Автомобильный УКВ ЧМ тюнер

Ю. ЕЖКОВ, г. Омск

Создание специализированных микросхем, обеспечивающих обработку сигналов в трактах высокой частоты радиовещательных приемников, привело к "унифицированию" их построения. Радиолюбителям-конструкторам при создании приемных устройств осталась, по существу, лишь сфера насыщения конструкции функциональным сервисом.

Ниже приведено описание автомобильного приемника, в котором, кроме выключателя питания, имеется всего три кнопки управления для переключения поддиапазонов и настройки на станцию, работающую внутри поддиапазона. В конструкции предусмотрено автоматическое сканирование при поиске станции, что очень удобно, особенно в тех случаях, когда водителю нельзя отвлекаться от дорожной обстановки.

При разработке описываемого тюнера УКВ ЧМ были поставлены следующие задачи:

- учет особенностей эксплуатации РЭА в автомобиле;

- простое кнопочное управление режимами работы;

- наличие автоматического поиска и режима сканирования;

- возможность прослушивания звукового сопровождения программ 1-5-го каналов ТВ;

-однополярное напряжение питания 12...17В;

- высокая чувствительность;

- хорошая повторяемость.

Поставленные задачи удалось реализовать при использовании типовых, но редко применяемых режимов работы БИС УКВ ЧМ приемника К174ХА34, электронной коммутации поддиапазонов pin-диодами, нестандартного включения ЦАП КР572ПА1 и дополнительного входного высоколинейного преселектора.

Основные технические характеристики:

- чувствительность - не менее 1,5 мкВ (при типовой чувствительности приемников с аналогичной микросхемой 6 мкВ);

-диапазоны принимаемых частот -55.5...66, 65...77, 82...99, 92...110 МГц;

- потребляемый ток - не более 50 мА.

Остальные характеристики тюнера определяются параметрами БИС К174ХА34[1].

Электрическая принципиальная схема приемника приведена на рис. 1. Он состоит из трех основных частей: радиоприемного тракта А1 (входной каскад на транзисторе 1VT1, БИС К174ХА34, устройства коммутации поддиапазонов на мультиплексоре 1DD1 и pin-диодах 1VD1, 1VD2, 1 VD4,1 VD5), блока управления А2 (кнопки управления SB1-SB3, элементы 2DD1.1, 2DD1.4, триггеры 2DD2, 2DD3, компаратор 20А1, мультивибратор на элементах 2DD1.2, 2DD1.3, реверсивные счетчики 2DD4 - 2DD6, ЦАП на микросхемах 2DA2, 2DA3) и блока индикации A3 (ключи на транзисторах 3VT1-3VT5, светодиоды 3VD5-3VD8).

Электрическая принципиальная схема приемника (80 Kb)

Основные функции блока управления - формирование сигнала, управляющего частотой настройки приемного тракта, и кода коммутации поддиапазонов.

Блок управления работает следующим образом. При включении питания на выходе инвертора (элемент 2DD1.1) формируется импульс, который устанавливает триггеры 2DD3.1, 2DD3.2 в нулевое состояние и записывает информацию со входов предварительной установки счетчиков 2DD4 - 2006 на их выходы, в результате чего выбирается начальный поддиапазон 65...77 МГц, на выходе ЦАП (микросхемы 2DA2 и 2DA3) устанавливается минимальное напряжение и соответственно нижняя частота поддиапазона в приемном тракте. Младшие 10 разрядов выходного кода счетчиков определяют напряжение на выходе ЦАП, а старшие два - один из четырех поддиапазонов, так что при выборе или поиске необходимой радиостанции переход с поддиапазона на поддиапазон происходит автоматически по циклу, т. е. предварительный выбор поддиапазона невозможен.

При нажатии на кнопку увеличения SB3 ("+") или на кнопку уменьшения SB2 ("-") частоты настройки RS-триггер 2DD2.1 формирует соответствующий сигнал на увеличение или уменьшение выходного кода реверсивных счетчиков, а триггер 2DD3.1 выдает сигнал разрешения генерации мультивибратора на элементах 2DD1.2 и 2DD1.3, поступающий на вывод 2 элемента 2DD1.2 через интегрирующую RC-цепь 2R14, 2С6 и инвертор на элементе 2DD1.4.

Фиксация выходного состояния счетчиков должна происходить после появления и надежного захвата входного радиосигнала системой ФАПЧ следящего демодулятора, имеющегося в составе функциональных блоков БИС К174ХА34. Такая работа приемника обеспечивается следующим образом. Появление близкого к частоте настройки приемника радиосигнала сопровождается изменением напряжения на выводе 2 БИС 1DA1, огибающая которого выделяется цепью 2VD1, 2С1, 2R3 и преобразуется компаратором 2DA1 в логическую единицу, подаваемую через разделительную цепь 2СЗ, 2R5 на информационный вход триггера 2DD3.1. На его выходе этот сигнал появляется после очередного тактового импульса. Однако запрет генерации мультивибратора произойдет с задержкой, определяемой постоянной времени цепи 2R14, 2С6. Кроме того, эта же цепь усреднит кратковременные случайные срабатывания компаратора от эфирных помех. В результате на этапе захвата происходит "дотягивание" собственной частоты перестраиваемого генератора системы ФАПЧ до частоты входного сигнала.

При нажатии на кнопку SB1 "Сканирование" ("Скан") частота настройки приемника начнет изменяться в зависимости от ранее установленного состояния RS-триггера 2DD2.1. При этом на выходе одновибратора (RS-триггер 2DD2.2) формируется импульс, подаваемый на счетный вход триггера 2DD3.2, в результате чего на его прямом выходе появляется лог. 1. Процессы захвата радиосигнала и установки центральной частоты в системе ФАПЧ в этом случае одинаковы с описанными ранее, однако режим удержания прерывается через 5 с, если нет повторного нажатия на кнопку "Скан", и сканирование продолжается дальше, до появления следующего по частоте радиосигнала. Длительность состояния лог. 1 по времени составляет 5 с и определяется элементами 2R12, 2С5.

На входе приемного тракта включен преселектор, ослабляющий сигналы вне полосы 55...110 МГц. Он представляет собой комбинацию фильтров высокой частоты: Т-образного на элементах 1 С1,1 L1, 1С2 и Г-образного на элементах 1L3,1С7.

Особенностью усилительного каскада на транзисторе 1 VT1 является повышенный динамический диапазон за счет применения ВЧ малошумящего транзистора типа КТ368АМ и наличия ООС по току и напряжению, создаваемых резисторами 1 R4 и 1 R1 соответственно [2]. С учетом затухания в фильтрах коэффициент передачи всего преселектора, измеренный с антенного входа до входа УВЧ БИС К174ХА34 (вывод 12), плавно возрастает от 6,5 дБ на частоте 55 МГц до 12 дБ на частоте 110 МГц. Такая АЧХ позволяет в некоторой мере скомпенсировать спад чувствительности в зависимости от роста частоты, наблюдаемой у БИС К174ХА34.

Особенностью включения БИС К174ХА34 является использование генераторной катушки индуктивности 1L4, коммутируемой pin-диодами 1VD1, 1VD2, 1 VD4,1 VD5. Вместе с ними конденсаторы 1С15, 1С22, 1С24, 1С26 по переменному току замыкают правые по схеме отводы катушки индуктивности на общий провод. В типовой схеме включения напряжение питания ГУН микросхемы подается через подобную катушку индуктивности [1], в рассматриваемой схеме напряжение питания всей микросхемы определяется падением напряжения на гасящем резисторе 1 R16, внутреннем сопротивлении ключей мультиплексора 1DD1 и падения напряжения на pin-диоде. Величина тока, протекающего через последний, достаточна для нормальной коммутации диапазонов и обеспечивает необходимую добротность для устойчивой генерации. Для приведенной схемы включения напряжение питания должно быть стабильным и превышать напряжение питания БИС К174ХА34, находящееся в пределах 2,7...3,3 В.

Истоковый повторитель на полевом транзисторе 1VT2 устраняет влияние следующих за ним цепей и сдвигает уровень постоянной составляющей, имеющейся на выводе 2 БИС К174ХА34.

Блок индикации отображает номер рабочего поддиапазона свечением соответствующего светодиода. Режим поиска сопровождается миганием этого светодиода благодаря коммутации ключом на транзисторе 3VT1 переменной составляющей одного из выходных сигналов реверсивного счетчика.

Конструкция тюнера может быть произвольной в зависимости от условий применения и возможностей самого радиолюбителя. Печатная плата для всего устройства не разрабатывалась, особые требования предъявляются только к катушке индуктивности 1L4. Она выполнена печатным способом, ее конфигурация показана на рис. 2. Линиями показаны прорези, сделанные с помощью резака с шириной лезвия 0,25 мм. Точками указаны места, где припаиваются выводы pin-диодов и вывод конденсатора 1С21, соединенный с точкой 1. С этой же точкой проводом МГТФ длиной не более 25 мм соединен вывод 5 БИС 1 DA1. Вся катушка индуктивности окружена экранным кольцом.

Для остальных элементов приемного тракта был применен навесной монтаж на той же самой стороне двусторонней платы, вторая сторона является экраном. Следует заметить, что индуктивность катушки 1L4 в исследовательских и экспериментальных целях была выбрана с запасом.

Бескаркасные катушки индуктивности 1L1, 1L3 намотаны виток к витку посеребренным проводом диаметром 0,8 мм на оправке диаметром 3,4 мм и содержат 9 и 6 витков соответственно. Трансформатор 1Т1 намотан сразу двумя проводами ПЭВ-0,28 на кольце К5х3х1 из феррита марки М20ВЧ-3, каждая из обмоток содержит 14 витков, намотка рядовая.

При изготовлении регулятора использовались резисторы типа МЛТ-0,125 или им подобные. Номиналы резисторов 2R6-2R8 могут быть в пределах 27...68 кОм. Резисторы 1 R1, 1R4, 2R16, 2R19 имеют допуск ±5 %. Подстроечные резисторы - типа СПЗ-38 или им подобные, для автомобильного варианта лучше применить закрытые резисторы типа СПЗ-19.

Вместо транзистора КТ368АМ подойдет КТ399АМ. Микросхему К561ИЕ14 можно заменить на 564ИЕ14 или К561ИЕ11 (564ИЕ11). Во втором случае на вход установки исходного состояния (вывод 9) подается лог. 0.

Конденсаторы 1С23, 2С1, 2СЗ - типа К73-14 или К73-17; 2С5 - типа К53-4 с допуском не хуже ±20 %; 1С25,1СЗО - типа К50-35; остальные - керамические, любых типов; конденсаторы 1С1, 1С2, 1С7 должны иметь допуск ±5 % и ТКЕ М75, блокировочные могут быть группы ТКЕ Н90, остальные - нормированные ТКЕ не хуже М750. Дроссель высокой частоты 1L2 - типа ДМ-1,2 с указанной на схеме величиной индуктивности.

После проверки режимов работы элементов тюнера и работоспособности блоков, не требующих регулировки, настройка приемника заключается в следующем.

1. Подстроечным резистором 2R17 для варикапа 1VD3 установить начальное напряжение смещения 2,2 В на выходе ЦАП (вывод 6 ОУ 2DA3) при исходном состоянии реверсивного счетчика 2DD4 -2DD6, на выходе которого после подачи напряжения питания-код 0111 1111 1111 (ст. разряд - мл. разряд). Затем, увеличивая частоту генерации мультивибратора уменьшением емкости конденсатора 2С7, с помощью осциллографа убедиться в линейности изменения выходного напряжения всего ЦАП. При ограничениях напряжения следует подобрать номиналы резисторов 2R16, 2R19.

2. Подстроечным резистором 2R2 установить порог срабатывания компаратора 2DA1 для обеспечения надежного захвата и удержания радиосигнала. Для этого на вход приемника подать испытательный ЧМ сигнал с уровнем, соответствующим номинальной чувствительности, кнопками SB2 или SB3 включить режим поиска. При необходимости сброс в исходное состояние - отключением напряжения питания блока управления. Другой способ - прием заведомо самого слабого радиосигнала.

3. Уточнить положения подключения выводов pin-диодов на печатной катушке индуктивности 1L4 в соответствии с заданными техническими характеристиками. Для этого на информационный вход триггера 2DD3.1 подать лог. 1, при этом отключается запрет генерации. Затем на вход приемника от эталонного генератора подать ЧМ сигнал с частотами нижних границ поддиапазонов, кнопками SB2 или SB3 на управляющих входах ЦАП 2DA3 установить нули, на управляющих входах мультиплексора 1 DD1 - код соответствующего поддиапазона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гвоздев С. Микросхема К174ХА34. Справочный листок. - Радио, 1995, № 10, с. 62; №11, с. 45

2. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. - М.: Мир, 1990, с. 64

От редакции. Между выводам 10 микросхемы 2DD3.1 и общим проводам необходим резистор сопротивлением порядка 10 МОм.

РАДИО №2,1998 г. c.29-31.