet/2/395/TS2937_D13-522475.pdf

[6]: схематический символ TS2937, посадочное место печатной платы и трехмерная модель: https: // componentsearchengine.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *